Stabilité de microconstituants de la tomate (composés phénoliques, caroténoïdes, vitamines C et E) au cours des procédés de transformation : études en systèmes modèles, mise au point d'un modèle stoechio-cinétique et validation pour l’étape unitaire de préparation de sauce tomate, Stability of tomato microconstituents (phenolic compounds, carotenoids, vitamins C and E) during processing : studies in model systems, development of a stoichio-kinetic model and validation for the unit step of tomato sauce preparation
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Thèse soutenue le 17 septembre 2010: Avignon
La tomate, fruit largement consommé frais mais aussi sous forme transformée, est reconnue pour ses qualités nutritionnelles. Riche en microconstituants, tels les caroténoïdes (le lycopène en particulier), les composés phénoliques et la vitamine C, sa consommation régulière permettrait de réduire les risques de maladies cardiovasculaires et de certains cancers. Cependant, les traitements thermiques appliqués lors de la préparation industrielle de produits à base de tomate peuvent être à l'origine de réactions chimiques entraînant la dégradation de ces antioxydants. D'autre part, l'ajout d'huile végétale, pour la préparation de la sauce tomate notamment, met en jeu des réactions d'oxydation des lipides pouvant contribuer à l'instabilité de ces microconstituants. L’objectif principal de cette thèse est la détermination des cinétiques réactionnelles impliquées dans l’évolution des microconstituants de la tomate lors des procédés industriels de transformation.Dans un premier temps, une étude qualitative et quantitative sur plusieurs produits industriels (concentrés, pulpe, sauces) à base de tomate a été menée afin de déterminer les microconstituants marqueurs de la qualité nutritionnelle : (E)-lycopène et (E)-β-carotène pour les caroténoïdes, rutine, 7-O-glucosyl-naringénine et acide chlorogénique pour les composés phénoliques ainsi que les vitamines C et E ont été retenus. Cette première étude a permis de déterminer l’impact de procédés industriels sur les teneurs en microconstituants pour des produits collectés en entrée et en sortie de process pour deux usines de la région PACA.Par la suite, la stabilité des 7 marqueurs sélectionnés a été étudiée dans trois systèmes modèles modélisant la sauce tomate à des températures simulant des conditions de cold et hot breaks. Ces systèmes modèles comprennent un milieu aqueux acide (pH 3,8) contenant de l’amidon, un milieu lipidique constitué d'huile et de phospholipides végétaux et une émulsion H/E (huile dans eau) intégrant ces divers constituants. L’oxydation des lipides et son éventuelle protection par les microconstituants ont été évaluées par détermination de l'évolution des teneurs en diènes conjugués et trilinoléine. Parmi tous les antioxydants, la vitamine C s'est avérée être le moins stable en émulsion comme en milieu aqueux; sa vitesse d'oxydation est influencée par la teneur en oxygène dans le milieu. Les teneurs en composés phénoliques sont peu affectées, même à haute température (95 °C) tandis que les caroténoïdes s'isomérisent rapidement quelles que soient les conditions appliquées. Dans l'émulsion modèle, l'oxydation lipidique est nettement accélérée quand la température s'élève et tous les marqueurs se dégradent plus rapidement qu'en milieu aqueux ou lipidique.La détermination des constantes de vitesses a été réalisée, soit individuellement pour chaque cinétique, soit par desapproches globales (modèle oxydation lipidique et modèle stoechio-cinétique). Ce dernier modèle a pour but de proposer des conditions limitant l’oxydation lipidique et la dégradation des microconstituants de la tomate au cours des procédés
-Caroténoïdes
-Composés phénoliques
-Vitamines C et E
-Tomate
-Oxydation lipidique
-Modélisation chimique
-Emulsion
-Modélisation mathématique
-Procédés
Tomato is a fruit widely consumed either fresh or processed possessing recognized nutritional qualities. Rich in microconstituents like carotenoids (such as lycopene), phenolic compounds and vitamin C, its regular consumption could reduce risks of cardio-vascular diseases and cancers. However, thermal treatments applied during industrial preparation of tomato products may involve various chemical reactions leading to the degradation of these antioxidants. Besides, addition of vegetable oil for the preparation of tomato sauce may lead to lipid oxidation contributing to the microconstituent instability.The main objective of this thesis is the determination of reaction kinetics for tomato microconstituents during industrial processing.First, a qualitative and quantitative study on several industrial tomato products (pastes, pulp, sauces) was carried out in order to select markers of the nutritional quality: (E)-lycopene and (E)-β-carotene for carotenoids, rutin, naringenin 7-O-glucoside and chlorogenic acid for phenolics as well as vitamins C and E. Additionally, an impact of processing was determined for industrial products collected before and after processing in two different