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Impact d’un procédé industriel de brassage et de refroidissement sur les propriétés texturales et rhéologiques de yogourts brassés Rôle de la teneur en matières grasses et du temps de fermentation Mémoire Noémie Lussier Maîtrise en Sciences et technologie des aliments Maître ès sciences (M. Sc.) Québec, Canada © Noémie Lussier, 2017
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Impact d’un procédé industriel de brassage et de
refroidissement sur les propriétés texturales et
rhéologiques de yogourts brassés
Rôle de la teneur en matières grasses et du temps de
fermentation
Mémoire
Noémie Lussier
Maîtrise en Sciences et technologie des aliments
Maître ès sciences (M. Sc.)
Québec, Canada
© Noémie Lussier, 2017
Impact d’un procédé industriel de brassage et de
refroidissement sur les propriétés texturales et
rhéologiques de yogourts brassés Rôle de la teneur en matières grasses et du temps de
fermentation
Mémoire
Noémie Lussier
Sous la direction de :
Sylvie Turgeon, directrice de recherche
Daniel St-Gelais, codirecteur de recherche
iii
Résumé
De plus en plus de travaux de recherches portent sur le yogourt brassé mais, très
peu ont su étudier les impacts combinées des étapes de productions à l’échelle pilote. Le
but de ce projet était de déterminer les effets combinés de la teneur en matières grasses
(MG), du temps de fermentation (TF), du type de refroidissement durant le brassage et de
l’entreposage du yogourt sur leurs propriétés physico-chimiques, texturales et
rhéologiques. Les yogourts ont été standardisés à 4,2% de protéines et 16,5% de solides
totaux (ST) et la teneur en MG a été ajustée entre 0,0 et 3,9%. Un yogourt sans gras à 14%
de ST a servi de témoin. Les TF étaient de 3, 4 et 5 heures. Après fermentation, le yogourt
(25 kg) de chaque cuve a été brassé à l’aide d’un système pilote simulant les conditions de
production industrielle (brassage en cuve, pompage, lissage, refroidissement) et refroidi
avec un système tubulaire, imposant un faible cisaillement, ou un système à plaques,
provoquant un cisaillement élevé. La synérèse, la fermeté, l’hystérèse et la viscosité
apparente ont été mesurées pendant les 34 jours d’entreposage à 4°C. Les résultats ont
démontré que le TF et la teneur en ST ont eu peu d’impact sur les propriétés physico-
chimiques, texturales et rhéologiques des yogourts brassés. L’augmentation de la teneur en
MG a permis de réduire la synérèse et d’augmenter la fermeté, les aires des courbes
d’hystérèse et la viscosité des yogourts brassés. L’utilisation d’un système de
refroidissement à plaques a contribué à réduire la synérèse et à augmenter la fermeté sans
modifier la viscosité. L’entreposage a permis d’augmenter la fermeté et la viscosité mais,
l’indice de synérèse est resté constant. Les résultats obtenus permettent d’établir que le
type de refroidissement a un impact important sur les propriétés rhéologiques mais que la
présence de MG, à partir de 2,6%, permet au yogourt de mieux résister à une
déstructuration du réseau protéique provoqué par un cisaillement élevé lors du brassage et
ainsi de réduire la synérèse et d’augmenter la fermeté et la viscosité.
iv
Abstract
More and more research subjects are about stirred yogurt but, only few have worked
on combined impacts of yogurt production at a pilot scale. The purpose of this project was
to determine the combined effects of milk fat (MF) content, fermentation time (FT), type
of cooling during stirring, and storage time on the physico-chemical, textural and
rheological properties of stirred yogurt. The yogurts were standardized at 4.2% protein and
16.5% total solids (TS), and the MF content was adjusted to values between 0.0% and
3.9%. A fat-free yogurt with 14% TS was used as a control. The FT was set at 3, 4 and
5 hours. After fermentation, yogurt (25 kg) of each tank was stirred using a pilot system
that simulated industrial production conditions (tank stirring, pumping, smoothing,
cooling) and cooled using a tubular heat exchanger, causing low shear, or a plate heat
exchanger, which caused high shear. Syneresis, firmness, hysteresis and apparent viscosity
were measured during 34 days of storage at 4 °C. The results showed that MF content and
TS had little impact on the physico-chemical, textural and rheological properties of stirred
yogurts. A higher MF content reduced syneresis and increased firmness, hysteresis loop
areas, and viscosity in stirred yogurts. High shear of the plate heat exchanger led to a
reduction in syneresis and an increase in firmness, but without changing the viscosity.
Storage led to an increase of firmness and viscosity but, syneresis did not change. The
results suggest that the type of cooling system used has an important impact on rheological
properties but that the presence of MF at 2.6% and higher makes the yogurt more resistant
to the disruption of the protein network caused by high shear during stirring, leading to
lower syneresis and higher firmness and viscosity.
v
Table des matières
Résumé .............................................................................................................................. iii
Abstract ............................................................................................................................. iv
Table des matières............................................................................................................. v
Liste des tableaux ............................................................................................................ vii
Liste des figures .............................................................................................................. viii
Liste des abréviations ....................................................................................................... x
Remerciements ................................................................................................................. xi
Avant-propos .................................................................................................................. xiv
Introduction générale ....................................................................................................... 1
Chapitre 1: Revue de littérature ...................................................................................... 3
1.1 Le lait et le yogourt .............................................................................................. 3
1.2 Fermentation et gélification du lait ........................................................................... 3
1.3 Optimisation des étapes de production du yogourt ................................................... 5
1.3.1 Ingrédients laitiers .............................................................................................. 6
1.3.2 Homogénéisation et traitement thermique ....................................................... 10
1.3.3 Culture lactique et paramètres de fermentation ............................................... 12
1.4 Distinction entre yogourt ferme et yogourt brassé .................................................. 14
1.4.1 Brassage ........................................................................................................... 15
1.4.2 Entreposage ...................................................................................................... 18
1.3 Problématique.......................................................................................................... 19
1.4 But, hypothèse, objectif général et objectifs spécifiques ........................................ 20
1.4.1 But ..................................................................................................................... 20
1.4.2 Hypothèse ......................................................................................................... 20
1.4.3 Objectif général ................................................................................................ 20
1.4.4 Objectifs spécifiques ......................................................................................... 20
Chapitre 2 : Impact de la teneur en solides totaux et en matières grasses ainsi que du
type de refroidissement industriel sur les propriétés rhéologiques de yogourts
brassés à l’aide d’un banc d’essai pilote ....................................................................... 21
Résumé .......................................................................................................................... 22
2.1 Introduction ............................................................................................................. 23
2.2 Matériel et méthodes ............................................................................................... 27
2.2.1 Ingrédients laitiers ............................................................................................ 27
2.2.2 Préparation du ferment lactique....................................................................... 27
2.2.3 Mélange laitier ................................................................................................. 28
2.2.4 Production de yogourt ...................................................................................... 29
vi
2.2.5 Banc d’essai pilote............................................................................................ 30
2.2.6 Analyses ............................................................................................................ 31
2.3 Résultats .................................................................................................................. 36
2.3.1 Mélanges laitiers .............................................................................................. 36
2.3.2 Populations bactériennes ................................................................................. 36
2.3.3 Propriétés physico-chimiques........................................................................... 37
2.3.4 Propriétés texturales ......................................................................................... 41
2.3.5 Propriétés rhéologiques ................................................................................... 42
2.4 Discussion ............................................................................................................... 46
2.5 Conclusion ............................................................................................................... 54
Chapitre 3: Impact de la teneur en matières grasses, du temps de fermentation et du
système de refroidissement sur les propriétés rhéologiques de yogourts brassés avec
un banc d’essai pilote ...................................................................................................... 56
Résumé .......................................................................................................................... 57
3.1 Introduction ............................................................................................................. 58
3.2 Matériel et méthodes ............................................................................................... 61
3.2.1 Ingrédients laitiers et souches bactériennes ..................................................... 61
3.2.2 Préparation du ferment lactique et écrémage du lait entier cru ...................... 61
3.2.3 Production des yogourts ................................................................................... 62
3.2.4 Banc d’essai pilote............................................................................................ 63
3.2.5 Analyses ............................................................................................................ 64
3.3 Résultats .................................................................................................................. 67
3.3.1 Composition des mélanges laitiers ................................................................... 67
3.3.2 Temps de fermentation...................................................................................... 67
3.3.3 Populations bactériennes ................................................................................. 68
3.3.4 Propriétés physicochimiques ............................................................................ 70
3.3.5 Propriétés texturales et rhéologiques ............................................................... 72
3.4 Discussion ............................................................................................................... 75
3.5 Conclusion ............................................................................................................... 81
Conclusion générale ........................................................................................................ 83
Bibliographie ................................................................................................................... 87
Annexe 1 : Composition des ingrédients laitiers et calcul matriciel des mélanges
laitiers ............................................................................................................................... 96
Annexe 2: Courbes d’hystérèse et calcul de l’aire ....................................................... 99
Annexe 3: Valeurs de probabilité obtenues pour les facteurs étudiés au chapitre 2 et
au chapitre 3 .................................................................................................................. 101
vii
Liste des tableaux
Tableau 2.1 : Composition des ingrédients laitiers. ......................................................... 27
Tableau A1.1 : Calcul matriciel de l’apport en protéines, en solides totaux et en matières
grasses de chaque ingrédient laitier. .............................................................................. 97
Tableau A1.2 : Quantité d’ingrédients laitiers calculé selon les cibles. .......................... 97
Tableau A1.3 : Quantité d’ingrédients laitiers nécessaire pour la production de 25 kg de
yogourt. ......................................................................................................................... 98
Tableau A2.1 : Aire obtenue entre chaque valeur de la vitesse et de la contrainte de
cisaillement.................................................................................................................... 99
Tableau A3.1 : Valeurs de probabilité pour les facteurs individuels (YOG, REF, TE) et
de leurs interactions pour chacune des variables dépendantes mesurées au chapitre 2.
..................................................................................................................................... 101
Tableau A3.2 : Effets significatifs individuels et combinés des différentes variables
indépendantes (YOG, REF, TF, TE) selon les variables dépendantes mesurées au cours
du chapitre 3. ............................................................................................................... 102
viii
Liste des figures
Figure 1.1 : Schématisation des principales étapes de fabrication du yogourt de type
ferme et brassé. .............................................................................................................. 15
Figure 2.1 : (a) Schématisation du banc d’essai pilote : M, mélangeur à pales
hélicoïdales; CDC, cuve à déversoir conique; C, chicanes; PP, pompe à action positive;
MD, manomètre digital; L, buse de lissage; T1, température à la sortie de la cuve; V,
valve tri directionnelle; ECT, échangeur de chaleur tubulaire; ECP, échangeur de
chaleur à plaques; T2, température à la sortie du refroidissement, (b) illustration du
banc d’essai pilote complet et illustrations (c) du mélangeur à pales hélicoïdales (M),
(d) de la buse de lissage (L), de la valve tri directionnelle (V) et (f) du thermocouple
(T2) relié au coude à 90°C. ........................................................................................... 32
Figure 2.2 : Évolution de la population (a) des streptocoques et (b) des lactobacilles pour
les yogourts brassés à 14 (YT) et 16,5 % (Y0,0) de solides totaux sans gras et les
yogourts brassés à 16,5 % de solides totaux contenant 1,3 (Y1,3), 2,6 (Y2,6) et 3,9 %
(Y3,9) de matières grasses, pendant 34 jours d’entreposage à 4 °C. ............................ 37
Figure 2.3 : Évolution du pH pour les yogourts brassés à 14 (YT) et 16,5 % (Y0,0) de
solides totaux sans gras et les yogourts brassés à 16,5 % de solides totaux contenant 1,3
(Y1,3), 2,6 (Y2,6) et 3,9 % (Y3,9) de matières grasses, pendant 34 jours d’entreposage
à 4 °C. ............................................................................................................................ 38
Figure 2.4 : Évolution de l’acidité titrable (a) pour les yogourts brassés à 14 (YT) et 16,5
% (Y0,0) de solides totaux sans gras et les yogourts brassés à 16,5 % de solides totaux
contenant 1,3 (Y1,3), 2,6 (Y2,6) et 3,9 % (Y3,9) de matières grasses, (b) refroidis avec
le système de refroidissement tubulaire (ECT) et à plaques (ECP) et (c) entreposés
pendant 34 jours à 4 °C. ................................................................................................ 39
Figure 2.5 : Indice de synérèse (a) pour les yogourts brassés à 14 (YT) et 16,5 % (Y0,0)
de solides totaux sans gras et les yogourts brassés à 16,5 % de solides totaux contenant
1,3 (Y1,3), 2,6 (Y2,6) et 3,9 % (Y3,9) de matières grasses et (b) refroidis avec le
système de refroidissement tubulaire (ECT) et à plaques (ECP). ................................. 40
Figure 2.6 : Évolution de la fermeté pour les yogourts brassés à 14 (YT) et 16,5 % (Y0,0)
de solides totaux sans gras et les yogourts brassés à 16,5 % de solides totaux contenant
1,3 (Y1,3), 2,6 (Y2,6) et 3,9 % (Y3,9) de matières grasses, refroidis avec le système de
refroidissement tubulaire (ECT) ou à plaques (ECP), pendant 34 jours d’entreposage à
4 °C. ............................................................................................................................... 42
Figure 2.7 : Courbes d’hystérèse de 0 à 100 s-1 et de 100 à 0 s-1 obtenues pour les
yogourts brassés à 14 (YT) et 16,5 % (Y0,0) de solides totaux sans gras et les yogourts
brassés à 16,5 % de solides totaux contenant 1,3 (Y1,3), 2,6 (Y2,6) et 3,9 % (Y3,9) de
matières grasses. ............................................................................................................ 43
ix
Figure 2.8 : Aire calculée des courbes d’hystérèse pour les yogourts brassés à 14 (YT) et
16,5 % (Y0,0) de solides totaux sans gras et les yogourts brassés à 16,5 % de solides
totaux contenant 1,3 (Y1,3), 2,6 (Y2,6) et 3,9 % (Y3,9) de matières grasses............... 44
Figure 2.9 : Évolution de la viscosité apparente à 10,5 s-1 (a) pour les yogourts brassés à
14 (YT) et 16,5 % (Y0,0) de solides totaux sans gras et les yogourts brassés à 16,5 %
de solides totaux contenant 1,3 (Y1,3), 2,6 (Y2,6) et 3,9 % (Y3,9) de matières grasses
et (b) durant 34 jours d’entreposage à 4 °C. .................................................................. 45
Figure 3.1 : (a) Schématisation du banc d’essai pilote : M, mélangeur à pales
hélicoïdales; C, chicanes; CDC, cuve à déversoir conique; PP, pompe à action positive;
MD, manomètre digital; L, buse de lissage; T1, température à la sortie de la cuve; V,
valve tri directionnelle; ECT, échangeur de chaleur tubulaire; ECP, échangeur de
chaleur à plaques; T2, température à la sortie du refroidissement et (b) photogaphie du
mélangeur à pales hélicoïdales jumelé aux chicanes à chaque extrémité. .................... 64
Figure 3.2 : Courbes d’acidification des yogourts fermentés en quatre heures suite à une
inoculation à 2,05 % (ligne noire) et cinq heures suite à une inoculation à 1,35 % (ligne
grise). ............................................................................................................................. 68
Figure 3.3 : Population des streptocoques dans les yogourts brassés (a) fermentés en 4 et
5h, (b) évolution de la population des lactobacilles durant l’entreposage à 4 °C des
yogourts brassés à 0,0 (Y0,0) et 3,9% (Y3,9) de matières grasses et (c)refroidis par les
systèmes de refroidissement tubulaires (ECT) et à plaques (ECP). .............................. 69
Figure 3.4 : Évolution du pH des yogourts brassés durant 34 jours d’entreposage à 4 °C.
....................................................................................................................................... 70
Figure 3.5 : Évolution de l’acidité titrable durant 34 jours d’entreposage à 4 °C (a) des
yogourts brassés à 16,5 % de solides totaux contenant 0,0 (Y0,0) et 3,9 % (Y3,9) de
matières grasses et (b) refroidis à l’aide des systèmes tubulaire (ECT) et à plaques
(ECP). ............................................................................................................................ 71
Figure 3.6 : Indice de synérèse des yogourts brassés à 0,0 (Y0,0) et 3,9 % (Y3,9) de
matières refroidis avec les systèmes tubulaire (ECT) et à plaques (ECP). ................... 72
Figure 3.7 : Évolution de la fermeté des yogourts brassés (a) refroidis avec les systèmes
de refroidissement tubulaire (ECT) et à plaques (ECP) à (b) 0,0 (Y0,0) et 3,9 % (Y3,9)
de matières grasses pendant 34 jours à 4 °C. ................................................................ 73
Figure 3.8 : Évolution de la viscosité apparente à 10,5 s-1 des yogourts brassés à 0,0
(Y0,0) et 3,9 % (Y3,9) de matières grasses pendant 34 jours d’entreposage à 4 °C. ... 74
x
Liste des abréviations
CN : Caséines
CPL : Concentré de protéines de lactosérum
ECP : Échangeur de chaleur à plaques
ECT : .changeur de chaleur tubulaire
EPS : Exopolysaccharides
GGH : Globules gras homogénéisés
MG : Matières grasses (MF : milk fat)
ML : Mélange laitier
PCC : Phosphate de calcium colloïdal
PLÉ : Poudre de lait écrémé
PS : Protéines sériques
REF : Type de refroidissement
SNG : Solides non gras
ST : Solides totaux (TS : total solids)
TE : Temps d’entreposage
TF : Temps de fermentation (FT : fermentation time)
YOG : Type de yogourt
xi
Remerciements
J’aimerais d’abord remercier ma directrice Dre. Sylvie L. Turgeon pour avoir fait
partie de son équipe durant ma maîtrise. Je remercie mon co-directeur Dr. Daniel St-Gelais
pour ses précieux conseils et son support tout au long de mon projet. Je voudrais aussi
remercier leur équipe respective pour leur soutien, pour avoir su me donner confiance et
pour m’avoir supportée à travers ce périple qu’est la maîtrise.
Je tiens à remercier Annie Caron et Sophie Turcot pour m’avoir rapidement intégrée
au sein de l’équipe. Elles m’ont été d’une grande aide et d’un grand support technique au
laboratoire. À l’usine pilote, un chaleureux remerciement à Gaétan Bélanger qui a pris le
temps de m’enseigner les premières étapes de production de yogourt. Sans l’équipe de Dr.
Sébastien Villeneuve, le banc d’essai pilote n’aurait pas existé alors merci aussi à Dr.
Sébastien Villeneuve, Dr. Stephan Grawboski, Dr. Mohammad Reza Zareifard et Louis-
Philippe Des Marchais pour avoir participé à la réalisation de ce projet.
Merci aussi à tous les stagiaires et les étudiants aux études supérieures qui ont
contribué à garder une ambiance de travail agréable et dynamique. Ma collègue et amie
Valérie Guénard Lampron et moi-même avons évolué côte à côte durant nos maîtrises
respectives. Je te remercie pour ces nombreux échanges de conseils et de réflexions et aussi
pour avoir embarqué avec moi dans les moments plus cocasses mais surtout pour m’avoir
soutenue dans les moments les plus durs. Merci à Marc-Olivier Leroux pour m’avoir donné
des pistes de solutions et pour m’avoir encouragée à persévérer avec le sourire. Un merci
tout spécial pour le travail assidu de ma stagiaire Mathilde Bentz. J’aimerais aussi
remercier Joanie Côté pour m’avoir initiée aux différentes techniques d’analyses, pour tes
précieux conseils et surtout, pour tes encouragements.
Je tiens également à souligner la générosité de Biena et Agropur pour nous avoir
fait don des matières premières utilisées dans ce projet. Merci également la laiterie
Chalifoux Inc. et Quadra Chemicals pour nous avoir approvisionné en lait et en ingrédients
laitiers, respectivement. Merci aux partenaires financiers Novalait Inc., MAPAQ, FQRNT
et AAC pour avoir permis de financer ce projet de recherche.
xii
Finalement, un merci tout spécial à ma famille, mes ami(e)s, S. Jacqueline B., S.
Jeanne-D’ Arc P. et S. Geneviève B. pour avoir gardé confiance en moi et m’avoir donné
le courage et l’énergie pour réussir ce grand projet.
xiii
À mon filleul
Avec de la volonté
et de la persévérance
tout est possible.
xiv
Avant-propos
Ce mémoire est composé de trois chapitres. Les chapitres deux et trois ont été
entièrement écrits sous forme d’article scientifique, dont j’en suis la principale auteure. La
totalité du projet a été effectuée au centre de recherche et de développement de St-
Hyacinthe (AAC, St-Hyacinthe, QC, Canada) sous la supervision de Dre. Sylvie L.
Turgeon, directrice et Dr. Daniel St-Gelais, co-directeur. Ils m’ont été d’une grande aide
de par leur expertise et leurs conseils. J’ai effectué toutes les analyses, généré tous les
résultats et fait la rédaction complète de ces articles.
Le premier chapitre, intitulé «Revue de littérature», fait l’état des connaissances
actuelles sur la fabrication du yogourt brassé. La formation et la gélification du réseau
protéique durant la fermentation lactique y est décrite. Les étapes pouvant modifier les
propriétés physico-chimiques, texturales et rhéologiques du réseau protéique
(standardisation et enrichissement du lait, homogénéisation, traitement thermique, temps
de fermentation et conditionnement (brassage, refroidissement)) y sont aussi présentées.
Ce chapitre se termine par la présentation de la problématique, du but, de l’hypothèse, de
l’objectif général et des objectifs spécifiques.
Le deuxième chapitre présente l’impact de la teneur en matières grasses de yogourts
qui ont été fermentés dans des cuves industrielles puis brassés, pompés, lissés et refroidis
dans un banc d’essai pilote simulant les conditions de production en industrie. Le
refroidissement a été effectué avec un échangeur de chaleur tubulaire ou à plaques pour
créer un cisaillement faible et élevé, respectivement. Les résultats des analyses physico-
chimiques, texturales et rhéologiques effectuées durant un entreposage à basse température
ont permis de sélectionner le yogourt brassé qui formait le moins de synérèse et qui obtenait
des valeurs de fermeté, d’hystérèse et de viscosité apparente les plus élevées pour étudier
l’impact du temps de fermentation. Ce chapitre s’intitule «Impact de la teneur en solides
totaux et en matières grasses ainsi que du type de refroidissement industriel sur les
propriétés rhéologiques de yogourts brassés à l’aide d’un banc d’essai pilote».
Le troisième chapitre présente l’impact du temps de fermentation de yogourts avec et sans
gras qui ont été brassés à l’aide du banc d’essai pilote utilisé au chapitre 2 et qui était
xv
constitué de deux types de systèmes de refroidissement (tubulaire et à plaques). Les
analyses de synérèse, de fermeté, d’hystérèse et de viscosité apparente ont été effectuées
après le brassage et durant l’entreposage des différents yogourts brassés. Ce chapitre
s’intitule «Impact de la teneur en matières grasses, du temps de fermentation et du système
de refroidissement sur les propriétés rhéologiques de yogourts brassés avec un banc d’essai
pilote».
Le mémoire se termine par une conclusion générale présentant l’avancement des
connaissances générées suite à la réalisation de ce projet. Les perspectives sur de nouveaux
questionnements et améliorations à apporter pour des projets futurs y sont aussi décrites.
1
Introduction générale
Le secteur de l’agriculture et de l’agroalimentaire occupe une place importante au
Canada. Parmi les différentes catégories d’aliments ce sont surtout le porc et les produits
laitiers qui sont à l’honneur au Québec (Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC)
(2015b)). Parmi les produits laitiers, les dernières statistiques révèlent que plus de 30 000
tonnes de yogourt par année ont été produites au Canada, dont la majorité provenait du
Québec (Statistique Canada (2016)). Le Guide alimentaire canadien recommande de
consommer deux portions de produits laitiers et substituts. Un yogourt (175 g) par jour
suffit à combler une portion sur deux chez les gens âgés entre 19 et 50 ans (Santé Canada
(2008)). Depuis plusieurs années le yogourt a été l’aliment de choix pour y introduire des
probiotiques et des acides gras oméga-3 et en faire un produit santé naturel (Agriculture et
Agroalimentaire Canada (AAC) (2015a)). Un choix diversifié de saveurs est disponible et
la teneur en matières grasses des yogourts peut varier entre 0 et 10% (Danone)).
La présence de synérèse ainsi qu’une fermeté et une viscosité faibles sont reconnues
comme étant des défauts de qualité chez les consommateurs et les producteurs. Pour
remédier à ces problèmes, les propriétés physico-chimiques, texturales et rhéologiques du
yogourt ont fait l’objet de nombreuses études depuis plusieurs années (Driessen, F. M.,
Ubbels, J., et al. (1977), Ramaswamy, H. S.et Basak, S. (1992), Rohm, H.et Kovac, Alesa
(1994)). La majorité de ces recherches a porté sur des yogourts de type ferme et sans gras
(De Brabandere, Anne G.et De Baerdemaeker, Josse G. (1999), Hassan, A. N., Ipsen, R.,
et al. (2003), Lee, W. J.et Lucey, J. A. (2003)). Quelques études ont démontré que la
présence de matières grasses permettait d’augmenter la fermeté et la viscosité des yogourts
(Brauss, M.S., Linforth, R.S.T., et al. (1999), Tamime, A. Y., Barrantes, E., et al. (1996))
tandis que d’autres études ont démontré que le temps de fermentation pouvait aussi
modifier les propriétés rhéologiques du yogourt (De Brabandere, Anne G.et De
Baerdemaeker, Josse G. (1999), Lee, W. J.et Lucey, J. A. (2004), Peng, Y., Horne, D. S.,
et al. (2009)).
Par contre, très peu d’études portent sur le yogourt de type brassé (Marafon, A. P.,
Sumi, A., et al. (2011), Serra, M., Trujillo, A. J., et al. (2009)). Contrairement aux yogourts
2
fermes où la fermentation se fait directement dans les pots de consommation, chez le
producteur industriel de yogourts brassés, la fermentation se fait directement dans des
cuves industrielles. Par la suite, le yogourt subi différentes étapes de brassage, de pompage,
de lissage et de refroidissement avant sa mise en pots. Il est difficile de recréer en
laboratoire les conditions de brassage industrielles. Les études sur le yogourt brassé
rapportées dans la littérature sont souvent sans gras et brassés à l’aide de cuillères, de
disques perforés ou de mélangeurs électriques. Si ces méthodes de brassage en laboratoire
peuvent être standardisées et reproduites avec précision, elles ne représentent pas la
complexité d’un brassage qui comporte des étapes successives de brassage et de
cisaillement (brassage en cuve, pompage, lissage, refroidissement et écoulement dans les
tuyaux) ayant un impact cumulatif important sur les propriétés des yogourts.
Le but de ce projet était de comprendre la relation qui existe entre des yogourts
contenant différentes teneurs en solides totaux et en matières grasses, produits en différents
temps de fermentations et qui ont été brassés avec un banc d’essai pilote simulant le
procédé de fabrication industriel (brassage en cuve, pompage, lissage, refroidissement et
entreposage à basse température) et refroidis par un échangeur de chaleur tubulaire ou à
plaques causant un cisaillement faible ou élevé, respectivement.
