MC1107A1 - Protection d'additifs alimentaires - Google Patents

Description

La présente invention concerne un procédé destiné à assurer la protection d'additifs alimentaires et à faciliter leur emploi. L'invention concerne également des additifs alimentaires ainsi stabilisés et protégés, ainsi que l'utilisation 5 des protéines de lait ultra-filtré pour ce propos.

Le procédé en question s'applique notamment, sans y être limité, au traitement de produits, tels que les colorants alimentaires, .les vitamines hydro- et liposolubles, aux sels minéraux destinés à complémenter les aliments de l'homme et des 10 animaux, etc.

Pour pallier les modifications de composition et d'aspect des denrées alimentaires entraînées par les traitements industriels,

l'emploi de compléments nutritionnels devient de plus en plus fréquent. \

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r L'adjonction de ces additifs pose cependant dos problèmes technologiques sérieux, ces substances étant souvent fragiles, instables, insolubles ou non mélangeables dans les milieux 'auxquels on les ajoute. Elles.sont aussi quelquefois agressives 5 .vis k vis des composants de ces derniers. Il faut donc envisager de les protéger efficacement pour pouvoir les rendre plus aisément manipulables en technologie industrielle et permettre de garantir •efficacement les qualités organoleptiques et nutritionnelles des produits finis.

10 Cette notion de protection doit être perçue sous deux angles différents :

a) Certains additifs sont très instables à l'état pur cristallisé, ce qui les rend absolument inutilisables sous cette

..forme d'un point de vue technologique.

15 Cette dégradabilité intrinsèque des molécules est due principalement aux facteurs tels que la température, la lumière et l'oxydation. Les caroténoides peuvent être citées à titre d'exemple .

A l'état pur, ces produits se présentent sous la forme de 20 cristaux de couleur rouge brun à violet. Ils sont insolubles dans l'eau et ont un point de fusion assez élevé. Ils sont solubles dans certains solvants organiques et peu solubles dans t ,

les lipides. Ils sont également très fragiles, sensibles a la lumière et se dégradent facilement. Leur manipulation est donc 25 très délicate.

L'emploi des caroténoides dans l'industrie pose donc un problème d'incorporation, en particulier dans les aliments oîi 'la phase aqueuse prédomine.

b) A cette instabilité intrinsèque des molécules, viennent 30 s'ajouter les interactions néfastes avec certains éléments du milieu auquel on les ajoute, qui entraînent des pertes à la mise en oeuvre de la technologie.

la température, l'humidité, le pl-l, le pouvoir oxydant ou réducteur du milieu, les interactions avec d'autres microéléments catalyseurs de destructions, tels que enzymes, métaux lourds, etc., sont autant de paramètres déterminant la stabilité des 5 additifs..11 faut ajouter à cela les conditions de conservation, comme la température, l'humidité, la durée, la lumière, l'emballage, etc., qui varient beaucoup selon la nature du produit fini.

Tous les facteurs ci-dessus mentionnés agissent isolément mais le plus souvent simultanément et il peut en résulter une 10 synergie de leurs effets, qui accroît la vitesse de dégradation des molécules.

L'industrie alimentaire, de son côté, souhaite utiliser des produits stables, ayant de plus une présentation pratique.

Dans la plupart des cas, il faut disposer de préparations fa-

15 ciles à manipuler, mélangeables à sec et dispersables ou solubles dans les liquides.

Pour arriver à ce résultat, il faut savoir maîtriser des impératifs de deux ordres :

i a) Les propriétés intrinsèques de l'additif utilisé. Les 20 propriétés intrinsèques d'un additif utilisé sont souvent incompatibles avec l'usage auquel on le destine, par exemple sa solubilité est nulle ou insuffisante. C'est le cas par exemple des vitamines liposolubles en milieu aqueux, du carmin de cochenille en milieu acide etc.

25 On se heurte d'autre part h l'incompatibilité entre elles de plusieurs substances que l'on veut ajouter en mélange. Un exemple bien connu est l'instabilité totale de la vitamine C en présence de fer ou de cuivre.

b) Les caractéristiques physiques et chimiques des 30 aliments étant très variées, il est nécessaire de trouver des formes d'utilisation des additifs polyvalentes et uniformisées de façon à pouvoir les incorporer dans des milieux de nature très différente.

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D'autre part, souvent utilisées à cle faibles taux d ' in corporation, ces substances ont besoin d'être diluées pour obtenir une répartition homogène dans la masse où elles sont introduites.