plants in the PACA Region. Then, the stability of the selected markers was studied in model systems mimicking tomato sauce at hot and cold break temperatures. For this purpose, three model systems were developed: an aqueous model containing starch, a lipidic model consisting of vegetable oil and phospholipids and an O/W (oil-in-water) emulsion integrating all these constituents. Lipid oxidation and its possible protection by antioxidants were evaluated by the follow-up of conjugated dienes and trilinolein. Among all the antioxidants, vitamin C proved to be the least stable in both the emulsion and aqueous models. Its oxidation rate was found to be oxygen dependent. Phenolic compounds were little affected, even at high temperature (95 °C) whereas carotenoids rapidly isomerised whatever the conditions applied. In the emulsion model, lipid oxidation is clearly accelerated when the temperature increases and all markers are more rapidly degraded than in the aqueous or lipidic model. Rate constants were determined, either individually for each kinetics, either using global approaches (lipid oxidationmodel and stoichio-kinetic model). This last model aims at giving process conditions limiting lipid oxidation and microconstituent degradation
-Carotenoids
-Phenolic compounds
-Vitamins C and E
-Tomato
-Lipid oxidation
-Chemical modeling
-Emulsion
-Mathematical modeling
-Process
Source: http://www.theses.fr/2010AVIG0241/document
ACADEMIE D’AIX-MARSEILLE
UNIVERSITE D’AVIGNON ET DES PAYS DE VAUCLUSE
THESE
présentée pour obtenir le grade de Docteur en Sciences
de l’Université d’Avignon et des Pays de Vaucluse
SPECIALITE : CHIMIE
Stabilité de microconstituants de la tomate (composés
phénoliques, caroténoïdes, vitamines C et E) au cours des
procédés de transformation : études en systèmes modèles, mise au
point d'un modèle stoechio-cinétique et validation pour l’étape
unitaire de préparation de sauce tomate
par Céline CHANFORAN
soutenue le 17 septembre 2010 devant un jury composé de
Mme MAILLARD Marie-Noëlle Professeur, AgroParisTech Massy Rapporteur
M. GUYOT Sylvain Chargé de Recherche, INRA Rapporteur
Mme BONAZZI Catherine Chargée de Recherche, INRA Examinateur
M. DANGLES Olivier Professeur, Université d’Avignon Examinateur
M. GEORGE Stéphane Chef de projet, CTCPA Examinateur
Mme CARIS-VEYRAT Catherine Chargée de Recherche, INRA Directrice de thèse
Mme DUFOUR Claire Chargée de Recherche INRA Directrice de thèse
ED 306 Sciences des Procédés - Sciences des Aliments
Discipline : Biochimie, Chimie et Technologie des Aliments
Laboratoire de chimie des antioxydants
UMR 408 UAPV-INRA d’Avignon
Centre Technique de la Conservation des Produits Agricoles
tel-00581598, version 1 - 31 Mar 2011
tel-00581598, version 1 - 31 Mar 2011LISTE DES ABREVIATIONS
AA acide ascorbique
AAPH 2,2’-azo(2-amidinopropane)dihydrochloride
ACHL acide chlorogénique
AE efficacité antioxydante
AH antioxydant
BHT butylated hydroxytoluène
CAR caroténoïdes
CLHP chromatographie liquide haute performante
CPG chromatographie en phase gazeuse
d diamètre de volume [4,3]
d diamètre de surface [3,2]
DHAA acide déhydroascorbique
Ea énergie d'activation
E/H eau dans huile
E/H/E eau dans huile dans eau
ERO espèce réactive de l’oxygène
h heure
H/E huile dans eau
H O peroxyde d’hydrogène 2 2
HDL lipoprotéine de forte densité (high density lipoprotein)
k constante de vitesse
kapp constante de vitesse apparente
kLa coefficient de transfert de l'oxygène
LDL lipoprotéine de basse densité (low density lipoprotein)
LH lipide polyinsaturé
LOH lipide polyinsaturé alcool
LOOH lipide polyinsaturé peroxydé
MTBE éther tert-butylméthylique
m/z masse/charge
O oxygène 2
PC phosphatidylcholine
PL phospholipide
PP composés phénoliques
PRU prunine
RMN résonance magnétique nucléaire
RUT rutine
SDS sodium dodecyl sulfate
SM spectrométrie de masse
T température
TG triglycéride
TL trilinoléine
TOCO α-tocophérol
Tr temps de rétention
UV ultraviolet
VLDL lipoprotéine de très basse densité (very low density lipoprotein)
λmax longueur d'onde maximale d'absorption
•X radicaux initiateurs
tel-00581598, version 1 - 31 Mar 2011
tel-00581598, version 1 - 31 Mar 2011SOMMAIRE GENERAL
Introduction
Chapitre I
Etat de l'art
Chapitre II
Evolution des microconstituants de la tomate au cours des
procédés de transformation
Chapitre III
Etude de la stabilité de microconstituants dans des systèmes
modèles mimant le procédé industriel de préparation de sauce
tomate à partir de concentré de tomate
Chapitre IV
Mise en place d’un modèle stoechio-cinétique et validation sur
un produit réel
Conclusion
tel-00581598, version 1 - 31 Mar 2011
tel-00581598, version 1 - 31 Mar 2011
Introduction
tel-00581598, version 1 - 31 Mar 2011
tel-00581598, version 1 - 31 Mar 2011Introduction
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De nombreuses études épidémiologiques ont démontré les effets bénéfiques d'un régime riche en
fruits et légumes. Ces effets pourraient être en partie dus, aux microconstituants (caroténoïdes,
composés phénoliques, vitamines, minéraux, composés soufrés…) contenus dans ces produits.
