» Le comptable doit connaître les données de stabilité pour établir et justifier les dépenses liées aux modifications éventuelles des techniques de transformation, au coût des prémélanges de nutriments, etc.
» Le nutritionniste doit connaître les données de stabilité pour évaluer les choix et, en fin de compte, l’offre de nutriment(s) pour les consommateurs.La stabilité des nutriments est affectée par des facteurs physiques et chimiques. La figure 1 présente un large éventail de facteurs physiques et chimiques qui influencent la stabilité des nutriments. Bien que de nombreux facteurs puissent être à l’origine d’une grave dégradation des nutriments, des mesures peuvent être mises au point pour minimiser les pertes en appliquant une technologie appropriée, qui comprend l’application d’un enrobage protecteur pour un nutriment individuel, l’ajout d’antioxydants, le contrôle de la température, de l’humidité et du pH, et la protection contre l’air, la lumière et les métaux incompatibles pendant le traitement et le stockage. Dans cet article, plusieurs moyens de réduire l’ampleur de la dégradation seront discutés, notamment en ce qui concerne la vitamine A, l’iode et le fer.
Vitamine A
La vitamine A est un micronutriment essentiel, indispensable à la vision nocturne et au maintien de l’intégrité de la peau et des muqueuses. Un signe précoce de carence en vitamine A est l’héméralopie. Une carence grave en vitamine A peut entraîner une cécité permanente. La carence en vitamine A reste un problème nutritionnel majeur en Indonésie ainsi que dans de nombreuses autres régions du monde. Les principaux programmes d’intervention contre la carence en vitamine A administrés par le gouvernement indonésien sont l’éducation nutritionnelle, la distribution de capsules de vitamine A et la fortification de certains aliments largement consommés.
La fortification des aliments en vitamine A s’est avérée être une stratégie très prometteuse. Un projet pilote sur l’enrichissement en vitamine A du glutamate monosodique (MSG) dans trois provinces a permis de réduire la prévalence de la carence en vitamine A. Les développements ultérieurs dépendent de la capacité à surmonter les changements de couleur causés par l’enrichissement du MSG en vitamine A. D’autres aliments, tels que l’huile de palme et les nouilles, ont également été considérés comme des vecteurs de vitamine A.
La vitamine A se présente sous de nombreuses formes, telles que le rétinol (alcool), le rétinal (aldéhyde), l’acétate de rétinyle ou le palmitate de rétinyle (esters), et les acaroténoïdes provitaminés (b-carotène, a-carotène, etc.). La vitamine A est relativement instable dans des conditions normales de stockage, en particulier dans des environnements difficiles.Cette instabilité est principalement due à sa structure chimique, qui contient de nombreusesdoubles liaisons susceptibles d’être dégradées (fig. 2).
Pour minimiser la dégradation de la vitamine A, plusieurs approches ont été introduites. Comme la vitamine A est sensible à l’oxygène atmosphérique (la forme alcoolique de la vitamine A est moins stable que les esters), elle est normalement disponible dans le commerce sous forme de préparation protégée par un enrobage comprenant un ou plusieurs antioxydants. Selon Murphy, il n’y a eu qu’un seul grand fournisseur de vitamine A (sous forme de palmitate ou d’acétate de rétinyle) pour l’enrichissement des aliments, la société suisse Hoffman-La Roche. Le tableau 1 énumère les principales formulations qui sont ou ont été disponibles.
Les antioxydants qui peuvent être ajoutés aux prémélanges de vitamine A sont le butylatedhydroxyanisole (BHA), l’hydroxytoluène butylé (BHT) et les a-tocophérols(vitamine E). L’utilisation de la vitamine E comme antioxydant gagne en popularité. Les traces métalliques (notamment le fer et le cuivre) et les rayons ultraviolets accélèrent la dégradation de la vitamine A. La stabilité de la vitamine A est également affectée par l’acidité. En dessous d’un pH de 5,0, la vitamine A est très instable.
