polymorphisme
Le polymorphisme : quand une même matière grasse peut adopter différentes structures cristallines, transformant ainsi sa texture, sa plasticité, sa fusion et sa stabilité.
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notion TECHNOLOGIQUE — LE POLYMORPHISME DES MATIÈRES GRASSES
Introduction
Le polymorphisme est la capacité d’une même substance à adopter plusieurs structures cristallines différentes.
Cette notion est particulièrement importante pour les matières grasses, car les triglycérides qui les composent peuvent s’organiser de différentes manières lors de leur cristallisation.
Une même matière grasse peut donc avoir une composition chimique très proche, tout en présentant des propriétés physiques différentes selon la manière dont ses molécules sont organisées.
Le polymorphisme influence directement :
- la dureté ;
- la plasticité ;
- la texture ;
- le point de fusion ;
- le fondant ;
- la stabilité ;
- la tartinabilité ;
- le comportement au stockage.
Qu’est-ce que le polymorphisme ?
Le terme vient de :
poly = plusieurs
morphisme = formes
Le polymorphisme correspond donc à la capacité d’une substance à exister sous plusieurs formes cristallines.
Dans les matières grasses, cette différence ne vient pas nécessairement d’un changement de composition chimique.
C’est principalement l’organisation des molécules dans le cristal qui change.
On peut avoir :
même matière grasse → organisation moléculaire différente → propriétés physiques différentes
Pourquoi les matières grasses sont-elles polymorphiques ?
Les matières grasses sont principalement constituées de triglycérides.
Un triglycéride est constitué :
1 glycérol + 3 acides gras
Ces molécules peuvent s’organiser de différentes façons lorsqu’elles passent de l’état liquide à l’état solide.
Selon les conditions de cristallisation, elles peuvent former différentes structures cristallines.
C’est cette capacité qui est à l’origine du polymorphisme.
Les trois grandes formes cristallines
Pour simplifier la technologie des matières grasses, on distingue principalement trois formes cristallines :
| Forme | Stabilité relative | Caractéristiques générales |
|---|---|---|
| α (alpha) | Faible | Cristaux formés rapidement, relativement instables |
| β′ (bêta prime) | Intermédiaire | Cristaux fins, intéressants pour la plasticité |
| β (bêta) | Élevée | Cristaux plus stables, souvent associés à une structure plus ferme |
Il existe des nuances selon la matière grasse étudiée, mais cette classification constitue une excellente base pour comprendre le phénomène.
La forme α
La forme α est généralement la moins stable.
Elle peut apparaître lors d’un refroidissement rapide.
Elle évolue ensuite progressivement vers des formes plus stables.
On peut simplifier :
liquide → refroidissement rapide → cristaux α
puis :
α → β′ → β
Cette évolution dépend cependant fortement de la composition de la matière grasse et des conditions de cristallisation.
La forme β′
La forme β′ possède une stabilité intermédiaire.
Elle est particulièrement intéressante pour certaines matières grasses alimentaires car elle peut donner une structure :
- fine ;
- homogène ;
- plastique ;
- facilement travaillable.
Elle est notamment recherchée dans certaines margarines et matières grasses de pâtisserie.
La forme β
La forme β est généralement la plus stable thermodynamiquement.
Elle possède une organisation moléculaire plus stable.
Elle peut donner des structures :
- plus fermes ;
- plus dures ;
- plus stables.
Mais la forme la plus stable n’est pas nécessairement toujours la forme technologiquement souhaitée.
C’est une notion importante.
Stabilité thermodynamique ≠ qualité technologique
Une matière grasse cherche naturellement à évoluer vers des formes plus stables.
Mais le chocolatier ou le pâtissier ne recherche pas nécessairement la forme la plus stable.
Il recherche la structure qui apporte les propriétés souhaitées pour l’application.
Par exemple :
matière grasse très stable ≠ nécessairement matière grasse idéale pour le feuilletage.
Une matière grasse doit posséder le bon équilibre entre :
stabilité + plasticité + fusion + texture.
La cristallisation
La cristallisation correspond au passage d’une partie de la matière grasse de l’état liquide vers l’état solide.
On peut représenter le phénomène simplement :
matière grasse liquide
↓
refroidissement
↓
formation de cristaux
↓
organisation d’un réseau cristallin
↓
matière grasse structurée
Ce réseau de cristaux détermine une grande partie des propriétés physiques de la matière grasse.