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Le problème à résoudre consistait donc à trouver un procédé

selon lequel il serait possible de protéger et de stabiliser les additifs alimentaires, et ainsi à faciliter leur emploi, en blême a maintenant été résolu selon la présente invention, dans 10 le cadre de laquelle il a été trouvé que les protéines de lait ultra-filtré sont le support répondant le mieux aux exigences précédemment énumérées.

Le procédé selon la présente invention, c'est-à-dire le procédé pour la préparation d'additifs alimentaires stables et 15 protégés est donc caractérisé en ce que ces additifs alimentaires Sont fixés sur ou enrobés avec des protéines de lait ultra-filtré.

du lait (de préférence du lait de vaches) ou des produits liquides qui en sont dérivés par ultra-filtration. Elles peuvent être 20 utilisées seules ou en association avec d'autres polymères naturels alimentaires tels que les amidons, les dextrines et leurs dérivés, les pectines, les alginates, les carraghénanes etc.

Ces protéines d'une part assurent la fixation ou l'enrobage des additifs alimentaires en apportant une pro-25 tection efficace, et d'autre part ont des qualités technologiques facilitant au maximum leur emploi.

On entend, dans ce contexte, par "fixation", la capacité qu'a une substance de retenir un certain nombre de molécules de ligands ; ce processus résulte d'interactions 30 physico-chimiques de différentes natures entre les deux corps (liaison d'énergie différente).

/vue de pallier aux inconvénients précédemment cités. Ce pro-

Ces protéines sont des produits connus et sont extraites

Le phénomène d'enrobage est purement mécanique. Les

macro-molécules biologiques ayant une structure enchevêtrée et poreuse, peuvent abriter dans leur trame une ou plusieurs molécules beaucoup plus petites qu'elles et les abriter ainsi des agressions du milieu ambiant.

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5 Lorsqu'une substance est protégée par ce double processus de fixation et d'enrobage, ses propriétés intrinsèques sont alors masquées et les propres caractéristiques du support viennent •s'y substituer. Il suffit alors de considérer uniquement les propriétés de ce dernier dans la mise en oeuvre des technologies

10 alimentaires..

Dans ce procédé, l'originalité de l'emploi des protéines de lait vient des qualités découlant de leur structure qui leur permettent de jouer le double rôle de support de fixation et d'enrobage.

15 La fixation d'un corps sur une molécule protéique peut s'effectuer selon des processus différents dont les résultats s'additionnent. Elle est fonction :

- de la structure primaire, c'est-à-dire de l'enchaînement des acides aminés constitutifs ;

20 - de la structure secondaire qui traduit l'existence de liaisons hydrogène, ce qui confère aux chaînes protéiques leur structure hélicoïdale ;

- de la structure tertiaire qui résulte du repli sur elle-même de la chaîne protéique déjà ordonnée en structure

25 secondaire. Ce repli résulte de liaisons covalentes (les ponts disulfures par exemple, les résidus "prolyle" qui coudent les chaînes ...) et surtout de liaisons de plus faibles énergie telles que liaisons H, liaisons hydrophobes et liaisons polaires.

30 Lorsqu'une molécule étrangère parvient au contact d'une protéine, elle peut se lier à elle par des liaisons covalentes

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hautement énergétiques. Ce processus est irréversible et modifie la structure primaire. Elle peut ainsi se lier à elle par des liaisons de plus faible énergie qui sont de deux types :

i a) la molécule étrangère vient occuper des sites de 5 fixation encore libres sur la protéine.

b) Il y a compétition entre la molécule d'additif et un autre ligand qui occupe déjà un site ; l'additif prend la place du ligand car les liaisons susceptibles de se former entre lui et la molécule protéique sont plus énergétiques que celles qui

10 préexistaient au niveau du site considéré.

Quel que soit le mode de fixation, les structures secondaire et tertiaire de la protéine se trouvent modifiées.

la structure tertiaire de la protéine détermine sa configuration spatiale. La majorité des protéines ont une forme 15 dite "globulaire", que l'on peut figurer par une pelote de laine. De petites molécules de ligand peuvent facilement se glisser entre les brins pour venir se fixer sur les sites, d'autant plus facilement qu'à l'état humide cette structure est gonflée et partiellement déroulée. Lorsqu'on la sèche, elle 20 se rétracte et la pelote se referme, emprisonnant ainsi les molécules qui s'étaient insinuées dans ses mailles sans avoir réagi avec un site ; celles-ci se trouvent "enrobées".

