notion TECHNOLOGIQUE — LES ÉMULSIFIANTS

Introduction

Les émulsifiants sont des substances capables de faciliter le mélange et la stabilisation de deux phases qui, naturellement, se mélangent difficilement, comme :

• l’eau ;
• les matières grasses.

Ils jouent un rôle essentiel dans de nombreux produits de chocolaterie, pâtisserie et confiserie.

On les retrouve notamment dans :

• les ganaches ;
• les crèmes ;
• certaines margarines ;
• les chocolats ;
• les fourrages ;
• les pâtes à tartiner ;
• certaines confiseries.

Leur fonction principale est d’agir à l’interface entre une phase aqueuse et une phase grasse afin de rendre leur association plus stable.

Qu’est-ce qu’un émulsifiant ?

Un émulsifiant est une molécule possédant deux parties de nature différente.

Une partie possède une affinité pour l’eau :

partie hydrophile

L’autre possède une affinité pour les matières grasses :

partie lipophile

On parle donc de molécules amphiphiles.

Cette double affinité leur permet de se placer à l’interface entre l’eau et la matière grasse.

Tableau technologique

Paramètre	Émulsifiants
Fonction principale	Faciliter et stabiliser l’association de phases non miscibles
Structure	Partie hydrophile + partie lipophile
Zone d’action	Interface eau / matière grasse
Effets possibles	Stabilité, texture, viscosité, dispersion
Utilisation	Chocolat, ganache, crème, margarine, fourrage
Origine	Naturelle ou obtenue par transformation
Formes	Liquides, poudres, pâtes
Dosage	Généralement faible
Excès	Peut modifier fortement texture et viscosité
Exemples	Lécithine, mono- et diglycérides

Pourquoi l’eau et l’huile ne se mélangent-elles pas ?

L’eau est une substance essentiellement polaire.

Les matières grasses sont principalement non polaires.

Ces deux environnements sont donc peu compatibles.

Sans intervention, on observe généralement une séparation :

phase aqueuse + phase grasse → séparation

Un émulsifiant aide à réduire cette incompatibilité.

Comment agit un émulsifiant ?

La partie hydrophile de la molécule s’oriente vers l’eau.

La partie lipophile s’oriente vers la matière grasse.

La molécule se positionne donc à l’interface.

On peut résumer :

Eau ← partie hydrophile | partie lipophile → matière grasse

Cette organisation permet de réduire la tension interfaciale et facilite la dispersion d’une phase dans l’autre.

La tension interfaciale

À la frontière entre l’eau et la matière grasse existe une énergie appelée tension interfaciale.

Elle tend à limiter la surface de contact entre les deux phases.

C’est l’une des raisons pour lesquelles des gouttes d’huile dans l’eau ont naturellement tendance à se regrouper.

Les émulsifiants diminuent cette tension.

Cela permet de créer plus facilement de petites gouttelettes.

Émulsifiant et émulsion

Il faut distinguer les deux notions.

Émulsion

C’est le système constitué de deux liquides non miscibles, dont l’un est dispersé dans l’autre.

Émulsifiant

C’est la substance qui facilite la création ou la stabilisation de cette dispersion.

Un émulsifiant n’est donc pas une émulsion.

Les deux grandes familles d’émulsions

Huile dans eau

La matière grasse est dispersée sous forme de gouttelettes dans une phase aqueuse continue.

Exemples :

• crème ;
• lait ;
• nombreuses ganaches.

Eau dans huile

L’eau est dispersée sous forme de petites gouttelettes dans une phase grasse continue.

Exemples :

• beurre ;
• certaines margarines.

Le type d’émulsifiant utilisé peut favoriser l’un ou l’autre système.

Le rôle du cisaillement

L’émulsifiant seul ne suffit pas toujours.

Pour créer une émulsion fine, il faut généralement appliquer une énergie mécanique.

Cette énergie peut être apportée par :

• fouet ;
• spatule ;
• mixeur plongeant ;
• homogénéisateur.

Cette action divise les grosses gouttes en gouttelettes plus petites.

Taille des gouttelettes

La stabilité d’une émulsion dépend en partie de la taille des gouttelettes.

Des gouttelettes plus petites donnent généralement :

• une texture plus homogène ;
• une meilleure stabilité ;
• une sensation plus fine en bouche.

L’émulsifiant aide à empêcher ces petites gouttelettes de se regrouper.