3
Chapitre 1: Revue de littérature
1.1 Le lait et le yogourt
Le lait, dont le pH naturel se situe près de 6,7, a une composition qui peut varier,
entre autres, avec les saisons et les races. Généralement, il est constitué de 87,5% d’eau,
2,7 % de caséines (CN), 0,6 % de protéines sériques (PS), 4,7 % de lactose, 0,7 % de
minéraux (calcium, phosphore, magnésium et potassium), de traces de vitamines
(riboflavine et B12) et de 3,3 % de matières grasses (MG) (Amiot, J., Fournier, S., et al.
(2010), Brisson, J.et Roy, R. (2008), Lee, W. J.et Lucey, J. A. (2010)). Les CN κ, β et α
sont associées sous forme micellaire et sont stabilisées par des interactions hydrophobes et
des liaisons hydrogène, des répulsions électrostatiques et de la présence de phosphate de
calcium colloïdal (PCC) (Dalgleish, D. G.et Corredig, M. (2012)). La taille moyenne des
micelles de CN est de 150 nm mais, elle peut varier entre 100 et 500 nm de diamètre et son
point isoélectrique est de pH 4,6. À l’état natif, les CN-κ retrouvées à la surface des
micelles sont chargées négativement, ce qui cause des répulsions électrostatiques entre les
micelles de CN dans le lait. Les PS, dont le point isoélectrique est de pH 5,3, constituées
principalement de β-lactoglobulines et d’α-lactalbumines jouent un rôle important durant
la formation du réseau protéique, qui sera détaillé dans la section suivante. Le lactose est
utilisé par les bactéries lactiques thermophiles pour produire de l’acide lactique et ainsi
réduire le pH du lait durant la fermentation.
Le lait entier peut être utilisé comme breuvage ou transformé en de nombreux
produits laitiers (crème, beurre, ingrédients laitiers, yogourts). La transformation du lait
par fermentation lactique permet, entre autres, de produire plusieurs types de yogourts
(brassé et ferme, à boire, glacé, séché) mais, les yogourts les plus populaires qui sont
produits et consommés au Canada sont de type ferme et brassé.
1.2 Fermentation et gélification du lait
La fermentation du lait débute avec l’inoculation des bactéries thermophiles
Streptococcus thermophilus et Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus spécifiquement
pour pouvoir obtenir l’appellation de yogourt (Institut canadien d'information juridique
(2017), World Health Organization (WHO)et Food and Agriculture Organization of the
4
United Nations (FAO) (2011)). Ces deux bactéries sont normalement utilisées dans des
ratios prédéterminés qui permettent d’obtenir des yogourts avec différentes acidités. Les
consommateurs canadiens préfèrent normalement des yogourts peu acides. Il est important
de considérer le pouvoir acidifiant plus élevé des lactobacilles et les températures optimales
de chaque type de bactérie afin de bien contrôler le temps et la vitesse de fermentation ainsi
que l’acidité finale désirée. Les valeurs de température et de pH optimales pour la
croissance des streptocoques se situent entre 37 et 40 °C et entre 6,0 et 6,5 unités de pH,
respectivement tandis que pour les lactobacilles la température se situe entre 47 et 48 °C et
le pH entre 5,5 et 6,0 (Beal, Catherine, Louvet, Philippe, et al. (1989)). Les streptocoques
peuvent réduire le pH jusqu’à 4,5 tandis que les lactobacilles peuvent diminuer le pH
jusqu’à 3,6 (Beal, C., Skokanova, J., et al. (1999), Lamontagne, M., Champagne, C.P., et
al. (2010)). De ce fait, la majorité des producteurs de yogourt au Canada utilisera des
cultures lactiques mixtes avec un nombre plus élevé de streptocoques afin d’éviter une sur-
acidification par les lactobacilles (Lamontagne, M. (2010)).
La formation et la gélification du réseau protéique ont été étudiées par plusieurs
auteurs dont (Dalgleish, D. G.et Corredig, M. (2012)), Lee, W. J.et Lucey, J. A. (2010)),
Phadungath, C. (2005)), Shaker, R. R., Jumah, R. Y., et al. (2000))). La formation de liens
entre les PS et les micelles de CN débute durant le traitement thermique lorsque les
groupements thiols des PS dénaturées sont exposés et se lient aux groupements thiols des
CN-κ situés à la surface des micelles de CN, permettant la formation des ponts disulfures
(complexe PS-CN-κ). Après l’inoculation des bactéries lactiques thermophiles dans le lait,
il se produit une réduction graduelle du pH suite à la production d’acide lactique à partir
de la dégradation du lactose. Entre un pH de 6,7 et 6,0, les répulsions électrostatiques sont
réduites puisqu’il y a une diminution de la charge négative des CN-κ. Le PCC présent dans
les micelles de CN commence à se solubiliser mais, pas suffisamment pour modifier
l’intégrité des micelles. Entre un pH de 6,0 et 5,3, il y a une déstabilisation des micelles de
CN causée par une diminution des répulsions électrostatiques, ce qui permet entre autres,
aux micelles de se rapprocher et de se lier (CN-κ-CN-κ). Lorsque le pH atteint une valeur
de 5,3, coïncidant avec le point isoélectrique des PS, l’agrégation des PS entre elles (PS-
PS) et la formation de liens entre les complexes de CN-κ-PS (CN-κ-PS-PS-CN-κ)
provoque le début de la gélification du réseau protéique. Entre un pH de 5,3 et 4,7, le PCC
5
lié aux CN-β et aux CN-α est complètement solubilisé, ce qui crée une expansion des
micelles de CN. Lorsque le pH approche une valeur de 4,7, il y a une réorganisation des
micelles de CN, une augmentation des interactions électrostatiques et des interactions
hydrophobes entre les molécules de CN. À ce pH, les liens non covalents (hydrophobes,
ioniques, hydrogènes et Van der Waal) entre les protéines forment un réseau protéique sous
forme de gel.
Un réseau protéique dense aura une porosité moins élevée et une capacité de
rétention d’eau supérieure à un réseau moins dense et plus poreux (Lee, W. J.et Lucey, J.
A. (2010), Peng, Y., Horne, D. S., et al. (2009)). Körzendörfer, Adrian, Temme, Philipp,
et al. (2016) ont démontré que, suite à la formation du réseau protéique gélifié, la taille des
agrégats protéiques peut atteindre jusqu’à 5 mm de diamètre. Plus le réseau protéique
formé est fort et résistant à la déformation, plus il sera apte à conserver le lactosérum à
l’intérieur, ce qui diminue la synérèse spontanée à la surface des yogourts (Lee, W. J.et
Lucey, J. A. (2003), Ramchandran, L.et Shah, N. P. (2009)). La stabilité du réseau
protéique dépend du nombre et de la force des liens hydrophobes et des interactions
électrostatiques créés entre les protéines durant la fermentation. Plus le nombre de liens
augmente, plus le seuil d’écoulement est élevé, ce qui signifie qu’une plus grande force
doit être appliquée pour initier l’écoulement du yogourt. Au contraire, un seuil
d’écoulement faible démontre que le réseau protéique est instable (Lee, W. J.et Lucey, J.
A. (2010), Lucey, John A., Teo, Cheng Tet, et al. (1997)). Pour réduire la synérèse et
modifier les propriétés rhéologiques d’un yogourt, il est possible d’optimiser les
paramètres de production de yogourt en modifiant la composition du mélange laitier, la
pression et la température d’homogénéisation et de traitement thermique ou en modifiant
le taux d’inoculation et la durée de la fermentation.
1.3 Optimisation des étapes de production du yogourt
Le lait, utilisé comme seul ingrédient pour la fabrication de yogourt, n’est pas
suffisamment riche en protéines et en solides totaux pour obtenir un réseau protéique dense
et stable (Le, Thien Trung, van Camp, John, et al. (2011)), permettant de bien retenir le
lactosérum, et d’obtenir une fermeté et une viscosité qui répondent aux attentes des
consommateurs canadiens. Au Québec, la loi stipule que le yogourt doit contenir un
6
minimum de 9,5% de solides non gras et 3,0% de protéines laitières (Ministère de
l'Agriculture, des Pêcheries et de l'Alimentation du Québec (MAPAQ) (2016)). Les teneurs
en CN, PS, MG, solides totaux (ST) et le ratio CN/PS sont déterminées par les
transformateurs laitiers selon leur propres critères mais, ils doivent respecter les normes
d’un minimum de 2,7% de protéines laitières et d’un maximum de 10% de MG pour utiliser
l’appellation yogourt selon le Codex Alimentarius (World Health Organization (WHO)et
Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) (2011)). (Tamime, A.Y.et
Robinson, R.K. (2007)) suggèrent qu’une teneur en ST entre 15 et 16% est optimale pour
obtenir une fermeté et une viscosité élevées mais, qu’il est plus fréquent de retrouver des
yogourts entre 14 et 15% de ST sur le marché. L’enrichissement du lait en ST tels des
protéines et des MG est donc nécessaire pour atteindre ces cibles, et réduire la synérèse et
augmenter la fermeté et la viscosité des yogourts. Cet enrichissement est fait avec des
ingrédients laitiers qui sont présentés dans la section suivante.
1.3.1 Ingrédients laitiers
Le lait contient généralement 12,5% de ST, ce qui n’est pas suffisant pour obtenir
des yogourts fermes et visqueux avec peu de synérèse. Plusieurs ingrédients laitiers
concentrés existent pour enrichir le lait en protéines (CN, PS) et en ST. Parmi les différents
ingrédients laitiers, les poudres de lait écrémé (PLÉ), les concentrés de protéines de
lactosérum (CPL), le lactose et la crème sont les plus populaires chez les producteurs de
yogourts. Une fois que les ingrédients laitiers ont été sélectionnés et que leurs proportions
ont été déterminées, ils sont incorporés dans le lait afin d’être réhydratés avant les étapes
d’homogénéisation et de traitement thermique qui jouent un rôle important sur la réduction
de la taille des globules gras et la dénaturation des protéines du lait.
La PLÉ provenant de l’écrémage du lait entier, est une source principale de CN très
utilisée par les producteurs de yogourts. Après l’écrémage du lait entre 50 et 60°C, le lait
écrémé subit un traitement thermique à différentes températures (entre 70 et 135 °C) selon
le degré de dénaturation des PS qui est recherché et il est séché par atomisation pour obtenir
de la PLÉ (Canadian Dairy Commission (CDC) (2011), Michel, J.-C., Pouliot, M., et al.
(2010)). La PLÉ a la même composition qu’un lait écrémé, excepté que l’eau a été
presqu’entièrement retirée, ce qui permet de concentrer les constituants du lait écrémé. Par
7
contre, l’augmentation de la température du séchage a un impact sur la réduction de la
solubilité des PS (Canadian Dairy Commission (CDC) (2011)). La fabrication de yogourt
nécessite une bonne solubilisation des PS pour former un réseau protéique stable et
permettre de retenir le lactosérum. De ce fait, il est préférable d’utiliser une PLÉ qui a subi
un traitement thermique à basse température plutôt qu’à haute température pour enrichir le
lait écrémé en CN.
Les CPL sont la source de PS privilégiée par les producteurs de yogourts. Les CPL
sont généralement issus de l’ultrafiltration du lactosérum de fromage suivi d’une
évaporation et d’un séchage. Il existe deux types de CPL selon l’origine du lactosérum.
Lorsqu’il provient d’une coagulation par l’effet de la présure (cheddar, mozzarella), le
lactosérum doux récupéré est relativement peu acide. Par contre, la fabrication de fromages
de type cottage ou pâte molle génèrent un lactosérum acide (Britten, M. (2010)). Qu’il soit
doux ou acide, les proportions de protéines sériques (α-lactalbumine et β-lactoglobuline)
dans le CPL ne sont pas différentes de ce qui est retrouvé dans les deux types de lactosérum
(Arunkumar, Abhiramet Etzel, Mark R. (2015), Michel, J.-C., Pouliot, M., et al. (2010)).
Cependant, Turhan, K. N.et Etzel, M. R. (2004) mentionnent que comparativement au CPL
doux, le CPL acide contient plus de minéraux le rendant moins intéressant pour la
production de yogourt. Le CPL de type doux est donc normalement utilisé dans les
mélanges laitiers (ML) à yogourt puisqu’il permet d’augmenter la teneur en PS dans le ML
à yogourt sans augmenter la teneur en minéraux. Il existe deux catégories de CPL selon
leur teneur en protéines : les concentrés (30-90%) et les isolats (> 90%). Delikanli, Berraket
Ozcan, Tulay (2014) ont démontré que l’utilisation des concentrés de PS permettait
d’obtenir un yogourt de type ferme ayant une bonne fermeté et peu de synérèse.
L’utilisation d’un concentré CPL34 doux offre une bonne teneur en PS (34%) et contient
généralement 46% de lactose et 8% de minéraux (Britten, M. (2010)) qui permettront
d’augmenter la teneur en PS du lait et d’obtenir un yogourt ferme et visqueux. Ensemble,
les CN et les PS jouent un rôle important durant la formation du réseau protéique et le
nombre de liens créés entre ces protéines est tributaire de l’homogénéisation et surtout du
traitement thermique subi.
8
Le lactose en poudre de grade alimentaire contient généralement 99% de ST. Ce
sucre est utilisé pour ajuster la teneur en ST sans ajouter de protéines comme les concentrés
laitiers en poudre. Le lactose a un pouvoir sucrant inférieur au glucose, ce qui évite un goût
trop sucré et donne un caractère hygroscopique aux PS (Britten, M. (2010)). Meletharayil,
Gopinathan H., Patel, Hasmukh A., et al. (2016) ont démontré que l’augmentation de la
teneur en lactose de 5,6 à 11,2% dans un lait reconstitué et acidifié avec du glucono-delta-
lactone permettait de former un réseau protéique plus dense et moins poreux. Leurs
yogourts de type ferme contenant plus de lactose avait une capacité de rétention d’eau et
un module élastique G’ supérieurs comparativement au yogourt sans ajout de lactose.
Les ingrédients laitiers en poudre permettent aussi d’augmenter la teneur en ST.
Lee, W. J.et Lucey, J. A. (2010) rapportent qu’une augmentation des teneurs en ST par
l’ajout de PLÉ favorise l’augmentation du module élastique G’ et de la viscosité des
yogourts fermes. Généralement, les ingrédients laitiers en poudre sont combinés pour
optimiser les avantages et limiter les défauts de chacun des ingrédients laitiers. Akalin, A.
S., Unal, G., et al. (2012) et Remeuf, F., Mohammed, S., et al. (2003) rapportent que la
PLÉ est le principal ingrédient laitier utilisé pour enrichir le lait en CN et PS. Par contre,
ces auteurs ont démontré que les yogourts de type ferme enrichis avec de la PLÉ avaient
des valeurs de synérèse plus élevées et des valeurs de fermeté et de viscosité apparente
inférieures comparativement à un yogourt enrichi avec du CPL. L’utilisation combinée de
la PLÉ et du CPL permettait donc d’enrichir le yogourt en CN et en PS, respectivement, ce
qui réduirait la synérèse et augmenterait la fermeté et la viscosité des yogourts. Jorgensen,
Camilla Elise, Abrahamsen, Roger K., et al. (2015) ont aussi démontré que la
standardisation des ML à un ratio CN : PS de 55 : 45 créait un réseau protéique moins
dense et plus granuleux comparativement à un yogourt dont le ratio était de 75 : 25.
Amatayakul, T., Sherkat, F., et al. (2006b) ajoutent que des yogourts de type fermes à 14%
de ST et avec un ratio CN : PS de 4 : 1 avaient une fermeté plus élevée comparativement à
un yogourt à 9% de ST et avec un ratio de 1 : 1. Par contre, les auteurs rapportent que les
yogourts ayant un ratio de 4 : 1 avaient des valeurs de synérèse plus élevées. La réduction
du ratio CN : PS à 3 : 1 permettrait d’obtenir un juste milieu entre une fermeté élevée (ratio
4 : 1) et une synérèse moins élevée (ratio 1 : 1).
9
Sur le marché canadien, on retrouve surtout des yogourts contenant des teneurs en
MG entre 0 et 2%, mais quelques yogourts se démarquent avec une teneur en MG allant
jusqu’à 10%. De la crème, riche en MG, est normalement utilisée pour ajuster la teneur en
MG dans ces yogourts. La présence de MG, après avoir été homogénéisée, permet
généralement d’augmenter les propriétés texturales et rhéologiques des yogourts fermes et
brassés tout en réduisant la formation de synérèse (Krzeminski, A., Tomaschunas, M., et
al. (2013), Sodini, I., Remeuf, F., et al. (2004), Sonne, Alina, Busch-Stockfisch, Mechthild,
et al. (2014)). En présence de MG, le réseau protéique formé est plus dense et plus stable
comparativement à un yogourt faible ou sans gras. Dans le réseau protéique, les globules
gras homogénéisés (GGH) sont uniformément répartis et agissent en tant qu’agent de
liaison avec les CN et les PS, mais également en tant qu’agent de remplissage dans les
cavités (pores) du réseau protéique (Xu, Z. M., Emmanouelidou, D. G., et al. (2008)). Par
contre, il faut également tenir compte de la teneur en protéines. Velez-Ruiz, Jorge F.,
Hernandez-Carranza, Paola, et al. (2013) ont démontré qu’un yogourt à 3% MG et 3,34%
de protéines peut démontrer plus de synérèse qu’un yogourt à 1% MG et 4,05% de
protéines (40,6% vs 33,0%). L’augmentation de la teneur en MG contribuerait à augmenter
les liaisons entre les CN, les PS et les GGH dans le gel qui serait donc plus dense et moins
poreux. Brauss, M.S., Linforth, R.S.T., et al. (1999) ont démontré que la taille des agrégats
protéiques diminuait dans le réseau gélifié en présence de MG, ce qui permettait
d’augmenter la viscosité et de diminuer la synérèse. À 10% de solides non gras (SNG) et
0 et 4% de MG, la surface des agrégats augmentait de 10 à 500 µm² tandis que la surface
des pores entre les agrégats protéiques diminuait de 100 à 10 µm². Par contre, à 20% de
SNG, la surface des agrégats variait entre 650 et 500 µm² tandis que la surface des pores
était stable à 100 µm². Cela signifie qu’à un taux de SNG élevé, l’effet de la teneur en MG
est atténué par la présence des protéines (Pereira, Rogerio, Matia-Merino, Lara, et al.
(2006)). Brauss, M.S., Linforth, R.S.T., et al. (1999) ont mesuré la taille des particules de
gel dans des yogourts fermes à 0,2 et 10,0% de MG. Ils ont démontré qu’un yogourt à
0,2% de MG contenait des particules trois fois plus grosses comparativement à un yogourt
à 10% de MG. Ces auteurs ont déterminé que la viscosité du yogourt riche en MG (10%)
était supérieure au yogourt faible en MG (0,2%). Smoczyński, Michałet Baranowska,
Maria (2014) ainsi que Yoon, Won B.et McCarthy, Kathryn L. (2002) rapportent que dans
10
un yogourt faible en gras, la majorité des protéines sera impliquée dans la formation du
réseau protéique par des liaisons PS-PS, CN-CN et PS-CN. Dans un yogourt riche en gras,
une fraction des protéines, surtout les CN, est répartie sur les membranes des GGH. Il
resterait donc moins de CN disponibles pour former des agrégats protéiques
comparativement au yogourt faible en gras.
1.3.2 Homogénéisation et traitement thermique
Les globules de gras natifs ont une densité inférieure comparativement aux autres
composés du lait, ce qui cause une séparation des MG qui remontent à la surface du lait.
L’homogénéisation permet de réduire la taille des globules gras et l’adsorption de protéines
à leur surface (Velez-Ruiz, J. F.et Barbosa Canovas, G. V. (1997)). Cela évite une
séparation des MG et confère aux GGH un rôle actif durant la formation du réseau
protéique. L’homogénéisation peut se faire à différentes combinaisons de pression et de
température. Nguyen, Hanh Thi Hong, Ong, Lydia, et al. (2015) ont démontré qu’une
homogénéisation aussi faible que 8-16 MPa était suffisante pour réduire l’indice de
synérèse dans des yogourts fermes comparativement à un contrôle non homogénéisé. À
l’opposé, une haute pression d’homogénéisation (> 200 MPa) augmente aussi la fermeté et
la viscosité des yogourts, mais l’indice de synérèse augmente également (Ciron, C. I. E.,
Gee, V. L., et al. (2010), Ciron, Chr Ian E., Gee, Vivian L., et al. (2011), Ferragut, V.,
Cruz, N. S., et al. (2009)). Cano-Ruiz, M. E.et Richter, R. L. (1997) ont démontré qu’en
général, l’augmentation de la pression d’homogénéisation de 30 à 90 MPa de laits
standardisés à 1,5 et 3,0% de MG entrainait une réduction de la taille des GGH (0,45 vs
0,19 µm) ce qui correspondait à une augmentation de la charge protéique (principalement
des micelles de CN) adsorbée à la surface des GGH (6,12 vs 11,88 mg/m²). De plus, ces
auteurs ont démontré qu’une température d’homogénéisation de 65 °C était plus favorable
à l’augmentation de la charge protéique comparativement à une température de 85 °C. Cho,
Y. H., Lucey, J. A., et al. (1999) ajoutent que, selon le type d’ingrédient laitier en poudre
utilisé pour enrichir le yogourt, la charge protéique sur les GGH sera différente. Par
exemple, ces auteurs ont démontré que dans un lait écrémé reconstitué avec de la PLÉ et
ajusté à 10% de MG, l’enrichissement avec de la PLÉ permettait une adsorption des
protéines sur les membranes des GGH pouvant aller jusqu’à 7 mg/m2 tandis que
l’adsorption des protéines ne dépassait pas 2 mg/m2 avec un enrichissement avec du CPL.
11
L’augmentation du nombre de protéines adsorbées à la surface des GGH peut avoir un
impact important durant la formation du réseau protéique à l’étape de fermentation. Une
homogénéisation à 13,80 MPa et à 60 °C devrait permettre de réduire la taille des globules
gras et un deuxième passage à 3,45 MPa devrait permettre de séparer les amas de GGH
pouvant s’être formés après le premier passage du ML dans le système d’homogénéisation
(Hardham, J.F., Imison, B.W., et al. (2000)). Une fois homogénéisé, le ML subit un
traitement thermique.
L’objectif principal du traitement thermique est de détruire les microorganismes
pathogènes et de réduire la microflore indésirable, ce qui, par le fait même, réduit la
compétition des nutriments pour les bactéries lactiques utilisées dans la production du
yogourt. Le chauffage du lait contribue aussi à diminuer la quantité d’oxygène dissout dans
le lait, ce qui favorise la croissance des bactéries lactiques qui y sont sensibles durant
l’étape de fermentation (Lee & Lucey, 2010).
Le traitement thermique permet aussi de dénaturer les PS afin qu’elles puissent
contribuer à la formation du réseau protéique durant la fermentation (Küçükcetin, A.
(2008), Lee, W. J.et Lucey, J. A. (2003)). Au pH naturel du lait, 6,7, le traitement thermique
permet de dénaturer les β-lactoglobuline. Une grande partie de ces β-lactoglobuline vont
se lier aux CN tandis qu’une minorité pourra former des agégats de PS. Par contre,
seulement une faible proportion d’α-lactalbumine se lie aux CN suite au traitement
thermique. La majorité conservera son état natif (Vasbinder, Astrid J.et de Kruif, Cornelis
G. (2003)). La dénaturation des PS permet d’exposer leurs groupements hydrophobes et de
former des ponts disulfures. Le PCC présent dans les micelles de CN se solubilise et va
permettre de réduire les charges négatives des groupes phosphoryles des PS, ce qui réduit
la répulsion entre les PS et les micelles de CN et favorise le début de la formation de
liaisons entre les protéines (Horne, D. S. (1998), Peng, Y., Horne, D. S., et al. (2009)). Ces
nouvelles interactions hydrophobes et la formation de ponts disulfures permettent de créer
de nouveaux agrégats protéiques pouvant s’associer. Par exemple, des agrégats de PS se
forment dès le chauffage du lait et se situent dans la phase soluble mais, également à la
surface des CN suite à leur attachement aux CN-κ selon plusieurs voies décrites par
Famelart, M. H., Guyomarc’h, F., et al. (2011). Le traitement thermique, généralement
12
effectué à 85 °C pendant 30 minutes ou à 90-95 °C pendant cinq minutes, permet
d’augmenter la capacité de rétention d’eau, la fermeté et la viscosité des yogourts fermes
comparativement à un yogourt dont le lait n’a pas subi de traitement thermique. Un
traitement thermique de 90 °C pendant 10 minutes permet de former des amas de PS plutôt
sphériques et ces derniers peuvent atteindre un diamètre de 70 nm (Guggisberg, D.,
Eberhard, P., et al. (2007), Jorgensen, Camilla Elise, Abrahamsen, Roger K., et al. (2015),
Lee, W. J.et Lucey, J. A. (2010), Shaker, R. R., Jumah, R. Y., et al. (2000)).
L’augmentation de la température du traitement thermique de 85 °C à 95 °C, pendant quatre
minutes contribue aussi à augmenter la taille des particules formées, ce qui contribue à
l’obtention d’un réseau plus poreux associé à une viscosité apparente des yogourts brassés
plus élevée (Cayot, Philippe, Schenker, Flore, et al. (2008)). Par contre, un traitement
thermique à température trop basse conduit à la formation d’un réseau protéique avec une
structure faible et fragile tandis qu’une température trop élevée causera une diminution de
la fermeté du yogourt et sa texture sera plus granuleuse (Sodini, I., Remeuf, F., et al.
(2004)). En présence de MG, le traitement thermique permet à une fraction des PS
dénaturées de se lier à la fois aux micelles de CN présentes dans le ML et à la surface des
GGH homogénéisés, ce qui permet à ces derniers de participer activement à la structure du
réseau protéique. Le nombre d’interactions possibles entre les PS, les CN et les GGH est
ainsi augmenté Lee, W. J.et Lucey, J. A. (2010). Un traitement thermique à 94,5 °C pendant
cinq minutes devrait être suffisant pour éliminer les microorganismes indésirables et/ou
pathogènes et pour dénaturer la majorité des PS avant de passer à l’étape de fermentation
(Sodini, I., Remeuf, F., et al. (2004)).
1.3.3 Culture lactique et paramètres de fermentation
Plusieurs types de souches peuvent être ajoutées au ferment afin d’améliorer les
propriétés texturales du yogourt. Par exemple, il est possible d’ajouter des souches
bactériennes produisant des exopolysaccharides (EPS). Ces dernières peuvent avoir ou non
un pouvoir filant qui affecte les propriétés rhéologiques du yogourt (Abbasi, Habib,
Mousavi, Mohammad Ebrahimzadeh, et al. (2009), Amatayakul, T., Halmos, A. L., et al.
(2006a), Mende, Susann, Mentner, Claudia, et al. (2012)). La présence d’EPS peut nuire à
la formation du réseau protéique s’ils sont incompatibles avec les protéines ce qui peut
mener à un yogourt de type ferme avec une fermeté plus faible (Ramchandran, L.et Shah,
13
N. P. (2009)). Les yogourts avec EPS ne se comportent pas comme les yogourts sans EPS.
La présence d’EPS peut abaisser la viscosité apparente du yogourt ferme pendant
l’entreposage (Smoczyński, Michałet Baranowska, Maria (2014)). Les EPS pourraient
donc modifier les propriétés physico-chimiques, texturales et rhéologiques des yogourts et
camoufler l’impact des MG dans les yogourts avec et sans gras. Il serait préférable
d’utiliser une culture lactique mixte produisant le moins possible d’EPS possible, et non
filant de préférence, pour être en mesure d’isoler le rôle de la teneur en MG dans les
yogourts brassés qui font l’objet de cette recherche.
