Composition des ingrédients et des yogourts brassés

Composition des ingrédients et des yogourts brassés

Impact de la vitesse de refroidissement et du temps d’entreposage sur les propriétés rhéologiques et la synérèse d’un yogourt brassé sans matière grasse.

Résumé

Peu d’études ont évalué l’impact de l’acidification durant le refroidissement sur les propriétés rhéologiques et physicochimiques des yogourts brassés. Dans ce chapitre, un banc d’essai et une chambre environnementale ont été utilisés afin de reproduire un brassage et un refroidissement industriel. L’objectif était de déterminer l’impact de différentes vitesses de refroidissement sur le développement de l’acidité, la fermeté, la viscosité apparente et la synérèse des yogourts brassés. Tous les yogourts ont été standardisés à 14% de solides totaux (ST), 3,10% de caséines (CS), 1,10% de protéines sériques (PS), avec un ratio CS/PS 2,8, 4,20% de protéines totales et 0% de matière grasse. Les yogourts ont tous subi les mêmes étapes d’homogénéisation (3,45 MPa et 13,80 MPa), de traitement thermique (85°C; 20 minutes), d’inoculation (1,5%) et de fermentation (3,50 ± 0,25 h à 41°C). Lorsque le pH a atteint une valeur de 4,7, le yogourt a été pompé (~1 L/min), lissé (filtre de 425 µm) et empoté (~175 mL) à l’aide d’un banc d’essai pilote. Un refroidissement en deux stades a été réalisé dans une chambre environnementale. Un premier stade a refroidi les yogourts de 35 à 20°C en 30 minutes alors que le deuxième stade a permis d’abaisser la température des yogourts de 20 à 5°C en 5 (Y5), 24 (Y24) ou 72 h (Y72). Pour chaque production de yogourt, des mesures de pH, d’acidité titrable, de fermeté, de viscosité et de synérèse ont été effectuées avant (35°C), pendant (20°C) et après (5°C) le refroidissement au jour 0 et pendant un entreposage de 21 jours à 5°C. Des dénombrements bactériens ont également été effectués. À l’étape du refroidissement, les yogourts analysés à 35°C ont obtenu une viscosité et une fermeté la plus basse et la synérèse la plus élevée, alors que les yogourts analysés à 5°C ont obtenu une viscosité et une fermeté la plus élevée et une synérèse la plus basse. Après un entreposage de trois semaines, une augmentation de la viscosité et de la fermeté a été observée, alors que la synérèse et les comptes microbiens étaient stables. Au 21ième jour, la fermeté du yogourt Y5 était la plus basse, tandis que la viscosité et la synérèse des yogourts n’ont pas été affectées par la vitesse de refroidissement. Le banc d’essai pilote a donné lieu à une simulation d’un brassage de type industriel répétable à l’échelle laboratoire et la chambre environnementale a permis de démontrer l’impact des vitesses de refroidissement rapides et lentes et de connaître leur contribution sur la fermeté et la viscosité des yogourts brassés.

