Introduction
Les gommes aux fruits sont délicieuses et ont un goût agréable tout au long de l'année, que ce soit en été ou en hiver, dans le désert à 50°C ou au pôle Nord à -40°C. Il serait désagréable que ces "friandises" se collent les unes aux autres à haute température et forment une sorte de masse cohésive et gluante, ou qu'une dent se déchire en les croquant dans le froid. Ces exemples montrent clairement que : Les gommes aux fruits semblent présenter un large éventail de propriétés élastiques, variant entre le mou et le dur et fortement influencées par la température. L'analyse mécanique dynamique est utilisée pour caractériser les propriétés viscoélastiques. Lorsqu'elle est couplée à une chambre d'humidité, les influences du séchage et de l'humidification sur leur comportement mécanique peuvent également être enregistrées.
Quels comportements mécaniques présentent les gommes de fruits provenant de différentes zones climatiques ?
Les gommes aux fruits des pays suivants étaient disponibles pour l'enquête :
- Allemagne
- Pays-Bas
- Australie
- Nouvelle-Zélande
- Russie
Les études portent non seulement sur les gommes aux fruits à base de gélatine ( classic), mais aussi sur les gommes végétaliennes. Le comportement dynamique et mécanique de tous les types de gommes sera enregistré et comparé à différentes températures. Les mesures DMA seront effectuées à l'aide d'un DMA NETZSCH Eplexor® connecté à un Hygromator (générateur d'humidité en option).
La gélatine, son origine, ses propriétés fonctionnelles et Alternatives
Traditionnellement, la gélatine [1, 2] est le principal composant des gommes aux fruits. Elle épaissit essentiellement les ingrédients liquides aromatisants et, lorsqu'elle est utilisée correctement, elle permet d'obtenir une consistance et une fermeté de morsure ainsi qu'une Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). température de fusion adaptées à la consommation. En général, les "animaux gommeux" sont coulés et - avant la transition vers la phase viscoélastique - existent sous forme fondue à la fin du processus de moulage.
La gélatine est présente non seulement dans les gommes aux fruits, mais aussi dans de nombreux autres produits alimentaires, tels que les aliments hypocaloriques, les yaourts, les mayonnaises, les aspics, les pâtes à base de viande et de nombreuses confiseries. Historiquement, la gélatine est également utilisée comme colle depuis des milliers d'années.
La gélatine est un aliment naturel qui se compose principalement de protéines de collagène. Les protéines remplissent trois fonctions très différentes dans les organismes vivants : a) les protéines structurelles (= scléroprotéines), b) les protéines membranaires et c) les protéines globulaires (= sphéroprotéines). La version collagène fait partie des scléroprotéines et se compose de trois chaînes polypeptidiques entrelacées (triple hélice). Lorsque ces chaînes se regroupent, des fibrilles de collagène se forment ; celles-ci deviennent en fait des réseaux tridimensionnels en raison des liaisons croisées qui apparaissent entre les triples hélices et se stabilisent ainsi mécaniquement.
La décomposition du collagène en chaînes polypeptidiques individuelles est nécessaire à la production de gélatine. En raison de l'insolubilité de la réticulation dans l'eau, il s'agit d'un processus complexe qui nécessite l'utilisation de produits chimiques. +
La production de gélatine commence avec du collagène d'origine animale. Les protéines animales proviennent des os ou des couches inférieures de la peau. Au niveau microscopique, le collagène présente des structures en forme d'hélice qui sont ensuite ramollies par un processus chimico-thermique afin de pouvoir être séparées (appelé macération). Il en résulte de la ferraille "déminéralisée", appelée osséine, qui est la matière première à partir de laquelle la gélatine est fabriquée.
La production de gélatine permet de réaliser différentes forces gélifiantes pour diverses applications. La force de gélification est décrite par le "nombre de Bloom". Comme la force de gélification, et donc le nombre de Bloom, dépendent de la température, il est possible de sélectionner la gélatine la plus appropriée pour un produit donné. Pour les gommes aux fruits plus fermes, on utilise de la gélatine ayant un indice de Bloom plus élevé que pour les gommes plus molles, qui contiennent de la gélatine à faible indice de Bloom.
