Analysis and modeling of the reactivity during baking of a model product mimetic of a sponge-cake type cereal product | Analyse et modélisation de la réactivité au cours de la cuisson d’un produit modèle mimétique d’un produit céréalier type génoise

English. In the context of developing tools to control the formation, during food processing, of newly-formed compounds having positive or negative impact on food quality and safety, this work aimed to understand and to describe the Maillard reaction and caramelization during the baking of a model product and to propose a modelling approach for predicting kinetics coupled with heat and mass transfers. An inert model product structurally imitative of a sponge cake was used. Thus, it was possible to specifically induce reactions by adding glucose alone for the G formula and with leucine for the G+L formula. The development of quantitative methods for twenty reaction markers (precursors, intermediates and products) was carried out to be able to acquire the kinetic data. The accelerating effect of the temperature and the absence of effect of the level of convection on the formation and the degradation of most of the markers were highlighted and quantified by kinetic results. The addition of leucine activated the Maillard reaction pathways including the Strecker degradation and the catalytic effect of leucine could be observed relatively to the caramelization routes exclusively present in the reaction model (G). Thanks to the experimental data acquired, a model of prediction of temperature and moisture content was developped, and then coupled to the kinetic model. The simultaneous identification of a large number of parameters over a wide range of values need to be pursued. However, two proofs of concept could be conducted on the caramelization model (G formula), one on all the markers for a single baking condition, and the other on glucose degradation for all baking conditions. They are encouraging for further modeling work.

French. Dans un contexte de mise en place d’outils pour contrôler la formation de composés néoformés, à impact positif ou négatif, lors de la transformation des produits alimentaires, ce travail de thèse avait pour objectif de comprendre et de décrire les réactions de Maillard et de caramélisation au cours de la cuisson d’un produit modèle et de proposer une approche de modélisation pour la prédiction des cinétiques couplées aux transferts de chaleur et de matière. Un produit modèle structurellement mimétique d’une génoise, mais non réactif, était utilisé. Ainsi, il a été possible d’induire des réactions de manière spécifique en ajoutant le glucose seul pour la formule G ou avec la leucine pour la formule G+L. Le développement de dosages quantitatifs pour vingt marqueurs réactionnels (précurseurs, intermédiaires et produits) a été réalisé permettant d’acquérir les données cinétiques. L’effet accélérateur de la température et l’absence d’effet du niveau de convection sur la formation et la dégradation de la plupart des marqueurs réactionnels ont pu être quantifiés par les données cinétiques. L’ajout du précurseur leucine a activé les voies réactionnelles de Maillard et de dégradation de Strecker et l’effet catalytique de la leucine a pu être souligné et mesuré par rapport aux voies de caramélisation présentes exclusivement dans le modèle G. Grâce aux données expérimentales acquises, un modèle de prédiction de température et de teneur en eau dans la génoise modèle a été proposé et puis couplé au modèle cinétique. L’identification simultanée d’un grand nombre de paramètres, sur une plage de valeurs très large est à poursuivre. Deux preuves de concepts sont néanmoins présentés sur le modèle de caramélisation (modèle G), l’une sur la totalité des marqueurs pour une condition de cuisson, et l’autre sur la dégradation du précurseur glucose, pour la totalité des conditions de cuisson. Elles sont encourageantes pour la poursuite des travaux de modélisation.