Introduction

Au Canada, la production de yogourt a augmenté de plus de 50% depuis 2001 et celui-ci est commercialisé, par ordre d’importance, sous diverses formes; brassé, ferme, à boire et glacé (A.A.C., 2006). En général, les consommateurs et les industriels considèrent la présence de lactosérum à la surface du yogourt (synérèse) et une faible viscosité et fermeté comme des défauts de qualité (Robinson & Itsaranuwat, 2007; Lee & Lucey, 2010). Ces imperfections proviennent souvent du procédé de fabrication qui implique une standardisation de la composition, une homogénéisation, un traitement thermique, une fermentation, un brassage (yogourt brassé seulement), un refroidissement et un entreposage. L’étape de standardisation est essentielle, car celle-ci permet d’ajuster la teneur en solides totaux qui influencent les propriétés rhéologiques et physicochimiques du yogourt (Harwalkar & Kalab, 1986; Kaminarides et al., 2007; De Lorenzi et al., 1995; Puvanenthiran et al., 2002; Remeuf et al., 2003; Shaker et al., 2000). L’homogénéisation est aussi une étape importante, car elle permet à la matière grasse de contribuer à la formation du réseau dû à l’adsorption de caséines et de protéines sériques à la surface des globules de gras (O’Rell & Chandan, 2013; Tamime & Marshall, 1997; Barrantes et al., 1996). L’effet du traitement thermique sur les protéines sériques et sur les propriétés rhéologiques et physicochimiques des yogourts a été démontré par plusieurs auteurs (Lee & Lucey, 2003; Shaker et al., 2000; Hahn et al., 2012; Lee & Lucey, 2006; Cayot et al., 2003; Vasbinder et al., 2003a; Vasbinder & de Kruif, 2003; Vasbinder et al., 2003b; Vasbinder et al., 2004). Cette étape occasionne une dénaturation des protéines sériques, ce qui provoque la formation de ponts disulfures avec les caséines permettant aux protéines sériques de contribuer à la formation du réseau protéique, donc à la gélification du yogourt. Lors de l’acidification du mélange laitier, il se produit une solubilisation du phosphate de calcium dans les micelles de caséines, ce qui neutralise les ions négatifs présent sur leur surface provoquant leur déstabilisation et favorisant leur rapprochement (Harwalkar & Kalab, 1986; Schellhaass & Morris, 1985; Roefs et al., 1990; Roefs & Van Vliet, 1990; van Vliet et al., 1991). Les interactions hydrophobes entre les micelles de caséines sont favorisées entraînant la formation d’un réseau protéique gélifié. Afonso et Maia (1999) et Renan et al. (2009) ont démontré que l’étape du brassage brise les interactions entre les protéines du réseau et fragmente le gel en plusieurs particules de différentes tailles. La majorité des études ont focalisé sur le yogourt ferme, mais très peu sur le brassé, car le brassage de type industriel est difficile à reproduire. En laboratoire, cette étape a été souvent reproduite avec une cuillère, un agitateur de laboratoire, un robot culinaire ou avec un agitateur à tête perforée (Penna et al., 2006; Beal et al., 1999; Torres et al., 2011; Hahn et al., 2012; Haque et al., 2001; Lee & Lucey, 2006; Remeuf et al., 2003; Renan et al., 2008a; Renan et al., 2008b; Renan et al., 2009; Serra et al., 2009; Weidendorfer et al., 2008). Ces méthodes de brassage ne représentent pas la réalité industrielle qui implique des étapes séquentielles de pompage et de lissage sur les propriétés rhéologiques (viscosité apparente et fermeté) et physicochimiques (synérèse, pH) du yogourt brassé. Après le brassage et l’empotage du yogourt, un refroidissement est entamé en dessous de 10°C afin de ralentir l’acidification du yogourt provoquée par les bactéries lactiques thermophiles. Toutefois, même ralentie cette acidification se poursuit et celle-ci est souvent considérée comme indésirable, car elle peut provoquer l’apparition d’un goût trop acidulé (Tamime & Robinson, 2007a; Rasic & Kurmann, 1978). À l’échelle laboratoire, Afonso et Maia (1999), Sandoval-Castilla et al. (2004), Beal et al. (1999), Remeuf et al. (2003), Serra et al. (2009), Haque et al. (2001), Penna et al. (2006), Cayot et al. (2003), Hahn et al. (2012), Schellhaass et Morris (1985), Lee et Lucey (2006) ont reproduit l’étape de refroidissement à l’aide d’un réfrigérateur ou par immersion du yogourt dans un bain d’eau glacée, ce qui ne représente pas la réalité industrielle qui utilise souvent un refroidissement en tunnel. Rasic et Kurmann (1978) et Robinson et al. (2007) recommandent d’employer un refroidissement rapide pour minimiser l’acidification. Or la littérature rapporte peu d’information sur l’impact de l’acidification produit lors de différentes vitesses de refroidissement sur les propriétés rhéologiques et physicochimiques des yogourts. Kurmann (1967) et Martens (1972) ont remarqué qu’un yogourt brassé refroidi lentement obtient une viscosité et une fermeté supérieure à celle d’un yogourt refroidi rapidement, mais ces auteurs n’ont pas été capables d’affirmer si cette augmentation était due au développement de l’acidité ou au temps de refroidissement plus long. Un refroidissement trop rapide augmenterait la synérèse, mais la littérature offre peu d’information sur la vitesse requise pour l’occasionner (Kurmann, 1967). Plusieurs auteurs ont analysé le yogourt refroidi à différentes températures et ils ont remarqué qu’une augmentation de la température occasionne une diminution de la viscosité, de la fermeté et de la rétention d’eau (Ramaswamy & Basak, 1992; Penna et al., 2006; Afonso & Maia, 1999; Afonso et al., 2008; Roefs & Van Vliet, 1990; Roefs et al., 1990; Renan et al., 2009). Cependant, leurs résultats ne reflètent pas la réalité industrielle, car ces auteurs ont fait varier la température du yogourt avant son analyse à l’aide d’un bain thermique ou d’un système de régulation thermique. La littérature rapporte donc peu d’information sur l’évolution des propriétés rhéologiques et physicochimiques du yogourt brassé durant son refroidissement.
Il a été démontré que les propriétés rhéologiques et physicochimiques du yogourt brassé varient avec le temps l’entreposage (Renan et al., 2009; Beal et al., 1999; Renan et al., 2008a; Renan et al., 2008b; Martens, 1972; Afonso & Maia, 1999). Weidendorfer et al. (2008) ont remarqué qu’après un entreposage de 21 jours la viscosité augmente et la synérèse diminue. Par contre, Serra et al. (2009) ont observé une diminution de la viscosité et de la fermeté et une augmentation de la synérèse après un entreposage de 14 jours. Dans ce chapitre, les résultats permettront d’approfondir les connaissances de l’effet d’entreposage sur l’évolution des propriétés rhéologiques et physicochimiques des yogourts.
L’objectif de cette étude était de déterminer l’effet de différentes vitesses de refroidissement (une rapide et deux lentes) de yogourts sans gras brassés avec un banc d’essai pilote, sur le développement de l’acidité et sur l’évolution de la viscosité, de la fermeté et de la synérèse. La composition des mélanges laitiers et les traitements d’homogénéisation et thermique ainsi que la durée de la fermentation étaient identiques lors de la production des tous les yogourts pour minimiser leurs effets sur les propriétés rhéologiques et physicochimiques du yogourt brassé.