Coalescence

La coalescence correspond au regroupement de plusieurs petites gouttelettes pour former une goutte plus grosse.

Si le phénomène se poursuit :

petites gouttes → grosses gouttes → séparation

Les émulsifiants créent une barrière autour des gouttelettes et limitent leur rapprochement.

Floculation

La floculation correspond au rapprochement de plusieurs gouttelettes sans qu’elles fusionnent complètement.

L’émulsion peut alors :

• épaissir ;
• devenir instable ;
• évoluer vers une coalescence.

Les émulsifiants peuvent contribuer à limiter ce phénomène.

Crémage

Le crémage correspond au déplacement des gouttelettes sous l’effet de leur différence de densité.

Dans certaines émulsions, la phase grasse remonte progressivement.

Le crémage n’implique pas nécessairement la destruction immédiate des gouttelettes, mais il indique une instabilité physique.

Les principaux émulsifiants alimentaires

Parmi les plus courants, on trouve :

• lécithines ;
• mono- et diglycérides d’acides gras ;
• esters de mono- et diglycérides ;
• certains esters de sucres ;
• phospholipides.

En chocolaterie, la lécithine est particulièrement importante.

La lécithine

La lécithine est un mélange de phospholipides.

Elle peut provenir notamment :

• du soja ;
• du tournesol ;
• de l’œuf.

Elle possède à la fois :

• une partie hydrophile ;
• une partie lipophile.

Elle possède donc de bonnes propriétés de surface.

La lécithine dans le chocolat

Dans le chocolat, la lécithine n’est pas principalement utilisée pour créer une émulsion eau / huile.

Le chocolat contient normalement très peu d’eau.

Il s’agit surtout d’une dispersion de particules solides dans une phase grasse continue.

La lécithine agit alors principalement sur :

• l’interface entre les particules solides et la matière grasse ;
• la fluidité ;
• la viscosité ;
• le comportement rhéologique.

Elle facilite le mouillage des particules par la matière grasse.

Pourquoi la lécithine fluidifie-t-elle le chocolat ?

Les particules de sucre et de cacao possèdent une très grande surface.

Une partie du beurre de cacao est utilisée pour recouvrir ces surfaces.

La lécithine améliore l’organisation de l’interface entre :

• particules solides ;
• phase grasse.

Cela permet souvent d’obtenir une meilleure fluidité avec une quantité donnée de beurre de cacao.

Plus de lécithine signifie-t-il toujours plus de fluidité ?

Non.

Il existe généralement une zone d’efficacité optimale.

Au-delà d’un certain dosage, l’effet peut diminuer et la viscosité peut même évoluer défavorablement.

Il ne faut donc pas considérer la lécithine comme un simple « fluidifiant » que l’on peut ajouter sans limite.

Les mono- et diglycérides

Les mono- et diglycérides sont des molécules dérivées de glycérides.

Ils possèdent :

• une partie ayant une affinité pour l’eau ;
• une partie constituée d’acides gras.

Ils peuvent être utilisés pour stabiliser :

• émulsions ;
• mousses ;
• matières grasses structurées.

Leur comportement dépend de leur composition.

Les émulsifiants naturels

Certaines matières premières apportent naturellement des molécules aux propriétés émulsifiantes.

C’est notamment le cas :

• des protéines du lait ;
• des phospholipides du lait ;
• des protéines de l’œuf ;
• des phospholipides du jaune d’œuf.

Une recette peut donc être émulsionnée sans qu’un additif émulsifiant soit nécessairement ajouté.

Les protéines comme agents de surface

Certaines protéines possèdent des régions :

• hydrophiles ;
• hydrophobes.

Elles peuvent donc se placer à l’interface eau / matière grasse.

C’est l’une des raisons pour lesquelles les protéines laitières participent à la stabilité des émulsions.

La ganache

La ganache est un excellent exemple d’application.

Elle contient généralement :

Phase aqueuse

Apportée par :

• crème ;
• lait ;
• eau ;
• purée de fruits.

Phase grasse

Apportée par :

• beurre de cacao ;
• matière grasse laitière ;
• éventuellement beurre ou autres matières grasses.

Une bonne émulsion consiste à répartir finement la phase grasse au sein du système.

Les émulsifiants dans une ganache

Une ganache peut bénéficier de plusieurs agents émulsifiants naturellement présents :

• protéines de la crème ;
• phospholipides ;
• lécithine du chocolat.