Le fer et l’iode
La carence en fer est le problème nutritionnel le plus répandu dans le monde. En Indonésie, la prévalence de l’anémie chez les femmes enceintes, les enfants de moins de cinq ans et les travailleuses est respectivement de 64%, 55% et 30%.La carence en fer a des effets négatifs sur la résistance aux infections, la morbidité et la mortalité dues aux maladies infectieuses, les processus d’apprentissage, le comportement, la condition physique et la productivité.
Un facteur important qui doit être soigneusement évalué lors de lapréparation de prémélanges minéraux (en tant qu’ingrédients pour la fortification des aliments) est le type de sel à fortifier. Le fer est généralement fourni sous forme de phosphate ferrique, de pyrophosphate ferrique, de pyrophosphate ferrique de sodium, de gluconate ferreux, de lactate ferreux, de sulfate ferreux ou de fer réduit (tableau 2), tandis que l’iode est normalement fourni sous forme d’iodure ou d’iodate de potassium.
FIG. 1. Facteurs influençant la stabilité des nutriments
FIG. 2. Structure chimique de la vitamineA alcool et du b-carotène
TABLE 1. Préparations commerciales de vitamine A disponibles auprès deHoffman-.La Roche
|
Type |
Ingrédients . |
Application alimentaire |
|
Palmitate de rétinyle, acacia, sucre, amidon alimentaire modifié, BHT, BHA,benzoate de sodium, a-tocophérol |
Lait sec non gras, aliments déshydratés, céréales sèches, boissons en poudre à reconstituer avant utilisation |
|
|
250 S |
Palmitate de rétinyle, gélatine, amidon alimentaire modifié au sorbitol, citrate de sodium, sirop de maïs, acide ascorbique, huile de coco, BHT, a-tocophérol, dioxyde de silicium, BHA |
Mélange sec et produits laitiers liquides |
|
Palmitate de rétinyle, acacia, lactose, huile de coco, BHT, benzoate de sodium, acide sorbique, dioxyde de silicium, BHA |
Aliments et produits de boulangerie, flocons de pommes de terre déshydratés, lait sec |
500 |
Palmitate de rétinyle, gélatine, sucre inverti, phosphate tricalcique,BHT, BHA, benzoate de sodium, acide sorbique, bisulfite de sodium |
Mélange sec et produits laitiers liquides |
|
Sucrose – palmitate de rétinyle en émulsion dans l’eau |
||
|
Huile |
Palmitate de rétinyle, BHA, BHT |
None |
TABLEAU 2. Sources de fer sélectionnées actuellement utilisées dans la fortification des aliments
|
Composé |
Autre nom commun |
Formule |
.
Teneur en fer (g/kg) |
RBVa |
|
Orthophosphate ferrique |
FePO4×xH2Ob |
3-46 |
||
|
Pyrophosphate ferrique |
Pyrophosphate de fer |
Fe4(P2O7)3×9H2O |
45 |
|
|
Pyrophosphate de sodium ferrique |
.
Pyrophosphate ferrique de sodium |
FeNaP2O3×2H2O |
14 |
|
|
Citrate d’ammonium ferrique |
FexNH3(C6H8O7)x | .
107 |
||
|
Fumarate ferreux . |
Fe(C4H2O4) . |
330 |
95 |
|
|
Gluconate ferreux |
Fe(C6H12O7)Xc |
120 |
97 |
|
|
Lactate ferreux |
Fe(C3H5O3)2×3H2O |
– -. |
||
|
Sulfate ferreux |
FeSO4×7H2O |
320 |
100C |
|
|
Ferme |
Ferre élémentaire, ferrum reductum, fer métallique |
1,000 |
Fer réduit, Procédé H2 ou CO |
Fe |
.
