Titre : Formulation pour produit alimentaire laitier foisonné

L’invention concerne une formulation pour un produit alimentaire à base d’une émulsion foisonnée d’un ingrédient laitier dans de l’eau.

Elle s’applique en particulier à une formulation utilisée pour la fabrication industrielle de produits alimentaires de type crèmes fouettées, notamment des crèmes glacées.

D’un point de vue physique, la crème glacée est un système complexe dans lequel les bulles d’air, les globules de matière grasse et les cristaux d’eau sont dispersés dans une phase continue cryo-concentrée composée d’eau, de sucres, de protéines (ESDL : Extrait Sec Dégraissé Laitier), d’émulsifiants et de stabilisants.

Elle est obtenue par un procédé dit de foisonnement, durant lequel de l’air est injecté à la formulation tout en la mélangeant vigoureusement et en la congelant, de manière à obtenir un produit alimentaire final homogène.

Pour obtenir un produit final de volume important tout en limitant la quantité d’air injectée, qui est strictement réglementée, il est connu de prévoir une formulation comprenant un ingrédient laitier, notamment à base d’au moins 10% en poids de protéines.

Durant l’étape d’homogénéisation du mélange, les protéines jouent le rôle principal d’agent émulsifiant dans la stabilisation des gouttelettes d’huile. Cependant, la présence simultanée de deux familles de molécules amphiphiles aboutit à un mécanisme de compétition entre les protéines et les émulsifiants à l’interface du globule gras. Dans les conditions de maturation, les émulsifiants vont alors venir désorber partiellement les protéines de la surface des globules gras vers la phase aqueuse créant ainsi une déstabilisation de la membrane du globule gras.

Ce réarrangement, suivi des actions d’aération et de formation de cristaux de glace, va provoquer la coalescence partielle des globules gras et la formation d’un réseau tridimensionnel.

La formation de ce nouveau réseau contribue au développement de quatre principaux composants structurels de la crème glacée à savoir une mousse discontinue, un réseau de globules gras partiellement coalescé entourant les bulles d’air, une solution aqueuse continue cryo-concentrée non congelée et des cristaux de glace.

La structure ainsi formée est stabilisée par le durcissement qui résulte de la descente en température rapide de la crème glacée de -3,5°C ou -5°C en procédé continu à environ à -25°C.

D’un point de vue structurel, ces produits alimentaires sont naturellement instables car constitués d’ingrédients non miscibles et représentés à plus de 60% par une phase aqueuse congelée. En particulier, lorsqu’ils sont soumis à un choc thermique, par exemple en étant exposés à la température ambiante en vue d’être consommés, ces produits peuvent rapidement fondre, ce qui n’est pas souhaitable pour le consommateur.

Pour éviter ces désagréments, il est connu d’ajouter aux formulations un complexe émulsifiant et stabilisant, notamment avec un taux de moins de 5% en poids, ledit complexe comprenant au moins un agent émulsifiant et au moins un agent épaississant.

L’agent émulsifiant présente des propriétés lipophiles lui permettant de s’adsorber rapidement à la surface des gouttelettes de matière grasse et de réduire la tension interfaciale avec la phase aqueuse. Par ailleurs, l’agent émulsifiant permet de former un revêtement protecteur à la surface de certaines molécules du produit alimentaire final, afin de prévenir leur agrégation.

L’agent épaississant présente quant à lui des propriétés de rétention d’eau et des propriétés viscosantes, qui permettent d’assurer au produit alimentaire final une bonne intégrité et d’améliorer sa stabilité dans le temps, notamment durant son stockage, en limitant l’accroissement de la taille des cristaux d’eau. Il permet également de faciliter l’incorporation d’air durant le foisonnement, et d’améliorer l’onctuosité et la finesse de la crème glacée.

La plupart des crèmes glacées industrielles contiennent un agent émulsifiant à base d’un mélange de mono- et de di-glycérides d’acides gras, ce produit de synthèse portant le code additif E471. De même, il est courant de trouver dans la liste des ingrédients, des agents stabilisants, souvent utilisés en association, tels que la carboxyméthylcellulose (E466), la gomme xanthane (E415), la caroube (E410), la gomme de guar (E412) et/ou les carraghénanes (E407).

