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Avec l'amélioration du niveau de vie des populations, les exigences des consommateurs en matière d'alimentation ne se limitent pas seulement à une valeur nutritionnelle raisonnable, mais exigent également que les aliments aient une qualité satisfaisante en termes de caractéristiques sensorielles telles que l'apparence, la couleur, l'arôme, le goût, la viscosité, la fraîcheur, etc.

Les émulsifiants, additifs alimentaires de conditionnement, jouent un rôle important dans l'industrie agroalimentaire. Examinons leur mécanisme d'action !

Émulsion

L'émulsion alimentaire courante est constituée d'eau ou d'une solution aqueuse, appelées collectivement phase hydrophile ; l'autre phase est une phase organique non miscible à l'eau, également appelée phase lipophile. Deux liquides non miscibles, comme l'eau et l'huile, peuvent former deux types d'émulsions lorsqu'ils sont mélangés : les émulsions eau dans huile (H/E) et eau dans huile (E/H).

Dans une émulsion eau-dans-huile, l'huile est dispersée sous forme de fines gouttelettes dans l'eau, les gouttelettes d'huile constituant la phase dispersante et l'eau le milieu dispersant. Par exemple, le lait de vache est une émulsion H/E ; dans les émulsions eau-dans-huile, c'est l'inverse. L'eau est dispersée sous forme de fines gouttelettes dans l'huile, l'eau constituant la phase dispersante et l'huile le milieu dispersant. Par exemple, le beurre artificiel est une émulsion E/H.

Le mécanisme d'action des émulsifiants

Les émulsifiants alimentaires, également appelés tensioactifs, sont des substances qui transforment les liquides non miscibles en phases uniformément dispersées (émulsions). Ajoutés aux aliments, ils peuvent réduire considérablement la tension interfaciale entre l'huile et l'eau, permettant aux huiles non miscibles (substances hydrophobes) et à l'eau (substances hydrophiles) de former des émulsions stables comme additifs alimentaires.

D'une part, les émulsifiants forment une fine couche moléculaire sur les surfaces des phases mutuellement répulsives, réduisant l'énergie libre de surface du système et créant de nouvelles interfaces. Les molécules d'émulsifiant possèdent des groupes fonctionnels hydrophiles et oléophiles, capables de s'adsorber sur les surfaces des phases mutuellement répulsives de l'huile et de l'eau, formant ainsi une fine couche moléculaire et réduisant la tension interfaciale entre les deux phases. Autrement dit, la partie oléophile de la molécule d'huile et de l'émulsifiant se trouve d'un côté, et la partie hydrophile de la molécule d'eau et de l'émulsifiant se trouve de l'autre. Cette interaction entre les deux provoque une modification de la tension interfaciale.

D'autre part, en formant une couche d'adsorption protectrice à la surface de la gouttelette, elle lui confère une forte stabilité spatiale. Plus l'ajout d'émulsifiants est important, plus la tension interfaciale diminue. Cela permet de mélanger uniformément des substances auparavant non miscibles, formant un système dispersé homogène qui modifie l'état physique initial, améliorant ainsi la structure interne de l'aliment et sa qualité.
Valeur d'équilibre hydrophile et oléophile

Généralement, les émulsifiants fortement hydrophiles forment des émulsions huile/eau, tandis que les émulsifiants fortement hydrophiles forment des émulsions eau/huile. Pour indiquer l'équilibre hydrophile-lipophile des émulsifiants, on utilise généralement la valeur HLB (valeur de l'équilibre hydrophile-lipophile), qui représente l'hydrophilie des émulsifiants. Il existe différentes méthodes de calcul de la valeur HLB.

Formule de différence : HLB = hydrophilie du groupe hydrophile - hydrophobicité du groupe lipophile

Formule du rapport : HLB = hydrophilie du groupe hydrophile/hydrophobicité du groupe oléophile

La valeur HLB de chaque émulsifiant peut être déterminée expérimentalement. Pour les émulsifiants à 100 % de lipophilie, leur HLB est de 0 (représenté par la cire de paraffine), et pour ceux à 100 % d'hydrophilie, leur HLB est de 20 (représenté par l'oléate de potassium), divisé en 20 parts égales pour indiquer leur hydrophilie et leur oléophilie. Plus la valeur HLB est élevée, plus l'hydrophilie est forte, et plus elle est faible, plus l'oléophilie est forte.

La grande majorité des émulsifiants alimentaires sont des tensioactifs non ioniques dont les valeurs HLB sont comprises entre 0 et 20. Les différentes valeurs HLB et propriétés des émulsifiants non ioniques sont présentées dans le tableau. La valeur HLB des tensioactifs ioniques est comprise entre 0 et 40. Par conséquent, les émulsifiants dont la valeur HLB est inférieure à 10 sont principalement lipophiles, tandis que ceux dont la valeur HLB est supérieure ou égale à 10 présentent des caractéristiques hydrophiles.

Pour les émulsifiants mixtes, leurs valeurs HLB présentent des propriétés additives. Par conséquent, lorsque deux émulsifiants ou plus sont mélangés et utilisés, la valeur HLB de l'émulsifiant mixte peut être calculée à partir de la fraction massique de chaque émulsifiant dans sa composition :

HLBa,b =HLBa·A%+HLBb·B%

Dans la formule,

HLBa, b est la valeur HLB de l'émulsifiant a, b mélangés ensemble ;

HLBa et HLBb sont les valeurs HLB des émulsifiants a et b, respectivement ;

A% et B% sont les teneurs en pourcentage de a et b dans l'émulsifiant mixte, respectivement (cette formule s'applique uniquement aux émulsifiants non ioniques).
Méthodes de préparation et facteurs d'influence des émulsifiants

Il existe quatre méthodes de préparation d'émulsifiants, à savoir la méthode du gel sec, la méthode du gel humide, la méthode de mélange de phase huile-eau et la méthode mécanique.

Méthode de gélification sèche, qui consiste à ajouter de l'eau à une phase huileuse contenant des émulsifiants. Lors de la préparation, la poudre de caoutchouc (émulsifiant) est d'abord mélangée uniformément à l'huile, puis une certaine quantité d'eau est ajoutée, broyée et émulsionnée dans du colostrum, puis diluée avec de l'eau jusqu'à obtenir la quantité maximale.

La méthode du gel humide consiste à ajouter de l'huile à une phase aqueuse contenant des émulsifiants. Lors de la préparation, le gel (émulsifiant) est d'abord dissous dans l'eau pour former une pâte liquide. Ensuite, la phase huileuse est ajoutée progressivement à la phase aqueuse, broyée en colostrum, puis complétée par de l'eau.

Mélanger les phases huileuse et aqueuse et les ajouter à l'émulsifiant, en mélangeant une certaine quantité d'huile et d'eau. Broyer la gomme arabique dans un mortier, puis broyer rapidement le mélange huile-eau pour obtenir du colostrum, puis diluer avec de l'eau.

La préparation des émulsifiants consiste principalement à émulsionner deux liquides, et la qualité de l'émulsification a un impact significatif sur la qualité de l'émulsion.

Les facteurs qui influencent l'émulsification comprennent principalement la tension interfaciale, la viscosité, la température, le temps d'émulsification et la quantité d'émulsifiant utilisée. On choisit généralement des émulsifiants capables de réduire significativement la tension interfaciale. La température d'émulsification la plus adaptée est d'environ 70 °C. Si des tensioactifs non ioniques sont utilisés comme émulsifiants, la température d'émulsification ne doit pas dépasser leur température maximale. Plus la quantité d'émulsifiants est importante, plus l'émulsion formée est stable.

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