960 |
34 |
|
Fer réduit, électrolytique |
Fe |
970 |
50 |
|
|
Fer réduit, carbonyl |
Fe |
980 |
67 |
Source : réf. 4.
a. RBV désigne la valeur biologique relative. Les personnes déficientes en fer sont guéries de leur carence en fer en leur donnant soit un échantillon de fer à tester, soit une dose d’aréférence de sulfate ferreux. La guérison est mesurée par la reconstitution de l’hémoglobine ou du volume des cellules dans le sang des rats, et la biodisponibilité des échantillons est rapportée à une valeur de 100 pour le sulfate ferreux. Ainsi, tout échantillon de fer qui est moins disponible que le sulfate ferreux aura un VBR inférieur à 100.
b. L’orthophosphate ferrique contient de une à quatre molécules d’hydratation.
c. Les structures précises des sels de fer sont incertaines.
Les facteurs chimiques et physiques suivants doivent être vérifiés minutieusement dans la formulation pour l’enrichissement des aliments, en particulier pour le fer :
» Solubilité : les sels ferreux sont plus solubles que les sels ferriques.
» État oxydatif : les sels ferreux peuvent être utilisés plus efficacement que les sels ferriques ; cependant, les sels ferreux sont également plus réactifs dans les systèmes alimentaires.
» Capacité à former des complexes : le fer ferrique a généralement une plus grande tendance à former des complexes que le fer ferreux ; la formation de complexes réduira considérablement la biodisponibilité du fer.
Lors de la préparation du fer en tant qu’ingrédient pour la fortification des aliments, la possibilité que le fer réagisse ou s’associe à d’autres nutriments doit être explorée. La présence d’ions métalliques (comme le fer) peut avoir un effet néfaste sur la qualité si des mesures ne sont pas correctement prises. Il a été démontré que le fer accélère la dégradation des vitamines (en particulier les vitamines A et C et la thiamine), catalyse le rancissement oxydatif des huiles et des graisses, et produit des changements indésirables (couleur, saveurs off, etc.)
Effet de la transformation sur la stabilité des nutriments ajoutés
La stabilité des nutriments est affectée par de nombreux facteurs chimiques et physiques (fig. 1). Par conséquent, les paramètres de transformation doivent être sélectionnés et contrôlés pendant la transformation des aliments enrichis afin de minimiser les pertes de nutriments.
Par rapport aux vitamines, les minéraux (fer et iode) sont très stables dans des conditions de transformation extrêmes. Le principal mécanisme de perte des minéraux est la lixiviation des matières hydrosolubles . La vitamine A, en revanche, est très labile dans l’environnement de transformation. La figure 3 illustre les possibilités de dégradation de la vitamine A (en particulier de sa forme provitaminée b-carotène). La vitamine A est à la fois sensible à l’oxygène et à la température.Borenstain et Ottaway ont tous deux signalé que la vitamine A (et aussi le b-carotène) ajoutée aux aliments est sensible aux dommages oxydatifs. Sous la forme derétinol, la vitamine A est plus labile que sa forme ester ; pour cette raison, les esters de vitamine A sont généralement utilisés pour l’enrichissement des aliments, comme l’illustre la liste du tableau 1.
Le tableau 3 montre la stabilité de la vitamine A dans le jus d’orange pasteurisé et supplémenté en multivitamines. La vitamine A était légèrement dégradée au cours des deux premiers mois de stockage. L’activité de la vitamine A était beaucoup plus stable lorsque la vitamine était ajoutée sous forme de b-carotène.
La stabilité de la vitamine A est également fortement affectée par le pH. À un apH inférieur à 5, la vitamine A est susceptible de s’oxyder. À faible pH, la vitamine A tend à s’isomériser de la configuration trans à la configuration cis, ce qui entraîne une activité vitaminique moindre. Le problème du faible pH se pose surtout lors du traitement des jus. Les jus de fruits ont généralement un faible pH (environ 3,0). Pour compenser le faible pH, la carbonatation, qui expulse l’oxygène, peut être utilisée pour stabiliser la vitamine A.