Les solutions protéiques ont un pouvoir émulsionnant ce 'qui permet d'éviter ou de limiter l'emploi d'agents émulsifiants 25 lors de la fabrication.

qualité alimentaire, abondante et bon marché est le lait.

Les récents progrès de la technologie laitière permettent, grâce aux méthodes d'ultrafiltration, d'obtenir des 30 concentrats protéiques de qualités et de natures variées mais .constantes et très bien définies.

Une source de matières premières protéiques d'excellente

Ceci permet d'opérer h partir de produits frais, non dénaturés puisqu'ils n'ont subi aucun traitement préalable (le procédé d'ultrafiltration n'est pas dénaturant), si bien que la réactivité des protéines reste maximale.

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5 Le lait et ses dérivés, malgré la complexité de sa composition, a l'avantage d'être neutre et peu agressif vis à vis des substances qu'on cherche à protéger ; ceci limite les pertes à la fabrication. D ''autre part, un tel support peut être par la suite introduit dans des milieux alimentaires très 10 diversifiés sans en modifier_les caractéristiques.

La technologie laitière est bien connue et maîtrisée. Il est donc aisé de s'en servir. Celle-ci offre la possibilité, à partir d'un même matériau de base, le lait, d'obtenir des produits de propriétés technologiques variées mais de présen-15 tation identique, c'est-à-dire des poudres ayant l'avantage de pouvoir être facilement mélangées, quelles que soit la nature des diverses molécules actives fixées et enrobées.

L'ultrafiltration permet d'obtenir deux catégories de produits, l'une renfermant les protéines totales du lait, 20 l'autre les protéines du lactosérum, à des concentrations choisies et connues.

Ces matières premières peuvent ensuite être transformées de façon à obtenir d'autres variétés, telles que les caséinates, les coprécipités, les lactosérums déminéralisés, les protéines 25 acides etc.

L'association avec d'autres macromolécules alimentaires de nature différente telles que les pectines, les alginates, les carraghénanes ou les sucres permet de varier encore les qualités technologiques des supports ainsi fabriqués.

30 On obtient ainsi h volonté, par exemple, un support coagulable ou non par la présure, .soluble à pH donné, de vis-'c'osité" connue à l'état humide, mais qui a l'avantage de toujours se présenter de la même façon à l'état sec, etc.

Après introduction du principe actif dans .'Je support protéique dans les conditions optimales pour que la protection se réalise, l'ensemble est ensuite séclié.

Parmi les différentes techniques de séchage utilisées 5 dans les industrie laitières, 1'atomisation est le procédé le moins dégradant à la fois pour les protéines et les molécules •fragiles ajoutées. Il est à noter cependant, que d'autres procédés ne dénaturant pas les protéines peuvent également être utilisés.

10 Le procédé utilisé est fonction de la molécule à

protéger ; il tient compte des propriétés de celle-ci de façon à. .réunir les conditions opératoires les moins dégradantes. Le support est donc choisi en fonction des propriétés intrinsèques de l'additif et des qualités technologiques re-15 quises.

Selon qu'il s'agit d'une substance hydro- ou lipo-soluble, le principe actif est solubilisé ou émulsionné dans une solution concentrée de support.

Ainsi, par exemple, dans un procédé à partir d'un additif hydrosoluble ou hydrodispersable, le support est chauffé à une température entre environ 20° et environ 60°, de préférence entre environ 30° et environ 50° et particulièrement entre environ 40° et environ 45°, et, le cas échéant, les adjuvants, c'est-à-dire dextrines, pectines, alginates, carraghénanes, amidon, sucre, antioxydants, etc., sont ajoutés. Le principe à protéger est ensuite ajouté et dissout ou dispergé a raison d'environ 1 i° à environ 1 Cffo en poids par rapport au poids total de la solution ou dispersion et cette solution ou dispersion est ensuite homogénéisée et séchée par atomisation d'une manière connue.

Il est entendu que la quantité de principe à protéger utilisée est fonction de la solubilité en milieu aqueux. Ainsi, par exemple, la vitamine C est utilisée de préférence à raison d'environ 2 à 8/» en poids, la vitamine B, à raison d'environ

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25

30

y

3 à 5/^ en poids et la vitamine à raison d'environ 1,5 à 8^ en poids.