Des effets protecteurs vis-à-vis des maladies cardio-vasculaires et de certains cancers ont été mis
en évidence pour certains d’entre eux.
La tomate a été étudiée à de nombreuses reprises. Elle s'est révélée être riche en
microconstituants antioxydants, et plus particulièrement, en caroténoïdes. D'après certaines
études, une consommation régulière de tomates ou de produits à base de tomates réduirait les
risques de cancers, mais également de maladies cardiovasculaires, de diabète et d’ostéoporose.
La transformation de la tomate permet l'élaboration d'une grande diversité de produits qui se
retrouvent ensuite disponibles dans le commerce. Les procédés de transformation impliquent un
ou plusieurs traitements thermiques susceptibles d'affecter les teneurs en microconstituants et
ainsi la qualité nutritionnelle des produits finis. En effet, ces microconstituants sensibles à la
chaleur et à la lumière peuvent être partiellement dégradés lors de réactions d'oxydation et/ou
d'isomérisation.
Ce travail a été réalisé dans le cadre du projet ANR Réactial qui a pour objet la prédiction et le
contrôle de l’apparition ou de la disparition de marqueurs réactionnels au cours de la
transformation et de la conservation des aliments. L’objectif principal de ce projet consiste en la
mise au point d'une méthodologie ayant pour but de développer des stratégies permettant de
préserver au mieux l'intégrité des composés nutritionnels d'un aliment ou favorisant l'apparition
de composés néoformés positifs. L'impact de la formulation et des transferts de matière et de
chaleur sur les cinétiques réactionnelles seront largement étudiés. L'obtention de données
expérimentales synchrones des transferts et des réactions sur plusieurs produits alimentaires
permettra une réflexion méthodologique et la mise en place d'outils d'intégration des
connaissances et d'aide à la décision. Une approche globale de type « génie de la réaction »
permettra de compléter et de fiabiliser les connaissances des mécanismes et des cinétiques
réactionnelles, puis de les formaliser et de les modéliser en vue d'optimiser le système
produit/procédé. Les trois produits alimentaires retenus dans ce projet sont les suivants: une
génoise, un fromage processé et une sauce tomate.
Le projet REACTIAL regroupe un certain nombre de partenaires publics et privés. Les
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tel-00581598, version 1 - 31 Mar 2011Introduction
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partenaires publics sont l’UMR Génie Industriel Alimentaire (Massy), l’UMR Science de
l'Aliment et de l'Emballage (Massy), l’UR Qualité des Produits Animaux (Theix), le Laboratoire
de Génie Chimique (Toulouse), l’UMR Ingénierie des Agropolymères et Technologies
Emergentes (Montpellier) et l’UMR Sécurité et Qualité des Produits d'Origine Végétale
(Avignon). Les partenaires privés du projet sont les Fromageries Bel (Vendôme), les Moulins
Soufflet (Corbeil-Essonnes) et le Centre Technique de la Conservation des Produits Agricoles
(Avignon). Un membre individuel, le professeur Tiny Van Boekel (Wageningen, Pays-Bas), a
également été associé.
Dans ce contexte, la stabilité des microconstituants de la tomate et l'oxydation des lipides seront
évalués en systèmes modèles dans des conditions mimant la préparation de la sauce tomate.
L'originalité de cette étude résid
