Compréhension et modélisation des réactions de brunissement au cours du séchage et du stockage des poudr

Contexte et objectif
Beaucoup de denrées alimentaires sont transformées en poudres car cette forme sèche leur confère une durée de vie allongée tout en facilitant leur stockage et transport par réduction de la teneur en eau et du volume des produits. La filière laitière est tout particulièrement concernée, avec 12 millions de tonnes de poudres laitières produites annuellement à l’échelle globale, permettant le report des produits laitiers de 1 à 3 ans. Ces poudres sont obtenues par une succession d’opérations unitaires thermiques (traitement thermique, concentration, séchage) qui, compte tenu de la composition complexe des matrices laitières (eau, matière grasse, protéines, minéraux), sont à l’origine des réactions chimiques induites par la chaleur (réactions de Maillard, caramélisation et dénaturation/agrégation des protéines). Ces réactions altèrent la qualité d’origine des produits et se poursuivent à l’état sec au cours du vieillissement, durant le stockage et le transport. Parmi elles, le brunissement non enzymatique résultant principalement des réactions de Maillard est un phénomène particulièrement indésirable, car il altère considérablement les propriétés nutritionnelles, sensorielles et fonctionnelles des poudres [1]. Il est donc primordial de comprendre les mécanismes à l’origine de ces évolutions afin de prédire la durée de vie d’une poudre, d’autant plus dans un contexte de changement climatique et de mondialisation des échanges où il n’est pas rare que ces produits soient exposés à des températures supérieures ou égales à 60 °C sur plusieurs semaines [2].
La tâche n’est pas aisée dû au manque des connaissances sur les réactions de brunissement dans les produits laitiers secs. Quelques travaux ont été conduits sur des systèmes modèles liquides, certains proposant des modèles cinétiques [3], mais les résultats ne sont pas directement transposables aux poudres, la mobilité des précurseurs en milieu liquide étant très supérieure à celle observée dans un milieu en cours de changement d’état puis solide. Sur le plan mécanistique, peu d’études existent. Les travaux cinétiques de Miao et Roos [4, 5] sur des systèmes modèles séchés par atomisation ont montré que les vitesses de réactions des réactions de brunissement non-enzymatique au cours du stockage augmentent à la fois avec la teneur en eau et la température, soulignant que la température de transition vitreuse ne constitue pas le seul absolu pour la cinétique réactionnelle. Norwood et al. (2017) [6] ont souligné l’impact de la teneur en lactose sur le brunissement et la dénaturation des protéines au cours du stockage à faible activité de l’eau, tandis que Paul et al. (2022) [7] ont montré que le
brunissement au cours du stockage à forte activité de l’eau était indépendant de la teneur en lactose, étant plutôt déterminé par le niveau initial de protéines alcoylées.