Le réseau cristallin
Les cristaux ne sont pas simplement présents individuellement.
Ils peuvent former un réseau tridimensionnel.
Ce réseau va emprisonner une partie de la phase liquide.
On obtient alors une matière grasse présentant une certaine :
- dureté ;
- plasticité ;
- cohésion.
La quantité de cristaux et leur organisation sont donc essentielles.
La quantité de matière grasse cristallisée
Plus la proportion de matière grasse cristallisée augmente, plus la matière peut devenir généralement :
ferme → rigide → dure
À l’inverse, une proportion importante de matière grasse liquide favorise généralement :
souplesse → plasticité → fluidité
C’est pourquoi la température influence autant la texture des matières grasses.
Influence de la température
La température joue un rôle majeur dans le polymorphisme.
Lorsque la température augmente :
certains cristaux fondent.
Lorsque la température diminue :
de nouveaux cristaux apparaissent.
Mais tous les cristaux ne se forment pas à la même température et ne possèdent pas la même stabilité.
Influence de la vitesse de refroidissement
La vitesse de refroidissement influence également la cristallisation.
Refroidissement rapide
Il peut favoriser la formation de nombreux petits cristaux et de formes moins stables.
Refroidissement lent
Il peut favoriser une organisation cristalline différente et permettre aux cristaux de devenir plus ordonnés.
La vitesse de refroidissement est donc un véritable paramètre technologique.
Influence de l’agitation
L’agitation peut également influencer la cristallisation.
Elle peut :
- favoriser la dispersion des cristaux ;
- homogénéiser la température ;
- favoriser la nucléation ;
- modifier la taille des cristaux.
Dans certaines productions industrielles, la combinaison :
température + agitation + temps
est précisément contrôlée pour obtenir la structure recherchée.
Le rôle des cristaux « germes »
Lorsqu’une matière grasse commence à cristalliser, les premiers cristaux peuvent servir de germes de cristallisation.
Ils permettent ensuite à d’autres molécules de s’organiser autour d’eux.
On peut donc avoir :
germes → croissance cristalline → réseau de cristaux
La maîtrise de ces phénomènes permet de contrôler la structure finale.
Exemple : le beurre laitier
Le beurre est une matière grasse polymorphique.
Ses triglycérides peuvent former différentes structures cristallines.
Ces structures influencent :
- la dureté ;
- la plasticité ;
- la tartinabilité ;
- le fondant ;
- le comportement en pâtisserie.
Un beurre mal cristallisé peut être très dur ou très cassant à certaines températures.
Un beurre correctement structuré possède au contraire une bonne plasticité.
Exemple : les margarines
Les margarines sont particulièrement intéressantes pour comprendre le polymorphisme.
La formulation est étudiée pour obtenir une structure cristalline adaptée à l’utilisation.
On recherche par exemple une matière grasse :
- plastique ;
- souple ;
- stable ;
- facilement travaillable.
Pour certaines applications de pâtisserie, la forme β′ est particulièrement recherchée car elle peut donner une structure fine et plastique.
Exemple : les graisses de palme
Les fractions de palme présentent également différents comportements de cristallisation.
Leur structure peut être contrôlée par :
- fractionnement ;
- mélange avec d’autres matières grasses ;
- refroidissement ;
- conditions de cristallisation.
Elles sont utilisées dans de nombreuses applications alimentaires pour leurs propriétés de texture et de stabilité.
Exemple : l’huile de coco
L’huile de coco possède un profil de fusion particulier.
À température suffisamment basse, certaines fractions cristallisent.
On peut alors observer :
huile liquide → trouble → apparition de cristaux → solidification
La proportion et la nature des triglycérides influencent fortement ce comportement.
Exemple : le beurre de karité
Le beurre de karité possède lui aussi une structure cristalline complexe.
Son comportement dépend notamment :
- de sa composition en triglycérides ;
- de sa température ;
- de son historique thermique.
Il peut donc présenter différentes textures selon la manière dont il a été refroidi et stocké.
Exemple : le beurre d’illipé
Le beurre d’illipé est particulièrement intéressant pour la chocolaterie.
Sa composition lui confère des propriétés de fusion et de cristallisation intéressantes.
Il peut être utilisé dans certaines formulations de matières grasses destinées à la chocolaterie.
