Comment générer des MDGs in situ afin de préserver le moelleux des sponge cakes ?
Dans le cadre de ses activités, AGIR travaille en continu sur les innovations alimentaires d’aujourd’hui et de demain. Les travaux scientifiques d’AGIR s’inscrivent dans les enjeux actuels de formulation alimentaire plus saine et dans un esprit résolument « clean label », visant notamment à réduire l’emploi des additifs déclarés sur l’étiquette sans pour autant perdre la fonctionnalité qu’ils apportent. Notre équipe a montré qu’en hydrolysant de manière contrôlée l’huile de colza par des lipases, il est possible de produire de générer des mono- et diglycérides d’acides gras (MDGs) que l’on utilise souvent dans plusieurs produits alimentaires.
Au cours de cette première partie d’étude, nous avons étudié l’impact des MDGs produits par lipolyse sur les pâtisseries afin car ils servent à la préservation du moelleux dans le temps. Découvrons donc le principe de la méthode et les résultats associés.
Principe de l’hydrolyse
Le concept utilisé sur ce projet vise à mettre en contact une huile végétale liquide, de l’eau et un catalyseur enzymatique de type lipase de manière à générer in situ les MDGs (Figure 1). A l’issue de la réaction, l’objectif est d’utiliser l’huile enrichie en tant que nouvel ingrédient fonctionnel.
Figure 1 : Concept de la lipolyse enzymatique à partir d'huile végétale liquide, d'eau et de lipase (Schéma : AGIR)
Les lipases sont des protéines possédant un ou plusieurs sites actifs spécifiques aux triglycérides. En présence d’eau, les liaisons esters du substrat se coupent afin de former des diglycérides (1,2-DGs et 1,3-DGs), des monoglycérides (1-MGs et 2-MGs) et de manière invariable, des acides gras libres (AGLs) soit, formés directement par l’hydrolyse soit, considérés comme produits secondaires lors de la formation des MDGs.
La mise en contact des substrats pose problème dans la mesure où les triglycérides se trouvent dans une phase à part du catalyseur enzymatique. Pour améliorer les vitesses de réaction et les paramètres associés (conversion, sélectivité et rendement), il est nécessaire de passer par une étape intermédiaire de mise en émulsion. L’augmentation de la quantité d’interface permet alors une meilleure accessibilité du substrat vers le site actif. En fin de réaction, l’huile enrichie en MDGs et AGLs est alors séparée du catalyseur pour ensuite être utilisée en formulation.
Ce procédé présente plusieurs avantages :
- Il peut se généraliser et possiblement se décliner à plusieurs huiles végétales,
- Il utilise des huiles végétales standardisées en termes de composition glycéridique ce qui assure une certaine reproductibilité,
- Il utilise des enzymes non-OGM et non auto-clonées ce qui s’inscrit dans les autres enjeux du clean-label,
- Il permet d’éviter un contact direct entre l’enzyme et le produit fini. De plus, l’enzyme étant éliminée en fin de réaction, il évite un étiquetage du support d’immobilisation dans la liste d’ingrédient si toutefois la règlementation venait à évoluer dans le futur.
- Il permet d’envisager une recyclabilité de l’enzyme notamment lorsque les lipases sont utilisées directement dans le produit et dénaturées ensuite par chauffage. Cela représente un avantage économique certain que nous avons aussi étudié dans une autre étude.
Caractérisation de l’hydrolyse
L’étude de la lipolyse a été réalisée avec une lipase non-OGM et non-auto clonée (enzyme NLS, Aspergillus Niger, 50 000 U/g, fournisseur TAKABIO). La cinétique de réaction a été menée jusqu’à 24 heures et l’analyse couplée CPG-RMN1H a permis d’établir le profil quantitatif complet des produits de réaction en fonction du temps (Figure 2).
Figure 2 : Évolution des différentes teneurs en TGs consommés / produits formés (MDGs et AGLs) au cours de la lipolyse enzymatique (NLS, Aspergillus Niger, 50 000 U/g). Source : AGIR
Le profil obtenu montre alors une quantité maximale de MDGs formés après 2h de réaction (TGs convertis = 60% ; MDGs/AGLs = 0,74 mol/mol) puis une re-consommation progressive de ces derniers, au-delà. Les AGLs, produits secondaires formés quelle que soit la réaction augmentent quant à eux de manière graduelle et progressive pour atteindre un maximum à 24h (TGs convertis = 76% ; MDGs/AGLs = 0,07 mol/mol). Ainsi, si l’on souhaite donc privilégier la présence de MDGs, le temps d’action de la lipase doit être considéré avec précaution.
Application : préserver le moelleux des sponge cakes
Les huiles issues de la lipolyse avec la NLS ont été utilisées dans des recettes permettant la fabrication des barres pâtissières. L’huile de colza contenue initialement dans la recette a été remplacée par l’huile hydrolysée à différents temps (2h, où la teneur en MDGs est maximale et 24h, où les AGLs sont largement majoritaires).
