Émulsions pour boissons : notre expert vous répond

Créer une émulsion stable pour une boisson peut sembler relativement simple : combiner une phase huileuse avec une phase aqueuse, homogénéiser le système et obtenir des gouttelettes suffisamment fines. En pratique, cependant, la stabilité à long terme repose sur une combinaison entre le choix des ingrédients, les mécanismes de stabilisation et les conditions de procédé.

À l’occasion de sa présentation lors de la conférence sur la microencapsulation le 23 septembre, nous avons échangé avec Bastien Berepion, Ph.D., Global Technical Support Manager – Nexira Food Division, afin de revenir sur certains principes clés permettant d’obtenir des émulsions stables et sur les défis de formulation auxquels sont confrontés les développeurs de boissons.

Bastien, pourquoi les émulsions pour boissons sont-elles particulièrement complexes à formuler ?

D’un point de vue scientifique, une simple dispersion d’arômes ou d’autres composés lipophiles dans l’eau tend naturellement à se séparer. Lors de la préparation d’une émulsion pour boisson, l’objectif est donc de stabiliser cette dispersion.

Pour obtenir une émulsion cinétiquement stable pendant toute la durée de conservation du produit, la gomme d’acacia est un ingrédient clé grâce à ses propriétés naturelles émulsifiantes et stabilisantes. Ses propriétés émulsifiantes permettent de former des gouttelettes d’huile fines et homogènes, tandis que ses propriétés stabilisantes contribuent à prévenir les phénomènes physiques susceptibles de compromettre la stabilité, tels que la coalescence, le crémage ou la floculation.

Le rôle de la gomme d’acacia ne se limite donc pas à créer et stabiliser l’émulsion sous sa forme concentrée : elle contribue également à maintenir sa stabilité après dilution, afin que le produit fini reste stable pendant toute sa durée de conservation.

Qu’est-ce qui permet de maintenir la stabilité d’une émulsion huile-dans-eau ?

La stabilité d’une émulsion résulte de plusieurs mécanismes complémentaires qui agissent conjointement. Avec la gomme d’acacia, par exemple, la stabilisation repose sur plusieurs effets clés.

Tout d’abord, la gomme d’acacia adsorbée à l’interface huile-eau forme une couche autour des gouttelettes d’huile, ce qui empêche leur fusion et limite ainsi la coalescence.

Ensuite, le réseau polysaccharidique de la gomme d’acacia présent dans la phase continue réduit la mobilité des gouttelettes, contribuant ainsi à limiter les phénomènes gravitationnels tels que le crémage.

Par ailleurs, la couche d’hydrocolloïde adsorbée autour des gouttelettes influence également leur densité, ce qui contribue à ralentir la séparation gravitationnelle.

Enfin, grâce aux acides glucuroniques naturellement présents dans la gomme d’acacia, les molécules acquièrent une charge négative lorsqu’elles sont diluées dans l’eau. Cela génère une répulsion électrostatique entre les gouttelettes, contribuant à prévenir leur floculation.

C’est pourquoi la stabilité d’une émulsion ne doit jamais être évaluée uniquement à partir de la taille des gouttelettes. Il faut considérer le système dans son ensemble, notamment les phénomènes à l’interface et les caractéristiques de la phase continue.

La taille des gouttelettes est donc importante, mais ce n’est pas le seul paramètre à prendre en compte ?

Exactement. Obtenir de petites gouttelettes d’huile est essentiel, mais leur distribution granulométrique et son évolution dans le temps sont tout aussi déterminantes.

Lors du développement, une simple observation visuelle ne suffit pas. Chez Nexira, nous combinons deux outils analytiques complémentaires pour suivre les émulsions : le Turbiscan et la granulométrie laser.

L’analyse Turbiscan permet de détecter précocement les phénomènes de déstabilisation, tels que le crémage ou la floculation, bien avant qu’ils ne deviennent visibles à l’œil nu.

La granulométrie laser permet quant à elle de mesurer la distribution de taille des gouttelettes d’huile et, en cas d’instabilité, d’aider à comprendre les mécanismes sous-jacents, comme la coalescence ou le mûrissement d’Ostwald.

Alors que le Turbiscan permet de déterminer si l’émulsion reste physiquement stable, la granulométrie laser aide à comprendre pourquoi, en observant directement le comportement des gouttelettes. La combinaison des deux offre aux formulateurs une vision complète de la robustesse de la formulation.

Quelle est l’importance du procédé par rapport au choix de l’émulsifiant ?

Les deux sont difficilement dissociables. Même un émulsifiant très performant doit être associé à un procédé optimisé et à des équipements adaptés.

Une émulsion huile-dans-eau classique destinée aux boissons commence par la préparation de la phase aqueuse, avec la dissolution de la gomme d’acacia dans l’eau, et de la phase huileuse, contenant les arômes ou autres composés lipophiles.

Une première étape critique consiste à générer une pré-émulsion fine et homogène sous fort cisaillement. À ce stade, il est essentiel d’utiliser un équipement adapté, et notamment une tête rotor-stator appropriée pour le mélangeur à haut cisaillement. Des outils de mélange inadéquats ne permettront pas d’obtenir une fragmentation optimale des gouttelettes lors de la pré-émulsification, ce qui aura un impact direct sur les performances de l’étape suivante d’homogénéisation haute pression.

Les paramètres de formulation, tels que le dosage de l’émulsifiant, le choix des équipements, les conditions de cisaillement et les paramètres d’homogénéisation doivent donc être considérés comme un système global, chacun jouant un rôle clé dans le résultat final.