TABLE 3. Dégradation de la vitamine A pendant le traitement et le stockagedu jus d’orange pasteurisé et supplémenté en multivitamines
FIG. 3. Voie de dégradation dub-carotène
Effet du traitement à haute température sur la stabilité des nutriments (vitamines)
Parce que des températures élevées peuvent être utilisées dans la fabrication d’aliments orifiés, des mesures doivent être prises pour minimiser les pertes dues à la thermodégradation. Le séchage est une méthode de traitement qui utilise des températures élevées, et il a de nombreuses applications dans la fabrication d’aliments fortifiés. Le séchage est généralement réalisé en utilisant plusieurs combinaisons de temps et de température, comme 9 à 12 heures à 50°C, 2 à 3 heures à 95°C, ou 2 à 5 secondes à 140°C.Pour minimiser les pertes de nutriments, l’utilisation de combinaisons de temps et de température plus faibles est souhaitable, ce qui peut être réalisé soit en augmentant la surface ou en réduisant la pression pendant le processus de séchage.
Le séchage au four est la méthode la plus courante. Les pâtes alimentaires, par exemple, peuvent être séchées au four pendant 9 à 12 heures à 50°C ou pendant 2 à 3 heures à 95°C. O’Brien et Roberton ont signalé que le b-carotène était plus stable que la forme ester de la vitamine A pendant le séchage au four. Au cours du traitement des macaronis, le séchage au four pendant 9 à 12 heures à 50°C a entraîné une perte de 14% de la vitamine A. Cependant, le même traitement n’a entraîné qu’une perte d’environ 5% du b-carotène. En outre, le séchage pendant 3 à 5 heures à 95°C a provoqué la destruction de 23% de la vitamine A mais seulement 8% du b-carotène.
Le séchage au tambour est souvent utilisé pour la fabrication d’aliments enrichis sous forme de poudre. L’avantage du séchage au tambour par rapport au séchage au four classique est que des températures plus élevées peuvent être utilisées avec un temps de traitement de seulement 2 à 30secondes. La combinaison d’une température élevée et d’un temps court (HTST) maximise la rétention des nutriments.
En outre, le séchoir à tambour est généralement utilisé pour les aliments liquideslurry. Par conséquent, le matériau peut atteindre une température très élevée lorsqu’il forme un film sur la surface du tambour. La formation de ce film pendant le séchage peut offrir une certaine protection aux nutriments contre les dommages oxydatifs, en particulier en comparaison avec des procédés HTST similaires, tels que le procédé d’extrusion. Le tableau 4 montre que la rétention des nutriments est bien meilleure pendant le séchage sur tambour/rouleau que pendant le procédé d’extrusion en raison de la formation du film .
Le séchage par atomisation est une autre technique qui peut être utilisée pour la fabrication d’aliments enrichis. Outre les combinaisons temps-température, d’autres mesures visant à empêcher ou à minimiser le contact des produits alimentaires pulvérisés avec l’oxygène doivent être appliquées. Pendant le séchage par atomisation, une fine pulvérisation d’aliments est introduite dans la chambre de séchage où elle rencontre un courant d’air chaud qui produit un séchage rapide. Le processus de pulvérisation augmente considérablement le contact de l’aliment avec l’oxygène, accélérant ainsi les dommages oxydatifs.
Plusieurs moyens de minimiser les dommages oxydatifs ont été introduits,notamment l’ajout d’antioxydants et l’application de matériaux d’enrobage et de capsulage. Le matériau d’enrobage peut être appliqué en utilisant du saccharose dans une formulation de matière première. Johnson et al. ont montré qu’un enrobage contenant au moins 10% de saccharose était nécessaire pour offrir une bonne protection contre les attaques oxydatives pendant le séchage par pulvérisation. Ils ont également noté que, si possible, l’ajout de 15% à 20%de saccharose à la formulation de la matière première est souhaitable, car il offre une plus grandeprotection contre l’oxydation.
TABLE 4. Pertes de vitamines : extrusion vs séchage sur rouleaux
Source : réf. 8.
Pour minimiser la détérioration causée par l’oxydation pendant le séchage,des nutriments peuvent être ajoutés après le séchage. C’est ce qui a été fait dans l’enrichissement du lait,où l’on a utilisé des prémélanges secs contenant le nutriment au niveau souhaité.Ce procédé (fig. 4) est relativement simple et efficace, mais nécessite un équipement d’extramélange.