Après le traitement thermique, la température du ML est abaissée à la température
de fermentation désirée. La température optimale de croissance des streptocoques se situe
près de 40 °C et celle des lactobacilles près de 45 °C selon les souches utilisées (Beal,
Catherine, Louvet, Philippe, et al. (1989)). La production du yogourt devrait donc se faire
à une température variant entre 37 et 45 °C pour favoriser leur croissance. Une température
de fermentation supérieure à 40 °C favorise les interactions hydrophobes entre les
protéines, la croissance des lactobacilles et accélère la vitesse de fermentation. De plus, le
réseau protéique créé à une température supérieure à 40 °C a un seuil de cisaillement plus
élevée comparativement à un réseau protéique formé à plus basse température. Une
température de fermentation élevée provoque un réarrangement protéique après la
gélification des protéines, le rendant plus fragile, ce qui diminue la capacité de rétention
d’eau et le module élastique G’ (Lee, W. J.et Lucey, J. A. (2004), Lee, W. J.et Lucey, J. A.
(2010), Sodini, I., Remeuf, F., et al. (2004)). D’une autre côté, une température inférieure
à 40 °C favorise plutôt la croissance des streptocoques et ralentit la vitesse de fermentation.
Dans ces conditions, les CN forment davantage de liaisons, ce qui augmente la taille des
agrégats de CN. Le réseau gélifié formé contient alors plus de liens protéiques le rendant
plus dense et stable, ce qui permet d’obtenir des propriétés texturales et rhéologiques plus
élevées (Lee, W. J.et Lucey, J. A. (2010)). En tenant compte des températures optimales
de croissance des bactéries lactiques et de la formation du réseau protéique en fonction de
la température, une fermentation à 40 °C semblerait être optimale pour obtenir un yogourt
ayant des propriétés texturales et rhéologiques élevées. Par contre, ces propriétés peuvent
changer selon le taux d’inoculation utilisé.
14
Il a été mentionné précédemment que le pH naturel du lait est de 6,7 et que la
température optimale pour la fermentation devait se situer près de 40 °C. À l’étape de
l’inoculation du ferment, les conditions initiales de température et de pH dans ML à
yogourt favorisent la croissance des streptocoques. Ces derniers produisent de l’acide
lactique, ce qui acidifie le ML et lorsque le pH optimal de croissance des lactobacilles est
atteint (5,5), la croissance des lactobacilles peut alors prendre la relève pour continuer à
diminuer le pH (Adams, M.R.et Moss, M.O. (2008), Sieuwerts, S, de Bock, A. M. Frank,
et al. (2008)). La variation du taux d’inoculation et du ratio streptocoques/lactobacilles sont
des outils technologiques permettant de contrôler le temps de fermentation. Lee, W. J.et
Lucey, J. A. (2004) ainsi que Peng et al. (2009) ont démontré que l’inoculation d’un
ferment mixte à un taux inférieur à 0,5% permettait de prolonger le temps de fermentation
du yogourt ferme de 4 à plus de 6 heures comparativement à un taux d’inoculation
supérieur à 3,5%. Au niveau microscopique, Peng, Y., Horne, D. S., et al. (2009) ont
démontré que le réseau protéique produit en six heures ou plus était constitué de plus gros
pores et qu’il était plus poreux comparativement à un yogourt produit en quatre heures, ce
qui augmentait la synérèse et réduisait la contrainte de cisaillement ainsi que le module
élastique G’.
1.4 Distinction entre yogourt ferme et yogourt brassé
Au Canada, les yogourts produits sont principalement de type brassé. La figure 1.1
illustre les principales étapes de fabrication du yogourt et différencie les types fermes et
brassés. Lorsque la fermentation a lieu dans les pots de consommation, les yogourts sont
de type ferme. Lorsqu’elle a lieu dans une cuve industrielle, ce sont des yogourts de type
brassé. Pour la production des yogourts brassés, que ce soit avec ou sans gras, la
fermentation est arrêtée en démarrant un brassage directement dans la cuve de fermentation
lorsque le pH final de fermentation désiré des yogourts est atteint (généralement près du
point isoélectrique des CN de 4,6) tout en le refroidissant graduellement pour atteindre 20
°C pour la mise en pots (Lee, W. J.et Lucey, J. A. (2010), Sodini, I., Remeuf, F., et al.
(2004)). Finalement, les yogourts fermes et brassés sont entreposés à basse température
(près de 4°C) avant d’être acheminé aux détaillants.
15
Figure 1.1 : Schématisation des principales étapes de fabrication des yogourts de types
ferme et brassé. Adapté de Lee, W. J.et Lucey, J. A. (2010).
Généralement, les producteurs cherchent à produire des yogourts fermes et brassés
ayant le moins de synérèse possible puisque la présence de lactosérum à la surface du
yogourt est considérée comme un défaut chez les consommateurs. De plus, certaines
valeurs de fermeté et de viscosité sont nécessaire à atteindre pour répondre aux exigences
des consommateurs. Dans le cas des yogourts brassés, ces propriétés texturales et
rhéologiques sont diminuées suite au brassage.
1.4.1 Brassage
Après la fermentation, le ML dans la cuve industrielle forme un réseau protéique
gélifié. Un bris du gel en cuve est amorcé par des pales rotatives et la température est
graduellement abaissée. Ce brassage cause un cisaillement détruisant de façon importante
le réseau protéique formé en cuve, ce qui crée des fragments de gel grossier. La résistance
du réseau protéique gélifié au brassage est dépendante de la structure formée pendant la
fermentation.
16
Pour étudier le yogourt de type brassé, plusieurs auteurs ont d’abord fabriqué des
yogourts de type ferme, qu’ils ont ensuite laissé refroidir à basse température (4 °C) avant
de les brasser pour effectuer leurs analyses (Beal, C., Skokanova, J., et al. (1999), Cayot,
Philippe, Schenker, Flore, et al. (2008)). Serra, M., Trujillo, A. J., et al. (2009) ont étudié
l’impact du brassage à la cuillère de yogourt fait à partir d’un lait ajusté à 3,5% de MG. Ils
ont déterminé que la fermeté et le module élastique G’ étaient toujours plus élevés et la
synérèse toujours plus faible dans les yogourts fermes comparativement aux yogourts
brassés (Sandoval-Castilla, O., Lobato-Calleros, C., et al. (2004)). Par contre, en ajoutant
des MG dans le yogourt brassé, ce dernier pourrait obtenir des propriétés rhéologiques et
physicochimiques similaires à ceux du yogourt ferme. Il a été mentionné précédemment
que la présence de MG augmente de façon importante la fermeté et la viscosité des ML
gélifiés. De ce fait, ces gels protéiques seraient donc plus résistants au brassage grâce aux
nombreuses interactions entre les protéines et les globules gras homogénisés. D’autre part,
certains auteurs ont brassé le yogourt à la température de fermentation lorsqu’un pH de 4,5
était atteint et ensuite, ils les ont rapidement refroidis à 4-5 °C (Damin, M. R., Alcântara,
M. R., et al. (2009), Haque, A., Richardson, R. K., et al. (2001)). Krzeminski, A.,
Tomaschunas, M., et al. (2013) et Krzeminski, Alina, Großhable, Katja, et al. (2011) ont
démontré que l’augmentation de la teneur en MG de 0 à 12 %, dans les yogourts brassés à
la température de fermentation, permettait d’augmenter la contrainte de cisaillement et la
viscosité apparente des yogourts brassés avec un disque perforé et passé à travers une
seringue. De plus, les valeurs d’hystérèse et du module élastique G’ augmentaient non
seulement avec la teneur en MG mais aussi avec le ratio CN/PS. Ces auteurs ont aussi
déterminé que la taille d3.2 des petits fragments de gel après brassage était dépendante
d’une interaction entre le ratio CN/PS et la teneur en MG. Un ratio CN/PS et une teneur en
MG plus élevés permettait de réduire la taille des fragments puisque les liens entre les CN
et les GGH étaient favorisés au détriment des gros agrégats constitués de PS. Toutefois, les
résultats obtenus par un brassage à la cuillère, une tige reliée à un disque perforé ou à l’aide
d’un appareil électrique de laboratoire n’est pas représentatif d’une production industrielle.
Cette dernière comprend un brassage dans une cuve industrielle, un premier
refroidissement à 20 °C, un pompage, un lissage, un écoulement dans les tuyaux vers les
buses de remplissage dans les pots de consommation et un deuxième refroidissement
17
durant l’entreposage à basse température (près de 4 °C) (Senge, B.et Blochwitz, R. (2009),
Yoon, Won B.et McCarthy, Kathryn L. (2002)). Ces étapes supplémentaires,
comparativement au brassage en laboratoire, peuvent aussi avoir un impact important sur
les propriétés physico-chimiques, texturales et rhéologiques des yogourts brassés.
Quelques auteurs ont utilisé des équipements à l’échelle pilote pour simuler
certaines étapes de la production de yogourt mais, pas dans une suite d’opération
séquentielle complète. Le pompage, situé après l’étape du brassage en cuve industrielle,
force l’écoulement du yogourt brassé dans les tuyaux du système de production
industrielle. Zhang, H., Folkenberg, D. M., et al. (2016) ont démontré qu’un pompage
combiné à un refroidissement à plaques augmentant la pression de 0,1 à 0,4 MPa dans les
tuyaux causait une diminution de la viscosité apparente, du module élastique et de
l’hystérèse ainsi qu’une augmentation de l’indice de synérèse. Il serait donc préférable
d’utiliser un système de pompage fonctionnant à basse pression pour conserver la capacité
de rétention d’eau, la fermeté et la viscosité des yogourts. Par contre un pompage à basse
pression réduit la vitesse de l’écoulement du yogourt dans les tuyaux, ce qui nécessite plus
de temps pour remplir les pots de yogourt. Weidendorfer, K., Bienias, Andrea, et al. (2008)
ont démontré qu’une diminution du pompage et de la vitesse d’écoulement du yogourt à
travers un réservoir conique permettait d’augmenter le module élastique G’ du yogourt
brassé. Schmitt, L., Ghnassia, G., et al. (1998) ajoutent que la vitesse de cisaillement
appliqué par le frottement du yogourt sur la paroi des tuyaux de 2 m entraine une
déstructuration du réseau protéique et cause une diminution de la viscosité apparente du
yogourt préalablement brassé dans la cuve (méthode de brassage non décrite). Senge, B.et
Blochwitz, R. (2009) ont déterminé que la présence d’une étape de lissage, combiné à un
pompage et un refroidissement à plaques à l’échelle pilote, contribuait à obtenir de petits
fragments de gel plus uniforme. Rasmussen, M. A., Janhoj, T., et al. (2007) ajoutent que
le brassage avec un mélangeur de laboratoire combiné à une étape de lissage dans un filtre
tubulaire permet de réduire la granulosité des yogourts brassés. Après le lissage, le premier
refroidissement à 20 °C peut être effectué dans un échangeur de chaleur tubulaire (ECT)
ou à plaques (ECP). Tamime, A. Y.et Robinson, R. K. (2007) rapportent qu’une
température de 20 °C permet de minimiser les dommages structuraux causés par
l’écoulement du yogourt dans les tuyaux puisque le réseau protéique est moins visqueux à
18
20 °C qu’à 10 °C. Senge, B.et Blochwitz, R. (2009) rapportent que le système de
refroidissement ECP est compact et offre une plus grande efficacité de refroidissement
comparativement au système ECT. Par contre, le cisaillement subi dans le système ECP
est environ deux fois supérieur au système ECT, ce qui peut nuire aux propriétés texturales
et rhéologiques des yogourts brassés. Après ces étapes, le yogourt est transféré dans les
pots de consommations et entreposé à basse température (4 °C). Cela permet, entre autres,
de ralentir l’oxydation et la post-acidification (Tamime, A. Y.et Robinson, R. K. (2007)).
1.4.2 Entreposage
Durant l’entreposage, les bactéries lactiques, surtout les lactobacilles, continuent
d’acidifier le yogourt, ce qui provoque une post-acidification causant un réarrangement du
réseau protéique (Beal, C., Skokanova, J., et al. (1999)). Serra, M., Trujillo, A. J., et al.
(2009) et Lee, W. J.et Lucey, J. A. (2010) ont démontré que la réduction du pH contribuait
à augmenter les liens hydrophobes, de faible énergie à basse température, entre les CN.
Comparativement au réseau protéique d’un yogourt ferme, celui d’un yogourt brassé
contient de gros fragments dû à la collision des agrégats de CN durant l’étape de brassage
(Lee, W. J.et Lucey, J. A. (2006), Lee, W. J.et Lucey, J. A. (2010)). La formation de liens
entre les CN et PS durant l’entreposage permettait d’augmenter la fermeté et le module
élastique G’. Marafon, A. P., Sumi, A., et al. (2011) ont démontré que le réseau protéique
des yogourts brassés était modifié de façon importante durant les premiers jours
d’entreposage. L’observation par microscopie à balayage électronique a démontré que le
réseau protéique d’un yogourt non enrichi et brassé avec un disque perforé était plus poreux
et moins dense après 24h d’entreposage comparativement à un yogourt enrichi avec des
ingrédients laitiers (PLÉ et CPL). Cela concorde aussi avec les résultats obtenus par
Remeuf, F., Mohammed, S., et al. (2003). Ces auteurs ont déterminé que l’utilisation de
PLÉ et de CPL pour enrichir des yogourts brassés avec un disque perforé permettait
d’obtenir des réseaux protéiques denses après une semaine d’entreposage. En présence de
MG, Güler-Akin, Mutlu B., Serdar Akin, M., et al. (2009) ajoutent que la fermeté et la
viscosité des yogourts brassés avec un mélangeur électrique augmentaient tandis que la
synérèse diminuait.
19
Renan, M., Guyomarc'h, F., et al. (2009) rapportent que le pH au moment du
brassage des yogourts influençait le pH final des yogourts durant leur entreposage. À un
pH de brassage de 4,4; 4,7 et 5,0 les yogourts n’atteignaient pas le même pH final après 28
jours d’entreposage. En effet, la post-acidification abaissait les valeurs de pH à 4,20; 4,30
et 4,45, respectivement. Renan, M., Guyomarc'h, F., et al. (2009) ont aussi démontré que
le pH final de fermentation du ML gélifié avant brassage avait un impact important sur le
module élastique G’ et la viscosité du yogourt après brassage. À un pH final de
fermentation plus acide (4,4 vs 4,7), le yogourt ferme avait une plus grande valeur de G’
avant d’être brassé. Après brassage avec un malaxeur maison et un entreposage de 28 jours,
le ML gélifié qui a été brassé à un pH final de fermentation de 4,4 était plus visqueux et
avait un G’ plus élevé que celui brassé à un pH final de fermentation de 4,7. La viscosité
plus élevée pour les yogourts à pH de 4,4 peut être expliqué par la plus grande résistance
de la matrice protéique au cisaillement à bas pH comparativement au yogourt à pH 4,7.
1.3 Problématique
La majorité des études rapportées dans la littérature ont été orientées sur le yogourt
de type ferme sans gras. Quelques études portent sur le yogourt brassé avec une cuillère,
un disque perforé ou un mélangeur électrique (Lee, W. J.et Lucey, J. A. (2006), Marafon,
A. P., Sumi, A., et al. (2011), Renan, Marie, Arnoult-Delest, Véronique, et al. (2008),
Serra, M., Trujillo, A. J., et al. (2009)). Ces études ne rapportent pas les relations entre la
composition (solides totaux et matières grasses), le brassage et les propriétés rhéologiques
des yogourts durant l’entreposage (Ciron, Chr Ian E., Gee, Vivian L., et al. (2011),
Krzeminski, Alina, Großhable, Katja, et al. (2011), Renan, M., Guyomarc'h, F., et al.
(2009)). De plus, ce type de brassage en laboratoire ne représente pas la complexité d’un
système de brassage industriel. Même si certains auteurs ont utilisé des équipements à
l’échelle pilote pour brasser du yogourt, aucun ne l’a fait dans une suite d’opération
séquentielle complète à partir du brassage en cuve jusqu’à la mise en pot (Aguirre-
Ezkauriatza, E. J., Galarza-Gonzalez, M. G., et al. (2008), Yoon, Won B.et McCarthy,
Kathryn L. (2002)). Or, ces étapes successives pourraient causer un cisaillement cumulatif
important et modifier les propriétés rhéologiques des yogourts brassés.
20
1.4 But, hypothèse, objectif général et objectifs spécifiques
1.4.1 But
Le but de ce projet était de déterminer l’impact du temps de fermentation et de deux
types de refroidissement (tubulaire et à plaques) sur le développement des propriétés
physico-chimiques, texturales et rhéologiques de yogourts riches en matières grasses et
entreposés à 4°C
1.4.2 Hypothèse
La teneur en matières grasses et le temps de fermentation contribuent à former un
réseau protéique dense et stable plus résistant à un brassage de type industriel causant un
cisaillement élevé, ce qui permet de maintenir des propriétés physico-chimiques, texturales
et rhéologiques élevées.
1.4.3 Objectif général
L’objectif de ce projet était d’étudier la relation qui existe entre la teneur en solides
totaux et en matières grasses, le temps de fermentation, le type de brassage industriel et les
propriétés physico-chimiques, texturales et rhéologiques des yogourts brassés.
1.4.4 Objectifs spécifiques
Objectif 1 : Déterminer l’impact de la teneur en matières grasses (0,0; 1,3; 2,6; 3,9
%) sur les propriétés physico-chimiques, texturales et rhéologiques de yogourts après leur
brassage avec un banc d’essai pilote simulant deux types de refroidissement industriel et
durant leur entreposage à basse température.
Objectif 2 : Déterminer l’impact du temps de fermentation sur les propriétés
physico-chimiques, texturales et rhéologiques de yogourts avec et sans gras, brassés avec
un banc d’essai pilote simulant deux types de refroidissement industriel et durant leur
entreposage à basse température.
21
Chapitre 2 : Impact de la teneur en solides totaux et en
matières grasses ainsi que du type de refroidissement
industriel sur les propriétés rhéologiques de yogourts
brassés à l’aide d’un banc d’essai pilote
Noémie Lussier1,2, Daniel St-Gelais1,2, Sylvie L. Turgeon2
1Centre de recherche en sciences et technologie du lait (STELA) et Institut sur la nutrition
et les aliments fonctionnels (INAF), Université Laval, Québec, QC, Canada, G1K 7P4
2Centre de recherche et de développement de Saint-Hyacinthe, Agriculture et
agroalimentaire Canada, 3600 boulevard Casavant Ouest, Saint-Hyacinthe, QC, Canada,
J2S 8E3
22
Résumé
Le procédé de production du yogourt brassé est bien connu. Par contre, le brassage
industriel des yogourts est difficile à recréer en laboratoire. Dans ce chapitre, différents
yogourts ont été produits et brassés à l’aide d’un banc d’essai pilote simulant deux types
de refroidissements industriels : un échangeur de chaleur tubulaire causant un cisaillement
faible et un échangeur à plaques provoquant un cisaillement élevé. L’objectif était de
déterminer l’impact de la teneur en solides totaux et en matières grasses sur le
rétablissement des propriétés physico-chimiques, texturales et rhéologiques de yogourts
brassés et conditionnés à l’aide d’un banc d’essai pilote. Les protéines ont été standardisées
à 3,10 % de caséines et 1,10 % de protéines sériques. Quatre yogourts à 16,5 % de solides
totaux ont étés ajustés à 0,0; 1,3; 2,6 et 3,9 % de matières grasses. Un cinquième yogourt,
sans gras ajusté à 14% de solides totaux, servait de témoin. L’analyse des propriétés
physico-chimiques, texturales et rhéologiques des cinq types de yogourts a été effectué
jusqu’à 34 jours d’entreposage à 4°C. L’augmentation des solides totaux de 14 à 16,5 %
avait tendance à réduire la synérèse mais aussi, la fermeté et la viscosité des yogourts
brassés. L’augmentation de la teneur en matières grasses des yogourts a permis elle aussi
de réduire la synérèse, surtout avec le système de refroidissement à plaques et d’augmenter
la fermeté, l’aire des courbes d’hystérèse et la viscosité apparente. De plus, la fermeté était
supérieure avec le système de refroidissement tubulaire, excepté pour le yogourt à 3,9 %
de matières grasses où la fermeté était plus élevée avec le système à plaques. Pendant
l’entreposage les valeurs de fermeté et de viscosité apparente ont augmenté jusqu’à 21
jours, tandis que celles de la synérèse n’ont pas été affectées. Le banc d’essai pilote a donc
permis de brasser des yogourts à différentes teneurs en solides totaux et en matières grasses
et de déterminer l’impact de deux types de refroidissement sur les propriétés physico-
chimiques, texturales et rhéologiques de ces yogourts.
23
2.1 Introduction
Un choix diversifié de yogourts est disponible auprès des consommateurs
canadiens. Parmi ceux-ci, on retrouve des yogourts sans gras (< 0,05 % de matières grasses
(MG)), faibles en gras (1 à 3% de MG) et des yogourts riches en MG (jusqu’à 10 %)
(Danone)).
La fabrication du yogourt comprend, entre autres, une standardisation des mélanges
laitiers (ML) à yogourts, une homogénéisation, un traitement thermique et une
fermentation. Cette dernière se fait dans les pots de consommation, qui sont ensuite
entreposés à basse température pour les yogourts de type ferme tandis qu’elle est effectuée
dans des cuves industrielles pour les yogourts de type brassé. Par la suite, le gel de yogourt
formé en cuve est brassé, lissé, partiellement refroidi et pompé dans les pots de
consommation qui seront entreposés à basse température. Comparativement au yogourt
ferme, ces étapes successives causent une déstructuration importante du réseau protéique
gélifié et une diminution de la fermeté et de la viscosité du yogourt brassé, qui peuvent être
partiellement récupérées durant l’entreposage (Haque, A., Richardson, R. K., et al. (2001),
Krzeminski, Alina, Großhable, Katja, et al. (2011) et Ramaswamy, Hosahalli S., Chen,
Cuiren R., et al. (2015)).
La standardisation et la fortification de la composition des ML en protéines et en
solides totaux (ST) (solides non gras (SNG) et MG), par l’ajout d’ingrédients laitiers
(concentrés protéiques de lactosérum (CPL), poudres de lait écrémé (PLÉ), isolats
protéique de lactosérum, caséinates de calcium, etc.), permet d’obtenir des propriétés
physico-chimiques, texturales et rhéologiques supérieures à des yogourts non fortifiés
(Kalab, M., Allan-Wojtas, P., et al. (1983), Krzeminski, Alina, Großhable, Katja, et al.
(2011), Marafon, A. P., Sumi, A., et al. (2011), Sodini, I., Remeuf, F., et al. (2004), Wu,
Sha, Li, Dong, et al. (2009)). Remeuf, F., Mohammed, S., et al. (2003) ont démontré que
la variation de la teneur en caséines (CN), protéines sériques (PS) et du ratio CN/PS, en
ajoutant de la PLÉ ou du CPL dans un lait standardisé à 2,5 % de MG, modifiait les
propriétés des yogourts, brassés à l’aide d’un disque perforé. Ainsi, l’ajout de PLÉ dans le
lait standardisé réduisait la taille des micelles de CN et augmentait la capacité de rétention
d’eau dans le yogourt brassé mais, cela réduisait la viscosité apparente de ce dernier
24
comparativement à l’ajout de CPL dans lait standardisé. La présence de CPL permettait
d’obtenir un réseau protéique plus homogène constitué de plusieurs petites mailles et
chaînes de micelles de CN. Par contre, Sandoval-Castilla, O., Lobato-Calleros, C., et al.
(2004) rapportent qu’une utilisation excessive de ces ingrédients laitiers (PLÉ, CPL ou
caséinates de sodium) peut créer certains défauts tels qu’une texture granuleuse, une
distribution irrégulière des particules de protéines et même une sur-acidification. Ces
auteurs ajoutent qu’il est possible de réduire l’utilisation des ingrédients laitiers en
remplaçant une fraction de ces derniers par des MG et/ou des substituts de MG pour obtenir
des propriétés texturales et rhéologiques supérieures au yogourt fermes sans gras et ce, sans
les défauts reliés à une surutilisation des ingrédients laitiers. Lee, W. J.et Lucey, J. A.
(2010), Nguyen, Hanh Thi Hong, Ong, Lydia, et al. (2014), Nguyen, Hanh Thi Hong, Ong,
Lydia, et al. (2015) et Ong, L., Dagastine, R. R., et al. (2010) ont démontré qu’après
l’homogénéisation des globules gras, leur taille est réduite de 5 µm à 1-2 µm de diamètre
et que leur membrane est modifiée après un traitement thermique de sorte qu’elles sont
majoritairement recouvertes de micelles de CN pouvant participer à la formation du réseau
protéique pendant la fermentation. La MG contribue donc à former un réseau protéique
ayant une capacité de rétention d’eau, une fermeté et une viscosité supérieure aux yogourts
sans gras.
En laboratoire il est difficile recréer un brassage du yogourt de type industriel.
Quelques auteurs ont utilisé des méthodes de brassage du yogourt à l’échelle laboratoire
en utilisant une cuillère, une tige reliée à une plaque perforée ou un mélangeur à hélice
(Famelart, M. H., Guyomarc’h, F., et al. (2011), Haque, A., Richardson, R. K., et al.
(2001), Pereira, Rogerio, Matia-Merino, Lara, et al. (2006)). Ces études ont permis de
démontrer qu’un brassage de type laboratoire d’un yogourt ferme cause un bris des liens
protéiques, diminuant la fermeté et la viscosité du yogourt brassé comparativement au
yogourt ferme (Haque, A., Richardson, R. K., et al. (2001), Krzeminski, Alina, Großhable,
Katja, et al. (2011), Lamontagne, M. (2010), Serra, M., Trujillo, A. J., et al. (2009)).
Cependant, ce type de brassage ne représente pas adéquatement la complexité du processus
de brassage et de conditionnement à l’échelle industrielle. Peu d’auteurs ont démontré
l’impact séquentiel du brassage et de l’écoulement du yogourt dans des tuyaux en
conditions simulant les conditions industrielles. Schmitt, L., Ghnassia, G., et al. (1998) et
25
Abu-Jdayil, Basim, Nasser, M. S., et al. (2013) ont utilisé un système pilote et semi-
industriel combinant un réservoir à yogourt, une pompe, et un tuyau droit de 2 à 10 m de
long et ils ont conclu que l’écoulement du yogourt brassé dans un tuyau impliquait un
cisaillement important contre les parois, ce qui causait une déstructuration du réseau
protéique, surtout en absence de MG. En effet, les yogourts riches en MG résistaient
davantage aux traitements mécaniques et à la contrainte de cisaillement. La viscosité
apparente était donc plus élevée dans les yogourts riches en MG comparativement au
yogourt sans gras. Les méthodes utilisées par les auteurs se rapprochaient plus du procédé
industriel que les méthodes de brassage en laboratoire. Cependant, les auteurs n’ont pas
précisé les méthodes de brassage et de refroidissement utilisées pour conditionner le
yogourt brassé à 20 °C, ni l’impact de la pompe sur les propriétés rhéologiques du yogourt
brassé. De plus, leur système n’incluait pas de lissage, ce qui peut aussi avoir un impact
important sur les propriétés physico-chimiques, texturales et rhéologiques des yogourts
brassés.