Toutefois, de plus en plus de consommateurs se soucient de la composition des produits alimentaires industriels, et souhaitent notamment limiter leur consommation en additifs et en aliments transformés et/ou ultra transformés, tant pour des raisons de santé que pour un besoin de naturel.

Ainsi, de nombreux fabricants de crèmes glacées cherchent à remplacer les additifs traditionnels par des ingrédients naturels, tout en conservant la texture, le goût et la vitesse de fonte attendus par le consommateur, ce qui s’avère en pratique difficile à mettre en œuvre.

En particulier, des essais ont été effectués avec des agents émulsifiants d’origine naturelle pour remplacer l’agent émulsifiant E471 , mais les produits finaux obtenus s’avèrent moins stables aux chocs thermiques et peuvent en outre présenter des défauts de texture, notamment une cristallisation excessive. L’invention vise à perfectionner l’art antérieur en proposant notamment une formulation qui soit adaptée pour garantir au produit alimentaire final de bonnes propriétés de foisonnement, de viscosité et de stabilité dans le temps, ainsi que des propriétés esthétiques et gustatives satisfaisantes pour le consommateur, et ce à base d’une recette contenant une quantité limitée d’additifs de synthèse, au profit d’ingrédients plus naturels.

A cet effet, l’invention propose une formulation pour un produit alimentaire à base d’une émulsion foisonnée d’un ingrédient laitier dans de l’eau, ladite formulation comprenant :

- moins de 15% en poids d’un ingrédient laitier présentant au moins 10% en poids de protéines ; et

- moins de 5% en poids d’un complexe émulsifiant et stabilisant dudit produit, l’ingrédient laitier présentant un taux de matière grasse qui est supérieur à 1 %, le complexe émulsifiant et stabilisant comprenant un mélange de fibres cellulosiques avec un hydrocolloïde alimentaire.

D’autres particularités et avantages de l’invention apparaîtront dans la description qui suit de modes de réalisation particuliers.

L’invention concerne une formulation pour un produit alimentaire à base d’une émulsion foisonnée d’un ingrédient laitier dans de l’eau. Elle s’applique plus particulièrement aux produits alimentaires laitiers de type crèmes glacées, mais peut également concerner des produits alimentaires réfrigérés, notamment des desserts à base de mousses ou des crèmes fouettées de type chantilly.

La formulation comprend moins de 15% en poids d’un ingrédient laitier, qui présente au moins 10% en poids de protéines, et de préférence entre 15% et 25% en poids de protéines.

De façon avantageuse, les protéines sont majoritairement des protéines sériques, notamment des protéines globulaires extraites du lactosérum (petit- lait), produit résiduel issu de la coagulation du lait ou issues d’un procédé non dénaturant de filtration membranaire du lait.

Selon un mode de réalisation préféré, l’ingrédient laitier comprend des protéines qui sont exclusivement des protéines sériques, et est dépourvu de lait et de caséines. En particulier, la demanderesse commercialise sous la marque Nollibel® de tels ingrédients laitiers dont les protéines bénéficient d’une fonctionnalisation spécifique.

La formulation comprend notamment entre 6% et 12% en poids, et plus particulièrement 9% en poids d’ingrédient laitier.

Durant l’étape d’homogénéisation de la formulation, les protéines jouent le rôle d’agent émulsifiant, afin de favoriser la stabilisation des gouttelettes de matières grasses dans le produit alimentaire final.

L’ingrédient laitier présente un taux de matière grasse qui est supérieur à 1 %, notamment compris entre 1 % et 3%, et plus particulièrement de l’ordre de 1 ,9%. Ce taux, qui est plus élevé que celui des ingrédients laitiers commercialisés pour les crèmes glacées, permet d’améliorer le foisonnement de l’émulsion lors de la préparation du produit alimentaire.