Quel que soit le temps de la lipolyse, un remplacement total impacte la structure du produit en limitant son développement et son alvéolation et favorise une augmentation significative de l’élasticité et de la dureté (Figure 3 gauche). La teneur en émulsifiants contenus dans l’huile est donc à l’origine de cette observation. En effet, les AGLs et les MDGs sont connus dans la littérature pour former un complexe d’inclusion avec l’amylose (lui-même contenu dans l’amidon de la farine). Cet assemblage, stabilisé par des liaisons de faible énergie inter et intramoléculaire, limite le rassissement du produit et permet de préserver le moelleux dans le temps (figure 3 droite).
Figure 3 : Gauche : évolution de la texture de la barre pâtissière lorsque l’huile de colza est remplacée par 100% d’huile hydrolysée (2h ou 24h). Droite : Schématisation des différentes encapsulations des MDGs et AGLs dans l’hélice d’amylose (Source : AGIR)
La teneur en émulsifiant est donc à maitriser car pour de faibles teneurs, les émulsifiants complexent l’amylose tandis qu’à haute concentration, toute l’amylose est complexée et les émulsifiants en excès peuvent créer des autoassemblages spontanés ou des phases cristal liquides dans la pâte, ce qui impacte les propriétés ci-dessus évoquées.
Pour moduler la teneur en émulsifiants, des dilutions amont entre l’huile de colza et l’huile hydrolysée ont été réalisées. A l’issue de la fabrication, chaque produit a été caractérisé en termes de dureté. Une teneur de 10% d’huile hydrolysée est suffisante pour avoir une dureté minimale et un visuel proche du témoin à l’huile de colza. Ce résultat reste valable quelle que soit l’huile utilisée (2h ou 24h). Le ratio émulsifiants/farine est donc estimé ici à ~ 2,5 g/ 100 g. Pour cette concentration et celles pouvant aller jusqu’à 10 fois cette teneur (5,10 et 25%), plusieurs barres pâtissières ont été fabriquées de manière à suivre l’évolution de la dureté dans le temps. Les résultats, représentés en Figure 4 jusqu’à 6 mois de vieillissement montrent que les produits qui contiennent de l’huile hydrolysée 2h sont moins dures que le témoin dans le temps (lignes en pointillées vs ligne noire). Les différences de dureté montrent un gain de moelleux d’environ 31%. L’utilisation de cette huile est plus efficace pour conserver le moelleux que l’utilisation des MDGs commerciaux dispersés dans les mêmes teneurs. L’huile hydrolysée 24h (lignes pleines) est quant à elle plus efficace sur la conservation du moelleux (+76% de moelleux par rapport au témoin). La présence d’AGLs dans l’huile rend plus efficace la complexation de l’amylose et en ce sens améliore la conservation du moelleux comparativement aux MDGs. Cependant, utilisés seuls et dans les mêmes proportions, les barres pâtissières se délitent post-fabrication et ne présentent aucune cohésion. Il semble donc qu’une synergie avec les MDGs permettent d’assurer une balance entre structure et moelleux.
Figure 4 : Évolution de la dureté des barres pâtissières fabriquées avec des mélanges huile hydrolysée (2h ou 24h) / huile de colza (HC = huile de colza ; HM = Huile modifiée = huile hydrolysée). Source : AGIR
En conclusion
Ce premier travail a permis de mettre en place un concept général centré autour de la lipolyse enzymatique afin de générer in situ dans de l’huile de colza, des MDGs, reconnus comme ayant une fonctionnalité technologique recherchée sur l’optimisation du moelleux dans le temps.
Le temps d’hydrolyse et la quantité d’émulsifiants sont cependant à maitriser et à optimiser selon les compositions des recettes. Dans notre cas, une teneur en huile hydrolysée à 10% dans la quantité totale d’huile de la recette a permis de préserver le moelleux jusqu’à 76% comparativement au témoin.
Cela permet d’une part de légitimer l’utilisation des enzymes et des lipases dans cet univers dans une utilisation non conventionnelle où les enzymes sont ajoutées directement dans le produit et d’autre part d’ouvrir la voie à d’autres études comme l’utilisation de la lipolyse dans les crèmes glacées (détaillée ici) ou bien de pouvoir recycler les lipases plusieurs fois pour une même application (voir notre article à ce sujet).
Si vous souhaitez en savoir plus sur le concept de la lipolyse ou l’utilisation et la maitrise des enzymes au sens large, les résultats détaillés ou les conclusions de cette étude, vous pouvez nous contacter ou bien retrouver la publication dans sa totalité ici.
Source : Monié, A., David, A., Clemens, K., Malet-Martino, M., Balayssac, S., Perez, E; Franceschi, S., Crepin, M. & Delample, M. (2021), Enzymatic hydrolysis of rapeseed oil with a non-GMO lipase: a strategy to substitute mono- and diglycerides of fatty acids and improve the softness of sponge cakes, LWT-Food Science & Technology, 137, 110405. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2020.110405