Mais la qualité de l’émulsion dépend également fortement :

• du ratio eau / matière grasse ;
• de la température ;
• du cisaillement ;
• de l’ordre d’incorporation.

Un émulsifiant ne compense donc pas une formulation totalement déséquilibrée.

Le noyau d’émulsion

Lors de la fabrication d’une ganache, l’incorporation progressive de la phase aqueuse peut permettre de créer un noyau d’émulsion.

La masse devient :

• brillante ;
• lisse ;
• élastique.

Cette phase correspond à une organisation efficace des différentes composantes.

La suite du liquide peut ensuite être incorporée progressivement.

Le rôle du mixeur plongeant

Le mixeur plongeant apporte un cisaillement important.

Il permet :

• de réduire la taille des gouttelettes ;
• d’améliorer l’homogénéité ;
• d’obtenir une texture plus fine.

Il faut toutefois éviter d’incorporer excessivement de l’air.

Émulsifiants et viscosité

Un émulsifiant peut modifier la viscosité d’un produit.

Selon le système, il peut :

• réduire la viscosité ;
• augmenter la fluidité ;
• faciliter le pompage ;
• améliorer l’enrobage ;
• améliorer la dispersion.

Mais l’effet dépend toujours de la formulation.

Émulsifiants et texture

Les émulsifiants peuvent influencer :

• crémeux ;
• fondant ;
• souplesse ;
• homogénéité ;
• sensation en bouche.

Ils modifient l’organisation microscopique du produit, ce qui influence directement la perception macroscopique.

Émulsifiants et stabilité

Une émulsion stable doit résister à plusieurs phénomènes :

• coalescence ;
• floculation ;
• crémage ;
• séparation.

L’émulsifiant améliore la résistance à ces phénomènes, mais la stabilité dépend aussi de :

• température ;
• viscosité ;
• taille des gouttes ;
• ratio entre les phases ;
• procédé de fabrication.

Le HLB

Le HLB, ou balance hydrophile-lipophile, est un système permettant de caractériser l’affinité relative d’un émulsifiant pour l’eau ou la matière grasse.

Un émulsifiant plus hydrophile possède davantage d’affinité pour la phase aqueuse.

Un émulsifiant plus lipophile possède davantage d’affinité pour la phase grasse.

Le HLB peut aider à choisir un émulsifiant adapté au type d’émulsion recherché.

Émulsion huile dans eau

Pour stabiliser une émulsion huile dans eau, on utilise généralement un émulsifiant ayant une affinité suffisante pour la phase aqueuse.

Il doit permettre de maintenir les gouttelettes grasses dispersées dans l’eau.

Émulsion eau dans huile

Pour une émulsion eau dans huile, l’émulsifiant doit présenter une affinité plus importante pour la phase grasse.

Il contribue alors à maintenir les gouttelettes d’eau dispersées dans la matière grasse.

Le dosage

Les émulsifiants sont généralement utilisés à faible dosage.

Le dosage optimal dépend :

• du type d’émulsifiant ;
• de la formulation ;
• de la quantité d’eau ;
• de la quantité de matière grasse ;
• du procédé ;
• de l’effet recherché.

Les recommandations du fabricant doivent toujours être prises en compte.

Que se passe-t-il en cas d’excès ?

Un excès d’émulsifiant peut provoquer :

• modification excessive de la viscosité ;
• texture désagréable ;
• perte de structure ;
• sensation en bouche différente ;
• goût parasite dans certains cas.

Plus n’est donc pas nécessairement mieux.

Température et émulsification

La température influence :

• la viscosité des matières grasses ;
• leur état solide ou liquide ;
• la mobilité des molécules ;
• la dispersion.

Une matière grasse trop froide peut empêcher une bonne émulsification.

À l’inverse, des températures excessives peuvent dégrader certains ingrédients ou modifier la structure souhaitée.

Les matières grasses doivent-elles être liquides ?

Pour réaliser efficacement une émulsion, il est souvent préférable que la phase grasse soit suffisamment fluide.

Si une partie importante de la matière grasse est cristallisée, le système devient plus difficile à disperser.

La température doit donc être adaptée à la matière grasse utilisée.

Émulsifiants et cristallisation

Certains émulsifiants peuvent également interagir avec la cristallisation des matières grasses.

Ils peuvent modifier :

• nucléation ;
• croissance des cristaux ;
• organisation du réseau gras.