La gélatine est un hydrocolloïde qui peut à la fois lier l'eau et gonfler dans l'eau. Elle épaissit, gélifie, stabilise, est extrêmement élastique et présente un comportement thermoréversible, c'est-à-dire que la gélatine se gélifie lorsqu'elle est refroidie et fond lorsqu'elle est chauffée. Cette propriété est également utilisée dans la production des "oursons gélifiés" et a été étudiée et évaluée dans les mesures effectuées ici. Le Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope).point de fusion revêt également une importance particulière pour le consommateur. En effet, l'"animal en caoutchouc" doit fondre dans la bouche tout en conservant une certaine fermeté.
La recherche d'alternatives - des liants d'origine végétale pure qui présentent des propriétés aussi favorables que celles de la gélatine - a commencé, mais un remplacement complet n'a pas encore été trouvé. Des méthodes d'essai de routine sont nécessaires pour mieux décrire les liants alternatifs et leurs effets sur le matériau [1], [2]
Les matériaux suivants, entre autres, sont actuellement utilisés comme liants d'origine végétale pure, dans le but de remplacer la gélatine [3] :
- Agar-Agar : Substitut de la gélatine
- Aquafaba : eau de cuisson épaisse de pois chiches, de haricots et d'autres légumineuses d'origine végétale ; substitut de l'œuf
- Pectine : fibre soluble et gélifiant d'origine végétale amidon de pomme de terre : liants
- Amidon de maïs : Substitut de l'amidon, généralement sans gluten ni lactose
- Coques de psyllium : Agent gonflant d'origine végétale
- Sagou : Amidon granulé de manioc et de pommes de terre ; agent épaississant insipide
- Caroube (gomme) : Agent épaississant naturel
- Gomme d'engrenage : Agent épaississant et liant (E 412)
- Carraghénine : Agent gélifiant et épaississant d'origine végétale (E407), obtenu à partir d'algues rouges
- Alginate : Agent épaississant, gélifiant et d'enrobage (E 400 à E 405), obtenu à partir d'algues
- Gomme xanthane : Polysaccharide naturel, additif produit à partir de bactéries (E 4015), utilisé comme agent gélifiant et épaississant
- Amidon d'arrow-root : Agent liant sans gluten ; substitut d'œuf
Ces substituts sont également des hydrocolloïdes comme la gélatine. Ils sont utilisés dans l'industrie alimentaire en raison de leurs propriétés fonctionnelles ; ces propriétés ne sont toutefois pas assez complètes pour permettre une substitution générale de la gélatine par ces produits [2].
Étant donné que les gommes aux fruits végétaliennes utilisent également des liants peu courants jusqu'à présent et que leur effet n'est pas encore bien compris, il est nécessaire dans ce domaine d'inclure des produits avec des liants végétaliens dans les recherches.
Résultats de l'essai dynamique-mécanique avec le NETZSCH GABO Eplexor® 500 N
Dans la mesure où ils étaient disponibles dans des formes pouvant être facilement étudiées lors de l'essai de traction, les gommes aux fruits ont été sélectionnées en conséquence. D'autres ont été découpés dans une forme adaptée à l'essai à l'état refroidi.
Les modifications de la section transversale au cours de l'essai et les surfaces de section transversale qui ne peuvent pas être enregistrées avec précision pour les échantillons de forme irrégulière n'ont pas d'incidence sur l'amortissement et, par conséquent, sur la température de ramollissement.
Paramètres de mesure
Dans la première partie du test, des balayages de température dans la plage d'environ -60°C à +40°C ont été effectués sur tous les échantillons de gommes aux fruits à l'aide du DMA Eplexor® afin de pouvoir comparer la stabilité en fonction de la température (module d'élasticité complexe ou simplement module E) et la viscoélasticité associée des différentes gommes aux fruits. À cette fin, les échantillons ont d'abord été refroidis à environ -60°C dans l'instrument d'essai. Pour établir une température constante dans l'échantillon, une phase IsothermeTests at controlled and constant temperature are called isothermal.isotherme de 15 minutes est établie dans chaque cas avant la mesure, suivie d'une mesure à une vitesse de chauffage de 0,5 K/min. Les mesures de température sont effectuées à proximité de l'échantillon à l'aide du thermomètre à chambre, qui est situé dans une chambre d'échantillon à circulation d'air intensive.