Matériels et méthodes

Ingrédients laitiers

Les yogourts brassés ont été produits à partir de lait écrémé (LÉ) (Chalifoux, Sorel-Tracy, Québec, Canada) dont la composition a été standardisée avec de la poudre de lait écrémé ‹‹low heat›› (PLÉ) (Agropur, St-Hyacinthe, Québec, Canada), du lactose de grade 300 (Saputo Inc., Montréal, Québec, Canada) et d’un concentré protéique de lactosérum (CPL) à 34% (Agropur, St-Hyacinthe, Québec, Canada). La composition du lait écrémé et des ingrédients est présentée au tableau 2.1. Dans ce tableau, la PLÉ, le CPL et le lactose n’ont pas d’écarts types, car ils provenaient tous d’un même lot.

Microorganismes

Une culture mixte lyophilisée de bactéries lactiques thermophiles, Streptococcus thermophilus et Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus, (Yo-Dulce, Biena, Saint-Hyacinthe, Québec, Canada) dans un ratio respectif de 95:5 a été utilisée et entreposée à -20 °C.

Préparation du ferment

Le ferment a été produit à partir de lait reconstitué à 12% (p/p). Le lait reconstitué a été stérilisé à 110oC pendant 6 minutes et refroidi à 41°C avant d’être ensemencé à un taux de 0,1% (p/p) avec la culture lyophilisée puis incubé à 41°C dans un incubateur (Isotemp incubator modèle 225D, Fisher, Hampton, New Hampshire, É-U) jusqu’à l’obtention d’une valeur de pH de 4,7. Après 4,75 ± 0,50 h, le ferment a été entreposé à 4°C jusqu’au moment de la production de yogourts.