L’utilisation d’un banc d’essai pilote complet (brassage en cuve, pompage, lissage,
écoulement dans les tuyaux, refroidissement de type industriel) permettrait donc de se
rapprocher davantage des conditions industrielles de production de yogourt brassé pour
déterminer leur impact cumulatif. De plus, l’utilisation d’un système de refroidissement
tubulaire, comparativement à un refroidissement avec un système à plaques, permettrait de
minimiser le cisaillement subi par le yogourt brassé, et donc de réduire le niveau de
déstructuration du gel. Finalement, comme pour les yogourts de type ferme, les MG
permettraient la formation d’interactions entre les GGH et les CN, à la différence des
yogourts sans gras ne contenant pas de MG. Les interactions entre les GGH et les CN
contribueraient à une plus grande résistance au cisaillement due au brassage et au
refroidissement. La présence de MG dans les yogourts permettrait donc d’obtenir une
fermeté et une viscosité plus élevées pendant l’entreposage comparativement aux yogourts
sans gras de type brassé (Abu-Jdayil, Basim, Nasser, M. S., et al. (2013)).
L’objectif de cette étude était de déterminer l’impact de la teneur en solides totaux
et en matières grasses sur les propriétés physico-chimiques, texturales et rhéologiques de
différents yogourts, brassés en utilisant un banc d’essai pilote comprenant deux types de
26
refroidissement industriel : un échangeur de chaleur industriel à plaques provoquant un
cisaillement élevée et un échangeur de chaleur de type tubulaire provoquant un faible
cisaillement.
27
2.2 Matériel et méthodes
2.2.1 Ingrédients laitiers
Le lait entier utilisé dans ce projet provenait de la laiterie Chalifoux Inc. (Sorel-
Tracy, QC, Canada). Le lactose grade 300 et la poudre de lait écrémé (PLÉ) provenaient
de Quadra Chemicals (Vaudreuil, QC, Canada) et le concentré protéique de lactosérum
(CPL) d’Agropur (Saint-Hyacinthe, QC, Canada). La composition de la PLÉ et du CPL est
présentée au tableau 2.1. La teneur en ST du lactose grade 300 était de 99,44 %.
Tableau 2.1 : Composition des ingrédients laitiers
Composition1 PLÉ ″low-heat″ CPL 34 %
PT (%) 35,00 34,12
PS (%) 5,73 ND
CN (%) 28,93 ND
ST (%) 97,65 97,40
MG (%) 0,68 1,44 1 PT, Protéines totales; PS, protéines sériques; CN, caséines; ST, solides totaux; MG,
matières grasses; ND, non déterminé.
2.2.2 Préparation du ferment lactique
Une culture commerciale thermophile mixte Yo-Dolce, sous forme lyophilisée, a
été utilisée pour la production des yogourts. Elle a été gracieusement fournie par Biena
(Saint-Hyacinthe, QC, Canada). Elle était constituée de Streptococcus thermophilus et de
Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus à un ratio streptocoques/lactobacilles de 95 :5.
Pour chaque journée de production de yogourt, un ferment a été préparé la journée
précédente. Pour se faire, un lait écrémé était reconstitué à 12 % (p/p) avec de la PLÉ et de
l’eau déionisée (18 MΩ) puis traité thermiquement à l’autoclave à 110 °C pendant six
minutes. Pour s’assurer que le lait a réellement été chauffé pendant six minutes à la bonne
température, une sonde de température a été insérée dans une bouteille équivalente
contenant le même volume en eau à côté de la bouteille contenant le mélange laitier. Par la
suite, ce lait était refroidi dans un bain d’eau glacée afin de réduire sa température à 41 °C,
puis ensemencé à un taux de 1 g/L avec la culture commerciale Yo-Dolce. Le lait inoculé
28
était incubé à 41 °C afin d’obtenir un ferment à un pH de 4,70 ± 0,01 en 4,5 ± 0,5 heures.
Le ferment était ensuite refroidi rapidement et conservé à 4 °C jusqu’à son utilisation.
2.2.3 Mélange laitier
Un calcul matriciel a été utilisé pour ajuster les teneurs en CN, PS, ST et MG dans
les différents ML. La composition des ML avant traitement thermique a été analysée par
les méthodes officielles (Association of Official Agricultural Chemists (AOAC) (2000))
du dosage de l’azote par Kjeldahl et des MG par Rose-Gottlieb avec l’extracteur
Mojonnier. La teneur en ST a été déterminée suite à un chauffage sous vide à 100 °C
pendant trois heures (Association of Official Agricultural Chemists (AOAC) (1990)). Les
résultats ont été comparés aux valeurs obtenues (protéines totales, ST, MG) avec l’appareil
à infra-rouge FT-120 (Foss North America, MN, États-Unis). L’analyse de la composition
des yogourts a été effectuée sur les ML après traitement thermique avec le FT-120
uniquement. Les teneurs en CN et en PS ont été calculées à partir des résultats en protéines
totales obtenus. L’annexe 1 présente les différents calculs pour déterminer la composition
des ML et des yogourts.
La journée précédant la production de yogourt, un total de 140 kg de lait entier cru
a été versé dans une cuve à double paroi et chauffé à 63 °C sous agitation avec un
mélangeur (Batch mixer Graitec limited, Longueuil, QC, Canada). Ensuite, le lait a été
écrémé avec une centrifugeuse écrémeuse (DeLaval Company Limited, modèle 618,
Peterborough, ON, Canada). Le débit du lait écrémé a été ajusté afin d’obtenir une crème
à 58 ± 3 % de MG. Le lait écrémé et la crème obtenus ont été analysés avec un analyseur
à infrarouge FT-120 (Foss North America, MN, États-Unis) pour d’obtenir les valeurs en
protéines totales, MG et ST. Ces valeurs ont été utilisées dans le calcul matriciel afin de
quantifier la proportion de chaque ingrédient sec à mélanger avec le lait écrémé et la crème
pour obtenir cinq yogourts différents. La teneur en protéines et le ratio CN/PS ont été
standardisés pour éliminer l’impact de la teneur en protéines et s’attarder sur l’impact de
la teneur en MG dans les yogourts brassés. Pour quatre yogourts, les teneurs cibles en PS,
CN et ST étaient 1,11; 3,10 et 16,5 %, respectivement. La teneur en MG pour ces quatre
yogourts était de 0,0 % (Y0,0), 1,3 % (Y1,3), 2,6 % (Y2,6) et 3,9 % (Y3,9). Le dernier ML
était pour la production d’un yogourt témoin (YT) contenant aussi 1,11 % de protéines
29
sériques, 3,10 % de caséines et 0 % de MG mais, les ST totaux ont été ajusté à 14 % à la
différence du yogourt Y0,0 qui a été ajusté à 16,5 % de ST. Le yogourt YT a été produit à
titre comparatif avec le yogourt Y0,0 pour déterminer l’impact de l’augmentation des
solides totaux avant d’ajouter des matières grasses. Pour chaque ML, la quantité de crème
prédéterminée par le calcul matriciel a été immédiatement diluée dans 5 L de lait écrémé
avant d’être conservée à 4 °C jusqu’à son utilisation pour éviter sa solidification due à sa
concentration élevée en MG (58%). Le reste du lait écrémé a été refroidi sous agitation
dans la même cuve à double paroi mais, branchée à de l’eau glacée. L’agitation a été arrêtée
lorsque la température avait atteint 4 °C pour conserver le lait écrémé jusqu’au lendemain.
2.2.4 Production de yogourt
Les cinq types de yogourts étaient associés à deux types de refroidissement
industriel (échangeur de chaleur tubulaire (ECT) ou à plaques (ECP)), ce qui faisait un
total de 10 ML laitiers à préparer. Un tirage aléatoire a été effectué pour déterminer les ML
à préparer pour chaque jour de production, comme trois yogourts par jour pouvaient être
produit, une fois par semaine. Quatre semaines de production étaient nécessaires pour
compléter une répétition.
La journée de la production, le lait écrémé a été agité dans la cuve pendant
15 minutes à température pièce avant de peser la quantité nécessaire pour chaque ML. Le
lait écrémé, la crème préalablement diluée et les ingrédients laitiers secs ont été mélangés
en circuit fermé dans une cuve à simple paroi reliée à une pompe Alfa-Laval (type FM-
O/115, Lund, Suède) pendant cinq minutes.
Ensuite, le ML a été transféré dans le système d’homogénéisation et de
pasteurisation (500-2000 L/h, Alfa-Laval, Lund, Suède). Chacun a été préchauffé à 60°C
avec de l’eau chauffée à la vapeur et ensuite homogénéisé en deux passes de 13,80 MPa et
de 3,45 MPa. Après, les ML ont été chauffés dans un pasteurisateur à plaques à 94,5°C et
ils ont circulé dans un système en serpentin pour maintenir cette température pendant cinq
minutes. Les ML ont ensuite été refroidis dans une section de régénération ajustée à 40 ±
1 °C avec une valve d’eau chaude. Un total de 25 kg de chaque ML a été versé dans une
cuve à déversoir conique de 30 kg spécialement conçue pour s’adapter au banc d’essai
30
pilote. À ce moment, un échantillon de chaque ML a été prélevé et analysé avec l’appareil
infrarouge FT-120 pour s’assurer que les compositions cibles en ST et en protéines totales
étaient atteintes. Chaque cuve a été transférée dans un incubateur à yogourt (Schneider
Electric Magelis, Brossard, QC, Canada) d’une capacité de trois cuves et préalablement
réglé à 40 °C pour l’étape de fermentation. Les ML ont ensuite été inoculés à un taux de
1,5 % (p/p) avec le ferment préparé la veille (section 2.2.2) par intervalle d’une heure pour
permettre le brassage et le conditionnement d’un yogourt avant que le suivant soit prêt. Le
suivi du pH a été effectué aux heures ce qui permettait de suivre les courbes d’acidification
des yogourts. Lorsque les yogourts atteignaient un pH de 4,70 ± 0,01, ce qui nécessitait en
moyenne 3,50 ± 0,25 heures, la cuve à déversoir conique était branchée directement au
banc d’essai pilote pour initier immédiatement le brassage et le conditionnement.
2.2.5 Banc d’essai pilote
Le banc d’essai pilote, présenté à la figure 2.1, a été configuré afin de recréer les
conditions industrielles de fabrication du yogourt brassé. Un fois connectée au banc d’essai
pilote, un mélangeur à pales hélicoïdales (inspiré de Tamine, A. Y.et Robinson, R. K.
(1999)) relié à un moteur à vitesse variable Penta KB Power (modèle NEMA-4X/IP-65,
Baldor industrial motor, Clarksville, AK, États-Unis) était inséré dans la cuve à déversoir
conique. Le yogourt a été brassé à 30 rpm pendant cinq minutes. Ensuite, la vitesse a été
réduite à 15 rpm avant de démarrer la pompe à action positive (modèle 018, Universal Lobe
Pump, Waukesha, WI, États-Unis). La vitesse du mélangeur a été maintenue à 15 rpm tout
au long du conditionnement. Après le brassage en cuve, la température de tous les yogourts
a chuté en moyenne à 37 °C. Un manomètre digital (Qualtech distribution, Québec, QC,
Canada) situé après la pompe indiquait la pression à travers le tuyau. Cette pression était
maintenue constante pendant le passage du yogourt en modulant la vitesse de la pompe, ce
qui permettait, en moyenne, d’écouler 25 kg de yogourt en 28 minutes et donc, d’obtenir
un débit constant de 0,88 L/min pour tous les yogourts. Une buse de lissage conique
(mailles de 425 µm de diamètre) permettant de réduire la taille des particules de gel était
située avant les systèmes de refroidissement. Un premier thermocouple (Type K, Omega
Engineering, Stamford, CT, États-Unis) situé entre la buse de lissage et la valve
tri directionnelle était relié à un appareil enregistrant la température du yogourt (OM-
Daqpro-5300, Omega Engineering, Stamford, CT, États-Unis). Le yogourt brassé a ensuite
31
été acheminé, grâce à la valve tri directionnelle, vers l’échangeur de chaleur tubulaire
(ECT) ou vers l’échangeur de chaleur à plaques (ECP). Les deux systèmes de
refroidissement permettaient d’abaisser la température de 37 °C à 20 °C. Le système ECT
était composé d’un tuyau à double paroi (3,4 cm de diamètre, 431,8 cm de long)
(PG7757/84 Sepak Industries pty Itd, Sydney, Australie) permettant un refroidissement à
contre-courant avec de l’eau à 10 °C. Le système ECP était composé d’un échangeur de
chaleur à plaques de 3,4 L (type A3-HBM, Alfa-Laval, Lund, Suède) avec une circulation
d’eau à contre-courant ajusté à 20 °C et d’un tuyau à simple paroi (3,4 cm de diamètre,
215,9 cm de long). Un deuxième thermocouple, situé après le système de refroidissement,
a permis le suivi de la température de sortie du yogourt au moment de la mise en pots.
Finalement, un tuyau de restriction en forme de coude à 90 ° (2,3 cm de diamètre, 30,5 cm
de long) a permis de récolter le yogourt brassé dans des pots de plastique de 175 g
(Plastipak, GenPak, Boucherville, QC, Canada). Tous les pots de yogourt ont été
entreposés pendant 34 jours dans une chambre froide à aire forcée réglée à 4 °C (310 x 240
cm) (Bally engineered structures Inc., Bally, PA, États-Unis). Des pots ont été prélevés
aléatoirement après 1, 3, 7, 21 et 34 jours pour effectuer les analyses subséquentes.
2.2.6 Analyses
2.2.6.1 Teneurs en protéines, en matières grasses et en solides totaux
Suite au traitement thermique, les différents ML ont été analysés avec l’appareil
infra-rouge FT-120 (Foss North America, MN, États-Unis) pour obtenir leur composition
en protéines totales, solides totaux et matières grasses. L’annexe 1 présente les calculs
permettant d’obtenir les teneurs en protéines sériques et caséines.
La teneur en solides totaux (Association of Official Agricultural Chemists (AOAC)
(1990)) a été déterminée à l’aide d’un four sous vide et comparée aux valeurs obtenues par
le FT-120. Un échantillon de 1,5 g (PLÉ, CPL, lactose, ML ou yogourt) était pesé et réparti
uniformément dans une cupule d’aluminium jetable préalablement conditionnée à 100 °C
pendant 30 minutes. Les cupules étaient ensuite transférées dans le four sous vide réglé à
100 °C pendant trois heures pour les yogourts et cinq heures pour les poudres. L’équation
suivante a été utilisée pour obtenir la teneur en solides totaux :
32
(1) % 𝑆𝑜𝑙𝑖𝑑𝑒𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑢𝑥 = 𝑃𝑜𝑖𝑑𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑢𝑝𝑢𝑙𝑒 𝑎𝑣𝑒𝑐 𝑙′é𝑐ℎ𝑎𝑛𝑡𝑖𝑙𝑙𝑜𝑛 (𝑔)− 𝑃𝑜𝑖𝑑𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑢𝑝𝑢𝑙𝑒 (𝑔)
𝑃𝑜𝑖𝑑𝑠 𝑑𝑒 𝑙′é𝑐ℎ𝑎𝑛𝑡𝑖𝑙𝑙𝑜𝑛(𝑔) 𝑋 100
Figure 2.1 : (a) Schématisation du banc d’essai pilote : M, mélangeur à pales hélicoïdales;
CDC, cuve à déversoir conique; PP, pompe à action positive; MD, manomètre digital; L,
buse de lissage; T1, température à la sortie de la cuve; V, valve tri directionnelle; ECT,
échangeur de chaleur tubulaire; ECP, échangeur de chaleur à plaques; T2, température à la
sortie du refroidissement, (b) illustration du banc d’essai pilote complet et illustrations (c)
du mélangeur à pales hélicoïdales (M), (d) de la buse de lissage (L), (e) de la valve tri
directionnelle (V) et (f) du thermocouple (T2) relié au coude à 90 °C
(d) (e) (f) (c)
V
T2
L
(a)
ECP
ECT
CDC
PP
(b)
33
2.2.6.2 pH et acidité titrable
Les valeurs de pH du ferment et durant la production du yogourt ont été déterminées à
l’aide d’un pH-mètre portatif Hanna Instruments (modèle HI 99161, Laval, QC, Canada).
Durant l’entreposage, un titrateur DL15 Mettler-Toledo (Anachemia/VWR, Anjou, QC,
Canada) a été utilisé pour déterminer le pH et l’acidité titrable des yogourts brassés. Pour
chaque mesure effectuée, un échantillon de 10 g a été prélevé et agité avec un barreau
magnétique permettant une bonne lecture du pH. Ensuite, 10 g d’eau déionisée (18 MΩ)
ont été ajoutés pour titrer l’échantillon de yogourt avec du NaOH 1/9. La valeur d’acidité
titrable en degré Dornic (°D) était obtenue lorsque le pH atteignait 8,6. Les mesures ont été
effectuées en duplicata avec deux pots de yogourt différents.
2.2.6.3 Indice de synérèse
L’indice de synérèse forcée a été mesuré en duplicata en prélevant 25 g de yogourt
par pot à l’aide d’un échantillonneur à yogourt spécialement conçu à cette fin (Gentès,
Marie-Claude, St-Gelais, Daniel, et al. (2011)). Les échantillons ont été déposés dans des
tubes Falcon à fond conique de 50 mL Thermo Fisher Scientific Inc. (Fisher Brand, Life
Technologies Inc., Burlington, ON, Canada) et centrifugés à 1000 rpm pendant 20 minutes
à 4 °C dans une centrifugeuse Thermo Scientific (modèle Sorvall ST40R centrifuge, rotor
TX-750, godet 3608, MA, États-Unis). Le lactosérum était versé par décantation et pesé
dans un contenant pré-pesé sur une balance. L’équation (2) a été utilisée pour obtenir
l’indice de synérèse :
(2) % 𝑠𝑦𝑛é𝑟è𝑠𝑒 =𝑃𝑜𝑖𝑑𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑐𝑡𝑜𝑠é𝑟𝑢𝑚 𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑖𝑙𝑙𝑖
𝑃𝑜𝑖𝑑𝑠 𝑑𝑒 𝑦𝑜𝑔𝑜𝑢𝑟𝑡 𝑋 100
2.2.6.4 Fermeté
La fermeté des yogourts a été mesurée à 4 °C à l’aide d’un texturomètre TA-XT2
(Texture Technologies Corp., Scarsdale, N-Y, États-Unis) avec une cellule de charge de 5
kg et du logiciel Texture Exponent 32, version 1.0.0.92. Une sonde cylindrique de 25x35
mm pénétrait dans le yogourt à une vitesse de 1,0 mm/sec jusqu’à 10 mm de profondeur
suivi d’une pause de 2 secondes avant de remonter à sa hauteur initiale. Un total de cinq
pots par yogourt a été analysé pour obtenir une bonne répétitivité (Gentès, Marie-Claude,
St-Gelais, Daniel, et al. (2011)). La fermeté a été calculée selon l’équation (3) suivante :
34
(3) 𝐹𝑒𝑟𝑚𝑒𝑡é (𝑁𝑚²⁄ ) =
𝐹𝑜𝑟𝑐𝑒 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎𝑙𝑒 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑢𝑒 (𝑁)
𝑆𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑐𝑡 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑜𝑛𝑑𝑒 (4,91 𝑋 10−4𝑚2)
2.2.6.5 Courbe d’hystérèse et viscosité apparente
Un rhéomètre Anton Paar GmbH avec un système de mesure à cylindres coaxiaux
CC-27 - SN23489 (28,924 mm) (modèle MCR 301, Anton-Paar, Saint-Laurent, QC,
Canada) était combiné à un système de contrôle thermique Peltier pour cylindres
concentriques pour effectuer les analyses rhéologiques à 4 °C. Le même préleveur
d’échantillons à yogourt, utilisé pour l’analyse de synérèse, a été utilisé pour prélever 21 g
de yogourt et les déposer au fond du cylindre fixe du rhéomètre. La sonde cylindrique
mobile était ensuite abaissée et un temps de repos de cinq minutes a été maintenu pour que
le gel du yogourt se stabilise avant le début de l’analyse. Ce temps avait été déterminé suite
à des essais préliminaires. Les courbes d’hystérèse étaient réalisées en appliquant une
rampe de vitesse de cisaillement graduelle en deux étapes de 0 à 100 s-1 et de 100 à 0 s-1
(Ramchandran, L.et Shah, N. P. (2009)). Le programme RheoPlus 3.40 a permis
d’enregistrer 20 valeurs de contrainte de cisaillement par courbe, correspondant à chaque
tranche de 5,0 ± 0,3 s-1 en fonction de la vitesse de cisaillement correspondante. La surface
entre ces deux courbes a été calculée pour obtenir une aire en unité arbitraire (ua) (annexe
2). De plus, le logiciel calculait la viscosité apparente à 10,5 s-1. Cette vitesse de
cisaillement représente ce que pourrait subir un yogourt non seulement pendant la
mastication (101 à 102 s-1) mais également, durant l’écoulement par gravité (10-1 à 101 s-1)
ou forcée dans des conduites industrielles (100 à 104 s-1) (René, F. (1997)).
2.2.6.6 Dénombrement microbien
La peptone (Bacto™ no 211677) nécessaire à la préparation des bouteilles de
dilutions, l’agar granulé (Difco™ no 214530), les milieux de cultures M17 Broth (Difco™
no 218561) et MRS Broth (Difco™ Lactobacilli no 288130) ainsi que le lactose (Difco™
no 215620) nécessaire au dénombrement bactérien provenaient de Becton, Dickinson and
Company (Sparks, MD, États-Unis).
Pour chaque jour d’analyse, les échantillons de yogourts ont été dilués dans l’eau
peptonée 0,1 % (p/v) contenant des billes de verres (4 mm de diamètre). Ces dernières
permettaient de détruire la formation potentielle de chaînes de streptocoques et de
35
lactobacilles suite à une agitation vigoureuse des bouteilles 40 fois (St-Gelais, Danielet
Haché, Sylvie (2006)). Les bactéries ont été dénombrées par la méthode d’ensemencement
dans la masse. Le milieu de culture M17 supplémenté en lactose a été utilisé pour
déterminer la population des streptocoques tandis que le milieu MRS acidifié a été utilisé
pour déterminer celle des lactobacilles. L’eau peptonée et les milieux de culture gélosés
ont été préalablement stérilisés à l’autoclave à 121 °C pendant 10 minutes. Le milieu gélosé
MRS était ensuite acidifié avec de l’acide acétique glacial pour obtenir un pH de 5,5. Les
milieux de culture étaient placés dans un bain thermostaté à 45 °C jusqu’à leur utilisation.
Une fois les boîtes de Pétri inoculées et les milieux de culture coulés et figés, les boîtes de
Pétri ont été incubées en anaérobiose pendant 48 heures à 37 °C. Les dénombrements se
faisaient sur des boîtes de Pétri dont la dilution permettait de compter entre 30 et 300
colonies (Marafon, A. P., Sumi, A., et al. (2011)). Le nombre a ensuite été converti en unité
formatrice de colonie par millilitre (UFC/mL).
2.2.7 Analyses statistiques
Un dispositif expérimental en plan factoriel 5x2 soit cinq types de yogourts (YOG :
YT; Y0,0; Y1,3; Y2,6 et Y3,9) et deux types de système de refroidissement (REF : ECT
et ECP) a été utilisé pour déterminer leurs impacts sur les valeurs de pH, d’acidité titrable,
de fermeté, d’hystérèse et de viscosité apparente. Un plan en tiroir de type «split-plot» a
été utilisé pour déterminer l’impact du temps d’entreposage (TE) sur la restructuration de
la matrice protéique des yogourts brassés. Le dispositif expérimental a été répété 4 fois.
L’analyse de la variance était testée à P ≤ 0,05 (annexe 3). Les analyses statistiques étaient
effectuées selon la procédure GLM du logiciel SAS (version 2.0.4, Edition, SAS Inst. Inc.,
Cary, NC, États-Unis).
36
2.3 Résultats
2.3.1 Mélanges laitiers
La composition visée de tous les ML a atteinte. Pour tous les yogourts, la teneur en
protéines totales, protéines vraies, caséines, protéines sériques ainsi que le ratio CN/PS
était respectivement de 4,49 ± 0,24 %, 4,24 ± 0,05 %, 3,11 ± 0,03 %, 1,12 ± 0,02 % et 2,79
± 0,06. La teneur en MG des yogourts sans gras (YT et Y0,0) était inférieure à 0,1 %. La
teneur en MG des yogourts Y1,3; Y2,6 et Y3,9 était respectivement de 1,31 ± 0,12 %, 2,67
± 0,13 % et 3,92 ± 0,10 %.
2.3.2 Populations bactériennes
L’analyse statistique n’a révélé aucun effet significatif des facteurs YOG, REF et
TE sur la population des streptocoques. Par contre, une interaction double significative
(P ≤ 0,05) entre YOG et TE a été observée au niveau de la population des lactobacilles. Le
facteur REF n’a eu aucun impact significatif sur la population des lactobacilles.
L’évolution de la population des streptocoques et des lactobacilles durant
l’entreposage est présentée à la figure 2.2. La population des streptocoques était en
moyenne de 7,59 ± 1,00 x 108 UFC/mL dans tous les yogourts (figure 2.2a). Elle était
toujours supérieure à celle des lactobacilles dans tous les yogourts et durant l’entreposage.
La population des lactobacilles aux jours 1 et 3 était significativement plus élevée pour les
yogourts YT, Y0,0 et Y1,3 comparativement aux yogourts Y2,6 et Y3,9 (figure 2.2b). Au
jour 7, la population des lactobacilles était similaire pour tous les types de yogourts, à
l’exception de Y3,9 où la population était inférieure. Après le jour 7, la population des
lactobacilles a diminué dans tous les yogourts jusqu’au jour 34. Cette diminution était
significativement plus prononcée dans les yogourts Y2,6 et Y3,9.
37
Figure 2.2 : Évolution (a) de la population des streptocoques et (b) des lactobacilles pour
les yogourts brassés à 14 (YT) et 16,5 % (Y0,0) de solides totaux sans gras et les yogourts
brassés à 16,5 % de solides totaux contenant 1,3 (Y1,3), 2,6 (Y2,6) et 3,9 % (Y3,9) de
matières grasses, pendant 34 jours d’entreposage à 4 °C Les barres d’erreur représentent
l’erreur standard sur la moyenne.
2.3.3 Propriétés physico-chimiques
pH et acidité titrable
L’analyse statistique de l’effet du pH a révélé une interaction double significative
(P ≤ 0,01) entre YOG et TE, par contre le facteur REF n’a eu aucun impact significatif. Au
niveau de l’acidité titrable, les facteurs YOG, REF et TE ont tous eu un effet significatif
(P ≤ 0,05) individuel. Aucune interaction significative entre ces facteurs n’a été observée
pour l’acidité titrable.
L’évolution du pH dans les différents yogourts durant les 34 jours d’entreposage
est présentée à la figure 2.3. En général, le pH diminuait significativement pour tous les
yogourts pendant l’entreposage. Durant les 34 jours d’entreposage, le yogourt YT avec 14
% de SNG présentait un pH toujours inférieur à celui de Y0,0 contenant 16,5 % de SNG.