Dans la deuxième partie de l'expérience, le comportement dynamique et mécanique d'un échantillon végétalien d'Allemagne et d'un échantillon à base de gélatine des Pays-Bas est étudié pendant le séchage et l'absorption d'humidité dans le site Eplexor®, équipé d'une chambre d'humidité ( Hygromator ).
Comportement des gommes aux fruits en fonction de la température
Les gummy bears allemands sont disponibles en version végétalienne (verte, appelée "strips") et à base de gélatine (rouge, appelée "french fries") pour les mesures DMA.
On remarque (figure 1) que les gommes aux fruits végétaliennes présentent un module de Young plus élevé à toutes les températures, c'est-à-dire qu'elles sont plus rigides que les gommes à base de gélatine. Le ramollissement des bandes végétaliennes (courbe verte, Tg = 11,6°C) se produit en outre à des températures plus élevées que les frites à base de gélatine (courbe rouge, Tg =-0,4°C).
Cette constatation objective correspond également aux résultats sensoriels obtenus lors de la morsure et de la dégustation : Les échantillons végétaliens sont plus fermes sous la dent tandis que les échantillons à base de gélatine ont un goût plus intense lorsqu'ils sont fondus.
Oursons de gomme hollandais
Aux Pays-Bas, des versions à base de gélatine sont disponibles pour les essais. Les géométries partiellement irrégulières des oursons gélifiés sont façonnées sous forme d'échantillons par poinçonnage lorsqu'ils sont refroidis. Lors de la ManipulationL'adhésivité décrit l'interaction entre deux couches de matériaux identiques (auto-adhésion) ou différents (cohésion) en termes d'adhérence de surface.manipulation, ces produits se présentent comme des gommes aux fruits relativement rigides. Les points de ramollissement mesurés se situent entre -6°C et 0°C.
La figure 2 montre les différentes courbes de mesure du module |E*| et de l'amortissement. La gomme molle (courbe bleue) présente des différences de température de ramollissement (-2,4°C) par rapport aux deux autres types de gommes aux fruits, Liane-Cassis (-5,1°C, courbe rouge) et Fraise (-4,9°C, courbe verte). C'est pourquoi l'échantillon de gomme molle présente de loin la courbe d'amortissement la plus large et la chute la plus rapide du module d'Young en fonction de la température. Ainsi, l'échantillon de gomme molle présente l'amortissement le plus faible à température ambiante de tous les échantillons comparés, et le consommateur a l'impression que le matériau est plus doux que la fraise et la liane-cassis.
Bien que l'amortissement soit très similaire pour les types Liane-Cassis et Fraise, le module E de la Fraise est toujours plus élevé que celui de la Liane-Cassis, ce qui se reflète également dans la fermeté à la morsure.
L'amortissement plus faible (tan δ) de l'échantillon de Liane-Cassis (courbes rouges) peut être observé dans la pratique en raison d'un processus de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion et de DéformationLa Déformation décrit une déformation d’un matériau qui subit une contrainte ou une force mécanique externe. Les formulations d’élastomères présentent des propriétés de fluage, si une charge constante est appliquée.déformation plus long que celui de l'échantillon de Fraise (courbe verte). En outre, la Liane-Cassis présente un effet adhésif plus intense sur les dents.
Échantillons végétaliens d'Australie et de Nouvelle-Zélande
Les deux échantillons sont proposés sur un marché où les températures extérieures moyennes sont élevées, ce qui impose des exigences particulières en matière de stabilité dimensionnelle et d'adhésivité des gommes aux fruits. Les deux échantillons sont disponibles sous forme de cubes ou de feuilles déjà adaptés à l'essai de traction, et il suffit de les couper ou de les plier pour ajuster l'épaisseur de l'échantillon en vue de la réalisation de l'essai. Alors que l'un des échantillons (courbes vertes) est spécifiquement désigné comme végétalien, le second (courbes bleues) n'affirme pas explicitement cette revendication.