 Préparation du mélange laitier

Pour la production du yogourt, le lait écrémé a été standardisé à 14% de solides totaux, avec une concentration de protéines sériques de 1,1% et de caséines à 3,1% pour obtenir un ratio de caséines/protéines sériques de 2,8 et une teneur en protéines totales de 4,2%. Les quantités de chaque ingrédient laitier ajouté au lait écrémé pour obtenir 10 kg de mélange laitier sont présentées au tableau 2.2.Pour faciliter la solubilisation des ingrédients en poudre, le lait écrémé a été préalablement chauffé à 60°C dans 2 cuves de 5 litres adaptées à l’incubateur à ferment (Compagnie Wiesby, Allemagne de l’Est). Les ingrédients en poudre ont été ajoutés au lait de chaque cuve puis celui-ci a été mélangé pendant cinq minutes avec une tige agitatrice constituée d’une plaque perforée. Après brassage, chaque cuve a subi une homogénéisation séquentielle à 60°C à 3,45 MPa et 13,80 MPa avec un homogénéisateur portatif (EmulsiFlex C-50, Avestin, Ottawa, Canada). Dans ce chapitre, la séquence des pressions a été inversée par erreur. Puisque le mélange laitier ne contient pas de matière grasse, cette erreur de séquence n’influencerait pas les résultats. Par la suite, les deux cuves ont été chauffées à 85°C pendant 20 minutes en les immergeant dans l’eau de l’incubateur à ferment préalablement ajustée à 95°C. Le suivi de la température a été réalisé à l’aide du thermocouple de l’appareil. Subséquemment, les cuves ont été refroidies rapidement en les immergeant dans de l’eau froide pour obtenir une température de 41°C.

Production de yogourt

Lorsque la température désirée a été atteinte, le mélange laitier a été ensemencé à un taux de 1,5% (p/p) avec le ferment (section 2.2.3) et incubé à 41°C dans le même incubateur à ferment ayant servi à chauffer le mélange à yogourt, mais dont la température était maintenue à 41°C. Le pH a été mesuré toutes les heures.
Lorsque le pH du yogourt a atteint une valeur de 4,7, les deux cuves ont été retirées de l’incubateur. Le temps d’incubation était en moyenne de 3,50 ± 0,25 h.

Banc d’essai

Pour brasser le yogourt, un banc d’essai à l’usine pilote a été utilisé (figure 2.1). Il était constitué d’un réservoir conique de 50 litres, d’une buse de lissage de 425 µm, d’une tuyauterie et de raccordement ayant un diamètre de 2,54 cm connectés à une pompe positive à engrenage (M200, Alfa Laval, Brossard, Québec, Canada) couplée d’un variateur de vitesse réglé à 10 (SMVector convertisseur de fréquence, Lenze AC Tech, Boise, Idaho, É-U). L’utilisation d’un banc d’essai qui, incluant un pompage et un lissage, permettait de contrôler et de produire un brassage homogène qui se rapproche de la réalité industrielle.

Brassage et refroidissement du yogourt

Après l’incubation, le yogourt à 41°C de chaque cuve a été transvidé minutieusement dans le réservoir du banc d’essai avant d’être pompé (~1 L/min) à travers la buse de lissage et empoté dans des pots de 175 mL (Plastipak, GenPak, Boucherville, Québec, Canada). Par la suite, les pots ont été placés dans une chambre environnementale (RTH-16P-2, Burnsco, Kanata, Ontario, Canada) (figure 2.2). À cette étape, la température des yogourts était à 35°C. Parmi les pots de yogourt brassé, trois d’entre eux, choisis au hasard, étaient munis d’un thermocouple (Type T, Omega Engineering, Stamford, Connecticut, É-U) fixé au couvercle permettant de suivre en continu l’évolution de la température du yogourt pendant le refroidissement. Trois thermocouples étaient aussi installés dans la chambre environnementale pour mesurer la température ambiante (air forcé). Tout au long du refroidissement, le suivi des températures à l’intérieur des pots et de l’air forcé dans la chambre environnementale a été fait avec un enregistreur de température portable (OM-Daqpro-5300, Omega Engineering, Stamford, Connecticut, É-U).L’utilisation de la chambre environnementale a permis de moduler la température consignée (air forcé) avec précision, permettant ainsi un contrôle précis sur les vitesses de refroidissement. Ceci a permis de connaître l’évolution des propriétés rhéologiques et physicochimiques du yogourt selon sa température en fonction de la vitesse de refroidissement impliquée. Trois vitesses de refroidissement ont été produites, dont une rapide et deux lentes, pour refroidir les yogourts de 35 à 5°C en deux stades. Le premier stade nécessitait un refroidissement rapide, similaire à l’industrie, afin de diminuer la température des pots de yogourts de 35 à 20°C en 30 minutes avec une température consignée à 0°C. Le deuxième stade consistait à abaisser la température des pots de yogourts de 20 à 5°C en trois durées différentes; 5, 24 et 72 heures.La vitesse de refroidissement rapide, présentée à la figure 2.3a, impliquant un temps de refroidissement de 5 h (Y5) pour atteindre une température de 5°C. Cette condition pourrait se rapprocher d’un refroidissement en tunnel utilisé en industrie. Une vitesse de refroidissement en 24 h (Y24) pour atteindre une température de 5°C présentée à la figure 2.3b a aussi été évaluée. Cette condition pourrait représenter le refroidissement que subit un pot de yogourt au milieu d’une boîte de carton qui est situé au centre d’une palette positionnée entre deux autres palettes de yogourt dans un entrepôt à 5°C. Durant le refroidissement, un plateau à 10°C pendant 2,5 heures a été produit pour simuler le décalage thermique occasionné par les boîtes de carton. Une vitesse de refroidissement exagérément longue de 72 h (Y72) (figure 2.3c) a aussi été évaluée.