Quelles sont aujourd’hui les attentes des formulateurs qui rendent cet exercice encore plus complexe ?

Les cahiers des charges techniques deviennent de plus en plus complexes, sous l’effet d’exigences à la fois économiques et techniques.

Sur le plan économique, la réduction des coûts constitue aujourd’hui une attente majeure, qui peut notamment passer par une diminution du dosage d’émulsifiant.

Parallèlement, les formulateurs doivent répondre à des objectifs techniques toujours plus exigeants : augmenter les teneurs en huile ou en arômes, répondre aux attentes de clean label – par exemple en supprimant les conservateurs, les agents alourdissants ou l’alcool – et optimiser les procédés afin de réduire le temps de production ou la consommation d’énergie. Très souvent, plusieurs de ces objectifs doivent être atteints simultanément.

Chaque contrainte modifie directement l’équilibre du système. Par exemple, réduire le dosage d’émulsifiant tout en augmentant la phase huileuse constitue un double défi : la surface interfaciale à stabiliser augmente alors même que moins de molécules actives sont disponibles.

L’objectif est donc d’obtenir de meilleures performances grâce à une formulation plus simple, plus économique et plus robuste.

Utiliser davantage d’émulsifiant signifie-t-il nécessairement obtenir une émulsion plus stable ?

Pas nécessairement. L’objectif n’est pas de maximiser la quantité d’émulsifiant, mais de l’utiliser avec suffisamment d’efficacité pour créer et maintenir une protection interfaciale optimale.

Cette distinction est importante, car le dosage a des conséquences qui vont au-delà du simple coût de l’ingrédient. Un surdosage peut avoir un impact sur la viscosité, le temps de mise en œuvre – notamment lors de la dissolution –, le profil sensoriel, mais aussi augmenter le volume de matières premières à transporter et à stocker.

C’est ici que l’efficacité de l’émulsifiant prend tout son sens : obtenir une stabilité maximale au dosage efficace le plus faible possible.

Est-ce cette approche qui a conduit Nexira à développer Eficacia™ Advanced ?

Oui, absolument. L’objectif d’Eficacia™ Advanced était d’aller encore plus loin dans l’efficacité émulsifiante de la gomme d’acacia, tout en conservant les avantages d’un ingrédient 100 % naturel.

Dans une émulsion aromatique standard, Eficacia™ Advanced a permis d’obtenir une stabilité complète de l’émulsion dès 5 % de dosage, contre 16 à 22 % généralement nécessaires avec des grades standards de gomme d’acacia, soit une réduction du dosage pouvant atteindre 65 %.

Mais la réduction du dosage ne représente qu’une partie de l’équation : le procédé est tout aussi déterminant. Afin de rendre l’ingrédient aussi simple que possible à utiliser, Nexira a développé un procédé de granulation innovant. La poudre obtenue est sans poussière et parfaitement fluide. Lors de la dissolution, les granulés se mouillent et se dispersent rapidement. Grâce à ce nouveau procédé de granulation, l’incorporation d’air pendant la dissolution est considérablement réduite, ce qui permet de limiter fortement la formation de mousse à cette étape.

Que se passe-t-il lorsque les formulateurs poussent le système encore plus loin, par exemple en augmentant la charge en huile ?

C’est précisément dans ce type de situation que les performances de l’émulsifiant deviennent particulièrement importantes.

Les formulations standards fonctionnent généralement avec des charges en huile d’environ 10 à 15 %. Les essais réalisés par Nexira avec Eficacia™ Advanced ont démontré la possibilité d’obtenir des émulsions stables contenant jusqu’à 25 % d’huile avec un dosage d’émulsifiant de 10 %.

Cette performance est particulièrement intéressante pour les systèmes aromatiques concentrés ou les applications fonctionnelles dans lesquelles les formulateurs doivent incorporer des niveaux plus élevés de composés actifs liposolubles ou lipophiles.

Là encore, le point essentiel est de considérer le système dans son ensemble. L’augmentation de la charge en huile modifie son équilibre : le choix et le dosage de l’émulsifiant ainsi que les paramètres du procédé doivent donc être adaptés en conséquence.

Quel serait votre principal conseil à un formulateur développant une nouvelle émulsion pour boisson ?

Take an application-focused approach rather than selecting an emulsifier on its own.

Adopter une approche centrée sur l’application plutôt que de sélectionner un émulsifiant de manière isolée.

Avant de choisir votre ingrédient, définissez clairement l’ensemble des contraintes de votre projet : quelle est la charge en huile visée dans le concentré et quel sera le taux de dilution dans la boisson finale ? Quelles sont vos contraintes en matière de clean label : avez-vous besoin d’une solution sans conservateurs, sans agents alourdissants ou sans alcool ? Quels équipements sont disponibles sur le site de production – mélangeurs à haut cisaillement, homogénéisateurs ? Quel niveau de stabilité et quel aspect sont attendus pendant la durée de conservation visée ?

Une fois ces paramètres d’application établis, il devient possible de sélectionner le système d’émulsification le plus efficace et d’optimiser le procédé en conséquence.

La stabilité d’une émulsion dépend rarement d’un seul paramètre. Elle repose toujours sur l’alignement entre la fonctionnalité de l’ingrédient, son dosage, la formulation et le procédé afin de former un système cohérent.

Vous souhaitez découvrir les données de performance d’Eficacia™ Advanced ?

Bastien Berepion,
Ph.D., Global Technical Support Manager
Nexira Food Division

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