Face aux enjeux actuels de santé publique liés à la réduction des graisses saturées et aux contraintes environnementales notamment concernant l’huile de palme, largement utilisée mais controversée pour ses impacts sur la santé et la durabilité, AGIR a exploré une alternative innovante : structurer de l’huile de colza riche en acides gras insaturés grâce à l’oléogélification par des fibres végétales, sans additifs ni chauffage. Notre équipe a montré qu’en travaillant à partir de fibres riches en cellulose, un réseau solide peut se former. Cette innovation a permis de fabriquer une pâte à tartiner au chocolat, (encore) stable à 38 °C, avec moins de graisses saturées et plus de fibres, offrant ainsi des produits plus sains et responsables.
Ce travail représente une innovation de rupture dans le domaine de oléogels car texturer les huiles liquides se réalise soit avec des petits composés appartenant pour la plupart à des additifs ou bien nécessite de chauffer puis de passer par l’emploi d’une phase aqueuse afin d’en faire une émulsion et d’évaporer l’eau ensuite lors d’une seconde étape. Résumons donc ce qui a été réalisé avec les avantages que cela offre.
Démontrer l’existence des oléogels avec les fibres végétales
Les premiers essais ont consisté à disperser manuellement plusieurs types de végétaux (reconnus comme étant des fibres alimentaires) dans de l’huile liquide (colza) et à température ambiante. La teneur était ici fixée à 30% massique. Parmi les sources botaniques testées on relève du blé, de l’avoine, du pois, de la carotte, de la pomme de terre… et dont les puretés, les tailles sur tamis et les provenances sont aussi large que possible et disparates. L’observation macroscopique des dispersions montre alors des comportements différents : certaines fibres sédimentent (apparence globale liquide ; figure 1, droite) tandis que d’autres texturent fortement le continuum huileux donnant ainsi une apparence solide sans écoulement visible lors du retournement du pot (Figure 1, gauche).
Cet effet de texturation est visible lors de l’étude en rhéologie par l’apparition d’un seuil minimal d’écoulement (t0) et d’une valeur de « dureté » G’ significativement différents par rapport aux autres échantillons (t0 = 83 Pa et G’ = 218 Pa contre 0,1 Pa et 0,9 Pa respectivement pour les échantillons liquides).
Figure 1 : Différences visuelles de comportement des dispersions fibres végétales + huile de colza (30% massique) (Source : AGIR)
Ensuite, pour aider à la stabilité de l’émulsion double obtenue, l’objectif a été de tirer profit de la déstabilisation via ce que l’on appelle un murissement de composition entre les phases aqueuses interne et externe. Pour cela, un soluté très fortement concentré de type sel ou sucre a été intégré dans les gouttes d’eau internes. De cette manière, lors de l’uniformisation des compositions, de l’eau (provenant de la phase externe) vient diluer les gouttes internes. Un gonflement peut alors être envisagé ce qui permet d’aboutir à une fraction volumique importante occupée par les gouttes au sein du globule d’huile. En utilisant une protéine gélifiante dans la phase externe (caséinate de sodium), celle-ci va se concentrer via ce même mécanisme entrainant alors une gélification intense au cours du murissement ce qui participe à la stabilisation globale du système (les émulsions ayant les propriétés de leurs phases continues).
Le défi réside alors dans la gestion de ce murissement car un gonflement des gouttes interne trop important pourrait conduire à une déstabilisation complète de l’édifice. Pour cela, un équilibre des concentrations sera primordial de même que la taille des globules gras qui composent le système.
Pour tenter de comprendre ces différences de comportement, les 13 végétaux testés ont été analysés que ce soit au niveau de la composition moléculaire (analyse Van Soest) ou de la morphologie (via la microscopie optique en régime dilué). La forme des fibres (se présentant sous forme de « filaments ») ainsi qu’une teneur suffisante en cellulose (64%) permettent de texturer le continuum liquide. De plus l’analyse de la composition moléculaire a fait apparaitre des taux relativement faibles en hémicellulose et en lignine, sans doute le signe d’un traitement amont de la fibre végétale via un procédé chimique connu : procédé Kraft. Cela permet de changer la conformation de la cellulose native ainsi que son degré de cristallinité (cellulose II, appelée aussi cellulose mercerisée). Est-ce que l’une ou l’autre de ses propriétés ou la synergie de toutes font que la texturation se produit ?
Comment moduler la texture ?
L’effet de texturation a été approfondi en rhéologie. Pour les premiers essais, deux fibres qui texturent (bambou, Ba et blé, Wh) et qui présentent des tailles différentes (Lmax : 30 µm jusqu’à 1 500 µm) ont été utilisées.