Table des matières

Introduction
Chapitre 1: Littérature
1.1. Le lait de transformation et ses composantes majeures
1.2. Procédé de fabrication de yogourt
1.2.1. Yogourt ferme et yogourt brassé
1.2.2. Standardisation du mélange laitier
1.2.3. Homogénéisation
1.2.4. Traitement thermique
1.2.5. Fermentation
1.2.6. Brassage
1.2.7. Refroidissement
1.2.8. Entreposage
1.3. Problématique
1.4. But, hypothèse et objectifs
1.4.1. But
1.4.2. Hypothèse
1.4.3. Objectif général
1.4.4. Objectif 1
1.4.5. Objectif 2
Chapitre 2 : Impact de la vitesse de refroidissement et du temps d’entreposage sur les propriétés rhéologiques et la synérèse d’un yogourt brassé sans matière grasse.
2. Résumé
2.1. Introduction
2.2. Matériels et méthodes
2.2.1. Ingrédients laitiers
2.2.2. Microorganismes
2.2.3. Préparation du ferment
2.2.4. Préparation du mélange laitier
2.2.5. Production de yogourt
2.2.6. Banc d’essai
2.2.7. Brassage et refroidissement du yogourt
2.2.8. Analyses
2.2.8.1. pH et acidité titrable
2.2.8.2. Viscosité apparente
2.2.8.3. Fermeté
2.2.8.4. Synérèse
2.2.8.5. Compte bactérien
2.2.8.6. Analyse statistique
2.3. Résultats de l’effet du procédé envers les propriétés rhéologiques et physicochimiques des yogourts
2.4 Résultats de l’effet de l’entreposage
2.4.1 pH, acidité titrable et dénombrement bactérien
2.4.2. Propriétés rhéologiques et physicochimiques
2.4.2.1. Synérèse
2.4.2.2. Fermeté
2.4.2.3. Viscosité apparente
2.5. Discussion
2.6. Conclusion
Chapitre 3: Effet de la matière grasse, de la tortuosité des conduites et de la vitesse de refroidissement sur les propriétés rhéologiques et physicochimiques des yogourts brassés.
3. Résumé
3.1. Introduction
3.2. Matériels et méthodes
3.2.1. Microorganismes
3.2.2. Ingrédients laitiers
3.2.3. Préparation du ferment
3.2.4. Préparation du mélange laitier
3.2.5. Configurations du banc d’essai pilote
3.2.6. Équipements pour le refroidissement
3.2.7. Production de yogourt
3.2.8. Analyses
3.2.8.1. Composition des ingrédients et des yogourts brassés
3.2.8.2. pH et acidité titrable
3.2.8.3. Viscosité apparente
3.2.8.3.1. Rhéomètre
3.2.8.3.2. Entonnoir Posthumus
3.2.8.4. Fermeté
3.2.8.5. Synérèse
3.2.8.6. Compte bactérien
3.2.8.7. Analyse statistique
3.3. Résultats
3.4.1. Composition des yogourts
3.4.2. Dénombrement bactérien
3.4.3. Propriétés rhéologiques et physicochimiques
3.4.3.1. Synérèse
3.4.3.2. Fermeté et viscosité
3.4. Discussion
3.6. Conclusion
Conclusion générale
Bibliographie
Annexe

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