Les épaississants ont des fonctions d'épaississement, de gélification, d'émulsification et de stabilisation, etc., qui peuvent améliorer la qualité et l'aspect des produits alimentaires et leur donner un goût riche. Les épaississants sont disponibles à partir d'un large éventail de sources et sont ajoutés à de faibles niveaux. Ils sont devenus des additifs alimentaires importants dans des aliments tels que la viande, les produits laitiers et les pâtes alimentaires.

Mécanisme d'action des épaississants

Les épaississants ont la capacité de modifier la rhéologie d'un système alimentaire, c'est-à-dire la viscosité caractéristique de l'écoulement et la texture caractéristique des solides mécaniques. Des études ont confirmé que les changements de texture ou de viscosité des systèmes alimentaires contribuent à modifier leurs propriétés sensorielles. En général, les épaississants ont tendance à former une structure réticulée en solution ou des colloïdes avec plus de groupes hydrophiles, qui sont des groupes hétérogènes de polymères à longue chaîne (polysaccharides et protéines), améliorant ainsi la viscosité et la texture des aliments. Les principales propriétés des épaississants sont l'épaississement, la gélification, l'émulsification, la stabilisation et le contrôle de la croissance des cristaux de glace et de sucre, entre autres effets.

1.1 Processus d'épaississement
Le processus d'épaississement implique la gélification structurée de l'enchevêtrement non spécifique de chaînes conformationnellement désordonnées. La viscosité des dispersions de polysaccharides provient principalement de l'enchevêtrement physique de boucles aléatoires désordonnées sur le plan de la conformation. Dans les dispersions à faible concentration, les molécules individuelles de l'épaississant sont libres de se déplacer et n'ont pas d'effet épaississant. Dans les systèmes à forte concentration, ces molécules commencent à entrer en contact les unes avec les autres et, par conséquent, le mouvement des molécules est restreint.

Le degré d'épaississement varie en fonction du type d'épaississant, c'est-à-dire qu'il donne une faible viscosité à des concentrations élevées et une viscosité élevée à des concentrations inférieures à 1%. Les épaississants les plus courants sont l'amidon, la gomme xanthane, la gomme guar, la gomme de haricot d'acacia, la carraghénine, la gomme arabique et les dérivés de la cellulose.

1.2 Le processus du gel
1.2.1 Formation de gel
Le gel est une forme de matière entre le solide et le liquide, et présente une rigidité mécanique, de sorte que l'aliment a une viscoélasticité, montrant les caractéristiques du liquide et du solide. Les propriétés texturales du gel (élastique ou cassant, moelleux ou crémeux) varient en fonction du type d'épaississant, et les propriétés sensorielles de l'aliment (opacité, sensation en bouche ou saveur) varient en conséquence.

La connaissance des conditions de gélification d'une dispersion d'épaississant particulière, des caractéristiques du gel obtenu et de la texture qu'il confère est un aspect très important de la conception d'une formulation alimentaire particulière. La formation d'un gel implique l'assemblage de segments de chaînes de polymères dispersés de manière irrégulière dans la dispersion pour former un réseau tridimensionnel contenant du solvant dans les vides. Des régions associées, appelées zones de jonction, peuvent être formées par deux ou plusieurs chaînes de polymères. Le processus de gélification consiste essentiellement en la formation de ces zones de jonction.

La disposition physique de ces zones de jonction dans le réseau peut être affectée par divers paramètres tels que la température, la présence d'ions et la structure inhérente de l'épaississant. Il existe trois mécanismes de gélification des épaississants, à savoir la gélification ionique, la gélification par prise à froid et la gélification par thermoformage. La gélification ionique se produit par la réticulation des chaînes de l'épaississant avec des ions, généralement un processus de gélification médié par des cations de polysaccharides chargés négativement, tels que l'alginate, le carraghénane et la pectine, et la gélification ionique par fixation de la diffusion ou gélification interne.

Dans les gels à prise à froid, les poudres colloïdales sont dissoutes dans de l'eau chaude bouillante pour former une dispersion qui, une fois refroidie, conduit à des hélices inter-chaînes stabilisées par l'enthalpie pour former des segments de chaîne individuels, ce qui donne un réseau tridimensionnel, comme dans le cas de l'agar et de la gélatine. Les gels thermofixants nécessitent de chauffer le gel, généralement uniquement à l'endroit où l'aliment doit être thermofixé. Le mécanisme de thermofixation se produit par le dépliage des protéines naturelles de l'amidon et leur réarrangement ultérieur en réseaux.

