Production d'arômes par voie biotechnologique

La perception des qualités sensorielles des aliments est déterminée par les informations transmises à notre cerveau via plusieurs nerfs sensitifs tels que les nerfs auditif, gustatif ou trijumeau, mais c'est sans doute le nerf olfactif qui donne l'information la plus complexe et la plus diverse. Le nerf olfactif permet de percevoir des signaux (arômes) par le nez (voie orthonasale), ce qui va donner l'odeur des produits, et par voie rétronasale, une fois que le produit alimentaire est en bouche, c'est ce qu'on appelle « l'arôme d'un produit ».

L'arôme d'un aliment provient d'une grande diversité de molécules chimiques, d'origines diverses, capables de passer de l'aliment dans l'air qui l'entoure et d'interagir avec le récepteur olfactif, qui est situé dans nos fosses nasales, pour créer un signal perçu par notre cerveau. Ce mécanisme est à peu de chose près le même chez tous les individus. Au niveau de ce récepteur, s'il manque une protéine réceptrice, la perception peut être plus faible, voire absente (anosmie). Dans des cas extrêmes, il peut y avoir à la suite d'un traumatisme une perte complète de l'olfaction. Au contraire, on peut, par un entraînement, être capable de reconnaître certaines notes aromatiques et de mettre un nom sur une note perçue par comparaison à des produits expérimentés. Cet entraînement est nécessaire pour réaliser l'analyse sensorielle descriptive d'un aliment. C'est un jeu auquel les amateurs de vin par exemple sont habitués mais qui, de manière inconsciente, va déterminer le plaisir de manger ou de boire.

L'importance de la perception olfactive vient de la liaison entre le système de perception et une autre partie de notre cerveau dans laquelle est stockée l'information d'expériences réalisées et interprétées. Ces expériences sont acquises depuis l'enfance et par la culture. Cela fait de l'olfaction un sens très important comme signal d'alarme d'une toxicité auquel il faut associé les aversions alimentaires mais aussi, en contrepartie, les signaux attractifs qui déterminent, pour une part, les préférences alimentaires.

C'est pourquoi l'ensemble de la filière alimentaire est intéressé par les arômes, car c'est l'un des éléments qui va déterminer l'achat d'un produit. L'industrie alimentaire en particulier met en œuvre des arômes pour rendre le produit plus attractif, lui donner une typicité qui lui permet de se distinguer des autres produits sur le marché… Si bien que, depuis le début du XX ^e siècle, une importante industrie dédiée à la production d'arômes s'est développée afin de satisfaire les besoins des industries alimentaires. La plupart de ces industriels ont développé parallèlement les applications de ces produits en parfumerie et dans les industries alimentaires. Ces entreprises (Givaudan, Firmenich, Symrise, IFF, Mane…) sont peu connues du grand public, car leurs clients sont d'autres entreprises.

Prenons maintenant l'exemple de l'arôme du café. Un mélange de l'ordre de 1 000 structures chimiques différentes est responsable de la variété des arômes de café. Il est difficile d'imaginer la diversité des signaux que notre système olfactif va percevoir et la variété des arômes de café qui vont être générés en changeant les proportions de ces molécules volatiles.

Dans le café, l'origine des structures moléculaires volatiles qui sont rencontrées sont de plusieurs origines. Certaines viennent de la cerise du caféier, d'autres sont générées par la fermentation de cette cerise, opération qui précède la torréfaction. D'une part, la matière première, la fermentation et la torréfaction vont être à l'origine de différentes familles de composés d'arômes et, d'autre part, elles vont fournir, aux étapes de transformation suivantes, des précurseurs de composés d'arôme. Les composés aromatiques seront alors formés, pendant l'une des étapes suivantes du procédé, à partir de ces précurseurs. Ainsi la fermentation va libérer des acides aminés voire même des composés carbonylés qui formeront des hétérocycles par les réactions thermiques de la torréfaction qui lui succède.

Les produits fermentés traditionnels font partie des produits alimentaires dont la reconnaissance est souvent régionale (poisson fermenté (nuoc-mâm au Vietnam, fumasushi au Japon, surströming en Suède), le manioc fermenté (foufou et chikwangue au Congo, attiéké en Côte d'Ivoire, gari au Bénin et au Togo), fromages et spécialités laitières (camembert au lait cru et cancoillotte en France, koumiss en Russie, cheddar en Grande-Bretagne) qui ont souvent des arômes originaux et qui sont appréciés par les populations locales. Ce sont des éléments d'indentité d'un groupe mais leur reconnaissance internationale est quelquefois limitée. La conjonction des substrats et des microflores, souvent complexes et mal connues mais sans danger avéré pour la santé, a permis de faire des produits originaux. Ces fermentations permettent ainsi non seulement de conserver voire d'améliorer la qualité nutritionnelle du substrat d'origine agricole mais aussi de diversifier l'alimentation.

La meilleure maîtrise de ces produits a conduit dans un premier temps à chercher à comprendre par quelles voies métaboliques et dans quelles conditions ces molécules étaient produites. La démarche généralement suivie part de l'identification des composés volatils responsables de défauts ou d'une typicité particulière. L'identification de la structure des composés volatils pertinents va permettre de formuler des hypothèses sur l'origine du composé. Les voies supposées peuvent ensuite être validées par un marquage isotopique. Comme les produits finaux sont volatils, on préférera les marquages avec des isotopes stables ; cela pour des raisons de sécurité et parce que les méthodes d'analyse telles que la spectrométrie de masse le permettent. Une fois la voie de synthèse identifiée, il est possible d'étudier spécifiquement les conditions qui vont permettre de prévenir ou au contraire d'augmenter la production des composés responsables de défauts ou de qualités. À partir de là, il est possible de mettre en œuvre des conditions de production favorables à la typicité recherchée.

Dans un second temps, l'observation, dans certains produits fermentés, de molécules particulièrement importantes en aromatiques (esters, lactones, vanilline, frambinone…) a conduit l'industrie à essayer de les produire par voie biologique. Dans ces conditions et à partir de substrats naturels, les molécules produites ou leur usage dans des extraits aromatiques de plantes par exemple vont permettre un étiquetage « arôme naturel » (voir ci-dessous).

Quand un produit est allégé en matière grasse on enlève, avec les matières grasses, une grande partie des arômes. Il va donc falloir, dans ce contexte, trouver les moyens de redonner des arômes à l'aliment, on ajoutera alors des arômes sur un support comme les cyclodextrines ou de la gomme arabique pour qu'ils ne s'évaporent pas rapidement après l'ouverture de l'emballage.

Ce chapitre traitera successivement : des propriétés des composés d'arôme ; des voies biochimiques de production des arômes dans les végétaux et dans les produits fermentés traditionnels. Enfin, il présentera quelques procédés mis en œuvre par l'industrie pour produire des composés d'arôme cibles.