De façon avantageuse, l’ingrédient laitier comprend des matières grasses riches en phospholipides qui permettent en outre, grâce à leurs propriétés émulsifiantes, de faciliter le foisonnement de l’émulsion et d’améliorer la stabilité du produit alimentaire final. En particulier, les matières grasses de l’ingrédient laitier peuvent comprendre entre 1 % et 10% en poids de phospholipides.

A titre de comparaison, les ingrédients laitiers conventionnellement utilisés pour fabriquer des produits alimentaires foisonnés, notamment des crèmes glacées, présentent des teneurs en matière grasse de l’ordre de :

- pour la poudre de lait écrémé : autour de 0,7% en poids ; et

- pour la poudre de lactosérum : autour de 0,9% en poids ; la teneur en phospholipides étant strictement inférieure à 1 % dans chacun de ces ingrédients.

Selon un mode de réalisation, le taux de matière grasse de l’ingrédient laitier est obtenu en ajoutant de la matière grasse à un ingrédient laitier de type Nollibel®, notamment sous la forme d’un coproduit laitier riche en matières grasses.

La formulation peut comprendre entre 0,1 % et 1 ,5% en poids, et plus particulièrement 0,5% en poids, de coproduit laitier riche en matières grasses, lesdites matières grasses comprenant environ 5% en poids de phospholipides. En effet, un pourcentage trop élevé a un impact négatif sur la fonte du produit alimentaire, tandis qu’une quantité trop basse entraîne une viscosité trop importante, notamment incompatible avec une production en installation semi- industrielle.

Selon un exemple de réalisation, l’ingrédient laitier comprend :

- environ 15% en poids de protéines, majoritairement des protéines sériques ;

- entre 3% et 4% en poids d’eau ;

- environ 1 ,9% en poids de matières grasses riches en phospholipides, lesdites matières grasses comprennent notamment entre 1% et 10% en poids de phospholipides. ;

- entre 66% et 69% en poids de lactose ;

- environ 0,6% en poids de calcium ;

- environ 0,5% en poids de sodium ;

- environ 0,5% en poids de phosphore ;

- environ 2,2% en poids de potassium ;

- environ 1 ,4% en poids de chlorures ;

- entre 7,5% et 8,5% en poids de cendres.

La formulation comprend en outre moins de 5% en poids d’un complexe émulsifiant et stabilisant du produit alimentaire final, afin de faciliter le foisonnement de la formulation et d’améliorer la conservation dudit produit final, notamment en réduisant sa vitesse de fonte.

En particulier, la formulation comprend entre 0,5 et 2,5% en poids, et notamment 1 % en poids de complexe émulsifiant et stabilisant.

Le complexe émulsifiant et stabilisant comprend un mélange de fibres cellulosiques avec un hydrocolloïde alimentaire. En effet :

- les fibres cellulosiques permettent de stabiliser le produit alimentaire, notamment en réduisant sa vitesse de fonte (pour une crème glacée), mais également de lui conférer une viscosité compatible avec une production industrielle ;

- l’hydrocolloïde a pour principale fonction de lier l’eau. Cette capacité de rétention d’eau, associée aux propriétés viscosantes assurent au produit fini son intégrité et sa stabilité durant le stockage. Dans l’application, ils jouent également un rôle dans la stabilisation de l’émulsion, l’incorporation d’air, l’onctuosité, la finesse de la glace et la limitation de la croissance des cristaux d’eau durant le stockage.

L’utilisation d’un tel complexe émulsifiant et stabilisant en combinaison avec un ingrédient laitier enrichi en matières grasses permet d’obtenir une crème glacée dont le goût et la texture, notamment le taux de foisonnement et l’onctuosité, sont similaires aux produits disponibles sur le marché, et dont la vitesse de fonte est avantageusement améliorée, tout en s’affranchissant de l’utilisation d’un additif émulsifiant traditionnel tel que l’additif E471 .