1.2.2 Rôle des zones d'association dans les gels
Les zones d'association jouent un rôle important dans le processus de gélification des épaississants, affectant les propriétés et la fonction du gel. Dans la gélatine, la zone d'association est formée par trois molécules par liaison hydrogène. Dans la carraghénane, six à dix molécules forment la zone d'association, alors que deux molécules seulement sont impliquées dans la carraghénane de type I. Plus le nombre de molécules dans la zone d'association est élevé, plus la zone d'association est importante. Plus le nombre de molécules dans la région de liaison est élevé, plus la rigidité du gel est importante. Par conséquent, la région de liaison multimoléculaire des carraghénanes de type K est rigide et se reconstruit moins facilement lorsqu'elle est perturbée par le cisaillement, alors que les gels de carraghénanes de type I ont une structure plus souple et sont moins sensibles au cisaillement. La région de liaison du carraghénane et de l'alginate est constituée de deux molécules, mais les gels de carraghénane peuvent supporter une plus grande déformation avant rupture que l'alginate, qui a presque la même résistance.

Le comportement thermique des gels diffère également en fonction de la région d'association. La gélatine fond à des températures plus basses car les régions d'association ne sont liées que par de faibles liaisons hydrogène. La qualité du solvant est également un autre facteur important. Dans les gels de pectine à forte teneur en méthoxyle, la liaison hydrogène ne peut se former qu'avec l'ajout de sucre, qui réduit suffisamment l'activité de l'eau.

1.2.3 Autres facteurs influençant la formation du gel
Les divers facteurs qui influencent la formation de gels à partir d'épaississants comprennent la concentration de l'agent gélifiant, le pH du milieu, la masse molaire, le degré de polymérisation, la température, la composition ionique et le soluté. Outre l'identification des facteurs qui affectent la formation de gels à partir d'épaississants, les gels formés à partir de ces derniers doivent être caractérisés, souvent par une caractérisation microstructurale et rhéologique, ce qui peut aider à l'ajout d'épaississants en tant que gélifiants. Par exemple, l'effet de l'ajout de saccharose et d'aspartame sur les propriétés de compression des gels d'épaississants, c'est-à-dire le carraghénane de type K, le gel refroidi par nouage et le carraghénane de type K à base de gomme de haricot d'acacia, a été étudié ; l'ajout de saccharose a entraîné une augmentation de la contrainte de rupture réelle pour tous ces gels. Cependant, l'ajout d'aspartame à de faibles concentrations n'a pas affecté les paramètres de compression texturale.

En outre, les principaux déterminants de la douceur des gels sont liés aux propriétés mécaniques des gels (résistance du gel, contrainte de rupture, déformation de rupture, etc.), et en particulier à l'ampleur de la déformation nécessaire pour rompre le réseau et à sa résistance à la déformation. En outre, les co-solubilisants tels que le saccharose, la concentration des colloïdes hydrolysés, le taux de cisaillement et la température sont également des variables importantes qui influencent l'état rhéologique du gel.

Application des épaississants dans l'alimentation

2.1 Application dans la production de gelée
Les épaississants alimentaires sont souvent utilisés dans la production et la transformation de la gelée, avec deux ou plusieurs effets synergiques, afin d'obtenir le meilleur effet requis par la gelée. La gomme gellane est une sorte de polysaccharide linéaire extracellulaire synthétisé et sécrété par Pseudomonas aeruginosa au cours du processus de fermentation pure des hydrates de carbone. La gomme gellane est utilisée en combinaison avec la gomme xanthane pour produire des gels pour desserts prêts à consommer en raison de sa bonne clarté et de sa stabilité thermique suffisante. La gomme gellane désacylée est utilisée pour améliorer la rétention d'humidité, la libération des arômes et la stabilité au stockage des puddings et pour réduire le rétrécissement dû à la déshydratation.

Les cations métalliques jouent un rôle clé dans la formation des gels de gomme gellane. Les cations, par le biais d'une liaison spécifique, sont bénéfiques pour la formation de la "zone de liaison" en raison de leur connexion directe aux groupes carboxyle des molécules de polysaccharide, réduisant ainsi la répulsion électrostatique entre les chaînes à double hélice.

Le carraghénane est un polysaccharide algal naturel, un polysaccharide linéaire hydrophile non homogène avec des groupes sulfates, composé de 1,4-bêta-D-galactopyranose et de 1,3-alpha-D-galactopyranose comme lien de base, qui peut être extrait de la paroi cellulaire des algues rouges. Lorsque le carraghénane est chauffé puis lentement refroidi, la forme des molécules passe progressivement de la forme frisée initiale à une hélice, puis d'une simple hélice à une double hélice, ce qui donne lieu à la formation d'une structure tridimensionnelle en treillis.

Lorsque la concentration de carraghénane est plus faible, elle peut former un gel réversible à la chaleur ; à ce moment-là, la carraghénane a une meilleure transparence, ce qui peut améliorer l'apparence de la gelée. La carraghénine est l'épaississant le plus couramment utilisé dans la production de gelées et a été utilisée dans des formulations alimentaires en synergie avec d'autres épaississants. Lorsque la carraghénane est mélangée à de la gomme de haricot d'acacia, de la gélatine, de la gomme xanthane et de la gomme arabique, la résistance et l'élasticité du gel peuvent être améliorées de manière significative.