Il est évident (figure 3) que les produits de la région océanique présentent les températures de ramollissement les plus élevées (19,6°C et 24,3°C) de tous les chewing-gums aux fruits étudiés. En particulier, les échantillons cuboïdaux sont relativement rigides jusqu'au point de congélation et présentent les modules E les plus élevés.
Gommes de fruits russes à base de gélatine pour les régions à climat froid
Les deux gommes russes à base de gélatine étudiées ici ont la forme d'un ours (courbes bleues) et d'un ver (courbes rouges). La forme d'ours a nécessité un poinçonnage, tandis que les vers ont pu être insérés directement dans le DMA. Bien que le ramollissement des vers commence à des températures légèrement plus élevées (Tg = -0,9°C, courbe rouge) que celui des ours (Tg = -4,4°C, courbe bleue), les deux présentent une rigidité similaire au moment du ramollissement.
Le module E des ours aux températures de service est inférieur à celui des vers (courbes bleues, figure 4) en raison du matériau. Les vers se ramollissent à des températures légèrement plus élevées (3,5°C, courbes rouges) que les ours. Par conséquent, les propriétés gustatives des deux types de gommes aux fruits sont également très similaires.
Comportement des gommes aux fruits en fonction de l'humidité
La dépendance des échantillons à l'égard de l'humidité est étudiée, comme pour les balayages de température, en mode traction à 35°C. La température est maintenue constante pendant toute la durée de l'expérience. La température est maintenue constante pendant toute la durée de l'expérience.
Dans la première étape de l'expérience, les échantillons végétaliens allemands et néerlandais à base de gélatine sont exposés à une humidité ambiante de 20 % RH, générée et maintenue constante par le GABO NETZSCH Hygromator (générateur d'humidité).
Cette étape correspond à un processus de séchage permettant de passer de l'humidité ambiante, qui dans ces pays est de l'ordre de 50 à 60 % HR en fonction de la saison, à un état "quasi" séché à 20 % HR. Pour cette série de tests, les gommes aux fruits à tester doivent être disponibles dans un état de séchage et d'humidité identique à des fins de comparaison. À cette fin, les deux échantillons ont été séchés pendant environ 1 heure et l'évolution temporelle de leur module d'Young a été enregistrée. Les échantillons ainsi séchés sont ensuite soumis à une humidité de 50 % pendant environ une heure, puis à une humidité de 90 % pendant une autre heure. Les variations du module d'Young en fonction du temps et de l'humidité de la chambre à chaque instant sont illustrées à la figure 5 pour un échantillon végétalien (courbes rouges) et un échantillon contenant de la gélatine (courbes bleues).
La figure 5 montre un comportement temporel similaire pour les gommes aux fruits végétaliennes et à base de gélatine, les types végétaliens présentant toujours des modules E plus élevés et une sensibilité à l'humidité plus faible dans les présentes études. Les deux types de gommes ont en commun une augmentation du module E lors du séchage (ici à 20 % d'humidité relative) et une diminution lors de l'exposition à l'humidité (ici à 50 % d'humidité relative et à 90 % d'humidité relative). Pour les échantillons séchés à 20 % d'humidité relative, l'humidification se manifeste déjà à la sortie du stockage à 50 % d'humidité relative, comme le montre l'évolution du module E.
Résumé
Le DMA NETZSCH Eplexor® offre une procédure de routine pour l'évaluation des propriétés des produits alimentaires importants pour le consommateur, tels que les gommes aux fruits, ce qui permet d'améliorer les produits et d'en développer de nouveaux.
Les dépendances de la température du module E (rigidité) et de l'amortissement sont étroitement liées à la fermeté et au comportement de fonte des gommes aux fruits. La connaissance des dépendances à l'humidité, en revanche, est plus utile pour évaluer les conditions de stockage.
Pour le développement d'autres types de gommes aux fruits, en particulier avec de nouveaux liants pour les clients végétaliens, l'analyse dynamique et mécanique offre la possibilité d'enregistrer à l'avance les propriétés thermiques et mécaniques en laboratoire, et donc de lancer les produits sur le marché de manière plus ciblée et plus rapide. Les conditions de stockage et de traitement ainsi que les paramètres d'humidité et de température peuvent en outre être simulés à l'aide de mesures DMA.