D’autre part, pour un même taux de SNG de 14 % (YT et Y2,6), le pH du yogourt Y2,6
était toujours supérieur à celui du yogourt YT, sauf pour les jours 1 et 3 où les valeurs
(a)
(b)
38
étaient similaires. Au jour 1 le pH des yogourts Y0,0; Y1,3 et Y3,9 était significativement
supérieur aux yogourts YT et Y2,6. Au jour 3 les pH des yogourts Y0,0; Y1,3 et Y3,9
étaient similaires et non significativement supérieurs au yogourt Y2,6 mais,
significativement supérieurs au yogourt YT. Après 7 jours d’entreposage, la diminution du
pH du yogourt YT était plus prononcée comparativement aux autres yogourts, ce qui
rendait son pH significativement inférieur. Au jour 21, le pH des yogourts Y0,0; Y1,3;
Y2,6 et Y3,9 était similaire mais, le pH du yogourt YT était significativement inférieur à
celui du yogourt Y0,0. Au jour 34, le pH du yogourt YT n’était pas significativement
différent des yogourts Y0,0 et Y1,3 mais, significativement inférieur aux yogourts Y2,6 et
Y3,9. À la fin de l’entreposage, le pH du yogourt YT se situait à 4,21 tandis qu’il était près
de 4,24 pour tous les autres yogourts. Malgré les différences significatives observées pour
les valeurs de pH, celles-ci sont mineures, surtout à partir du 21e jour d’entreposage.
Figure 2.3 : Évolution du pH pour les yogourts brassés à 14 (YT) et 16,5 % (Y0,0) de
solides totaux sans gras et les yogourts brassés à 16,5 % de solides totaux contenant
1,3 (Y1,3), 2,6 (Y2,6) et 3,9 % (Y3,9) de matières grasses, pendant 34 jours d’entreposage
à 4 °C. Les barres d’erreur représentent l’erreur standard sur la moyenne.
L’évolution de l’acidité titrable est présentée à la figure 2.4. L’acidité titrable des
yogourts YT et Y0,0 était similaire, malgré l’augmentation de la teneur en SNG de 14 à
16,5 %, et significativement supérieure à l’acidité titrable du yogourt Y3,9 (figure 2.4a).
4,15
4,20
4,25
4,30
4,35
4,40
4,45
4,50
4,55
4,60
0 5 10 15 20 25 30 35
pH
Temps d'entreposage (jours)
YT Y0,0 Y1,3 Y2,6 Y3,9
39
Par contre, l’acidité titrable des yogourts Y1,3 et Y2,6 n’était pas significativement
différente des autres yogourts. En général, les valeurs d’acidité titrable étaient
significativement plus élevées pour les yogourts refroidis avec le système ECT (figure
2.4b). Finalement, l’acidité titrable de tous les yogourts augmentait graduellement du jour
1 au jour 21 et se stabilisait après le jour 21 (figure 2.4c).
Figure 2.4 : Évolution de l’acidité titrable (a) pour les yogourts brassés à 14 (YT) et 16,5
% (Y0,0) de solides totaux sans gras et les yogourts brassés à 16,5 % de solides totaux
contenant 1,3 (Y1,3), 2,6 (Y2,6) et 3,9 % (Y3,9) de matières grasses, (b) refroidis avec le
système de refroidissement tubulaire (ECT) et à plaques (ECP) et (c) entreposés pendant
34 jours à 4 °C. Les barres d’erreur représentent l’erreur standard sur la moyenne. A-D Dans
A AAB AB B
60
65
70
75
80
85
YT Y0,0 Y1,3 Y2,6 Y3,9
Aci
dit
é ti
tra
ble
(°D
)
Type de yogourt
A
B
60
65
70
75
80
85
ECT ECP
Aci
dit
é ti
tra
ble
(°D
)
Type de sytème de refroidissement
DC
BA A
60
65
70
75
80
85
1 3 7 21 34
Aci
dit
é ti
tra
ble
(°D
)
Temps d'entreposage (jours)
(a)
(b)
(c)
40
chacune des figures, les moyennes avec la même lettre ne sont pas significativement
différentes (P > 0,05).
Indice de synérèse forcée
L’analyse statistique a révélé que l’indice de synérèse des yogourts brassés était
significativement différent (P ≤ 0,05) pour YOG et REF, mais comparable pour le facteur
TE. Aucune interaction significative double ou triple entre ces facteurs n’a été observée.
L’évolution de l’indice de synérèse est présentée à la figure 2.5.
Figure 2.5 : Indice de synérèse (a) pour les yogourts brassés à 14 (YT) et 16,5 % (Y0,0)
de solides totaux sans gras et les yogourts brassés à 16,5 % de solides totaux contenant 1,3
(Y1,3), 2,6 (Y2,6) et 3,9 % (Y3,9) de matières grasses et (b) refroidis avec le système de
refroidissement tubulaire (ECT) et à plaques (ECP). Les barres d’erreur représentent
l’erreur standard sur la moyenne. A-C Dans chacune des figures, les moyennes avec la même
lettre ne sont pas significativement différentes (P > 0,05).
L’indice de synérèse diminuait significativement avec l’augmentation de la MG et
tout particulièrement pour les yogourts Y2,6 et Y3,9 (Figure 2.4a). Les yogourts sans gras
YT et Y0,0 à 14 et 16,5 % de ST respectivement, avaient des valeurs de synérèse
comparables. Pour une même teneur en SNG de 14 %, les valeurs de synérèse étaient plus
A AB ABC
BC C
0
4
8
12
16
YT Y0,0 Y1,3 Y2,6 Y3,9
Sy
nér
èse
(%
)
Type de yogourt
A
B
0
4
8
12
16
ECT ECP
Sy
nér
èse
(%
)
Type de système de refroidissement
(a)
(a)
(b)
41
élevées pour le yogourt YT comparativement au yogourt Y2,6. Le type de refroidissement
a également eu un impact important sur la synérèse (figure 2.4b). Les yogourts produits
avec le système ECT avaient un indice de synérèse significativement supérieur au système
ECP. L’entreposage n’a eu aucun impact sur l’évolution de la synérèse qui était comparable
pour tous les yogourts (9,67 ± 0,32 %). La valeur maximale de synérèse (15,0 %) a été
obtenue avec le yogourt témoin sans gras (YT) en utilisant le système de refroidissement
ECT tandis que la valeur la plus faible (4,0 %) a été obtenue avec le yogourt Y3,9 ayant
été refroidi avec le système à plaques ECP.
2.3.4 Propriétés texturales
Au niveau de la fermeté, une interaction triple significative (P ≤ 0,001)
YOG*REF*TE a été observée.
La figue 2.6 présente l’évolution de la fermeté des différents yogourts brassés
refroidis avec un système de refroidissement tubulaire ou à plaques, pendant 34 jours
d’entreposage. La fermeté des yogourts YT, Y0,0 et Y1,3 était similaire mais, elle
augmentait significativement à partir de 2,6 % de MG (Y2,6). Les yogourts sans gras
(YT et Y0,0) avaient des valeurs de fermeté similaire durant l’entreposage. Pour les deux
yogourts à 14 % de SNG (YT et Y2,6), la présence de 2,6 % de MG a fait augmenter la
fermeté des yogourts Y2,6 autant avec le système ECT que ECP. Pour tous les yogourts,
la fermeté a augmenté graduellement entre le jour 1 et 7 et de façon plus prononcée entre
les jours 7 et 21 pour ensuite se maintenir à des valeurs similaires entre les jours 21 et 34.
En général, la fermeté était plus faible pour les yogourts refroidis avec le système de
refroidissement ECP comparativement au système ECT. Par contre, pour le yogourt Y3,9
refroidi avec le système ECP, une augmentation rapide de la fermeté a été observée dès le
3e jour d’entreposage, ce qui a permis d’obtenir une fermeté supérieure au yogourt Y3,9
refroidi avec le système ECT dès le 7e jour. Finalement, après 34 jours d’entreposage, la
fermeté maximale (542,91 N/m²) a été obtenue avec le yogourt Y3,9 refroidi avec le
système ECP, tandis que la valeur minimale (350,17 N/m²) a été obtenue avec le yogourt
Y0,0 refroidi avec le système ECT.
42
Figure 2.6 : Évolution de la fermeté pour les yogourts brassés à 14 (YT) et 16,5 % (Y0,0)
de solides totaux sans gras et les yogourts brassés à 16,5 % de solides totaux contenant 1,3
(Y1,3), 2,6 (Y2,6) et 3,9 % (Y3,9) de matières grasses, refroidis avec le système de
refroidissement tubulaire (ECT) ou à plaques (ECP), pendant 34 jours d’entreposage à
4 °C. Les barres d’erreur représentent l’erreur standard sur la moyenne.
2.3.5 Propriétés rhéologiques
L’analyse statistique a révélé que seulement le facteur YOG a eu un effet significatif
(P ≤ 0,01) sur l’hystérèse. Les autres facteurs (REF et TE) ainsi que les interactions entre
les facteurs n’ont pas eu d’effet significatif. La viscosité à 10,5s-1 était significativement
différente (P ≤ 0,01) uniquement selon les facteurs YOG et TE. Le facteur REF ainsi que
les interactions entre les facteurs n’ont pas eu d’effet significatif.
Courbes d’hystérèse et aire calculée
La figure 2.7 illustre les courbes d’hystérèse obtenues pour les différents types de
yogourts brassés. Au niveau des courbes ascendantes, les yogourts Y0,0 et Y1,3 avaient
une amplitude similaire. Par contre, l’amplitude des courbes ascendantes augmentait pour
les yogourts YT et Y2,6 ainsi que pour Y3,9 de manière plus prononcée. De plus, pour la
courbe de Y3,9, une chute importante de la contrainte peut être observée entre les
cisaillements 5 et 15 s-1, ce qui n’est pas le cas pour les autres yogourts, pouvant représenter
un bri soudain dans la structure des yogourts.
200
300
400
500
600
YT Y0,0 Y1,3 Y2,6 Y3,9 YT Y0,0 Y1,3 Y2,6 Y3,9
ECT ECP
Fer
met
é (N
/m²)
Jour 1 Jour 3 Jour 7 Jour 21 Jour 34
43
Figure 2.7 : Courbes d’hystérèse de 0 à 100 s-1 et de 100 à 0 s-1 obtenues pour les yogourts
brassés à 14 (YT) et 16,5 % (Y0,0) de solides totaux sans gras et les yogourts brassés à
16,5 % de solides totaux contenant 1,3 (Y1,3), 2,6 (Y2,6) et 3,9 % (Y3,9) de matières
grasses.
La figure 2.8 illustre l’aire calculée de la courbe d’hystérèse des différents yogourts.
L’aire calculée était significativement plus élevée pour les yogourts Y2,6 et Y3,9,
comparativement aux autres yogourts. L’aire calculée était similaire pour le yogourt à 2,6
% de MG (Y2,6) et le yogourt YT, qui contenaient tous les deux 14 % de SNG. Pour les
yogourts sans gras, l’augmentation de la teneur en ST de 14 % (YT) à 16,5 % (Y0,0) n’a
eu aucun effet significatif sur l’aire calculée (P > 0,05).
Viscosité apparente
La viscosité apparente des yogourts à différentes teneurs en MG et durant leur
entreposage est présentée à la figure 2.9. Quel que soit le temps d’entreposage, la viscosité
apparente augmentait significativement entre les yogourts Y0,0 et Y3,9 contenant tous les
deux 16,5 % de ST (figure 2.9a). Comme pour les résultats de l’aire calculée, la viscosité
entre les deux yogourts contenant des teneurs en SNG identiques (YT et Y2,6) était
similaire. Pour les yogourts sans gras, l’augmentation de la teneur en ST de 14 % (YT) à
16,5 % (Y0,0) n’a eu aucun effet significatif (P > 0,05) sur la viscosité. Pour tous les
0
5
10
15
20
25
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Co
ntr
ain
te d
e ci
sail
lem
ent
(Pa
)
Vitesse de cisaillement (s-1)
YT Y0,0 Y1,3 Y2,6 Y3,9
44
yogourts, la viscosité a augmenté durant l’entreposage jusqu’au jour 7 pour se stabiliser
par la suite jusqu’à 34 jours d’entreposage (figure 2.9b). La viscosité maximale (2,53 Pa*s)
a été obtenue pour le yogourt Y3,9 après 21 jours d’entreposage, tandis que la valeur
minimale (1,44 Pa*s), pour un même temps d’entreposage, a été obtenue avec le yogourt
Y0,0.
Figure 2.8 : Aire calculée des courbes d’hystérèse pour les yogourts brassés à 14 (YT) et
16,5 % (Y0,0) de solides totaux sans gras et les yogourts brassés à 16,5 % de solides totaux
contenant 1,3 (Y1,3), 2,6 (Y2,6) et 3,9 % (Y3,9) de matières grasses. Les barres d’erreur
représentent l’erreur standard sur la moyenne. A-D Les moyennes avec la même lettre ne
sont pas significativement différentes (P > 0,05).
BCDD
CD
ABC
A
400
450
500
550
600
650
700
750
800
850
YT Y0,0 Y1,3 Y2,6 Y3,9
Air
e (
ua
)
Type de yogourt
45
Figure 2.9 : Évolution de la viscosité apparente à 10,5 s-1 (a) pour les yogourts brassés à
14 (YT) et 16,5 % (Y0,0) de solides totaux sans gras et les yogourts brassés à 16,5 % de
solides totaux contenant 1,3 (Y1,3), 2,6 (Y2,6) et 3,9 % (Y3,9) de matières grasses et (b)
durant 34 jours d’entreposage à 4 °C. Les barres d’erreur représentent l’erreur standard sur
la moyenne. A-D Dans chacune des figures, les moyennes avec la même lettre ne sont pas
significativement différentes (P > 0,05).
BCDD CD
ABCA
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
YT Y0,0 Y1,3 Y2,6 Y3,9
Vis
cosi
té à
10
.5 s
-1
(Pa
*s)
Type de yogourt
C B AB A AB
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
Jour 1 Jour 3 Jour 7 Jour 21 Jour 34
Vis
cosi
té à
10
.5 s
-1
(Pa
*s)
Temps d'entreposage
(a)
(b)
46
2.4 Discussion
Dans un yogourt, les bactéries lactiques doivent être vivantes et leurs populations
doivent être au minimum de 107 UFC/g jusqu’à la date de péremption (Ramchandran, L.et
Shah, N. P. (2009), World Health Organization (WHO)et Food and Agriculture
Organization of the United Nations (FAO) (2011)). Damin, M. R., Minowa, E., et al.
(2008) ont démontré que la population des streptocoques dans les yogourts brassés était
stable durant l’entreposage tandis que celle des lactobacilles diminuait d’environ 2 log
après 35 jours d’entreposage. Le, Thien Trung, van Camp, John, et al. (2011) ajoutent que
la population des lactobacilles diminuait plus rapidement dans un yogourt ferme contenant
3,2 % de MG comparativement à 0 % de MG. Les résultats des populations microbiennes
obtenus dans ce chapitre sont semblables à ceux rapportés par ces auteurs puisque la
population des streptocoques est demeurée stable dans tous les yogourts pendant
l’entreposage tandis que celle des lactobacilles a légèrement chuté. De plus, après 34 jours
d’entreposage, la population des lactobacilles était plus faible dans le yogourt Y3,9
comparativement aux yogourts sans gras YT et Y0,0. Il a été démontré que la survie des
bactéries lactiques dans les yogourts causait une post-acidification menant à une
diminution du pH durant l’entreposage à basse température (Beal, C., Skokanova, J., et al.
(1999), Delikanli, Berraket Ozcan, Tulay (2014), Serra, M., Trujillo, A. J., et al. (2009),
Xu, Z. M., Emmanouelidou, D. G., et al. (2008)). Cette post-acidification a aussi été
observée dans ce chapitre puisque dans les yogourts avec et sans MG, le pH a diminué et
l’acidité a augmenté durant les 34 jours d’entreposage. Serra, M., Trujillo, A. J., et al.
(2009) ont démontré que la post-acidification dans un yogourt brassé créait une
augmentation des interactions hydrophobes et une solubilisation du PCC, ce qui permettait
d’augmenter les interactions entre les micelles de CN provoquant une augmentation de la
viscosité durant un entreposage de 28 jours. Des résultats similaires ont été obtenus dans
ce chapitre puisque pour tous les yogourts brassés, une augmentation de la viscosité ainsi
que de la fermeté a été observée pendant les 21 jours d’entreposage.
À la fin de la fermentation, le réseau protéique du yogourt créé en cuve comporte
des liaisons hydrophobes dont certaines seront brisées suite au brassage et au
conditionnement. Cela provoque la formation de fragments de gel de yogourt, de taille
47
variable selon l’intensité du cisaillement subi, qui peuvent s’agréger lorsqu’ils entrent en
collision pendant le brassage (Lee, W. J.et Lucey, J. A. (2006), Lee, W. J.et Lucey, J. A.
(2010)). Plusieurs auteurs ont démontré à l’échelle laboratoire que chaque paramètre de la
production du yogourt brassé (pression d’homogénéisation, température du traitement
thermique, température et vitesse de fermentation, vitesse de brassage, type de lissage, type
de pompe, température d’entreposage, etc.) avait un impact individuel important sur les
propriétés finales du yogourt (Beal, C., Skokanova, J., et al. (1999), Haque, A., Richardson,
R. K., et al. (2001), Lee, W. J.et Lucey, J. A. (2006), Weidendorfer, K., Bienias, Andrea,
et al. (2008)). Dans ce chapitre, tous ces paramètres de production ont été utilisés à des
valeurs fixes constantes afin de contrôler leur impact. Tous les yogourts ont été inoculés à
un même taux pour obtenir un pH de 4,70 en 3,5 heures. Les étapes de brassage, de
pompage et de lissage étaient aussi toutes identiques. Seul le type de refroidissement était
différent lors du conditionnement. Le refroidissement du yogourt de 37 à 20 °C se faisait
rapidement, en quelques secondes, avec le système à plaques ECP et lentement, en trois
minutes, pour le système tubulaire ECT, ce qui pourrait expliquer une augmentation de
l’acidité plus importante dans les yogourts refroidis avec le système de refroidissement
ECT. Par contre, la présence de MG diminuait l’acidité des yogourts, possiblement parce
que, comme observé par Güler-Akin, Mutlu B., Serdar Akin, M., et al. (2009), la MG aurait
un effet protecteur contre l’acidification.
D’autre part, Renan, Marie, Arnoult-Delest, Véronique, et al. (2008) ont démontré
que le cisaillement causé par un premier brassage du yogourt dans un tube vertical
possédant un filtre (mailles de 350-400 µm) à l’extrémité suivi d’un deuxième brassage
dans un malaxeur de cuisine créait des fragments de gel ayant des propriétés hydrophobes
et électrostatiques différentes du gel initial avant brassage. Cela permettait la formation de
liens entre les fragments durant l’entreposage et donc, d’augmenter la viscosité des
yogourts brassés. L’écoulement dans les tuyaux contribuerait également à la
déstructuration du réseau protéique gélifié dépendamment des pressions aux extrémités du
tuyau, de la force de cisaillement causée par les coudes et du poids du yogourt (Mullineux,
Glenet Simmons, Mark J. H. (2007), Mullineux, Glenet Simmons, Mark J. H. (2008)). Il
serait donc possible de minimiser la déstructuration du réseau protéique en utilisant un
système de refroidissement causant le moins de cisaillement possible. Dans ce chapitre, le
48
système de refroidissement ECT permettant de minimiser le cisaillement subi par le
yogourt a effectivement permis, en général, d’augmenter la fermeté et la synérèse des
yogourts mais, il n’a pas eu d’impact sur l’hystérèse et la viscosité. Contrairement au
système tubulaire, le système de refroidissement ECP était constitué d’un échangeur de
chaleur à plaques avec des espacements restreints entre les plaques qui causait un
cisaillement plus important. L’utilisation du système ECP a permis de réduire la synérèse
et la fermeté mais, n’a pas eu non plus d’impact sur l’aire calculée et la viscosité. Cependant
ces effets étaient dépendants de la teneur en ST et en MG.
Dans ce chapitre, des yogourts brassés contenant différentes teneurs en ST et MG
ont été produits avec succès en utilisant un banc d’essai pilote simulant les conditions de
brassage industriel. Au niveau de la composition, la teneur en protéines totales ainsi que le
ratio CN/PS ont été standardisés à des valeurs fixes constantes pour que seules les teneurs
en ST, en SNG et en MG aient un impact sur les propriétés physico-chimiques, texturales
et rhéologiques. Les yogourts de types ferme et brassé contiennent généralement entre 12
et 14 % de ST (Lamontagne, M. (2010)). Par contre dans ce chapitre, il a été nécessaire
d’augmenter cette valeur à 16,5 % pour être en mesure d’ajuster la teneur en MG jusqu’à
3,9 % tout en conservant les ST constants. L’impact des ST a pu être déterminé en
comparant le yogourt témoin (YT) à 14 % de ST au yogourt sans gras (Y0,0) à 16,5 % de
ST.
Jaros, D., Heidig, C., et al. (2007) rapportent que l’augmentation des ST de 11 à 12
%, à l’aide de PLÉ, dans un yogourt brassé à la main, avec une tige reliée à une plaque
perforée, permettait de diminuer l’indice de synérèse mais que l’entreposage n’avait pas
d’effet significatif sur l’évolution de la synérèse. Par contre, ces auteurs qui ont utilisé de
la PLÉ pour augmenter la teneur en ST, ont, par le fait même, fait augmenter la teneur en
protéines totales affectant aussi la formation du réseau protéique. Dans ce chapitre,
l’augmentation des ST de 14 % pour le yogourt YT à 16,5 % pour le yogourt Y0,0 était
surtout attribuée au lactose en poudre ajouté. Meletharayil, Gopinathan H., Patel, Hasmukh
A., et al. (2016) ont démontré que l’ajout de lactose, dans un lait reconstitué avec un
concentré de protéines laitières, favorise les interactions entre les protéines et contribue à
leur hydratation. La capacité de rétention d’eau augmentait significativement dans les gels
49
acidifiés de type ferme mais, l’ajout de lactose n’avait pas d’impact significatif sur le
module viscoélastique G’. Dans ce chapitre, la synérèse obtenue dans les yogourts sans
gras YT et Y0,0 avait tendance à diminuer avec l’augmentation des ST. Par contre, les
valeurs de fermeté, d’aire calculée et de viscosité avaient aussi tendance à diminuer. Au
niveau de l’hystérèse, plusieurs auteurs s’entendent pour dire que le yogourt a un
comportement thixotrope qui peut être représenté par l’aire dans les courbes d’hystérèse
(Famelart, M. H., Guyomarc’h, F., et al. (2011), Pereira, Rogerio, Matia-Merino, Lara, et
al. (2006), Ramchandran, L.et Shah, N. P. (2009), Schmitt, L., Ghnassia, G., et al. (1998),
Smoczyński, Michałet Baranowska, Maria (2014)). Les auteurs décrivent l’amplitude de
la courbe ascendante ainsi que l’aire calculée entre les deux courbes comme étant
proportionnelle à la viscosité et au degré de déstructuration de la matrice protéique du
yogourt. Une aire plus élevée se traduirait donc par une plus grande énergie nécessaire pour
briser le gel de yogourt (Famelart, M. H., Guyomarc’h, F., et al. (2011)). Cela signifierait
que dans ce chapitre, la hauteur de la courbe ascendante plus élevée de YT, se traduirait
par un réseau protéique ayant subi une plus grande déstructuration comparativement au
yogourt Y0,0, malgré que l’effet n’était pas significatif.
Cayot, Philippe, Schenker, Flore, et al. (2008) ont démontré que, malgré la taille
significativement différente des fragments de gel analysés au MasterSizer, la viscosité des
yogourts brassés sans gras extrudés à l’aide de seringues ayant des aiguilles de différents
diamètres et longueurs était similaire. Comme mentionné plus haut, la forme linéaire du
système ECT contribuerait à minimiser le cisaillement du yogourt, ce qui créerait des
fragments de gels de taille supérieure à ceux obtenus par le système ECP causant un
cisaillement élevé. Les résultats obtenus dans ce chapitre ont démontré comme ces auteurs
que la viscosité, l’aire entre les courbes d’hystérèse et la fermeté, étaient similaires dans
les yogourts sans gras refroidis par l’un ou l’autre des systèmes de refroidissement. Par
contre, la synérèse était plus élevée dans les yogourts refroidis avec le système ECT. Cela
pourrait être expliqué par l’acidité moins prononcée dans les yogourts sans gras refroidis
avec le système ECP comparativement au système ECT. De plus, la force centrifuge
appliquée pour déterminer la synérèse briserait les liaisons protéiques de faible énergie
(hydrophobes) créées durant l’entreposage des yogourts refroidis avec le système ECT.
Cela causerait une libération plus importante de lactosérum comparativement au système
50
ECP dont le réseau protéique serait plus dense et comporterait des pores de plus petit
diamètre.
Renan, Marie, Arnoult-Delest, Véronique, et al. (2008) ont démontré que les
fragments de gel formés par un brassage (combinant un écoulement du yogourt dans un
tuyau et un brassage dans un robot culinaire) formaient de nouvelles interactions
hydrophobes de faible énergie entre les CN et les PS dans le yogourt brassé et que cela
permettait d’augmenter la viscosité des yogourts durant l’entreposage. C’est aussi ce qui a
été démontré dans ce chapitre puisque durant l’entreposage des yogourts brassés sans gras,
les valeurs de fermeté et de viscosité augmentaient surtout pendant la première semaine.
Par contre, les valeurs de synérèse et d’aire calculée étaient stables durant l’entreposage.
L’augmentation des ST de 14 % pour le yogourt YT à 16,5 % pour le yogourt Y0,0
avec l’ajout de lactose a eu un impact moins important sur les propriétés physico-
chimiques, texturales et rhéologiques que l’augmentation des ST de 14 (YT) à 16,5 %
(Y2,6) par l’ajout de MG. Pour ces deux yogourts spécifiquement, la teneur en SNG était
identique à 14 %. Nguyen, Hanh Thi Hong, Ong, Lydia, et al. (2013) ont démontré que
l’homogénéisation avait un impact majeur sur la réduction de la synérèse et l’augmentation
de la thixotropie durant 28 jours d’entreposage. Ces auteurs ont produit des yogourts
fermes ayant une même teneur en protéines totales et en ST mais avec 7,9 % de MG non
homogénéisées et avec 4,1 % de MG mais homogénéisées. L’aire spécifique pour
l’adsorption des protéines sur les membranes des globules gras homogénéisés (GGH) était
significativement plus élevée suite à une homogénéisation. D’ailleurs, Sandoval-Castilla,
O., Lobato-Calleros, C., et al. (2004) ont démontré qu’après l’homogénéisation,
l’augmentation de la surface des membranes des globules gras augmentait avec la réduction
de leur taille. Cela permettait d’augmenter le nombre de liaisons possibles avec les micelles
de CN, formant un réseau plus dense, suite à la fermentation, comparativement à un
yogourt sans gras. De plus, il a été démontré que les protéines à la surface des membranes
des GGH contribuaient à augmenter la capacité de rétention d’eau du réseau protéique, ce
qui permettait, entre autres, de réduire la synérèse et d’augmenter la consistance, la fermeté
et le module viscoélastique G’ dans les yogourts de type ferme et brassé contenant des
matières grasses (Kaminarides, S., Stamou, P., et al. (2007), Keogh, M. K. (1998), Nguyen,
51
Hanh Thi Hong, Ong, Lydia, et al. (2015)). Le réseau protéique des yogourts riches en MG
serait donc plus stable et plus résistant à la déformation comparativement aux yogourts
sans MG (Krzeminski, Alina, Großhable, Katja, et al. (2011), Nguyen, Hanh Thi Hong,
Ong, Lydia, et al. (2015)). En effet, Abu-Jdayil, Basim, Nasser, M. S., et al. (2013) ont
démontré qu’un yogourt brassé contenant 8 % de MG avait une viscosité apparente deux
fois plus élevée qu’un yogourt à 0,05% de MG. Les résultats obtenus par Abu-Jdayil,
Basim, Nasser, M. S., et al. (2013)) concorde avec les résultats obtenus dans ce chapitre
puisque le yogourt Y2,6 formait moins de synérèse et avait des valeurs de fermeté, d’aire
calculée et de viscosité supérieures au yogourt YT.