Une autre opération de transformation des aliments qui utilise des températures élevées est le processus d’extrusion. L’extrusion est très populaire pour la fabrication de snacks et de céréales pour petit-déjeuner prêtes à consommer. L’extrusion présente plusieurs avantages par rapport aux autres méthodes, car c’est un procédé très polyvalent qui comprend plusieurs opérations à la fois : mélange, cuisson et formage. Plusieurs paramètres sont importants pour déterminer la qualité du produit final, notamment la température (100° à 140°C ou plus), la teneur en humidité, le système d’enrobage et l’oxygène, ainsi que d’autres paramètres caractéristiques du processus d’extrusion, tels que la pression, le débit, la vitesse (tr/min) de la vis et le diamètre de la filière. Si possible, la fortification doit être effectuée au cours du processus final afin de maximiser la rétention des nutriments. À ce stade, la fortification peut être effectuée pendant l’application de l’arôme.
FIG. 4. Enrichissement du lait séché par pulvérisation en vitamines
Stabilité des nutriments et étiquetage approprié
La sensibilisation accrue des consommateurs à une alimentation saine a obligé les producteurs alimentaires à divulguer des informations sur la composition de leurs produits sur l’étiquette. Dans le cas des aliments enrichis, la quantité de nutriment ajouté déclarée sur l’étiquette est très importante.
Pour répondre aux allégations de l’étiquette dans le cadre d’une durée de conservation réaliste, les fabricants doivent étudier en profondeur le comportement et la cinétique de la dégradation des nutriments. Pour que les allégations concernant la teneur en nutriments d’un produit sur son étiquette soient correctes, la quantité de nutriment ajouté doit en fait être supérieure à la quantité indiquée ou déclarée sur l’étiquette. La différence entre la quantité formulée et la quantité déclarée est appelée surconsommation. Overage = (quantité de nutriment présente dans le produit- quantité déclarée sur l’étiquette)/quantité déclarée sur l’étiquette × 100.
L’excédent varie en fonction de la stabilité inhérente des nutriments, des conditions de préparation et de conditionnement de l’aliment et de la durée de conservation prévue du produit. Ainsi, les nutriments les plus labiles ou instables, comme la vitamine A, nécessitent généralement des surconsommations élevées. Le tableau 5 présente des exemples de surdosages en vitamine A utilisés dans trois produits différents. Un surdosage de25% signifie que si la quantité déclarée de vitamine A est, par exemple, de 20 mg par gramme de produit, alors le niveau d’entrée ou la quantité de nutriment dans la formulation doit être de 25 mg par gramme de produit.
La durée de conservation et la quantité déclarée d’un nutriment sur l’étiquette(basée sur la quantité de nutriment restant à la fin de la durée de conservation d’un produit) peuvent être déterminées par plusieurs méthodes, dont la méthode d’Arrhenius telle que décrite par Labuza et Riboh .
La cinétique de la dégradation des nutriments peut être modélisée comme une cinétique d’ordre zéro ou du premier ordre . En utilisant un modèle cinétique simple , nous pouvons prédire la durée de conservation et les surconsommations d’un nutriment particulier. Le tableau 6 compare les pertes de nutriments prédites par le modèle d’Arrhenius avec les quantités réellement perdues.
Un autre aspect de l’étiquetage des aliments enrichis est l’allégation relative aux nutriments. Au Royaume-Uni, par exemple, si l’on affirme sur l’étiquette qu’un aliment est une source « riche » ou « excellente » d’une vitamine ou d’un minéral particulier, la portion alimentaire quotidienne (décrite comme « la quantité d’aliments que l’on peut raisonnablement s’attendre à consommer en une journée ») doit contenir au moins la moitié de l’apport nutritionnel recommandé (ANR) pour ce nutriment . Pour les exigences d’autres pays, il convient de consulter les lois et réglementations alimentaires spécifiques.