Indépendamment de la source botanique, la concentration où la texturation est observée (appelée cyield) est clairement dépendante de la taille du matériel végétal (Figure 2, gauche). Plus les « filaments » sont grands et plus la texturation est obtenue à de faibles concentrations. Une analyse par microscopie a permis de montrer un enchevêtrement des fibres, responsable de l’effet observé et permettant sans doute de bloquer l’huile liquide et d’éviter son exsudation. Hormis l’effet de taille, la teneur en fibres dispersées dicte aussi l’apparition du phénomène. A granulométrie constante (30 µm), un effet de texturation, marqué par l’interpénétration des chaines est visible à partir de 12% massique si l’on regarde la valeur du seuil d’écoulement (t0) et du module élastique (G’) ; Figure 2 droite.
Figure 2 : Paramètre dictant la texturation de l’huile liquide par les fibres. Gauche : Effet de la granulométrie des fibres (longueur, Lmax) quelle que soit la source botanique engagée ; Droite : effet de la concentration en fibres pour une granulométrie constante (30 µm) (Source : AGIR)
Remplacer l’huile de palme en totalité dans les pâtes à tartiner
A partir de ces observations et caractérisations, les essais ont alors consisté à utiliser l’huile texturée dans des matrices de type pâte à tartiner.
Ici, l’huile de palme donne au produit son comportement typique directement relié à la nature et à la quantité de cristaux formés. Le produit témoin a été caractérisé en termes de viscosité, de point d’écoulement et de point de fusion de la matière grasse (plage de fusion entre 25 et 48°C). L’huile de palme a ensuite été remplacée en totalité par des huiles texturées contenant des teneurs croissantes en fibres de bambou (30 µm). Un seuil de texturation est alors visible à partir 12% pour cette granulométrie. Comparativement aux caractéristiques du produit à l’huile de palme (et menées à 25°C), 30% de fibres de bambou sont alors nécessaires pour recouvrer l’ensemble des propriétés que ce soit en termes de viscosité (h) ou de seuil d’écoulement (t0).
Enfin, l’analyse de la stabilité des produits à 38°C ont montré des différences majeures de comportement au bout de 3 semaines d’entreposage. En effet, dans ces conditions, l’huile de palme fond partiellement ce qui se traduit par l’apparition d’une couche d’huile fondue en surface. Les produits fabriqués avec les fibres végétales présentent le même effet mais la teneur en huile liquide diminue avec la teneur en fibres présente dans le produit. Les échantillons fabriqués avec 30% de fibres de bambou sont quant à eux toujours texturés, stables dans le temps et ne présentent aucune exsudation.
Enfin l’analyse nutritionnelle montre un intérêt notoire dans l’utilisation de cette méthodologie de texturation (Tableau 1). En effet, comparativement à un produit fait avec de l’huile de palme, la présence de fibres et d’huile de colza permet de diminuer drastiquement la quantité d’acides gras saturés au profit des insaturés (-9 et +3,1% respectivement) et d’augmenter la teneur en fibres (+5,7%).
Figure 3 : Diagnostic nutritionnel obtenu en comparant des pâtes à tartiner fabriquées avec de l’huile de palme et avec un mélange huile de colza et fibres de bambou (30 µm, 30%) (Source : AGIR)
En conclusion
L’utilisation de fibres végétales représente donc une bonne stratégie de texturation des huiles liquides. Des huiles ayant un comportement solide peuvent être obtenues par dispersion directe dans l’huile, à température ambiante et sans aucun procédé préalable d’activation. La teneur intrinsèque en cellulose doit être de 64% minimum afin d’avoir un effet visible. La forme des fibres représente aussi un paramètre important voire essentiel qui vient dicter l’apparition de ce comportement. La teneur en fibres et la granulométrie sont les principaux paramètres qui déterminent le comportement ; la texturation étant obtenue à cause d’une interpénétration des chaines dans le continuum liquide. Vis-à-vis d’une pâte à tartiner fabriquée avec de l’huile de palme, cette stratégie s’adapte sans problème en vue d’un remplacement total. Les propriétés physicochimiques (h et t0) sont entièrement recouvrées pour une teneur de 30% de fibres dispersées dans l’huile (valable pour une fibre de bambou à 30 µm). De plus, en comparaison, la présence de fibres améliore la stabilité lors d’un entreposage à chaud ce qui permet d’obtenir des produits moins dépendants vis-à-vis de la température. Enfin, on note une amélioration nutritionnelle importante en présence d’huile de colza et de fibres ce qui permet de diminuer les teneurs en acides gras saturés (le Nutriscore, selon le premier mode de calcul, passant même d’une catégorie D à C).
Si vous souhaitez en savoir plus sur la méthodologie utilisée, les résultats détaillés ou les conclusions, vous pouvez retrouver la publication dans sa totalité ici.
Source : David, A., David, M., Lesniarek, P., Corfias, E., Pululu, Y., Delample, M. & Snabre, P. (2021), Oleogelation of rapeseed oil with cellulose fibers as an innovative strategy for palm oil substitution in chocolate spreads, Journal of Food Engineering, 292, 110315. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2020.110315