Intérêt des protéines laitières dans la crème fouettée végétale

Les crèmes fouettées végétales – Non Dairy Whipped Toppings sont de plus en plus utilisées comme une alternative économique aux crèmes fouettées laitières classiques. Leur formulation est basée sur une émulsion de matières grasses végétales dispersées dans une phase aqueuse. Elles présentent d’excellentes propriétés fonctionnelles. Les protéines laitières sont largement utilisées comme ingrédient dans la formulation des crèmes fouettées végétales. Pourquoi ? Sont-elles vraiment essentielles ? C’est la question à laquelle nous nous proposons de répondre dans cet article « Intérêt des Protéines Laitières dans la Crème Fouettée Végétale ». Cet article est le 1^er d’une série de 2 articles portant sur la thématique des crèmes fouettées végétales.

Les crèmes fouettées végétales : un marché en croissance

Les crèmes fouettées végétales constituent un marché mondial dynamique et en forte croissance. Ces produits se positionnent principalement comme une alternative économique à la crème fouettée laitière classique. La réduction significative des coûts provient essentiellement du remplacement de la matière grasse laitière par de la matière grasse végétale, qui est moins chère. En plus d’un intérêt économique, les matières grasses végétales peuvent présenter des intérêts fonctionnels. En effet, en choisissant la matière grasse parmi une large gamme de matières grasses végétales aux propriétés de cristallisation et de fusion variées, il est possible d’obtenir de nouvelles propriétés fonctionnelles (stabilité thermique, pouvoir foisonnant) [1].

En étudiant la composition des crèmes fouettées végétales produites dans différentes régions, nous avons pu constater que la grande majorité de ces produits contiennent des protéines laitières. La plupart du temps, la teneur en protéines n’excède pas 1 % (étude comparative interne). La présence des protéines laitières dans les crèmes fouettées végétales semble essentielle. Nous avons voulu étudier les raisons pour lesquelles il est important de conserver une quantité de protéines laitières, en nous concentrant sur les propriétés de l’émulsion (contrôle du crémage et de la coalescence) et sur les propriétés de foisonnement.

Qu’est-ce qu’une crème fouettée végétale ?

La définition d’une crème fouettée végétale peut être simplifiée à celle d’une crème végétale. Selon le Codex Alimentarius « Les crèmes végétales sont des produits similaires aux crèmes laitières dans lesquelles la matière grasse laitière est remplacée par de la matière grasse végétale » [2]. L’utilisation d’ingrédients non laitiers dans la formulation interdit la dénomination “crème laitière”.

 Les crèmes fouettées végétales sont formulées à partir de quantités bien définies d’eau, de matière grasse végétale, de protéines laitières, de stabilisants, d’épaississants et d’émulsifiants. Une recette typique de crème fouettée végétale est décrite dans le Tableau 1.

Tableau 1 : Recette crème fouettée végétale [1,3]

Une formulation équilibrée avec le bon choix des ingrédients fonctionnels est un paramètre clé pour obtenir une préparation liquide de crème fouettée stable et une crème fouettée fonctionnelle.

Dans cet article, nous nous concentrerons sur le rôle des protéines laitières dans la stabilisation de l’émulsion de la crème fouettée végétale.

Le rôle des protéines laitières dans la crème fouettée végétale

La préparation de la crème fouettée peut être décrite comme une émulsion d’huile dans l’eau pouvant être facilement déstabilisée par le fouet pour incorporer de l’air et former une mousse stable (3). La préparation d’une crème fouettée implique deux étapes clés : 1- lors de la préparation de la crème recombinée : stabilisation de l’émulsion et 2- lors du foisonnement : déstabilisation de l’émulsion par coalescence partielle qui permettra ensuite d’incorporer l’air et de stabiliser la mousse.

Les protéines laitières jouent un rôle essentiel dans ces deux étapes

Stabilisation de l’émulsion : formation d’une préparation liquide stable

Une émulsion est un système thermodynamique instable qui évolue naturellement vers un état d’équilibre. A son état d’équilibre, l’émulsion perd son état dispersé, et une séparation de phases est observée (huile et eau). Dans le cas d’une crème fouettée végétale, les phénomènes responsables de cette instabilité sont principalement la coalescence et la floculation (Figure 1) [4].

Figure 1 : Mécanismes de déstabilisation d’une crème fouettée végétale

Des molécules amphiphiles telles que les protéines laitières sont généralement ajoutées par les fabricants pour éviter ces mécanismes de déstabilisation. Ces protéines avec une région hydrophobe sont adsorbées à l’interface eau/huile, créant une membrane autour du globule gras. Cette membrane agit en diminuant la tension interfaciale entre l’eau et l’huile et ralentit ainsi la vitesse à laquelle l’émulsion évolue vers son état d’équilibre. Les protéines laitières en jouant un rôle de stabiliseur permettent de retarder le crémage et la coalescence [4]. Les protéines laitières sont essentielles dans la phase de stabilisation de l’émulsion (Figure 2).