Cet effet est particulièrement important dans certains produits gras complexes.

Émulsifiants et Aw

Les émulsifiants ne sont pas principalement utilisés pour diminuer l’activité de l’eau.

Ils peuvent modifier l’organisation du système, mais :

émulsification ≠ conservation microbiologique.

Une ganache parfaitement émulsionnée peut conserver une Aw élevée.

Émulsifiants et conservation

Un émulsifiant peut améliorer la stabilité physique du produit.

Mais il ne garantit pas :

• la stabilité microbiologique ;
• la stabilité oxydative ;
• la durée de conservation.

Il faut distinguer :

stabilité physique

et

stabilité microbiologique.

Une émulsion stable peut-elle se conserver mal ?

Oui.

Une ganache peut être parfaitement :

• lisse ;
• brillante ;
• homogène ;

tout en possédant une Aw trop élevée.

L’aspect visuel ne permet donc pas d’évaluer la sécurité ou la conservation.

Émulsifiants et matières premières

Certaines matières premières peuvent modifier l’efficacité d’un émulsifiant.

Par exemple :

• protéines ;
• sucres ;
• sels ;
• acides ;
• particules solides.

La formulation complète doit donc être prise en compte.

Influence du pH

Le pH peut modifier :

• les charges électriques des protéines ;
• leur comportement à l’interface ;
• leur solubilité ;
• leur capacité à stabiliser une émulsion.

Cela est particulièrement important dans les préparations contenant des produits laitiers ou des purées de fruits acides.

Influence des sels

Les sels peuvent modifier les interactions électriques entre les différentes molécules.

Ils peuvent donc influencer :

• la stabilité des protéines ;
• l’interface ;
• l’émulsion.

Ces effets deviennent particulièrement importants dans des formulations complexes.

Émulsifiants et chocolat blanc ou lait

Les chocolats au lait et blancs contiennent des composants laitiers.

Ils associent donc :

• beurre de cacao ;
• matière grasse laitière ;
• sucre ;
• matières sèches du lait.

La lécithine peut contribuer à organiser l’interface entre les différentes particules et la phase grasse.

Émulsifiant et tensioactif

Un émulsifiant appartient à la famille générale des agents tensioactifs.

Un tensioactif est une substance qui agit aux interfaces.

Tous les tensioactifs n’ont cependant pas nécessairement les mêmes fonctions technologiques en alimentaire.

Émulsifiant et stabilisant

Les deux termes ne sont pas synonymes.

Émulsifiant

Facilite principalement la formation et la stabilisation d’une interface entre différentes phases.

Stabilisant

Terme plus large pouvant désigner une substance permettant de maintenir la structure d’un produit.

Un stabilisant peut notamment agir sur :

• viscosité ;
• gel ;
• suspension ;
• texture.

Émulsifiant et épaississant

Un épaississant augmente principalement la viscosité.

Un émulsifiant agit principalement à l’interface.

Un produit peut donc être :

• émulsifiant sans être épaississant ;
• épaississant sans être émulsifiant.

Les principaux défauts d’émulsion

Défaut	Causes possibles
Déphasage	Émulsion instable
Remontée grasse	Coalescence ou crémage
Texture huileuse	Mauvaise dispersion de la phase grasse
Ganache granuleuse	Température ou incorporation inadaptée
Viscosité excessive	Mauvais équilibre ou dosage
Masse trop fluide	Formulation déséquilibrée
Séparation après repos	Stabilité insuffisante
Bulles d’air	Mixage mal maîtrisé

Pourquoi une émulsion tranche-t-elle ?

Plusieurs causes sont possibles :

• phase grasse trop importante ;
• phase aqueuse insuffisante ;
• températures incompatibles ;
• cisaillement insuffisant ;
• ajout trop rapide ;
• pH défavorable ;
• interaction avec certaines protéines.

La solution n’est donc pas systématiquement d’ajouter un émulsifiant.

Comment réparer une émulsion ?

Selon le produit, il peut être possible de :

• ajuster la température ;
• ajouter progressivement une petite quantité de phase aqueuse ;
• recréer un noyau d’émulsion ;
• mixer correctement.

La méthode dépend toutefois de la formulation.

Pourquoi l’ordre d’incorporation est-il important ?

Une émulsion se construit progressivement.

Si l’on ajoute brutalement une très grande quantité d’une phase dans l’autre, les interfaces peuvent ne pas se former correctement.