2.2 Application dans le yaourt
Les épaississants peuvent améliorer la consistance du yaourt, stabiliser les propriétés du yaourt, empêcher la précipitation du lactosérum, améliorer efficacement la texture et le goût des produits à base de yaourt. Lorsque l'alginate de propylène glycol et l'amidon modifié sont utilisés en même temps comme agents épaississants, ils peuvent avoir un bon effet synergique, et la quantité optimale d'ajout des deux agents épaississants est de 0,15% (W/W) pour l'alginate de propylène glycol et de 1,20% pour l'amidon modifié.

Dans le processus de production du yaourt, l'ajout de 0,2% d'alginate de propylène glycol peut augmenter la capacité de rétention d'eau du produit de 10,9%, empêchant efficacement la précipitation du lactosérum. Lorsque 0,2% d'alginate de propylène glycol (W/W), 0,3% de carboxyméthylcellulose sodique, 0,1% de pectine à haute teneur en ester, 0,015% (W/W) d'ester de saccharose sont ajoutés après le mélange lors du processus de production de boissons lactées acides, la stabilité et le goût du produit à ce moment-là sont les meilleurs.

Le polydextrose est un bon prébiotique qui, dans la fermentation intestinale, peut faire passer la valeur du pH intestinal de 7,24 à 6,44, ce qui est propice à la croissance et à la prolifération des probiotiques tels que les bactéries lactiques et les bifidobactéries. Lors de la production de yaourt, le polydextrose peut améliorer la teneur en fibres alimentaires et le goût du produit, car il reste stable à faible pH. Dans les produits à faible teneur en matières grasses ou sans matières grasses, il peut empêcher efficacement l'analyse de l'eau et augmenter sa capacité de rétention d'eau, ce qui peut améliorer efficacement la texture et le goût du produit.

Des études ont montré que lorsque le polydextrose est ajouté à un niveau de 1% (W/W) dans les produits de yaourt, il peut améliorer la viscosité et le goût sucré du produit, et rendre le goût du produit plus riche. Le polydextrose peut améliorer la vitalité d'autres souches de bactéries dans le yaourt et prolonger efficacement la durée de conservation du yaourt.

Lorsque le polydextrose est ajouté à 3% (W/W) dans les produits de yaourt, il facilite la fermentation du yaourt, améliore l'activité des bactéries lactiques, réduit la précipitation du lactosérum et joue un rôle clé dans l'organisation et la morphologie du produit, et cette quantité d'ajout permet d'obtenir le meilleur effet de caillage, et l'acidité et le goût sucré du produit sont modérés. Lorsque 4% (W/W) de polydextrose ont été ajoutés au yaourt caillé, le produit avait un goût délicat, une douceur modérée, une réduction significative de la précipitation du lactosérum, une bonne stabilité, et le polydextrose conservait bien la saveur du produit et prolongeait la durée de conservation.

2.3 Application dans les boissons non alcoolisées
La carboxyméthylcellulose sodique est l'épaississant le plus courant dans les boissons acides. En raison de sa solubilité dans l'eau, elle peut former une solution très visqueuse dans l'eau. La carboxyméthylcellulose sodique est le plus souvent utilisée dans le lait de vache en raison de ses propriétés de résistance aux acides. La carboxyméthylcellulose sodique empêche efficacement la précipitation de la caséine et prolonge la durée de conservation des produits laitiers. La carboxyméthylcellulose sodique peut également améliorer la stabilité de la suspension des boissons à base de fruits et de légumes, en empêchant le phénomène de précipitation et en maintenant efficacement la stabilité du produit et son apparence.

La gomme xanthane a la viscosité la plus élevée des gommes naturelles et est soluble dans l'eau froide. Elle est largement utilisée dans la production de boissons non alcoolisées. Les solutions aqueuses de gomme xanthane ont un écoulement pseudoplastique typique, la viscosité diminuant en présence de cisaillement et se rétablissant en l'absence de cisaillement. Dans une large gamme de températures, la viscosité de la plupart des gommes n'est pas stable, mais la viscosité de la gomme xanthane change beaucoup moins que celle des autres gommes. La gomme xanthane présente également une très bonne résistance au sel, le chauffage n'est pas affecté par le sel et la précipitation.

La gomme xanthane convient également aux boissons de type pulpe et aux boissons protéinées, et peut améliorer la suspension de la caséine et d'autres ingrédients actifs. La pseudo-plasticité de la gomme xanthane améliore la consistance des boissons, ce qui donne un goût plus épais sans sensation collante. En outre, la gomme xanthane a également une bonne compatibilité, lorsqu'elle est utilisée en même temps que d'autres épaississants, elle a un effet synergique.

Jusqu'à présent, l'application des épaississants dans l'alimentation en Chine n'est pas parfaite, le lien avec la technologie de production est faible et la recherche et le développement des épaississants en sont encore au stade primaire. Avec l'augmentation du niveau de vie, les consommateurs améliorent progressivement la saveur, la texture, l'apparence et d'autres exigences des aliments, l'application future des agents épaississants dans la transformation des aliments a un large espace de développement et de perspectives.