En particulier, la présence conjointe d’un émulsifiant et d’un stabilisant (phospholipides et hydrocolloïdes) permet de stabiliser les gouttelettes de matière grasse dans la phase cryo-concentrée tout en assurant une coalescence partielle entre certaines desdites gouttelettes, nécessaire à l’obtention d’une crème glacée. Le complexe émulsifiant et stabilisant comprend notamment des fibres cellulosiques choisies parmi des matières premières végétales alimentaires telles que des fibres d’agrumes (citrus, orange, citron, pamplemousse...), des fibres de graines (soja, chanvre, lin, céréales...), des fibres de bambou, des fibres de coco, des fibres de banane, des fibres d’ananas, des fibres de pomme, des fibres de légumes (pois, haricots, carottes, brocolis...), des fibres de cactus, des fibres de champignons, qui permettent de réduire de façon particulièrement efficace de la vitesse de fonte des crèmes glacées.

Selon une réalisation avantageuse, le complexe émulsifiant et stabilisant comprend des fibres d’agrumes, notamment de citrus.

En particulier, la formulation comprend entre 0,1% et 0,6%, et notamment 0,4% en poids de fibres d’agrumes, de telles proportions permettant de réduire sa vitesse de fonte de façon satisfaisante, mais également de garantir une texture agréable du produit alimentaire. En effet, une quantité de fibres trop importante confère à la crème glacée une texture trop sèche et élastique, peu appétissante pour le consommateur.

Le complexe émulsifiant et stabilisant peut également comprendre un hydrocolloïde alimentaire à base de polysaccharides d’origine naturelle. En effet, certains de ces composants sont particulièrement adaptés pour former et stabiliser une émulsion, car ils forment une molécule qui contient à la fois des groupements polaires et non-polaires.

L’hydrocolloïde alimentaire peut notamment être choisi parmi la cellulose, la gélatine, les carraghénanes, la pectine, les gommes naturelles, notamment la gomme arabique, la gomme de caroube, la gomme de tara, la gomme xanthane ou la gomme de guar ainsi que l’amidon.

En particulier, le complexe émulsifiant et stabilisant comprend un hydrocolloïde alimentaire à base de gomme de guar. Ce composant étant issu d’un broyage de graines, il bénéficie d’une image naturelle positive pour le consommateur à la recherche de produits alimentaires moins transformés.

Selon une réalisation, la formulation comprend entre 0,05% et 0,3% en poids, et notamment 0,1 % en poids de gomme de guar.

La formulation comprend en outre :

- au moins un composant sucrant, par exemple du sucre et/ou du sirop de glucose ;

- une matière grasse, par exemple de la matière grasse laitière (crème), de la matière grasse laitière anhydre (MGLA), de l’huile de palme et/ou de l’huile de coprah ;

- le complément en eau.

Selon une réalisation, la formulation comprend :

- 9% en poids d’ingrédient laitier ;

- 1 % en poids de complexe émulsifiant et stabilisant, notamment à base de fibres cellulosiques et de gomme de guar ;

- 13% en poids de sucre ;

- 3,5% en poids de sirop de glucose déshydraté (DE40) ;

- 9% en poids de matière grasse végétale, notamment de l’huile de palme ;

- le complément en eau.

Plusieurs séries de tests ont été menées en laboratoire et en milieu industriel pour tenter d’obtenir des formulations pour crèmes glacées sans utiliser d’additif E471 , avec plusieurs composants de remplacement pour apporter l’effet émulsifiant recherché. Durant ces tests, les paramètres suivants ont été observés en priorité, afin de sélectionner les composants et/ou les proportions les plus adapté(e)s :

- viscosité du mélange crème glacée ; taux de foisonnement ; et pourcentage de fonte du produit final après trois heures.

Durant ces tests, les formulations contenant des composants de remplacement ont été comparées à une formulation « témoin » correspondant aux formulations connues sur le marché des crèmes glacées, et contenant :

- 9% en poids d’ingrédient laitier à base de protéines sériques ;

- 0,5% en poids d’un complexe émulsifiant et stabilisant comprenant l’additif E471 ;

- 13% en poids de sucre ;

- 3,5% en poids de sirop de glucose DE40 ;

- 9% de matière grasse végétale à base d’huile de palme ;

- le complément en eau.