Dans un procédé à partir d'un additif liposoluble,

i le support est également chauffé à une température entre 5 environ 20° et environ 60°, de préférence entre environ

30° et environ 50° et particulièrement entre environ 40° et environ 45°, et, le cas échéant, des adjuvants tels que ceux mentionnés ci-dessus et émulsionnants sont ajoutés. Le principe actif est ensuite ajouté en solution huileuse 10 à raison d'environ 0,1% h environ 2^ en poids par rapport au poids total de la solution et celle-ci est ensuite homogénéisée sous pression pour réaliser l'émulsion et ensuite séchée par atomisation d'une manière connue. Il est entendu que 1a. quantité de principe à protéger utilisée est fonction 15 de la solubilité en milieu huileux. Ainsi, par exemple, le

P-carotène peut être utilisé de préférence à raison d'environ 0,1 à 0,6% en poids et particulièrement à raison d'environ 0,3^ en poids.

On obtient ainsi des poudres dont la teneur en principe 20 actif peut varier considérablement en fonction des propriétés physicochimiques des additifs employés, vis-à-vis de la capacité du support à les enrober ou 'à les fixer.

Exemple 1 .

Fixation de la riboflavine sur les protéines de

25 lactosérum.

Les matières premières utilisées sont le sel de sodium du 5'phosphate de riboflavine pur cristallisé, un rétentat d'ultrafiltration de lactosérum à 10fo d'extrait sec dont la composition est la suivante :

J..U

matières azotées totales 7,00 %

lactose 1,70 %

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cendres 0,36 %

matière grasse 0,50 %

5 eau ' 90,44 %

La solution protéique (100 1. à 10% d'extrait sec) est chauffée jusqu'à 40-45° environ.

La vitamine est ajoutée à une concentration correspondant à une teneur de 25% dans le produit fini sec, soit 10 3,333 kg ; elle est solubilisée en agitant le milieu avec un homogénéiseur plongeant, en prenant soin de ne pas faire pénétrer d'air dans le concentrât.

La solution ainsi obtenue est immédiatement séchée par le procédé "spray-drying". On obtient une poudre fine 15 de couleur jaune titrant 23% en riboflavine environ.

Le pourcentage de substance active retrouvé est d'environ 92%.

Exemple 2

Protection du )3-carotène par les protéines- de 20 lactosérum.

Les matières premières utilisées sont :

- le P-carotène cristallisé en solution huileuse sursaturée à 2,10% stabilisée par 0,8% de dl-a-tocophérol.

- un rétentat d'ultrafiltration de lactosérum à 24,8% d'extrait 25 sec de composition suivante :

matières azotées totales 14,90 %

lactose 7,44 %

cendres 0,94 %

matière grasse 0,74 %

5 eau ' ' 75,98 %

la solution protéique (32 kg à 24,8% d'extrait sec) est chauffée à 40-45° environ.

On y ajoute 0,124 % d'ascorbate de sodium comme antioxygène. 1,7 kg de solution huileuse sursaturée de p-carotène 10 à température ambiante sont grossièrement dispersés dans le concentrât. Cette préparation est ensuite homogénéisée sous pression à 350 bars. L'émulsion ainsi réalisée est immédiatement séchée par le procédé "spray-drying". Le produit obtenu est une fine poudre jaune qui titre 0,37% de (3-carotène. 15 On retrouve 100 % de la quantité introduite.

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Claims (2)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour la préparation d'additifs alimentaires stables et protégés, caractérisé en ce. <iue ces additifs alimentaires sont fixés sur ou enrobés avec des protéines de lait ultra-filtré.

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2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce que la fixation ou l'enrobage est effectué par dissolution, dispersion ou émulsion des additifs alimentaires dans une solution des protéines de lait ultrafiltré et séchage de la solution, dispersion ou émulsion obtenue.

10 3« Procédé selon, la revendication 2, caractérisé en ce que le séchage est effectué par atomisation.

4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3? caractérisé en ce que l'on emploie comme additifs alimentaires des vitamines hydro™ ou liposolubles ou des caroténoides.

15 5- Additifs alimentaires stables et protégés, carac térisés en ce qu'ils sont fixés ou enrobés avec des protéines de lait ultrafiltré.

6. Additifs alimentaires stables et protégés, caractérisés en ce que ces additifs sont des vitamines -

20 hydro- ou liposolubles ou des caroténoides.

7. Procédé pour la stabilisation et la protection d'additifs alimentaires, caractérisé en ce que l'on emploie des protéines de lait ultrafiltré comme support stabilisant ■et protégeant.