TABLE 5. Dépassements de vitamine A dans trois produits
|
Produit |
Durée de conservation (mois) |
Moyenne (%) |
|
|
Boisson enrichie en poudre à base de lait .poudre pour boisson enrichie |
12 |
25 |
|
|
Barre de remplacement de repas enrichie |
12 |
45 |
|
|
Comprimé de multivitamines |
30 |
30 |
. 60 |
Conclusion
L’enrichissement des aliments est un programme d’intervention nutritionnelle dont la population cible est spécifiquement définie, Son efficacité est mesurée en fonction de l’acceptation, de l’achat et de la consommation de l’aliment enrichi par cette population. Le succès d’un programme d’enrichissement des aliments se mesure à l’amélioration ou non de l’état nutritionnel et sanitaire de la population ciblée. Par conséquent, plusieurs aspects importants doivent être soigneusement évalués lors de l’élaboration d’un programme de fortification des aliments, comme la détermination de la stabilité des nutriments dans des conditions normales de stockage et d’utilisation. D’un point de vue technique, la stabilité nutritionnelle au cours de la formulation, de la préparation et de la transformation est cruciale pour la production efficace d’aliments fortifiés.
De nombreux facteurs peuvent provoquer une grave dégradation des nutriments. Par conséquent,il faut mettre en œuvre la technologie appropriée pour minimiser les pertes. Certaines stratégies de stabilisation de la teneur en nutriments comprennent l’application d’un enrobage protecteur pour le nutriment individuel ; l’ajout d’antioxydants ; le contrôle de la température, de l’humidité et du pH ; et la protection contre l’air, la lumière et les métaux incompatibles pendant le traitement et le stockage.
La stabilité des nutriments et les conditions dans lesquelles les aliments enrichis sont préparés, fabriqués et conditionnés affecteront la durée de conservation du produit et, concomitamment, les surconsommations de nutriments. Le degré de dégradation des nutriments dans l’aliment et la durée de conservation détermineront le niveau de surconsommation. Le degré de dégradation des nutriments peut être déterminé par plusieurs méthodes, dont l’une est la méthode d’Arrhenius, relativement simple, qui peut être utilisée pour prédire la durée de conservation et les excédents d’un nutriment particulier.
Tableau 6. Pertes de vitamines (%) après six mois de stockage à20°C et 75% d’humidité relative
|
Vitamine |
Prévue par le modèle d’Arrhenius |
Analysée après stockage |
|
24.0 |
23,0 |
|
|
Préparation de vitamine A |
15.0 |
10.0 |
|
Acide folique |
8,1 |
7.4 |
|
Vitamine B12 |
9.2 |
7,7 |
Source : réf.11.
3. Murphy PA. Technologie de l’enrichissement en vitamine A des aliments dans les pays en développement. Food Technol 1996;50(9) : 69-74.
4. Richardson DP. L’enrichissement en fer des aliments et des boissons. Chem Ind1983;13:498-501.
5. Archer MC, Tannenbaum SR. Vitamines. In : Tannenbaum SR, ed.Aspects nutritionnels et sécuritaires de la transformation des aliments. New York : Marcel Dekker,1979.
6. Borenstain B. Technologie de la fortification. In : Tannenbaum SR,ed. Nutritional and safety aspects of food processing. New York : Marcel Dekker,1979:217-31.
9. Johnson LE, Gordon HT, Borenstain B. Technology of breakfastcereal fortification. Cereal World 1988;33 : 278-330.
10. Schlude M. La stabilité des vitamines dans la cuisson par extrusion. In:O’Connor C, ed. Technologie d’extrusion pour l’industrie alimentaire. London : ElsevierApplied Science, 1987.
11. Labuza TP, Riboh D. Theory and application of Arrhenius’kinetics to the prediction of nutrient losses in food. Food Technol1982;36(2):66-74.
12. Labuza TP. La datation ouverte de la durée de conservation des aliments. Westport, Conn,USA : Food and Nutrition Press,1982.