Les formulations à tester comprenaient toutes, par rapport à cette formulation « témoin » :

- des teneurs et des compositions variables par rapport à : o le complexe émulsifiant et stabilisant, qui remplace l’additif E471 , dont la quantité en poids dans la formulation totale variait entre 0,5% et 1 ,8%, et dont la composition propre variait également ; et o le complément en eau ;

- des teneurs et des compositions similaires pour les autres composants, notamment : o 13% en poids de sucre ; o 3,5% en poids de sirop de glucose DE40 ; o 9% en poids d’ingrédient laitier ; o 9% de matière grasse végétale.

Ces formulations à tester ont également été élaborées de manière à présenter des propriétés physico-chimiques similaires à celle de la formulation « témoin », notamment :

- une teneur d’environ 35,1 % en poids +/- 0,5% d’extrait sec ;

- une teneur de 9,1 % +/- 0,5% en poids de matière grasse ; - un facteur de diminution du point de congélation de (FPDF, pour l’anglais « Freezing Point Depression Factor ») d’environ 20,4% +/- 5% ;

- une teneur d’environ 8,7% en poids +/- 0,5% d’extrait sec dégraissé laitier ;

- un rapport lactose / eau de l’ordre de 9% ;

- une teneur en lactose de l’ordre de 4,6% en poids ; et

- une teneur en protéines comprise entre 1 ,5% et 4,3% en poids +/- 0,2%.

Toutes ces formulations, testées et « témoin », ont été utilisées pour préparer des crèmes glacées suivant un procédé conventionnel, qui a été mené dans un premier temps en laboratoire (process « batch ») sur de petites quantités, puis en installation semi-industrielle pilote (process « continu ») sur des quantités plus importantes, ce procédé comprenant les étapes suivantes :

- l’hydratation des poudres sous agitation (pendant 10 minutes), réalisée avec : o en laboratoire : un bêcher et un mélangeur YSTRAL® ; o en installation pilote : une cuve de lancement double enveloppe et un bras agitateur ;

- l’incorporation de la matière grasse à 65°C, suivi d’un mélange pendant 15 minutes, réalisés avec : o en laboratoire : un bêcher sur plaque de cuisson ; o en installation pilote : une cuve de lancement double enveloppe ;

- l’homogénéisation à 160 /40 bars, effectuée à 75°C, réalisée avec : o en laboratoire : un homogénéisateur de paillasse ; o en installation pilote : un homogénéisateur semi-industriel ;

- la pasteurisation à 85°C pendant 30 secondes, réalisée avec : o en laboratoire : un bêcher sur plaque de cuisson ; o en installation pilote : un échangeur à plaques ;

- la maturation sous agitation, effectuée à 4°C pendant 12h, réalisée avec des cuves de maturation ;

- un foisonnement et une congélation (Freezage), réalisé avec : o en laboratoire : un appareil freezer CARPIGIANI® entre -5°C et -8°C ; o en installation pilote : un freezer TETRAPACK®, à des températures de -5°C ou de -3,5°C ;

- un durcissement à -25°C pendant 1 h, réalisé dans une cellule frigorifique ventilée ;

- un stockage à -25°C dans un congélateur.

A l’issue des tests en laboratoire, la formulation « témoin » contenant de l’additif E471 a obtenu les résultats suivants :

- en viscosité du mélange après maturation : environ 234 centipoises (cP) ;

- en pourcentage de foisonnement : environ 74% ; et

- en pourcentage de fonte après trois heures à 23°C : environ 28%.

Par ailleurs, ont été évaluées de façon similaire, vingt-deux formulations de test qui comprenaient, à la place du complexe émulsifiant et stabilisant comprenant l’additif E471, un complexe comprenant, en quantités variables, au moins un ingrédient de substitution choisi parmi :

- des protéines végétales hydrolysées, connues pour leurs propriétés émulsifiantes et moussantes ;

- un coproduit laitier riche en matières grasses qui contiennent notamment 5% en poids de phospholipides, pour ses propriétés émulsifiantes ;

- les fibres cellulosiques, pour leur capacité à réduire la vitesse de fonte ; et/ou

- de la gomme de guar, pour ses propriétés stabilisantes.