Comme pour les yogourts sans gras, les valeurs de synérèse et de fermeté pour les
yogourts YT et Y2,6 refroidis avec le système ECP étaient inférieures comparativement au
refroidissement des yogourts avec le système ECT. Puisque les nouvelles liaisons
hydrophobes formées durant l’entreposage dans le réseau protéique sont de faible énergie,
donc facile à briser, les yogourts YT et Y2,6 refroidis avec le système ECT seraient
constitués de fragments plus grossiers contribuant à augmenter la résistance à la
compression comparativement aux yogourts constitués de petits fragments dû au
refroidissement avec le système ECP. Par contre, le système ECP a un impact positif sur
la réduction de la synérèse dans les yogourts brassés. Comme mentionné plus haut, le
réseau protéique des yogourts refroidis avec le système ECP a une plus grande capacité à
retenir le lactosérum. La diminution de synérèse dans les yogourts est d’autant plus vraie
dans le yogourt Y2,6 puisqu’il contenait moins de synérèse comparativement au yogourt
YT. En effet, la présence de MG contribue à la rétention d’eau. Par contre, les différents
cisaillements subis par les yogourts YT et Y2,6 n’étaient pas suffisants pour obtenir des
valeurs d’hystérèse et de viscosité significativement différentes entre les systèmes de
refroidissement ECT et ECP.
La fermeté, l’aire calculée dans les courbes d’hystérèse et la viscosité augmentaient
pour les yogourts YT et Y2,6 tandis que la synérèse diminuait durant l’entreposage, ce qui
correspond également aux résultats obtenus pour les yogourts sans gras YT et Y0,0.
L’augmentation des ST de 14 à 16,5 %, par l’ajout de 2,6 % de MG dans le yogourt Y2,6,
a permis d’obtenir des valeurs de synérèse inférieures et des valeurs de fermeté, d’aire
52
calculée et viscosité supérieures comparativement au yogourt sans gras YT. Ces résultats
pourraient être expliqués par la formation de nouveaux liens hydrophobes de faible énergie
entre les protéines durant l’entreposage. La présence de MG dans le yogourt Y2,6
augmenterait le nombre de liens protéiques formés dans le réseau, ce qui le rendrait plus
dense que le réseau protéique du yogourt sans gras YT.
Finalement, les yogourts Y0,0; Y1,3; Y2,6 et Y3,9 produits dans ce chapitre ont
permis d’étudier l’effet combiné de l’impact de la diminution des SNG à celle de
l’augmentation des MG puisque tous ces yogourts ont été standardisés à 16,5 % de ST. Les
résultats ont démontré que, tout comme pour les yogourts YT et Y2,6, l’augmentation de
la teneur en MG de 0 à 3,9 % a permis de réduire la synérèse, surtout avec le système de
refroidissement ECP. De plus, la réduction de synérèse était plus prononcée à partir de 2,6
% de MG. La fermeté augmentait entre les yogourts Y0,0; Y1,3 et Y2,6, surtout avec le
système ECT. Le yogourt Y3,9 se distinguait des autres puisqu’il était plus ferme en
utilisant le système de refroidissement ECP. Il est possible qu’à une teneur en MG élevée
de 3,9 %, la MG ait un impact plus important que le cisaillement subi avec les systèmes de
refroidissement ECT et ECP. D’autre part, l’augmentation de la teneur en MG entre les
yogourts Y0,0, Y1,3, Y2,6 et Y3,9 est associée à une augmentation de l’aire totale de la
surface des GGH. Comme mentionné précédemment, cela contribuerait à la restructuration
du réseau protéique influençant les propriétés rhéologiques des yogourts. Au niveau des
courbes d’hystérèse, la contrainte de cisaillement augmentait pour tous les yogourts brassés
jusqu’à l’atteinte d’une valeur critique permettant possiblement de briser les liens non
covalents entre les protéines provoquant l’écoulement du yogourt et l’atteinte d’une valeur
constante de la contrainte de cisaillement (Lee, W. J.et Lucey, J. A. (2004), Lee, W. J.et
Lucey, J. A. (2010)). Les résultats ont démontré que le yogourt Y3,9 se démarquait des
autres types de yogourts puisque sa valeur maximale de contrainte de cisaillement était la
plus élevée et qu’une chute, formant une cloche, pouvait être observée entre 5 et 15 s-1.
L’effet de cloche était moins prononcé lorsque la teneur en MG diminuait, jusqu’à être
absent pour les yogourts YT, Y0,0 et Y1,3. Abu-Jdayil, Basim, Nasser, M. S., et al.
(2013)et Krzeminski, Alina, Großhable, Katja, et al. (2011) ont démontré qu’en présence
de MG dans les yogourts de type brassé, l’atteinte d’une valeur de viscosité apparente
stable prenait plus de temps comparativement à des yogourts sans gras. À la différence des
53
yogourts sans gras, les yogourts riches en gras sont constitués de liens entre les globules
gras et les protéines qui sont rompu à un taux de cisaillement constant, ce qui explique le
délai pour atteindre une viscosité apparente stable. Ces auteurs ont aussi démontré que la
contrainte de cisaillement maximale de la boucle d’hystérèse était plus élevée dans les
yogourts riches en gras comparativement aux yogourts sans gras. Dans ce chapitre, les
mêmes tendances ont été observées puisque la contrainte de cisaillement maximale du
yogourt à 3,9% de MG était supérieure à celles des yogourts faibles ou sans gras.
54
2.5 Conclusion
La plupart des études rapportées dans la littérature sur le yogourt brassé ont utilisé
des techniques de brassage de laboratoire qui ne reflète pas nécessairement les conditions
de brassage retrouvées en industrie. Dans ce chapitre, des yogourts ont été standardisés au
niveau des protéines et des solides totaux et les mélanges laitiers ont été produits dans les
mêmes conditions d’homogénéisation, de traitement thermique et de fermentation pour
uniformiser leur effet sur les propriétés des yogourts. Des yogourts à différentes teneur en
matières grasses ont été brassés, pompés, lissés et refroidis dans un banc d’essai pilote
simulant les conditions de production industrielle. L’impact du type de systèmes de
refroidissement ainsi que l’impact de la teneur en matières grasses et en solides totaux ont
été comparés. Il a été possible de comparer l’effet spécifique d’un système de
refroidissement lent de forme tubulaire et causant un cisaillement faible à un système de
refroidissement rapide à plaques et causant un cisaillement élevé sur différentes propriétés
des yogourts brassés. Il a été démontré que le système à plaques a un impact important sur
la réduction de synérèse dans les yogourts riches en MG, mais qu’il a tendance à diminuer
la fermeté des yogourts brassés. Des effets contraires ont été observés avec le système de
refroidissement tubulaire. De plus, le système à plaques n’a eu aucun impact sur l’hystérèse
et la viscosité apparente. Malgré l’augmentation des solides totaux dans les yogourts sans
gras, les valeurs de synérèse, de fermeté, d’hystérèse et de viscosité étaient similaires peu
importe le système de refroidissement utilisé. Cependant, comme observé dans la littérature
pour les yogourts fermes, la présence de matières grasses a joué un rôle important dans la
réduction de synérèse et l’augmentation de la fermeté, de l’aire calculée et de la viscosité
des yogourts brassés, surtout à partir de 2,6 % de MG. L’entreposage n’a pas eu d’impact
sur la synérèse et l’aire calculée mais, il a permis d’augmenter la fermeté et la viscosité.
Le banc d’essai pilote utilisé dans ce chapitre est un système complet plus
représentatif de la réalité industrielle qui pourrait être utilisé pour étudier plusieurs autres
paramètres que le système de refroidissement, comme l’impact du temps de brassage en
cuve, de la tortuosité des tuyaux et du type de lissage. Par contre, la modification des
paramètres de production (homogénéisation, traitement thermique et vitesse de
fermentation) pourrait aussi avoir un impact important sur la formation de synérèse, la
55
fermeté, l’hystérèse et la viscosité des yogourts riches en MG brassés avec le banc d’essai
pilote.
56
Chapitre 3: Impact de la teneur en matières grasses, du
temps de fermentation et du système de refroidissement
sur les propriétés rhéologiques de yogourts brassés avec
un banc d’essai pilote
Noémie Lussier1,2, Daniel St-Gelais1,2, Sylvie L. Turgeon2
1Centre de recherche en sciences et technologie du lait (STELA) et Institut sur la nutrition
et les aliments fonctionnels (INAF), Université Laval, Québec, QC, Canada, G1K 7P4
2Centre de recherche et de développement de Saint-Hyacinthe, Agriculture et
agroalimentaire Canada, 3600 boulevard Casavant Ouest, Saint-Hyacinthe, QC, Canada,
J2S 8E3
57
Résumé
Le brassage d’un yogourt en laboratoire ne permet pas de simuler la complexité
d’un brassage industriel et peu d’études portent sur la durée de fermentation du yogourt.
L’objectif de ce chapitre était de déterminer l’impact du temps de fermentation sur les
propriétés texturales et rhéologiques de yogourts avec et sans gras ayant été brassés dans
un banc d’essai pilote simulant les conditions de production industrielles. La composition
des yogourts a été standardisée à 16,5 % de solides totaux, 3,10 % de caséines, 1,10 % de
protéines sériques. Les teneurs en matières grasses étaient de 0,0 et 3,9%. Les taux
d’inoculation ont été ajustés à 2,05 et 1,35 % (p/p) pour obtenir des temps de fermentation
de quatre et cinq heures, respectivement. Le brassage des différents yogourts a été effectué
en utilisant un banc d’essai pilote constitué de deux types de refroidissements industriels
(échangeur de chaleur tubulaire et à plaques) permettant de simuler un cisaillement faible
et élevé. Les analyses de pH, d’acidité titrable, de synérèse, de fermeté et de viscosité
apparente ont été effectuées jusqu’à 34 jours d’entreposage à 4 °C. Le temps de
fermentation n’a pas eu d’impact significatif sur les propriétés physico-chimiques,
texturales et rhéologiques. L’augmentation de la teneur en matières grasses a permis
d’augmenter la fermeté de 40 %, de diminuer la synérèse et l’acidité de 65 et 2 %,
respectivement mais aucun effet n’a été observé au niveau du pH des yogourts. Le
refroidissement avec l’échangeur de chaleur à plaques a permis de diminuer l’acidité
titrable, la synérèse et la fermeté de 2,45 et 13 %, respectivement, comparativement au
refroidissement avec l’échangeur de chaleur tubulaire. Par contre les valeurs de pH et de
viscosité étaient similaires entre les types de refroidissement. L’acidité, la fermeté et la
viscosité ont augmenté de 17, 30 et 18 %, respectivement après 34 jours d’entreposage
alors que le pH a diminué de 5 %. Par contre, le temps d’entreposage n’a pas eu d’effet
significatif sur la synérèse. Le temps de fermentation a eu peu d’impact sur les propriétés
physico-chimiques, texturales et rhéologiques mais, la présence de matières grasses a eu
un impact important sur la modification de ces propriétés. L’impact du temps de
fermentation, de la composition et de l’utilisation de deux type de système de
refroidissement ont été démontrés pour des yogourts brassés avec un banc d’essai pilote.
58
3.1 Introduction
La production de yogourt au Canada a augmenté de 103 % entre 2005 et 2015
(Statistique Canada (2016)). De plus, la majorité des yogourts produits sont de type brassé,
ce qui en fait un produit laitier d’intérêt majeur.
Dans la littérature, l’impact individuel des différentes étapes de production
(standardisation des mélanges laitiers, homogénéisation, traitement thermique,
fermentation, refroidissement, entreposage) sur les propriétés physico-chimiques,
texturales et rhéologiques a été étudié à l’échelle laboratoire pour des yogourts fermes et
brassés (Lee, W. J.et Lucey, J. A. (2010), Sodini, I., Remeuf, F., et al. (2004)). Dans la
plupart de ces études sur le yogourt brassé, le brassage était effectué avec une cuillère, un
disque perforé ou un appareil électrique pour effectuer un brassage. Serra, M., Trujillo, A.
J., et al. (2009) ont démontré que les propriétés d’un yogourt brassé à la cuillère dépendent
étroitement des caractéristiques du réseau protéique du yogourt ferme préalablement formé
en cuve. Le changement de conformation des protéines est tributaire des étapes
d’homogénéisation et de traitement thermique donné au mélange laitier (ML) à yogourt,
ce qui a un impact important pour la formation du réseau protéique ultérieurement. La
littérature rapporte qu’une fortification des ML à l’aide des ingrédients laitiers en poudre
(poudre de lait écrémé (PLÉ), concentré protéique de lactosérum (CPL), etc.) et de
matières grasses (MG), combiné aux traitements d’homogénéisation et de traitement
thermique, permet d’augmenter les interactions hydrophobes et électrostatiques ainsi que
le nombre de ponts disulfures entre les caséines (CN) et les protéines sériques (PS) du ML
et à la surface des globules gras. Plusieurs auteurs ont démontré qu’une fois homogénéisés,
les petits globules gras participent activement à la formation du réseau protéique (Lee, W.
J.et Lucey, J. A. (2010), Serra, M., Trujillo, A. J., et al. (2009)). La fortification des ML
permet d’obtenir un yogourt plus ferme, visqueux et résistant aux étapes de cisaillement et
de brassage (Abu-Jdayil, Basim, Nasser, M. S., et al. (2013), Remeuf, F., Mohammed, S.,
et al. (2003), Sodini, I., Remeuf, F., et al. (2004)). Par contre, les étapes supplémentaires
pour obtenir un yogourt de type brassé (brassage, pompage et lissage) causent un
cisaillement important (déstructuration de la matrice protéique) dont les effets sont peu
59
documentés dans la littérature puisqu’il est difficile de reproduire un brassage de type
industriel en laboratoire.
Le temps de fermentation contrôlé par le taux d’inoculation et la température de
fermentation a aussi un impact sur la formation du réseau protéique du yogourt ferme
(Beal, C., Skokanova, J., et al. (1999), Lee, Siew Kim, Anema, Skelte, et al. (2004), Peng,
Y., Horne, D. S., et al. (2009)). Une fermentation inadéquate (trop lente ou trop rapide)
augmenterait la formation de synérèse ou ferait chuter les valeurs de fermeté et de viscosité.
La température optimale pour la croissance des bactéries lactiques thermophiles se situe
entre 40 et 45 °C (Amiot, J., Fournier, S., et al. (2010)). Lee, W. J.et Lucey, J. A. (2010)
ont démontré qu’une fermentation à une température inférieure à 40 °C permet
d’augmenter les interactions entre les CN et les PS, ce qui permet d’obtenir un réseau plus
compact, fort et stable. Wu, Sha, Li, Dong, et al. (2009) ajoutent qu’un yogourt fermenté
en 250 min à 35 °C permet d’obtenir une viscosité supérieure à un yogourt fermenté en
180 minutes à 45 °C. À l’opposé, Lee, W. J.et Lucey, J. A. (2004) ont démontré qu’un
yogourt fermenté à 45,7 °C causait un réarrangement du réseau protéique important, dont
une contraction des CN, provoquant un affaiblissement du réseau comparativement à un
yogourt fermenté à 40 °C. Ce dernier serait donc plus résistant au cisaillement subi durant
l’étape de brassage comparativement à un yogourt fermenté à 35 ou 45 °C, surtout en
présence de MG. Toutefois, la vitesse de fermentation varie selon le taux d’inoculation, ce
qui peut avoir un impact sur la formation des liens protéiques dans le réseau gélifié.
Streptococcus thermophilus et Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus sont les
deux principales bactéries lactiques thermophiles utilisées pour la production de yogourts.
Les lactobacilles ont un pouvoir acidifiant supérieur à celui des streptocoques, c’est
pourquoi leur proportion est souvent plus faible dans un ferment mixte (Lamontagne, M.
(2010)). La littérature rapporte qu’une fermentation lente due à un taux d’inoculation
inférieur à 0,5 % (> 390 min) crée un réarrangement protéique important qui nuit à la
stabilité du réseau protéique. Le réseau formé est moins dense comparativement à un
yogourt inoculé à un taux plus élevé, ce qui diminue le module élastique G’ et augmente
la synérèse. Au contraire, une fermentation rapide due à un taux d’inoculation supérieur à
3,5 % (< 250 min) permet d’obtenir un réseau protéique plus dense et contient un nombre
60
plus élevé de liaisons protéiques, ce qui augmente ses propriétés rhéologiques et diminue
la formation de synérèse (Lee, W. J.et Lucey, J. A. (2004), Peng, Y., Horne, D. S., et al.
(2009)).
Il a été démontré au chapitre 2 qu’en augmentant la teneur en MG il était possible
de réduire la synérèse et d’augmenter la fermeté et la viscosité apparente des yogourts,
brassés en utilisant un banc d’essai pilote. Par contre, l’impact du temps de fermentation
n’a pas été évalué. L’objectif de ce chapitre était donc d’étudier l’impact de la vitesse de
fermentation sur les propriétés texturales et rhéologiques de yogourts avec et sans gras
ayant été brassés à l’aide d’un banc d’essai pilote.
61
3.2 Matériel et méthodes
3.2.1 Ingrédients laitiers et souches bactériennes
Les ingrédients laitiers et les souches bactériennes utilisés dans ce chapitre sont les
mêmes que ceux présentés au chapitre 2. Le lait entier cru provenait de la laiterie Chalifoux
Inc. (Sorel-Tracy, QC, Canada). La poudre de lait écrémé ʺlow-heatʺ et le lactose 300
provenaient de Quadra Chemicals, Vaudreuil, QC, Canada tandis que le concentré
protéique de lactosérum 34 % provenaient d’Agropur, Saint-Hyacinthe, QC, Canada. La
culture lyophilisée commerciale mixte Yo-Dolce composée des bactéries lactiques
thermophiles Streptococcus thermophilus et Lactobacillus delbruekii ssp. bulgaricus à un
ratio streptocoques : lactobacilles 95 : 5 a été gracieusement fournie par Biena (Saint-
Hyacinthe, QC, Canada).
3.2.2 Préparation du ferment lactique et écrémage du lait entier cru
La veille de chaque production de yogourt, un ferment lactique a été préparé comme
suit. Un lait écrémé stérile a été reconstitué à 12 % (p/p) avec de la PLÉ dans l’eau déionisée
(18 MΩ). Il a ensuite été stérilisé à 110 °C pendant six minutes puis tempéré dans un bain
d’eau glacée jusqu’à 41,0 ± 0,2 °C. Le lait a été ensemencé à raison de 1 g/L avec la culture
mixte Yo-Dolce. Une fermentation à 41°C a permis d’obtenir un pH de 4,70 ± 0,01 en 270
± 30 minutes. Le ferment obtenu a été rapidement refroidi et conservé à 4 °C jusqu’à son
utilisation.
La même journée, 140 kg de lait cru entier ont été écrémés. Le lait a d’abord été
chauffé à 63 °C sous agitation dans une cuve à double parois puis passé dans une
centrifugeuse écrémeuse (DeLaval Company Limited, modèle 618, Peterborough, ON,
Canada). La vitesse d’écrémage a été ajustée pour obtenir une crème à 58 % de MG afin
de produire des yogourts à 3,9 % de MG et 16,5 % de solides totaux (ST). Les fractions de
lait écrémé et de crème ont été analysées avec un appareil à infra-rouge FT-120 (Foss North
America, MN, États-Unis) afin d’obtenir les teneurs en protéines totales, en MG et en ST.
Le calcul matriciel utilisé au chapitre 2 a été utilisé pour déterminer les quantités de chaque
ingrédient laitier (PLÉ, CPL34, lactose, crème) à ajouter dans le lait écrémé pour produire
les ML. Les teneurs cibles en PS, CN et ST étaient respectivement de 1,11, 3,10 et 16,5 %.
62
Celles des MG étaient de 0 et 3,9 % pour obtenir des yogourts sans gras (Y0,0) et riche en
gras (Y3,9). Ces cibles ont été choisies puisqu’il a été démontré au chapitre 2, que les
yogourts à 16,5 % de ST sans gras et ceux à 3,9 % de MG, avaient des valeurs de fermeté
et de viscosité différentes. La proportion de crème nécessaire pour fabriquer le yogourt
Y3,9 a été immédiatement diluée dans 5 L de lait écrémé avant d’être entreposée à 4 °C
pour éviter que la crème fige due à sa haute concentration en MG (58 %). Le lait écrémé
non utilisé a été conservé à 4 °C.
3.2.3 Production des yogourts
La production à l’usine pilote des yogourts (YOG) Y0,0 et Y3,9 s’est effectuée
avec les mêmes équipements décrits au chapitre 2. La journée de la production, les
ingrédients laitiers en poudre (PLÉ, CPL, LAC) et le lait écrémé (ou le mélange de lait
écrémé et de crème dans le cas du yogourt Y3,9) ont été mélangés dans une cuve à simple
paroi à température pièce pendant cinq minutes en circuit fermé par recirculation à l’aide
d’une pompe Alfa-Laval (type FM-O/115, Lund, Suède). À l’étape de l’homogénéisation
et du traitement thermique, 5 L de lait écrémé ont été utilisés avant chaque ML pour
éliminer l’eau résiduelle. Chaque ML a été préchauffé à 60 °C et homogénéisé à 13,80 et
3,45 MPa. Par la suite, les ML ont été chauffés à 94,5 °C pendant cinq minutes avec le
pasteurisateur à plaques. Une section de régénération permettait d’ajuster la température
de sortie des ML à 40 ± 1 °C. Des cuves à déversoir conique ont été remplies à raison de
25 kg. Un échantillon de chaque ML a été prélevé afin d’analyser leur composition à l’aide
de l’appareil FT-120 (Foss North America, MN, États-Unis). Les cuves ont ensuite été
transférées dans le même incubateur à yogourt (Schneider electric Magelis, Brossard, QC,
Canada) qu’au chapitre 2 et ajusté à 40 °C.
Pour atteindre un pH identique de 4,70 pour tous les yogourts mais avec un temps
de fermentation (TF) de quatre ou de cinq ± 0,25 heures, les ML ont été inoculés à des taux
respectifs de 2,05 ou 1,35 ± 0,05 % avec le ferment lactique préparé la veille (section 3.2.2).
Les cuves ont été inoculées à intervalle d’une heure et l’évolution du pH a été suivie aux
heures. Une fois le pH 4,70 atteint, chaque cuve a ensuite été transférée avec précaution
jusqu’au banc d’essai pilote pour le brassage.
63
3.2.4 Banc d’essai pilote
Le banc d’essai pilote (figure 3.1) utilisé pour brasser le yogourt était le même que
celui décrit au chapitre 2. Une fois la cuve à déversoir conique branchée au banc d’essai
pilote, un mélangeur à pales hélicoïdales (inspiré de Tamine, A. Y.et Robinson, R. K.
(1999)), reliée à un moteur à vitesse variable (Penta KB Power, modèle NEMA-4X/IP-65,
Baldor industrial motor, Clarksville, AR, États-Unis), a ensuite été inséré dans la cuve. Des
chicanes ont été ajoutées dans la cuve à angle fixe de 45 ° dans le sens horaire pendant les
15 premières secondes pour bien décoller le yogourt des parois de la cuve. Après un
brassage de cinq minutes à 30 rpm, la vitesse a été réduite à 15 rpm pour toute la durée du
conditionnement du yogourt. La pompe à action positive (modèle 018, Universal Lobe
Pump, Waukesh, WI, États-Unis) a ensuite été activée pour faire circuler le yogourt dans
le banc d’essai pilote. Le manomètre digital (Qualtech distribution, Québec, QC, Canada)
a permis de conserver un débit moyen de 0,88L/min. Le yogourt a été lissé par une buse de
lissage conique de 425 µm de diamètre. Un thermocouple (Type K, Omega Engineering,
Stamford, CT, États-Unis) relié à un appareil enregistrant la température (OM-Daqpro-
5300, Omega Engineering, Stamford, CT, États-Unis) a été installé après la buse de lissage
pour obtenir la température du yogourt à la sortie de la cuve, avant l’étape de
refroidissement. Une valve tri directionnelle a permis de refroidir le yogourt à 20 °C avec
un échangeur de chaleur tubulaire (ECT) causant un faible cisaillement ou un échangeur
de chaleur à plaques (ECP) causant un cisaillement élevé. La température du yogourt à la
sortie des systèmes ECT et ECP a été enregistrée pour confirmer l’efficacité des systèmes
de refroidissement (REF). Les yogourts ont été récoltés dans des pots de plastiques de 175
mL (Pastipak, GenPak, Boucherville, QC, Canada), puis ces derniers ont été entreposés
dans une chambre froide à 4 °C pendant 34 jours (TE).
Pour chaque jour de production, trois combinaisons de 2 YOG (Y0,0 ou
Y3,9) x 2 REF (ECP ou ECT) x 2 TF (4 ou 5 heures) ont été tirées au hasard pour
déterminer quels ML et quelle configuration du banc d’essai pilote devaient être utilisés.
Comme trois yogourts par jour, une fois par semaine, pouvaient être produits, trois
semaines ont été nécessaires pour réaliser une répétition.
64
Figure 3.1 : (a) Schématisation du banc d’essai pilote : M, mélangeur à pales hélicoïdales;
C, chicanes; CDC, cuve à déversoir conique; PP, pompe à action positive; MD, manomètre
digital; L, buse de lissage; T1, température à la sortie de la cuve; V, valve tri directionnelle;
ECT, échangeur de chaleur tubulaire; ECP, échangeur de chaleur à plaques; T2,
température à la sortie du refroidissement et (b) photographie du mélangeur à pales
hélicoïdales jumelé aux chicanes à chaque extrémités.
3.2.5 Analyses
3.2.5.1 Composition des ingrédients et des mélanges laitiers
Comme au chapitre 2, les échantillons des différents ML qui ont été prélevés après
le traitement thermique ont été analysés au FT-120 pour obtenir leurs teneurs en protéines
totales, en ST et MG. Des calculs théoriques ont permis d’estimer les teneurs en PS et en
CN et un dosage des protéines totales et de la teneur en MG par des méthodes officielles a
été effectué dans les ML pour contrevérifier les valeurs obtenues au FT-120 (annexe 1).
La teneur en ST a été déterminée pour les différents ingrédients laitiers et sur quinze
pots de yogourt récupérés au hasard suite à l’analyse des propriétés texturales ou
rhéologiques. L’analyse a été effectuée dans un four sous vide à 100 °C pendant trois
heures pour les échantillons liquides et pendant cinq heures pour les échantillons en poudre
(Association of Official Agricultural Chemists (AOAC) (1990)).
(a) (b)
65
3.2.5.2 Propriétés physico-chimiques, texturales et rhéologiques
Tout comme dans le chapitre 2, le pH a été suivi aux heures avec le pH-mètre
portatif Hanna Instruments (modèle HI 99161, Laval, QC, Canada) durant la production
du ferment et du yogourt. Le pH et l’acidité titrable des yogourts aux différents jours
d’analyse ont été mesurés en duplicata avec l’appareil titrateur DL15 Mettler-Toledo
(Anachemia/VWR, Anjou, QC, Canada).