Figure 2: Stabilisation de l’émulsion huile/eau par les protéines laitières

Déstabilisation contrôlée de l’émulsion : formation d’une crème fouettée fonctionnelle et stable

Au cours du foisonnement, des bulles d’air se dispersent dans la crème. L’obtention d’une crème fouettée stable repose alors sur la capacité de la crème à stabiliser ces bulles d’air. Les gouttelettes de matière grasse contenues dans la crème jouent un rôle clé dans ce mécanisme de stabilisation de la mousse. Les gouttelettes de matière grasse doivent être “préactivées” avant le foisonnement pour qu’elles acquièrent leurs propriétés de stabilisation de la mousse. Cette “pré-activation” consiste en un mécanisme appelé la coalescence partielle. Une coalescence complète se produit lorsque plusieurs gouttelettes de matière grasse entrent en contact les unes avec les autres et fusionnent en une seule grosse goutte. La coalescence partielle est un état intermédiaire entre les gouttelettes non agrégées et individualisées et la structure agrégée et fusionnée. Il s’agit en fait d’un état agrégé mais non fusionné. Cela peut se produire lorsque la matière grasse a été partiellement cristallisée et que le film interfacial entourant les gouttelettes peut empêcher une agrégation complète de celles-ci (4). Lorsque les cristaux de matière grasse se forment, ils peuvent rompre le film interfacial autour de la gouttelette et créer un pont avec une gouttelette voisine (Figure 3). Pour que cette croissance cristalline se produise, la crème doit être conservée à une température froide pendant un certain temps avant d’être fouettée. C’est ce que l’on appelle parfois la “maturation physique” de la crème.

Figure 3 : Coalescence partielle

Le rôle des protéines laitières est d’empêcher la coalescence complète des gouttelettes agrégées. Avec cette structure simplement agrégée, les gouttelettes de matière grasse partiellement coalescées peuvent s’organiser comme une colonne vertébrale élastique et résistante autour des bulles d’air, ce qui maintient les gouttelettes d’air stables et confère une certaine consistance à la crème fouettée. Le choix d’une matière grasse végétale à haute teneur en matière grasse solide à température ambiante favorise la coalescence partielle (ex : l’huile de coco, l’huile de palme). Le processus de coalescence partielle contrôlée conduit à la formation de structures complexes décrites comme une émulsion stabilisée par les protéines et une mousse stabilisée par la matière grasse [4].

Étude Applications Lactalis Ingrédients : Résultats

Les tests réalisés par l’équipe Applications de Lactalis Ingrédients ont montré l’importance du rôle des protéines laitières et notamment de la caséine micellaire dans la formation d’une crème fouettée fonctionnelle et stable. Une synthèse des résultats de cette étude est présentée dans le Tableau 2 ci-dessous.

Tableau 2: Crème fouettée végétale sans protéines laitières vs avec caséine micellaire (LI Applications)

L’émulsion de la crème fouettée végétale sans protéines laitières est grossière (taille des globules gras 21 µm) et instable (crémage). Elle ne permet pas la formation d’une crème fouettée végétale fonctionnelle. A l’inverse, l’ajout de 0,85 % de caséine micellaire dans la même formulation a un impact spectaculaire. D’une part, elle réduit considérablement la taille des gouttelettes de matière grasse dans la crème (0.7 µm). Ensuite, elle permet d’obtenir une crème fouettée ferme et stable, avec un temps de foisonnement très court de seulement 3 minutes.  La taille des globules gras de ces émulsions met en évidence le rôle des protéines laitières dans l’obtention d’une émulsion fine et stable.  Ainsi, la stabilité des émulsions par les protéines laitières est essentielle pour la formation d’une crème fouettée technico-fonctionnelle. 

Conclusion

Les protéines laitières sont essentielles à la stabilisation de la préparation liquide d’une crème fouettée végétale. L’article a montré que les propriétés fonctionnelles de la crème fouettée dépendent essentiellement de la stabilité de sa phase liquide et par conséquent de la présence de caséine micellaire. Dans un second article, nous montrerons qu’il est possible substituer le caséinate de sodium, habituellement ajouté dans les préparations crème fouettée végétales, par de la caséine micellaire.

Sources:
[1] Anihouvi P.P., Danthine S., Karamoko G. et al. 2012, Vegetal creams: An alternative to dairy creams. A review
[2] Codex Alimentarius, codex Stan 192, 1995, Carr et al.2005
[3] D. Haisman, 2011, Imitation Dairy Products
[4] H.D.Goff , 1997, Instability and Partial Coalescence in Whippable Dairy Emulsions,