Study of small molecules transfers through edible films encapsulating active substances (aroma compounds)
Etude des transferts de petites molécules au travers des films comestibles encapsulant des substances actives (arômes)
Résumé
The aim of this work was a better understanding of the effect of the aroma and/or lipid particles incorporation on the structure and physico-chemical properties of film-forming matrices based on iota-carrageenan or sodium alginate. Microstructure, emulsion granulometry, thermal and mechanical properties were assessed as a function of n-hexanal and/or lipid presence. Barrier efficiencies to water, n-hexanal and D-limonene at liquid and vapour states, and to 6 other aroma vapours (ethyl esters, alcohols, keton) have been measured. When n-hexanal is added in the carrageenan matrix, it modifies the gelation process which induces a more homogeneous structure but a lower mechanical resistance, a higher permeability to water and n-hexanal but slightly decreases that to oxygen. On the contrary, the aroma compound introduction does not affect so much the alginate film characteristics. This behaviour difference is due to the interaction between aldehyde group of the aroma compound and OH and sulphate groups of the carrageenans which disturbs the helix formation during gelation. The organisation of the alginate network as an "egg box" makes it more stable which explain it lower sensitivity to the aroma addition. When lipids are added, both sorption and water vapour permeability and the mechanical properties are reduced. The n-hexanal acts as an emulsifier by improving the emulsion droplet size and preventing the aggregation. Indeed, the aroma compound seems to be localised at the lipid particle surface. Kinetic (diffusivity) and thermodynamic (sorption coefficient) were measured or estimated to better characterise the aroma and moisture transfers through the hydrocolloid based films. Finally, discrepancy between liquid and vapour transfer rate measured for the same activity gradient (= Schroeder paradox), was observed for water through alginate films and for n-hexanal through carrageenan films. This was attributed to swelling and partial solubilisation of film components in the diffusing substance.
Ce travail de thèse avait pour objectif de mieux comprendre l’influence de l’incorporation d’une molécule active (arôme) et/ou de particules lipides sur la structure et les propriétés physico-chimiques de matrices filmogènes à base d'iota-carraghènane ou d'alginate de sodium. La microstructure, la granulométrie de l'émulsion filmogène, les caractéristiques thermiques et mécaniques des films ont été étudiées en présence ou non de n-hexanal. Les propriétés de transfert de ces films ont été appréhendées grâce aux mesures de perméabilité à l'oxygène, à la vapeur d'eau et à l'eau liquide, au n-hexanal et au D limonène à l'état vapeur et liquide et à 6 autres composés d'aromes (esters d'éthyle, cétone et alcools). L'ajout de n-hexanal dans la matrice d'iota-carraghènane modifie le processus de gélification ce qui induit la formation d'une microstructure plus homogène mais ayant une résistance mécanique moindre, augmente la perméabilité à la vapeur d'eau mais diminue légèrement celle de l'hexanal. Quant aux films d'alginate, ils sont peu sensibles à la présence de n-hexanal. Cette différence de comportement est attribuée aux interactions entre la fonction aldéhyde de l'arôme et les groupes OH et sulfate du carraghènane qui perturbent la formation des hélices lors de la gélification. L'organisation du gel d'alginate en boite à œuf lui confère une plus grande stabilité. L'ajout de lipide permet de diminuer la sorption et la perméabilité à la vapeur d'eau des matrices filmogène. En présence de la matière grasse, l'hexanal se comporte comme un émulsifiant et semble être localisé en surface des globules en augmentant la finesse et la stabilité des émulsions filmogènes. Les paramètres cinétique (diffusivité) et thermodynamique (sorption) ont été mesurés pour mieux caractériser les mécanismes impliqués dans le transfert Enfin, le paradoxe de Schroeder, correspondant à la différence de flux selon l'état physique de la molécule diffusante, a été observé et expliqué pour l'eau dans les films d'alginate et pour l'hexanal dans les films de carraghènanes.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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