A l’issue de cette évaluation, les résultats les plus intéressants ont été obtenus avec des formulations contenant à la fois :

- entre 1% et 1 ,3% en poids de coproduit laitier riche en matières grasses ; et

- entre 0,28% et 0,55% en poids de fibres cellulosiques ; et

- environ 0,20% en poids de gomme de guar. En effet, ces formulations remplissaient les trois conditions requises pour obtenir une crème glacée industrielle de qualité, avec certains résultats même meilleurs que la formulation « témoin » (additif E471), à savoir :

- une valeur de viscosité standard, notamment inférieure à 240 cP, adaptée à une application en installation industrielle (de 178 cP à 209 cP, contre 234 cP pour la formulation « témoin ») ;

- un foisonnement élevé, notamment compris entre 90% et 100% (entre 83% et 84%, soit supérieur à celui obtenu avec la formulation « témoin ») ; et

- une vitesse de fonte faible (entre 0,78% et 5,73% de fonte du produit final après trois heures à 23°C), et significativement inférieure à celle de la formulation « témoin » (28% de produit fondu dans les mêmes conditions).

Par ailleurs, les résultats obtenus ont permis de déduire qu’une teneur en gomme de guar proche de 0,5% en poids donne des formulations de viscosité trop importante, notamment incompatible avec une application industrielle.

Suite à ces tests en laboratoire, une formulation « témoin » telle que décrite précédemment, ainsi que seize formulations de test contenant des complexes émulsifiants et stabilisants de substitution à l’additif E471 , ont été préparées en installation semi-industrielle, suivant les mêmes proportions que celles utilisées en laboratoire.

A l’issue de ces tests, la formulation « témoin » contenant de l’additif E471 a obtenu les résultats suivants :

- en viscosité du mélange après maturation : environ 85 cP ;

- en pourcentage de foisonnement : environ 102% ; et

- en pourcentage de fonte après trois heures à 23°C : o freezage à -3,5°C : environ 45,01 % ; o freezage à -5°C : environ 26,39%. Et, parmi les formulations de test, celles qui ont rempli tous les objectifs fonctionnels (viscosité, foisonnement, fonte) et sensoriels (texture) requis contenaient à la fois :

- environ 0,5% en poids de coproduit laitier riche en phospholipides ; et

- entre 0,3% et 0,4% en poids de fibres cellulosiques ; et

- entre 0,1% et 0,2% en poids de gomme de guar.

En particulier, la combinaison suivante a été obtenue, compte tenu de ses avantages économiques :

- 0,5% en poids de coproduit laitier riche en phospholipides ; et

- 0,4% en poids de fibres cellulosiques ; et

- 0,1% en poids de gomme de guar.

L’ensemble des tests réalisés et leur interprétation statistique a permis d’évaluer précisément le rôle des différents composants sur la qualité de la crème glacée.

S’agissant de la fonte, il a notamment été observé que :

- les protéines végétales hydrolysées ont tendance à augmenter la vitesse de fonte, de sorte que leur limitation, voire leur suppression de la formulation est pertinente ;

- une quantité trop importante de coproduit laitier riche en matières grasses, notamment supérieure à 0,6% en poids, a également un impact négatif sur la fonte du produit alimentaire ;

- un pourcentage de fibres cellulosiques d’environ 0,6% permet de garantir un pourcentage de fonte inférieur à 40%, mais il a été choisi de l’abaisser à une teneur inférieure à 0,5%, pour éviter une texture trop sèche désagréable pour le consommateur ;

- la gomme de guar ayant un impact légèrement négatif sur la vitesse de fonte, et compte tenu de son influence sur la viscosité de la formulation, il est nécessaire d’en limiter la quantité.

Ainsi, l’ensemble des tests a permis d’obtenir une formulation optimale avec une viscosité standard compatible avec une application industrielle, un foisonnement équivalent à la formulation « témoin » contenant notamment de l’additif E471 , ainsi qu’une vitesse de fonte améliorée et une qualité sensorielle équivalente aux standards du marché.