La synérèse a été mesurée en duplicata selon la même méthode décrite au chapitre
2. Les tubes Falcon à fond conique de 50 mL (Fisher Brand, Life Technologies Inc.,
Burlington, ON, Canada) ont été centrifugés dans une centrifugeuse Thermo Scientific
(modèle Sorvall ST40R centrifuge, rotor TX-750, godet 3608, MA, États-Unis). Le
lactosérum recueilli par décantation a été pesé et rapporté en pourcentage sur le poids de
l’échantillon avant centrifugation.
La calibration et les paramètres de mesure du texturomètre TA-XT2 (Texture
Technologies Corp., Scarsdale, N-Y, États-Unis) ainsi que le logiciel d’analyse étaient les
mêmes que ceux utilisés au chapitre 2. Les mesures ont été effectuées sur cinq pots de
yogourts différents pour obtenir une bonne reproductibilité (Gentès, Marie-Claude, St-
Gelais, Daniel, et al. (2011)). La fermeté était rapportée en N/m² en faisant le rapport de la
force obtenue (N) sur la surface de contact de la sonde (4,91 x 10-4 m²).
La viscosité a été déterminé avec le traçage des courbes d’hystérèse produites à
4 °C selon le même protocole qu’au chapitre 2. Le rhéomètre Anton Paar GmbH a été
utilisé avec le système de cylindres coaxiaux CC-27-SN23489 (modèle MCR 301, Anton
Paar, Saint-Laurent, QC, Canada) et le système de refroidissement Peltier. Après
l’abaissement de la sonde cylindrique mobile, cinq minutes de repos a permis au gel de
yogourt de se stabiliser avant l’analyse. Les courbes d’hystérèse ont été tracées en
enregistrant 20 valeurs de contrainte de cisaillement entre 0 et 100 s-1 et entre 100 à 0 s-1.
Le logiciel RheoPlus 3.40 a permis d’enregistrer les valeurs de viscosité apparente à 10,5
s-1. Le chapitre 2 a démontré qu’il y a une bonne corrélation entre les résultats d’hystérèse
et ceux de viscosité apparente. C’est pourquoi seule cette dernière sera présentée dans la
section des résultats.
66
3.2.5.3 Microbiologie
Le matériel et les méthodes utilisés au chapitre 2 pour dénombrer les bactéries
lactiques thermophiles (peptone, milieux de cultures M17 et MRS, agar, lactose et acide
acétique glaciale) ont été réutilisés dans ce chapitre.
Pour chaque jour d’analyse, les milieux gélosés ont été préparés, stérilisés à 121 °C
pendant 10 minutes et entreposés dans un bain thermostat réglé à 45 °C jusqu’à leur
utilisation. L’eau peptonée (0,1 % (p/v)) a été utilisée pour diluer les échantillons de
yogourt. Des billes de verres (2,5 g, 4 mm de diamètre) ont permis de briser les chaînes de
streptocoques et de lactobacilles pendant une agitation vigoureuse des bouteilles, 40 fois.
Une fois inoculées, les boîtes de Pétri ont été incubées à 37 °C pendant 48 heures en
condition anaérobique. Les streptocoques (géloses M17) et les lactobacilles (géloses MRS
acidifiées) ont été dénombrés dans la masse sur les géloses contenant entre 30 et 300
colonies et rapportés en logarithme unité formatrice de colonie par millilitre (log UFC/mL).
3.2.5.4 Statistiques
Une analyse de la variance de type «split-plot» a été utilisée pour déterminer
l’impact de la teneur en MG (YOG), du temps de fermentation (TF) et du type de système
de refroidissement (REF) sur le pH, l’acidité titrable, la synérèse, la fermeté, les courbes
d’hystérèse et la viscosité apparente des yogourts brassés durant 34 jours d’entreposage
(TE). Un total de trois répétitions a été effectué. Le premier niveau était constitué des
facteurs YOG, TF et REF tandis que le second niveau était constitué par le facteur TE.
L’annexe 3 rapporte les résultats de l’analyse de la variance testée à P ≤ 0,05. La procédure
GLM du logiciel SAS (version 2.0.4, Edition, SAS Inst. Inc., Cary, NC, États-Unis) a été
utilisée.
67
3.3 Résultats
3.3.1 Composition des mélanges laitiers
Les teneurs en CN, PS et ST ainsi que le ratio CN/PS étaient respectivement de 3,10
± 0,03; 1,11 ± 0,03, 16,47 ± 0,16 % et 2,80 ± 0,04 pour tous les yogourts. La teneur en MG
des yogourts avec et sans gras étaient respectivement de 3,76 ± 0,17 et 0,05 ± 0,01 %, ce
qui correspondait à 12,4 et 16,5 % de solides non gras (SNG), respectivement. La
composition des yogourts était donc près des valeurs ciblées.
3.3.2 Temps de fermentation
La figure 3.2 illustre l’évolution des courbes d’acidification des yogourts durant les
fermentations de quatre et de cinq heures. Les yogourts produits en quatre heures ont été
inoculés à 2,05 % (7,36 log de streptocoques et 5,02 log de lactobacilles) tandis que les
yogourts produits en cinq heures ont été inoculés à 1,35 % (7,26 log de streptocoques et
4,35 log de lactobacilles). Cela a permis d’obtenir des temps de fermentation de 4,20 et
5,17 ± 0,06 heures, ce qui correspondait aux vitesses de fermentation ciblées.
Figure 3.2 : Courbes d’acidification des yogourts fermentés en quatre heures suite
à une inoculation à 2,05 % (ligne noire) et cinq heures suite à une inoculation à 1,35 %
(ligne grise).
Les courbes peuvent être divisées en trois phases. La première correspond à une
légère diminution du pH dans les premières minutes de fermentation, surtout pour le
yogourt produit en quatre heures. La seconde représente une chute importante plus abrupte
du pH qui est rapide et de plus courte durée pour le yogourt produit en quatre heures
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
0 50 100 150 200 250 300 350
pH
Temps de fermentation (min)
68
comparativement à celui de cinq heures. La dernière phase représente un ralentissement de
l’acidification pour les deux yogourts jusqu’à l’atteinte du pH final de fermentation.
3.3.3 Populations bactériennes
L’analyse statistique a révélé un effet significatif du temps de fermentation (TF) sur
la population des streptocoques (P ≤ 0,05) mais les facteurs yogourt (YOG), système de
refroidissement (REF) et temps d’entreposage (TE) n’ont pas eu d’impact significatif.
Deux doubles interactions significatives REF*TE et YOG*TE (P ≤ 0,05) ont été observées
pour la population des lactobacilles. Le facteur TF et les autres interactions n’ont pas eu
d’impact significatif.
La figure 3.3a présente la population des streptocoques. Celle-ci a été
significativement supérieure de 0,17 log dans les yogourts fermentés en quatre heures
comparativement à ceux de cinq heures.
La population des lactobacilles dans les yogourts à 0,0 (Y0,0) et 3,9 % (Y3,9) de
MG est présentée à la figure 3.3b. Elle était similaire indépendamment de la teneur en MG
et du temps d’entreposage jusqu’au jour 7. Une légère diminution de la population des
lactobacilles a été observée entre les jours 7 et 21, surtout pour le yogourt Y0,0. Une
deuxième diminution significativement plus importante a été observée entre les jours 21 et
34 puisque la population dans les yogourts Y0,0 et Y3,9 a chuté de 1,03 et 0,78 log,
respectivement. La figure 3.3c présente l’évolution de la population des lactobacilles dans
les yogourts refroidis par les systèmes de refroidissement ECT et ECP. Les populations
étaient similaires pendant les sept premiers jours d’entreposage. Une légère diminution
significative des populations a été observée pour les deux systèmes de refroidissement
entre les jours 7 et 21. Une deuxième diminution, plus importante, a été observée entre les
jours 21 et 34 surtout pour les yogourts refroidis avec le système ECP puisque la population
a chuté de 0,67 et 1,14 log pour les yogourts refroidis par les systèmes ECT et ECP,
respectivement.
69
Figure 3.3 : Population des streptocoques dans les yogourts brassés (a) fermentés en 4 et
5h, (b) évolution de la population des lactobacilles durant l’entreposage à 4 °C des yogourts
brassés à 0,0 (Y0,0) et 3,9% (Y3,9) de matières grasses et (c)refroidis par les systèmes de
refroidissement tubulaires (ECT) et à plaques (ECP). Les barres d’erreur représentent
l’erreur standard sur la moyenne. A-G Dans chacune des figures, les moyennes avec la même
lettre ne sont pas significativement différentes (P > 0,05).
A B
8,0
8,2
8,4
8,6
8,8
9,0
4 5
Str
epto
coq
ues
(lo
g U
FC
/mL
)
Temps de fermentation (h)
A
B
A
B
A
BC
E
A
B
A
B AB
C
D
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
1 3 7 21 34
La
cto
ba
cill
es
(lo
g U
FC
/mL
)
Y0,0 Y3,9
C
D
E
B
C
D
E
A
B
C
D
E E
F
A
B
A
B A D
E
G
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
1 3 7 21 34La
cto
ba
cill
es (
log
UF
C/m
L)
Temps d'entreposage (jour)
ECT ECP
(a)
(b)
(c)
70
3.3.4 Propriétés physicochimiques
3.3.4.1 pH et acidité titrable
Le pH a été significativement affecté par le facteur TE (P ≤ 0,05). Les autres
facteurs (YOG, TF et REF) n’ont eu aucun effet significatif. Au niveau de l’acidité titrable,
des interactions significatives entre YOG*TE et REF*TE ont été observées (P ≤ 0,05), par
contre le TF et les autres interactions n’ont pas eu d’effet significatif.
La figure 3.4 présente l’évolution du pH durant l’entreposage des yogourts brassés.
Le pH de tous les yogourts a graduellement diminué durant les 21 premiers jours
d’entreposage et il est resté stable à partir du jour 21.
Figure 3.4 : Évolution du pH des yogourts brassés durant 34 jours d’entreposage à 4 °C.
Les barres d’erreur représentent l’erreur standard sur la moyenne. A-E Les moyennes avec
la même lettre ne sont pas significativement différentes (P > 0,05).
La figure 3.5a illustre l’augmentation de l’acidité titrable en fonction de la teneur
en MG durant les 34 jours d’entreposage. L’acidité des yogourts brassés Y0,0 et Y3,9 a
augmenté durant les 21 premiers jours d’entreposage. Dès le jour 1, les valeurs obtenues
pour le yogourt Y0,0 étaient significativement supérieures à celles obtenues pour le
yogourts Y3,9 jusqu’au jour 7. Par contre, aux jours 21 et 34, l’acidité des deux yogourts
était similaire.
La figure 3.5b illustre l’augmentation de l’acidité dans les yogourts brassés refroidis
par les systèmes ECT et ECP. L’acidité a augmenté graduellement durant 21 jours et s’est
A
B
CD
E E
4,10
4,20
4,30
4,40
4,50
4,60
1 3 7 21 34
pH
Temps d'entreposage (jour)
(a)
71
stabilisée jusqu’au jour 34. Par contre, l’acidité était significativement supérieure pour les
yogourts refroidis avec le système ECT durant les 7 premiers jours.
Figure 3.5 : Évolution de l’acidité titrable durant 34 jours d’entreposage à 4 °C (a) des
yogourts brassés à 16,5 % de solides totaux contenant 0,0 (Y0,0) et 3,9 % (Y3,9) de
matières grasses et (b) refroidis à l’aide des systèmes tubulaire (ECT) et à plaques (ECP).
Les barres d’erreur représentent l’erreur standard sur la moyenne. A-G Dans chacune des
figures, les moyennes avec la même lettre ne sont pas significativement différentes (P >
0,05).
3.3.4.2 Indice de synérèse
L’analyse statistique a révélé que l’interaction YOG*REF était significative
(P ≤ 0,05). Les facteurs TF et TE ainsi que les autres interactions n’étaient pas significatifs.
La figure 3.6 présente l’indice de synérèse des yogourts brassés. L’indice de
synérèse était généralement plus élevé dans le yogourt sans gras Y0,0 comparativement au
yogourt à 3,9 % de MG (Y3,9). Pour les yogourts refroidis avec le système ECT, la
FD
BA A
G
E
F
C
D
A A
50
55
60
65
70
75
80
1 3 7 21 34
Aci
dit
é ti
tra
ble
(°D
)
Y0,0 Y3,9
F
G
DB
A A
G
E
F
C
D
A A
50
55
60
65
70
75
80
1 3 7 21 34
Aci
dit
é ti
tra
ble
(°D
)
Temps d'entreposage (jour)
Système ECT Système ECP
(a)
(b)
72
présence de MG dans le yogourt Y3,9 a permis de réduire de 68 % la synérèse
comparativement au Y0,0, passant de 13,24 à 4,21 %. La même tendance (réduction de 65
%) a été observée pour les yogourts Y0,0 et Y3,9 refroidis avec le système ECP, passant
de 6,89 à 2,43 %. Comparativement au système ECT, le système de refroidissement ECP
permettait de réduire la synérèse de 48% dans le yogourt Y0,0 et de 42 % dans le yogourt
Y3,9. Par contre, la réduction de synérèse observée dans le yogourt Y3,9 entre les système
ECT et ECP n’était pas significative (P > 0,05). La valeur de synérèse la plus élevée (13,24
%) a été obtenue avec le yogourt Y0,0 refroidi par le système ECT tandis que la valeur la
plus faible (2,43 %) a été obtenue avec le yogourt Y3,9 refroidi par le système ECP.
Figure 3.6 : Indice de synérèse des yogourts brassés à 0,0 (Y0,0) et 3,9 % (Y3,9) de
matières grasses refroidis avec les systèmes tubulaire (ECT) et à plaques (ECP). Les barres
d’erreur représentent l’erreur standard sur la moyenne. A-D Les moyennes avec la même
lettre ne sont pas significativement différentes (P > 0,05).
3.3.5 Propriétés texturales et rhéologiques
3.3.5.1 Fermeté
L’interaction YOG*TE et le facteur REF avaient un effet significatif sur la fermeté
(P ≤ 0,05). Le facteur TF et les autres interactions n’étaient pas significatifs.
Le système de refroidissement a eu un impact important sur la fermeté (figure 3.7a).
La fermeté des yogourts brassés refroidis par le système ECT était 15% plus élevée que
pour les yogourts refroidis avec le système ECP. La figure 3.7b illustre l’évolution de la
fermeté des yogourts Y0,0 et Y3,9 durant 34 jours d’entreposage. Celle-ci a augmenté
graduellement durant l’entreposage pour les deux yogourts mais elle s’est stabilisée après
A
C
D
B
D
0
5
10
15
Y0,0 Y3,9
Sy
nér
èse
(%
)
Système ECT Système ECP
73
21 jours pour le yogourt Y3,9. Durant l’entreposage, la fermeté du yogourt Y3,9 était plus
élevée d’environ 40% comparativement au yogourt Y0,0. La valeur maximale de fermeté
(649 N/m²) après 34 jours d’entreposage a été obtenue avec Y3,9 refroidi à l’aide du
système ECT, tandis que la valeur minimale de fermeté (399 N/m²) a été obtenue avec Y0,0
refroidi à l’aide du système ECP.
3.3.5.3 Viscosité apparente
L’interaction YOG*TE était significative (P ≤ 0,05) pour la viscosité apparente.
Les facteurs TF et REF et les autres interactions n’étaient pas significatifs.
Figure 3.7 : Évolution de la fermeté des yogourts brassés (a) refroidis avec les systèmes
de refroidissement tubulaire (ECT) et à plaques (ECP) à (b) 0,0 (Y0,0) et 3,9 % (Y3,9) de
matières grasses pendant 34 jours à 4 °C. Les barres d’erreur représentent l’erreur standard
sur la moyenne. A-I Dans chacune des figures, les moyennes avec la même lettre ne sont
pas significativement différentes (P > 0,05).
A
B
300
350
400
450
500
550
ECT ECP
Ferm
eté
(N
/m²)
Type de système de refroidissement
I H
GH F ED C B
A A
0
200
400
600
800
1 3 7 21 34
Ferm
eté
(N
/m²)
Temps d'entreposage (jour)
Y0,0 Y3,9
(a)
(b)
74
La figure 3.8 présente l’évolution de la viscosité apparente des yogourts avec (Y0,0)
et sans gras (Y3,9). En général, la viscosité des yogourts Y3,9 était 49 % plus élevée
comparativement aux valeurs obtenues pour les yogourts Y0,0. Durant l’entreposage, la
viscosité du yogourt Y0,0 était significativement plus élevée après 34 jours d’entreposage,
comparativement au jour 1 tandis que la viscosité du yogourt Y3,9 augmentait
graduellement et se stabilisait après 21 jours.
Figure 3.8 : Évolution de la viscosité apparente à 10,5 s-1 des yogourts brassés à 0,0 (Y0,0)
et 3,9 % (Y3,9) de matières grasses pendant 34 jours d’entreposage à 4 °C. Les barres
d’erreurs représentent l’erreur standard sur la moyenne. A-I Les moyennes avec la même
lettre ne sont pas significativement différentes (P > 0,05).
I
HI
GH
FG
EFG
D C B A A
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
1 3 7 21 34
Vis
cosi
té (
Pa
s)
Temps d'entreposage (jour)Y0,0 Y3,9
75
3.4 Discussion
La production de yogourt comporte plusieurs étapes critiques (standardisation de la
composition, homogénéisation, traitement thermique, fermentation, brassage,
refroidissement, etc.) qui, si elles ne sont pas optimisées, peuvent provoquer des
modifications des propriétés physico-chimiques, texturales et rhéologiques du yogourt
brassé telles qu’une augmentation de la synérèse ou une diminution de la fermeté et de la
viscosité (Damin, M. R., Alcântara, M. R., et al. (2009), De Brabandere, Anne G.et De
Baerdemaeker, Josse G. (1999), Haque, A., Richardson, R. K., et al. (2001), Serra, M.,
Trujillo, A. J., et al. (2009)). Dans ce chapitre, pour étudier spécifiquement l’effet des YOG
du TF et du REF sur les propriétés physico-chimiques, texturales et rhéologiques des
yogourts brassés, la composition de tous le ML à yogourts a été standardisée à la même
teneur en CN, en PS, (ratio CN/PS) et en ST.
La vitesse de fermentation a été contrôlée avec succès puisque la réduction du taux
d’inoculation de 0,70 % a permis d’augmenter le temps de fermentation de quatre à cinq
heures. Lee, W. J.et Lucey, J. A. (2004) ont aussi démontré que la diminution du taux
d’inoculation permettait d’augmenter le temps nécessaire pour atteindre le pH final de
fermentation. Durant la fermentation, il est connu que les streptocoques permettent d’initier
l’acidification du milieu pour favoriser la croissance subséquente des lactobacilles et qu’ils
ont un pouvoir acidifiant inférieur à celui des lactobacilles (Lamontagne, M. (2010),
Sieuwerts, S, de Bock, A. M. Frank, et al. (2008)). Dans ce chapitre, puisque les
streptocoques étaient plus nombreux à l’inoculation dans les yogourts produits en quatre
heures, le pH optimal de croissance des lactobacilles de 5,5 (Adams, M.R.et Moss, M.O.
(2008)) a été atteint 35 minutes plus rapidement comparativement à ceux produits en cinq
heures (approximativement aux temps 155 et 190 minutes, respectivement). Les
lactobacilles, aussi plus nombreux à l’inoculation, ont donc pu acidifier le milieu et
atteindre le pH final de fermentation plus rapidement.
Il a été démontré qu’une fermentation lente (> 6,5 heures) crée un réseau protéique
fragile et instable dû aux réarrangements des liens hydrophobes et électrostatiques ainsi
que des agrégats protéiques durant la fermentation. Il en résulte une augmentation de la
synérèse et une diminution du module élastique G’ des yogourts fermes. Au contraire, une
76
fermentation plus rapide (< 4,3 heures) permet la formation d’un réseau protéique dense,
uniforme et contenant plus de liaisons hydrophobes et électrostatiques entre les protéines,
ce qui réduit la taille des pores et augmente la capacité de rétention d’eau ainsi que la
fermeté des yogourts fermes (Lee, W. J.et Lucey, J. A. (2004), Peng, Y., Horne, D. S., et
al. (2009)). Par contre, le brassage des yogourts cause une déstructuration importante du
réseau protéique ce qui diminue les propriétés rhéologiques (Lee, W. J.et Lucey, J. A.
(2006)). Or, les propriétés texturales et rhéologiques après le brassage des yogourts
produits en quatre et cinq heures n’étaient pas significativement différentes. Il est probable
que le brassage des yogourts dans le banc d’essai pilote ait causé une déstructuration des
réseaux protéiques suffisamment importante pour effacer l’effet du temps de fermentation.
Par contre, il est intéressant de noter que le yogourt produit en cinq heures avait une
tendance, mais non significative, à former moins de synérèse (P = 0,16) et à obtenir des
valeurs de fermeté (P = 0,32) et de viscosité (P = 0,87) plus élevées que les yogourts brassés
produits en quatre heures, surtout en présence de MG. À noter que les yogourts produits au
chapitre 2 avec une composition comparable (0,0 et 3,9% de MG) et ils avaient des valeurs
de fermeté (Y0,0 : 346 N/m² et Y3,9 : 460 N/m²) et de viscosité (Y0,0 : 1,47 Pa*s et Y3,9 :
2,24 Pa*s) moins élevées que les valeurs de fermeté (Y0,0 : 372 N/m² et Y3,9 : 528 N/m²)
et de viscosité (Y0,0 : 1,69 Pa*s et Y3,9 : 2,51 Pa*s) obtenus pour les yogourts produits
dans ce chapitre. Or les yogourts au chapitre 2 ont été produits en 3,5 heures. Il est possible
qu’une fermentation plus longue de 4 ou 5 heures ait conduit à la formation d’un réseau
protéique mieux structuré que les yogourts produits au chapitre 2, d’où des valeurs de
fermeté et viscosité plus élevées. En plus du temps de fermentation, il a été démontré au
chapitre 2 que la teneur en MG, a joué un rôle important au niveau de la réduction de la
synérèse ainsi que de l’augmentation de la fermeté et de la viscosité des yogourts brassés,
ce qui pourrait aussi atténuer l’impact du temps de fermentation.
Dans ce chapitre, il a été observé que pour une même teneur en CN, PS et ratio
CN/PS, l’augmentation de la teneur en MG a permis de limiter le développement de
l’acidité, de diminuer la synérèse et d’augmenter la fermeté et la viscosité des yogourts
Y3,9. Le traitement thermique prodigué au mélange à yogourt avant l’étape de
fermentation provoque une dénaturation des PS ce qui modifie leur conformation et rend
accessibles leurs groupements hydrophobes et sulfhydriles pour former des liens avec les
77
CN et les PS et produire des particules constituées d’agrégats protéiques durant la
formation du réseau protéique. Durant la fermentation d’un yogourt sans gras, les CN et
les PS dans la phase aqueuse s’agrègeraient ensemble et se liraient entre eux pour former
un réseau protéique plus poreux comparativement à un yogourt riche en lipides (Brauss,
M.S., Linforth, R.S.T., et al. (1999)). Cano-Ruiz, M. E.et Richter, R. L. (1997) ont
démontré que, suite à l’homogénéisation, la surface des globules gras homogénéisés
(GGH) était principalement recouverte de CN, ce qui permettait aux GGH d’avoir des
propriétés similaires aux protéines. Brauss, M.S., Linforth, R.S.T., et al. (1999) ont
démontré qu’en présence de MG les particules formées d’agrégats protéiques étaient trois
fois plus petites puisqu’une partie des protéines de la phase aqueuse, principalement des
CN, était adsorbées à la surface des GGH, ce qui diminuait la quantité de protéines pour
former de gros agrégats. Le réseau formé serait plus dense et uniforme en présence de MG
comparativement aux yogourts sans gras de type ferme. Il est possible que le même
phénomène se soit produit dans les yogourts brassés Y0,0 et Y3,9. Une partie des protéines
pourrait s’être liée à la surface des GGH dans les yogourts Y3,9, ce qui aurait réduit le
nombre de protéines dans la phase aqueuse pouvant former des agrégats. Les yogourts Y3,9
seraient constitués de plus petits agrégats permettant de créer un réseau protéique plus
dense et stable comparativement aux yogourts Y0,0. Comparativement aux yogourts sans
gras, la présence de GGH dans le yogourt Y3,9 aurait possiblement permis d’augmenter le
nombre d’interactions avec les PS et les CN durant la fermentation des yogourts et de
former un réseau protéique plus dense et stable. Cela permettrait à ce réseau protéique riche
en gras de mieux résister au cisaillement provoqué par le banc pilote, d’où des propriétés
texturales et rhéologiques, après brassage, supérieures dans les yogourts Y3,9. Les résultats
du chapitre 2 montrent aussi des effets similaires de l’augmentation de la teneur en MG,
surtout à partir de 2,6 %. Nguyen, Hanh Thi Hong, Ong, Lydia, et al. (2015) ainsi que
Cayot, P., Fairise, J. F., et al. (2003) ajoutent qu’un réseau plus dense et contenant plus de
liaisons protéiques, grâce à la contribution des GGH recouverts de protéines, contribue à
la rétention d’eau dans le réseau et permet d’obtenir des propriétés rhéologiques plus
élevées dans les yogourts fermes et même pour des yogourts, brassés avec un mélangeur
Polytron.
78
Le système ECT utilisé dans ce chapitre permettrait de minimiser le cisaillement
après l’étape de lissage puisque l’écoulement du yogourt s’effectuait dans un tuyau linéaire
à double paroi tandis que le système ECP causerait un cisaillement plus élevé puisque le
yogourt passait entre les espaces étroits et sinueux des plaques. Le système ECT permettrait
donc de produire des yogourts brassés constitués de fragments de gel de plus grande taille.
Les résultats obtenus ont démontré que, tout comme au chapitre 2, le type de
refroidissement ne semblerait pas avoir un impact sur la viscosité puisqu’elle était similaire
pour les yogourts Y0,0 et Y3,9 refroidis par les systèmes ECT et ECP. Cayot, Philippe,
Schenker, Flore, et al. (2008) ont démontré que, malgré deux types de brassage à la
seringue (diamètre et longueur d’aiguille différents) produisant des tailles de fragments de
gel différentes, la viscosité apparente des yogourts brassés était similaire. Par contre, tout
comme observé au chapitre 2, les yogourts refroidis avec le système ECT avaient une
fermeté supérieure au yogourt refroidi avec le système ECP, surtout pour les yogourts
riches en gras Y3,9. Jorgensen, Camilla Elise, Abrahamsen, Roger K., et al. (2015) ont
démontré que l’augmentation de la taille des fragments des yogourts ayant été brassés de
façon standardisée (non décrite) permettait d’augmenter les valeurs de fermeté et de G’. Il
est probable que si le système ECT a permis de conserver des fragments de gel plus gros,
il est normal que les yogourts brassés soient plus fermes comparativement aux yogourts
ayant été refroidis par le système ECP. Par contre, cela va à l’encontre des résultats obtenus
par Ciron, C. I. E., Gee, V. L., et al. (2010). Ces auteurs n’ont pas obtenu des valeurs de
synérèse et de fermeté significativement différentes après le brassage des yogourts même
si la taille des fragments de gel, mesurée par diffusion dynamique de la lumière avec un
Zetasizer Nano ZS) était supérieure dans les yogourts sans gras. Dans ce chapitre, la
synérèse était plus élevée au jour 1 dans les yogourts refroidis avec le système ECT, surtout
pour Y0,0. Il semble donc que l’impact de leur méthode de brassage effectué avec une
plaque perforée soit très différent du brassage effectué avec le banc pilote dans ce chapitre.