Son comportement illustre parfaitement le fait que plusieurs matières grasses peuvent présenter des propriétés cristallines intéressantes.
Polymorphisme et point de fusion
Le point de fusion d’une matière grasse n’est pas toujours une valeur unique.
Différentes structures cristallines peuvent avoir des températures de fusion différentes.
On peut donc observer une plage de fusion.
Cela explique pourquoi certaines matières grasses passent progressivement :
solide → plastique → pâteux → liquide
plutôt que de fondre instantanément à une température précise.
Polymorphisme et texture
La structure cristalline influence directement la texture.
| Structure / état | Conséquence possible |
|---|---|
| Peu de cristaux | Matière très fluide |
| Nombreux petits cristaux | Structure fine |
| Réseau cristallin développé | Matière structurée |
| Cristaux plus stables | Structure plus ferme |
| Cristallisation excessive | Matière trop dure |
La texture finale dépend toutefois de la composition globale de la matière grasse.
Polymorphisme et plasticité
La plasticité correspond à la capacité d’une matière grasse à se déformer sans se rompre immédiatement.
Elle est essentielle pour :
- beurre ;
- margarine ;
- pâtes feuilletées ;
- pâtes sablées ;
- certaines matières grasses de pâtisserie.
Une bonne plasticité nécessite un équilibre entre :
cristaux solides + phase grasse liquide.
Polymorphisme et feuilletage
Dans le feuilletage, la matière grasse doit être suffisamment :
- plastique ;
- souple ;
- résistante ;
- stable.
Si elle est trop dure :
→ elle casse.
Si elle est trop molle :
→ elle s’échappe de la pâte.
La structure cristalline de la matière grasse participe donc directement à la réussite du feuilletage.
Polymorphisme et stockage
Le polymorphisme ne s’arrête pas lorsque le produit est fabriqué.
Les cristaux peuvent continuer à évoluer pendant le stockage.
On parle alors de transition ou évolution polymorphique.
Une matière grasse peut progressivement passer d’une structure moins stable à une structure plus stable.
Cela peut modifier :
- texture ;
- dureté ;
- point de fusion ;
- aspect ;
- sensation en bouche.
Les cycles thermiques
Les variations répétées de température peuvent accélérer certaines transformations.
Par exemple :
chauffage → refroidissement → chauffage → refroidissement
peut provoquer des phénomènes de :
- fusion partielle ;
- recristallisation ;
- réorganisation cristalline.
C’est pourquoi les produits riches en matières grasses doivent être protégés des variations importantes de température.
Polymorphisme et blanchiment des chocolats
Le chocolat constitue un cas particulièrement intéressant.
Le beurre de cacao peut adopter plusieurs structures cristallines.
Une mauvaise maîtrise de cette cristallisation peut provoquer :
- perte de brillant ;
- blanchiment gras ;
- mauvais cassant ;
- mauvais retrait.
Le tempérage permet alors de contrôler la cristallisation de la matière grasse.
Le beurre de cacao : un cas particulier
Le beurre de cacao est probablement l’exemple le plus célèbre de polymorphisme en chocolaterie, mais il n’est pas le seul.
Ses différentes formes cristallines sont souvent présentées sous la classification :
I → II → III → IV → V → VI
La forme V est particulièrement recherchée pour le chocolat.
Elle permet d’obtenir :
- brillant ;
- cassant ;
- retrait ;
- stabilité ;
- fondant.
Le tempérage du chocolat est donc une application directe de la maîtrise du polymorphisme.
Pourquoi le beurre de cacao est-il différent ?
Le beurre de cacao possède une composition particulière en triglycérides, ce qui lui confère un comportement cristallin particulièrement important pour le chocolat.
C’est notamment ce qui permet d’obtenir un chocolat :
solide à température ambiante → cassant → fondant en bouche.
Mais le principe général reste celui que l’on retrouve dans d’autres matières grasses :
composition + cristallisation + organisation des cristaux = propriétés physiques.
Polymorphisme et formulation
Deux matières grasses différentes peuvent être mélangées.
Le comportement final dépendra alors :
- de leur composition ;
- de leur proportion ;
- de leur compatibilité ;
- de leurs profils de fusion ;
- de leurs comportements cristallins.
Un mélange de matières grasses peut donc présenter un comportement très différent de chacune des matières grasses prises séparément.