L’incorporation progressive permet :

• une meilleure dispersion ;
• un meilleur contrôle ;
• une taille de gouttelettes plus régulière.

Les émulsifiants en chocolaterie

En chocolaterie, leur rôle peut concerner :

• la rhéologie du chocolat ;
• l’émulsification des ganaches ;
• la stabilité des fourrages ;
• la dispersion des matières grasses ;
• la texture.

Leur rôle varie donc fortement selon le produit.

Les paramètres essentiels à contrôler

Pour bien maîtriser une émulsion, il faut contrôler :

Ratio eau / matière grasse

Un déséquilibre important peut empêcher une bonne structure.

Température

Elle influence fortement la viscosité et l’état des matières grasses.

Cisaillement

Il détermine la taille des gouttelettes.

Émulsifiant

Sa nature et son dosage doivent être adaptés.

Protéines

Elles peuvent participer à la stabilisation.

pH

Il peut modifier le comportement des protéines.

Conseil du chocolatier

Il ne faut jamais considérer l’émulsifiant comme une solution automatique à une mauvaise émulsion.

Avant d’en ajouter davantage, il faut vérifier :

1. la quantité d’eau ;
2. la quantité de matière grasse ;
3. la température ;
4. l’ordre d’incorporation ;
5. le cisaillement ;
6. la composition de la recette.

Dans de nombreuses ganaches, la technique d’émulsification est aussi importante que la présence d’un émulsifiant.

À retenir

Un émulsifiant est une molécule possédant :

une partie hydrophile + une partie lipophile.

Cette structure lui permet de se placer à l’interface entre l’eau et la matière grasse.

Il permet notamment :

• de réduire la tension interfaciale ;
• de faciliter la formation de petites gouttelettes ;
• de limiter leur regroupement ;
• d’améliorer la stabilité physique.

Les principaux paramètres à maîtriser sont :

type d’émulsifiant + dosage + température + cisaillement + équilibre eau / matière grasse.

La notion essentielle

Un émulsifiant est une molécule capable d’établir un lien entre une phase aqueuse et une phase grasse grâce à sa double affinité hydrophile et lipophile. Il facilite la formation et la stabilité d’une émulsion, mais ne remplace jamais un bon équilibre de formulation et un procédé correctement maîtrisé.

Questions fréquentes

Qu’est-ce qu’un émulsifiant ?

C’est une substance possédant une partie hydrophile et une partie lipophile, capable d’agir à l’interface entre l’eau et les matières grasses.

Quelle différence entre émulsion et émulsifiant ?

L’émulsion est le système obtenu. L’émulsifiant est la substance qui facilite sa formation et sa stabilité.

Pourquoi l’eau et l’huile se séparent-elles ?

Parce qu’elles possèdent des propriétés moléculaires très différentes et présentent naturellement peu d’affinité.

Quel est le rôle de la lécithine ?

Elle agit aux interfaces et peut faciliter la dispersion et modifier la viscosité, notamment dans le chocolat.

La lécithine crée-t-elle une émulsion dans le chocolat ?

Pas au sens classique eau / huile. Dans le chocolat, elle agit surtout entre les particules solides et la phase grasse.

Peut-on faire une ganache sans émulsifiant ajouté ?

Oui. Les protéines de la crème, les phospholipides et les composants du chocolat peuvent déjà participer à la stabilisation.

Plus on ajoute d’émulsifiant, meilleure est l’émulsion ?

Non. Il existe généralement un dosage optimal.

Un émulsifiant diminue-t-il l’Aw ?

Pas directement. Son rôle principal concerne la stabilité physique des phases.

Pourquoi une ganache tranche-t-elle ?

À cause d’un déséquilibre de formulation, d’une mauvaise température, d’un mauvais cisaillement ou d’une incorporation inadaptée.

Quelle différence entre émulsifiant et épaississant ?

L’émulsifiant agit principalement à l’interface entre les phases. L’épaississant augmente principalement la viscosité.

Quelle différence entre émulsifiant et stabilisant ?

Le stabilisant est une catégorie plus large. Un émulsifiant peut contribuer à la stabilité, mais tous les stabilisants ne sont pas des émulsifiants.

Le mixeur plongeant est-il important ?

Oui. Il permet de réduire la taille des gouttelettes et d’obtenir une émulsion plus fine, à condition de ne pas incorporer trop d’air.