Après le brassage des yogourts, ceux-ci ont été entreposés à basse température. Cet
entreposage a causé une post-acidification et des modifications au niveau des propriétés
physico-chimiques, texturales et rhéologiques. Au jour 1, la population des streptocoques
et l’acidité étaient plus élevées dans les yogourts produits en quatre heures refroidis avec
le système ECT, surtout pour Y0,0. Le refroidissement des yogourts avec le système ECT
79
était de trois minutes comparativement à quelques secondes pour le système ECP. Cela
pourrait contribuer à expliquer l’acidité plus élevée obtenue pour les yogourts refroidis
avec le système ECT. De plus, comme déjà mentionné au chapitre 2, la présence de MG
semblent de limiter le développement de l’acidité, surtout durant la première semaine
d’entreposage. Shaker, R. R., Jumah, R. Y., et al. (2000) ont aussi démontré que durant la
fermentation, l’acidification des yogourts contenant 3,0 % de MG n’était pas aussi
prononcée comparativement à des yogourts sans gras.
Dans ce chapitre, durant l’entreposage, la population des lactobacilles était
équivalente dans les yogourts fermentés en quatre et cinq heures tandis que la population
des streptocoques est restée plus élevée et stable dans les yogourts produits en quatre heures
comparativement aux yogourts produits en cinq heures. De plus, la population des
lactobacilles était toujours plus faible comparativement à la population des streptocoques
durant l’entreposage des yogourts et elle a commencé à chuter après 21 jours
d’entreposage. Damin, M. R., Minowa, E., et al. (2008) ainsi que les résultats obtenus au
chapitre 2 ont aussi démontré que la population des streptocoques était stable mais que
celle des lactobacilles diminuait graduellement durant l’entreposage. Ekinci, F. Y.et Gurel,
M. (2008) rapportent que l’entreposage à basse température peut être un facteur limitant la
croissance des lactobacilles. Turner, K.W.et Thomas, T.D. (1975) ajoutent que, malgré la
présence de facteurs limitants la croissance des bactéries (pH acide ou basse température),
le métabolisme des lactobacilles était apte à utiliser le lactose présents dans le milieu et
ainsi continuer à produire de l’acide lactique acidifiant le yogourt. Serra, M., Trujillo, A.
J., et al. (2009) ont démontré que la post-acidification et l’entreposage à basse température
favorisaient la formation d’interactions hydrophobes entre les CN. L’entreposage
permettrait la formation de nouveaux liens hydrophobes de faible énergie entre les
fragments de gel créés par le brassage, ce qui permettrait d’augmenter les propriétés
texturales et rhéologiques des yogourts brassés. Par contre, les propriétés des yogourts
brassés demeuraient inférieures à celles des yogourts fermes. Serra, M., Trujillo, A. J., et
al. (2009) ont démontré que les liens formés entre les CN et les PS (et GGH en présence
de MG) durant la fermentation étaient plus résistants à la déformation comparativement
aux liens formés uniquement entre les CN durant l’entreposage à basse température. Il a
été démontré précédemment que les yogourts produits en quatre et cinq heures n’étaient
80
pas différents au jour 1 au niveau de la fermeté et de la viscosité. Cette tendance a été
maintenue durant l’entreposage puisque la fermeté et la viscosité des yogourts brassés au
jour 1 ont augmenté surtout pour les yogourts Y3,9, indépendamment de la vitesse de
fermentation. Les valeurs d’acidité obtenues au jour 1 ont aussi augmenté, et celles du pH
ont diminuées, durant l’entreposage des yogourts brassés, surtout dans le cas des yogourts
Y0,0 refroidis avec le système ECT. Les résultats obtenus dans ce chapitre ont aussi
démontré que la synérèse était plus élevée dans les yogourts Y0,0 comparativement aux
yogourts Y3,9 tout au long de l’entreposage, indépendamment du temps de fermentation.
Des tendances similaires ont été observées au chapitre 2 mais les valeurs de synérèse étaient
plus élevées au chapitre 2 (Y0,0 : 11 vs 10 % et Y3,9 : 6 vs 3 %). Les valeurs de synérèse
plus élevées pourraient indiquer que le réseau protéique formé dans les yogourts produits
au chapitre 2 était moins bien structuré dû à une fermentation plus rapide. L’entreposage à
basse température aurait donc un impact sur l’évolution des propriétés texturales et
rhéologiques des yogourts après brassage.
81
3.5 Conclusion
Plusieurs études portent sur l’impact du temps de fermentation et de la teneur en
MG sur les propriétés physico-chimiques, texturales et rhéologiques de yogourts fermes
mais peu d’études rapportent l’impact de ces facteurs pour des yogourts brassés à l’échelle
pilote. Jusqu’à ce jour, la littérature rapporte plusieurs études sur des yogourts qui ont été
brassés en laboratoire avec une cuillère, une seringue ou une plaque perforée. Par contre,
ce type de brassage en laboratoire n’est pas représentatif du brassage dans des cuves
industrielles et ne représente pas la production du yogourt brassé comme le banc d’essai
pilote utilisé dans ce chapitre.
Les résultats de ce chapitre ont démontré qu’après un brassage à l’aide d’un banc
d’essai pilote, les propriétés texturales et rhéologiques des yogourts produits en quatre et
cinq heures n’étaient pas significativement différentes, contrairement à ce qui a été
démontré dans la littérature pour des yogourts fermes. Dans cette étude, l’impact du temps
de fermentation sur les propriétés texturales et rhéologiques des yogourts était donc
négligeable comparativement à l’impact du brassage avec le banc d’essai pilote. Comme
aussi observé dans la littérature pour les yogourts fermes et brassés en laboratoire, ce
chapitre a permis de confirmer que la présence d’une teneur élevée en matières grasses
joue un rôle très important sur la réduction de la synérèse et l’augmentation de la fermeté
et de la viscosité des yogourts même brassés de manière plus complexe avec un banc
d’essai pilote. La littérature rapporte que le brassage en laboratoire peut avoir un impact
sur les propriétés texturales et rhéologiques de yogourts avec et sans gras. Par contre, ce
chapitre rapporte en plus l’importance du cisaillement sur les propriétés texturales et
rhéologique des yogourts. L’utilisation d’un système tubulaire minimisant le cisaillement
permet d’augmenter la fermeté mais, un système à plaques causant un cisaillement plus
élevé permet de diminuer la synérèse et le développement de l’acidité. Malgré la
déstructuration du réseau protéique causée par le brassage des yogourts avec le banc d’essai
pilote, la fermeté et la viscosité obtenues au jour 1 ont augmenté durant l’entreposage.
Le banc d’essai pilote utilisé dans ce chapitre est un outil plus complet qu’un
brassage en laboratoire et plus représentatif de la réalité industrielle et pourrait être modifié
pour se rapprocher davantage de la réalité industrielle en étudiant d’autres paramètres
82
comme l’intensité du brassage en cuve, différentes longueurs et diamètres de tuyauterie et
différents débits.
83
Conclusion générale
Ce projet a permis de générer de nouvelles connaissances sur les effets combinés
de la teneur en solides totaux et en matières grasses, de l’augmentation du temps de
fermentation de quatre à cinq heures et de deux types de refroidissement (tubulaire ou à
plaques) sur les propriétés physico-chimiques, texturales et rhéologiques des différents
yogourts, brassés en utilisant un banc d’essai pilote simulant des conditions de brassage
industriel. L’hypothèse était que la teneur en matières grasses et le temps de fermentation
permettraient au gel protéique formé dans les cuves de mieux résister à plusieurs types de
cisaillement successif provoqués par un brassage dans un banc d’essai pilote simulant un
brassage en cuve, un pompage, un lissage et un refroidissement (avec un échangeur de
chaleur tubulaire ou à plaques) de type industriel et d’optimiser les propriétés physico-
chimiques, texturales et rhéologiques des yogourts brassés. La teneur en caséines et en
protéines sériques ainsi que le ratio CN/PS ont été standardisés pour tous les yogourts,
permettant d’isoler l’impact des différents facteurs à l’étude (solides totaux, matières
grasses, temps de fermentation et type de refroidissement).
Dans le chapitre 2, des mélanges laitiers à yogourts contenant différentes teneurs
en matières grasses (entre 0,0 et 3,9 %) ont été inoculés avec un ferment lactique
thermophile mixte (Streptococcus thermophilus et Lactobacillus delbrueckii ssp.
bulgaricus) pour produire des gels protéiques à pH 4,7 en 3,5 heures. Les gels protéiques
ont immédiatement été brassés, pompés, lissés et refroidis à l’aide du banc d’essai pilote.
Ce dernier était composé d’un système de refroidissement tubulaire, causant un
cisaillement faible, ou d’un système à plaques, produisant un cisaillement élevé. Les
analyses physico-chimiques, texturales et rhéologiques ont été effectuées pendant 34 jours
d’entreposage à 4 °C. L’augmentation de la teneur en matières grasses a permis de réduire
la synérèse et d’augmenter la fermeté, l’hystérèse et la viscosité des yogourts brassés.
Cependant, l’utilisation du système de refroidissement à plaques a fait diminuer les valeurs
de fermeté des yogourts avec et sans gras. La fermeté, l’hystérèse et la viscosité ont
augmenté graduellement jusqu’à 21 jours d’entreposage à 4 °C. Les résultats obtenus dans
ce chapitre ont permis de démontrer, contrairement à ce qui était attendu, que l’utilisation
du système de refroidissement à plaques causant un cisaillement élevé, réduit la synérèse
84
et augmente la fermeté des yogourts avec et sans gras. Ce chapitre a permis de confirmer,
tout comme dans la littérature, que pour les yogourts sans gras ou faibles en gras (< 2,6 %),
les propriétés physico-chimiques, texturales et rhéologiques étaient similaires. Ce chapitre
a aussi permis de confirmer le rôle et l’importance de la présence des matières grasses dans
les yogourts surtout à partir de 2,6 %, permettant à ces derniers de mieux résister au
cisaillement cumulatif provoqué par les différentes étapes successives d’un brassage de
type industriel et donc de maintenir des propriétés physico-chimiques, texturales et
rhéologiques qui répondraient aux attentes des consommateurs. De ce fait, le yogourt
contenant 3,9 % de matières grasses a été retenu pour la suite du projet afin de déterminer
l’impact du temps de fermentation sur les propriétés physico-chimiques, texturales et
rhéologiques de différents yogourts brassés.
Dans le chapitre 3, des ML avec et sans gras ont été inoculés à différents taux
d’inoculation pour obtenir des yogourts fermentés en quatre et cinq heures. La
standardisation des mélanges laitiers a été effectuée à 0,0 et 3,9 % de matières grasses et
ont été fermenté avec le même ferment lactique thermophile mais, à des taux d’inoculation
différents pour obtenir une valeur de pH de 4,7 en quatre et cinq heures de fermentation.
Les gels ont ensuite subi les mêmes étapes de brassage, de pompage, de lissage et de
refroidissement qu’au chapitre 2 avant d’être entreposés à basse température. Les analyses
physico-chimiques, texturales et rhéologiques ont été effectuées jusqu’à 34 jours
d’entreposage à 4°C. Les résultats ont démontré que les propriétés physico-chimiques,
texturales et rhéologiques des yogourts, brassés avec le banc d’essai pilote mais produits
en quatre et cinq heures étaient relativement similaires. Cependant, les valeurs de synérèse
avaient tendance à être inférieures et celles de fermeté et de viscosité supérieures,
respectivement, aux valeurs de synérèse de fermeté et de viscosité obtenues au chapitre 2,
où les yogourts avec la même composition et brassés dans les mêmes conditions avaient
été produits plus rapidement soit en 3,5 heures de fermentation. Comparativement au
chapitre 2, les yogourts produits en quatre et cinq heures semblent mieux répondre aux
attentes des consommateurs puisqu’ils avaient moins de synérèse et une fermeté et une
viscosité plus élevées. Dans ce chapitre, la synérèse a été réduite et la fermeté et la viscosité
ont été augmentées pour les yogourts brassés contenant 3,9 % de matières grasses
comparativement aux yogourts sans gras. De plus, le système de refroidissement à plaques
85
a permis de réduire la synérèse mais aussi la fermeté des yogourts brassés. Durant les 21
premiers jours d’entreposage, la fermeté et la viscosité ont augmenté graduellement. Ce
chapitre a démontré que l’augmentation du temps de fermentation de quatre à cinq heures
avait un rôle négligeable sur la modification des propriétés physico-chimiques, texturales
et rhéologiques des yogourts avec et sans gras lorsqu’ils étaient brassés avec le banc d’essai
pilote mais, ces yogourts semblaient être plus fermes et visqueux que les yogourts brassés
du chapitre 2 produits en 3,5 heures. Cependant, les résultats de ce chapitre ont permis de
valider les résultats obtenus au chapitre 2 en démontrant que la présence de matières grasses
dans les yogourts brassés permettait de réduire significativement la synérèse et d’obtenir
des valeurs de fermeté et de viscosité élevées.
Cette étude a permis de confirmer comme observé dans la littérature, l’importance
de la présence de matières grasses à partir de 2,6 %, du système de refroidissement
(tubulaire ou à plaques) et du temps d’entreposage de yogourts brassés avec un banc d’essai
pilote simulant des conditions de brassage pouvant être retrouvées dans l’industrie. Cette
étude a aussi permis de démontré qu’à des temps de fermentation rapprochés, les propriétés
physico-chimiques, texturales et rhéologiques sont semblables du moins lorsque des
yogourts ayant la même composition sont brassés en utilisant un banc d’essai pilote.
Ce banc d’essai pilote a été un outil très intéressant pour se rapprocher des
conditions de production industrielle et pour étudier les effets successifs de pompage, de
lissage et de refroidissement sur les propriétés physicochimiques, texturales et
rhéologiques des yogourts ayant différentes compositions. Il aurait été intéressant
d’approfondir les recherches pour déterminer si les mêmes tendances auraient été
observées pour des yogourts brassés dont les mélanges laitiers auraient été homogénéisés
et traités thermiquement à des pressions et des températures différentes. La variation du
temps et de la vitesse de brassage, le type de pompage et de lissage et la température de
refroidissement sont d’autres variables qu’il serait intéressant d’étudier avec le banc d’essai
pilote pour déterminer leur impact sur la synérèse, la fermeté et la viscosité. Il serait aussi
intéressant de valider les résultats obtenus dans cette étude avec des formulations
industrielles pour confirmer que le banc d’essai simule bien la production industrielle.
L’utilisation d’un ferment lactique thermophile mixte ayant des souches productrices
86
d’EPS pourrait aussi modifier les propriétés des yogourts brassés. Les résultats de cette
recherche pourraient permettre aux producteurs de mieux contrôler la qualité des yogourts
brassés en ajustant la teneur en matières grasses, en respectant des temps de fermentation
entre 4 et 5 h et minimisant l’intensité du cisaillement subi pendant le refroidissement des
yogourts.
87
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96
Annexe 1 : Composition des ingrédients laitiers et calcul
matriciel des mélanges laitiers
La composition des ingrédients laitiers utilisés dans les mélanges laitiers (test
préliminaires) ont été analysés pour leur teneur en protéines et en matières grasses selon
les méthodes officielles de l’Association of Official Agricultural Chemists (AOAC)
(2000). La différence entre la teneur en azote totale et en azote non protéique dans le lait
écrémé, la poudre de lait écrémé, le concentré de protéines de lactosérum et la crème a été
déterminée par la méthode Kjeldahl pour obtenir les protéines vraies. Le fractionnement
de l’azote caséique et non caséique n’était pas possible en raison de l’état dénaturé des
protéines lors de la fabrication des ingrédients laitiers. La teneur en caséines et en protéines
sériques a été estimée par calculs sur une base de lait conventionnel contenant 78 % de
caséines et 20 % de protéines sériques. Par exemple, pour un lait écrémé contenant 3,40%
de protéines totales, 2,65 % ont été attribuées aux caséines et 0,68 % aux protéines sériques.
La teneur en matières grasses a été analysée par la méthode Rose-Gottlieb avec l’extracteur
Mojonnier. Deux extractions consécutives permettaient d’obtenir la teneur en lipides
contenus dans les ingrédients laitiers. Les poids obtenus étaient rapportés en pourcentage
sur le poids des échantillons pour obtenir une valeur en pourcentage. Les solides totaux du
LÉ, de la PLÉ, du CPL34, de la crème et du lactose ont été déterminés tel que présenté à
la section 2.2.6.1 suite à un séchage sous vide ajusté à 100 °C (Association of Official
Agricultural Chemists (AOAC) (1990)). D’après la composition de chaque ingrédient
laitier, un calcul matriciel a permis de déterminer la quantité de LÉ, de PLÉ, de CPL34, de
crème et de lactose à peser pour obtenir un mélange laitier correspondant aux cibles en
protéines, en matières grasses et en solides totaux prédéterminées.
Par la suite, les ML préliminaires ont été analysés avec les méthodes officielles et
comparés aux résultats obtenus en utilisant un appareil infra-rouge FT-120 (Foss North
America, MN, États-Unis) pour déterminer la composition en protéines totales, ST et MG.
Les ML traités thermiquement utilisés pour les productions de yogourts ont été analysés
uniquement au FT-120 et les mêmes calculs (78 % de caséines et 20 % de protéines
sériques) ont été appliqués pour estimer les teneurs en caséines et en protéines sériques
obtenues dans les yogourts.
97
Le tableau A1.1 est un exemple de la composition de chaque ingrédient laitier en
termes de protéines sériques, de solides totaux, de matières grasses de caséines et de
ferment et les cibles prédéterminées pour chaque composé.
Tableau A1.1 : Composition de chaque ingrédient laitier.
Matrice
LÉ PLÉ CPL34 Crème Lactose Ferment Cibles (%)
PS 0,0068 0,0726 0,3070 0,0029 0,0000 0,0087 1,11
ST 0,0926 0,9761 0,9740 0,6093 0,9982 0,1171 16,50
MG 0,0007 0,0055 0,0144 0,5682 0,0000 0,0007 3,95
CN 0,0265 0,2832 0,0000 0,0115 0,0000 0,0340 3,10
Ferment 0 0 0 0 0 1 1,50
Total 1 1 1 1 1 1 100
NB : Les valeurs sont exprimées de manière unitaire (total par colonne de 1).
En inversant la matrice de la composition des ingrédients laitiers et en la multipliant
par les cibles, il est possible d’obtenir le tableau A1.2.
Tableau A1.2 : Quantité d’ingrédients laitiers calculé selon les cibles.
Matrice inverse Proportion
LÉ -0,05 -1,11 -0,76 -0,06 -0,97 1,10 87,54
PLÉ 0,01 0,10 0,00 3,54 -0,03 -0,10 2,30
CPL34 3,26 0,00 0,00 -0,84 0,00 0,00 1,03
Crème -0,08 0,00 1,76 -0,01 0,00 0,00 6,79
Lactose -3,13 1,00 -1,00 -2,63 0,00 0,00 0,84
Ferment 0,00 0,00 0,00 0,00 1,00 0,00 1,50
Le calcul matriciel tenait compte de la composition de chaque ingrédient laitier et
des cibles prédéterminées pour calculer les quantités à utiliser. Par exemple, il faudrait
mélanger 87,54 kg de LÉ, 2,30 kg de PLÉ, 1,03 kg de CPL34, 6,79 kg de crème, 0,84 kg
de lactose et 1,50 kg de ferment pour obtenir un mélange laitier à 1,11 % de PS, 16,50 %
de ST, 3,95 % de MG, 3,10 % de CN et 1,50 % de ferment. Le tableau A1.3 est un exemple
de la quantité d’ingrédient nécessaire pour la production des différents yogourts fait dans
cette étude.
98
Tableau A1.3 : Quantité d’ingrédients laitiers nécessaire pour la production de 25 kg de
yogourt.
Yogourt YT Y0,0 Y1,3 Y2,6 Y3,9
Lait écrémé (kg) 23,31 22,62 22,36 22,14 21,9
Poudre de lait écrémé (kg) 0,51 0,57 0,57 0,57 0,57
Concentré protéique de lactosérum (kg) 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26
Lactose (kg) 0,55 1,18 0,88 0,55 0,22
Crème (kg) 0,00 0,00 0,53 1,1 1,68
99
Annexe 2: Courbes d’hystérèse et calcul de l’aire
Le programme RheoPlus 3.40 relié au rhéomètre Anton Paar GmbH permettait
d’enregistrer 20 valeurs (n) de contrainte de cisaillement (τ), correspondant à chaque 5,0 ±
0,3 s-1, selon une courbe ascendante de 0 à 100 s-1 et une courbe descendante de 100 à 0 s-
1 en fonction de la vitesse de cisaillement (�̇�) (tableau A2).
Tableau A2.1 : Aire obtenue entre chaque valeur de la vitesse et de la contrainte de
cisaillement.
Courbe ascendante Courbe descendante
n �̇� (s-1) τ (Pa) Aire �̇� (s-1) τ (Pa) Aire
1 0 0 23,85 100 11,5 59,89
2 5,26 9,07 58,35 94,7 11,1 56,42
3 10,5 13,2 72,61 89,5 10,6 55,12
4 15,8 14,2 74,47 84,2 10,2 52,95
5 21,1 13,9 71,24 78,9 9,78 49,79
6 26,3 13,5 70,76 73,7 9,37 48,52
7 31,6 13,2 67,86 68,4 8,94 45,37
8 36,8 12,9 68,11 63,2 8,51 44,02
9 42,1 12,8 67,31 57,9 8,1 41,82
10 47,4 12,6 65,26 52,6 7,68 38,82
11 52,6 12,5 65,99 47,4 7,25 37,29
12 57,9 12,4 65,46 42,1 6,82 34,95
13 63,2 12,3 63,70 36,8 6,37 31,93
14 68,4 12,2 64,40 31,6 5,91 30,05
15 73,7 12,1 62,66 26,3 5,43 26,91
16 78,9 12 63,34 21,1 4,92 24,59
17 84,2 11,9 62,81 15,8 4,36 21,44
18 89,5 11,8 61,36 10,5 3,73 17,37
19 94,7 11,8 62,28 5,26 2,9 7,63
20 100 11,7 0 0
Aire ascendante totale 1211,78 Aire descendante totale 724,87
100
À partir des valeurs obtenues dans les courbes ascendantes et descendantes, les
équations 1 et 2 ont permis d’obtenir l’aire sous chaque courbe :
(1) ∑(𝑛𝜏+(𝑛−1)𝜏) (𝑛�̇�−(𝑛−1)�̇�)
2
(2) ∑(𝑛𝜏+(𝑛−1)𝜏) ((𝑛−1)�̇�−𝑛�̇�)
2
Finalement, la soustraction entre l’aire sous la courbe ascendante et descendante
permettait d’obtenir l’aire entre les courbes d’hystérèse, exprimée en unités arbitraires.
Dans l’exemple présenté au tableau A2, la somme des aires de la courbe ascendante était
de 1211,78 ua tandis que celle de la courbe descendante était de 724,87 ua, ce qui
représente une aire calculée entre les deux courbes de 486,91 ua. Une valeur d’aire plus
grande indique que le réseau protéique nécessite une plus grande contrainte de cisaillement
pour être brisé, le yogourt est donc plus résistant à la déformation. Ainsi, plus l’aire calculée
est grande, plus le yogourt a subit une déformation importante durant l’augmentation du
taux de cisaillement (Smoczyński, Michałet Baranowska, Maria (2014), Yan, Wen, Ning,
Liu, et al. (2012)).
101
Annexe 3: Valeurs de probabilité obtenues pour les facteurs étudiés au chapitre 2 et
au chapitre 3
Dans le chapitre 2, le type de système de refroidissement, la teneur en matières grasses et le temps d’entreposage avaient des
impacts individuels sur l’acidité titrable, la synérèse, l’aire et la viscosité des yogourts brassés. Par contre, il y avait une interaction entre
la teneur en matières grasses et le temps d’entreposage pour la population des lactobacilles et le pH. Finalement, il y avait une interaction
triple entre les facteurs REF, YOG et TE pour la fermeté.
Tableau A3.1 : Valeurs de probabilité pour les facteurs individuels (YOG, REF, TE) et de leurs interactions pour chacune des variables
dépendantes mesurées au chapitre 2.
Streptocoques Lactobacilles pH Acidité titrable Synérèse Fermeté Aire Viscosité
Facteurs
principaux
REF 0,3935 0,6181 0,3136 0,0307 0,0029 0,6101 0,4618 0,4796
YOG 0,1183 0,1337 0,3613 0,0504 0,0296 0,0142 0,0067 0,0028
TE 0,1078 < 0,0001 < 0,0001 < 0,0001 0,0981 < 0,0001 0,0748 < 0,0001
Interactions
REF*YOG 0,1627 0,8016 0,5504 0,6454 0,3170 0,9060 0,7147 0,5688
REF*TE 0,8758 0,6357 0,6439 0,9048 0,6815 0,0017 0,5337 0,3831
YOG*TE 0,6531 0,0304 0,0058 0,0906 0,3542 0,0039 0,4422 0,1048
REF*YOG*TE 0,6952 0,8229 0,6529 0,1969 0,1107 0,0004 0,6764 0,0766
Dans le chapitre 3, le temps de fermentation, le temps d’entreposage et le type de refroidissement avaient un impact individuel
sur la population des streptocoques, du pH et de la fermeté, respectivement. Le type de refroidissement avait un impact en interaction
avec le temps d’entreposage sur la population des lactobacilles et l’acidité titrable des yogourts brassés. Finalement, le type de yogourt
102
et le temps d’entreposage étaient en interaction pour l’impact sur la population des lactobacilles, de l’acidité titrable mais aussi, sur la
fermeté et la viscosité.
Tableau A3.2 : Effets significatifs individuels et combinés des différentes variables indépendantes (YOG, REF, TF, TE) selon les
variables dépendantes mesurées au cours du chapitre 3.
Streptocoques Lactobacilles pH Acidité titrable Synérèse Fermeté Viscosité
Facteurs
principaux
REF 0,1843 0,9387 0,6647 0,3290 0,0002 0,0027 0,3599
YOG 0,1082 0,5329 0,1424 0,1659 < 0,0001 < 0,0001 < 0,0001
TF 0,0321 0,6836 0,9779 0,6555 0,1590 0,3245 0,8722
TE 0,0967 < 0,0001 < 0,0001 < 0,0001 0,7496 <0,0001 < 0,0001
Interactions
REF*YOG 0,8981 0,7021 0,9189 0,7367 0,0119 0,0607 0,4943
REF*TF 0,2996 0,7725 0,9631 0,2556 0,2475 0,5296 0,9123
YOG*TF 0,3334 0,9660 0,9779 0,9956 0,3455 0,6307 0,8351
REF*TE 0,8589 < 0,0001 0,0844 0,0041 0,4822 0,1468 0,5364
YOG*TE 0,2360 0,0036 0,1065 0,0157 0,6731 < 0,0001 0,0193
TF*TE 0,7989 0,9720 0,4386 0,3766 0,3602 0,9773 0,4727
REF*YOG*TF 0,1619 0,3149 0,4914 0,2542 0,3852 0,5441 0,6620
REF*YOG*TE 0,6997 0,8062 0,4386 0,7932 0,1814 0,6149 0,2103
REF*TF*TE 0,0787 0,5675 0,5113 0,4241 0,1345 0,8095 0,7191
YOG*TF*TE 0,4945 0,0833 0,6453 0,9955 0,2938 0,9299 0,8645
REF*YOG*TF*TE 0,3108 0,6007 0,2325 0,2647 0,2453 0,4563 0,5798