Polymorphisme et confiserie
Cette notion est particulièrement importante dans :
- chocolat ;
- praliné ;
- gianduja ;
- pâtes à tartiner ;
- caramels contenant des matières grasses ;
- nougats contenant des matières grasses ;
- fourrages ;
- glaçages.
La cristallisation de la phase grasse peut influencer la texture et la stabilité de l’ensemble du produit.
Polymorphisme et migration des matières grasses
Dans un produit composé de plusieurs phases grasses, certaines matières grasses peuvent migrer.
Exemple :
coque chocolat + praliné
Les matières grasses du praliné peuvent progressivement migrer vers la coque.
Cette migration peut modifier localement la composition et donc la cristallisation de la phase grasse.
Elle peut contribuer au développement d’un blanchiment gras.
Les facteurs qui influencent le polymorphisme
| Facteur | Influence |
|---|---|
| Composition en triglycérides | Détermine les structures possibles |
| Température | Détermine fusion et cristallisation |
| Vitesse de refroidissement | Influence la forme et la taille des cristaux |
| Temps | Permet l’évolution des cristaux |
| Agitation | Influence nucléation et croissance |
| Présence de germes | Influence la cristallisation |
| Mélange de matières grasses | Peut modifier le comportement cristallin |
| Cycles thermiques | Peuvent provoquer des transformations |
| Stockage | Permet l’évolution des structures |
Conseil du chocolatier
Le polymorphisme permet de comprendre une idée essentielle :
une matière grasse n’est pas simplement « solide » ou « liquide ».
Elle possède une structure interne qui dépend de son histoire thermique.
Deux matières grasses ayant une composition proche peuvent présenter des propriétés très différentes si leur cristallisation n’est pas la même.
Il faut donc toujours considérer :
composition + température + temps + cristallisation + historique thermique.
À retenir
Le polymorphisme est la capacité d’une matière à adopter plusieurs structures cristallines.
Dans les matières grasses, il est principalement lié à l’organisation des triglycérides.
Les principales formes cristallines sont généralement regroupées en :
α → β′ → β
avec une stabilité qui augmente globalement dans cet ordre.
Le polymorphisme influence :
- dureté ;
- plasticité ;
- texture ;
- point de fusion ;
- fondant ;
- stabilité ;
- comportement au stockage.
Il concerne de nombreuses matières grasses :
- beurre de cacao ;
- beurre laitier ;
- margarines ;
- graisses de palme ;
- huile de coco ;
- beurre de karité ;
- beurre d’illipé.
Le chocolat offre simplement une application particulièrement spectaculaire de ce phénomène.
La notion essentielle
Le polymorphisme est la capacité d’une matière grasse à organiser ses triglycérides sous différentes formes cristallines. Cette organisation détermine une grande partie de sa texture, de sa plasticité, de sa fusion et de sa stabilité.
Questions fréquentes
Toutes les matières grasses sont-elles polymorphiques ?
De nombreuses matières grasses composées de triglycérides présentent du polymorphisme, mais l’importance et la nature du phénomène varient fortement selon leur composition.
Pourquoi une même matière grasse peut-elle avoir des textures différentes ?
Parce que ses triglycérides peuvent former différents réseaux cristallins selon les conditions de refroidissement, de stockage et de température.
Quelle forme cristalline est la plus stable ?
De manière générale, la forme β est plus stable que β′, elle-même plus stable que α. Mais la forme la plus stable n’est pas nécessairement celle qui donne les meilleures propriétés technologiques.
Pourquoi la forme β′ est-elle intéressante pour certaines margarines ?
Parce qu’elle peut favoriser la formation de cristaux fins et d’un réseau donnant une bonne plasticité et une texture homogène.
Pourquoi le beurre est-il parfois très dur et parfois très souple ?
Son comportement dépend notamment de sa composition en triglycérides, de la température et de son historique de cristallisation.
Pourquoi les variations de température sont-elles problématiques ?
Elles peuvent provoquer des cycles de fusion et de recristallisation qui modifient progressivement la structure de la matière grasse.
Le polymorphisme concerne-t-il uniquement les matières grasses ?
Non. Le polymorphisme existe également dans d’autres familles de substances. Les matières grasses sont toutefois particulièrement intéressantes en technologie alimentaire.
Quel est le lien avec le tempérage du chocolat ?
Le tempérage est une application du contrôle de la cristallisation et du polymorphisme du beurre de cacao afin d’obtenir une structure adaptée au chocolat.