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arôme
Les arômes : une utilisation très ancienne
Caractéristiques chimiques des arômes
Les mécanismes de perception des arômes
Odeur et constitution chimique
Les groupes osmophores
La présence de liaisons insaturées
L'influence d'un cycle
L'influence de la position du groupe osmophore
L'influence de la géométrie des molécules
Les différents arômes
Les arômes naturels
Les arômes de synthèse
Les arômes identiques
Les arômes artificiels
L'utilisation des arômes
L'extraction des arômes
L'extraction d'arômes par entraînement à la vapeur d'eau
L'extraction d'arômes par expression à froid
L'extraction par épuisement
Les autres méthodes d'extraction
Les techniques de détection des molécules odorantes
La production industrielle des arômes
(latin aroma, du grec arôma)
Consulter aussi dans le dictionnaire : arôme
Principe odorant qui s'échappe de différentes substances d'origine végétale ou animale.
Les arômes sont les principes odorants émanant de divers produits naturels (fruits, viandes, poissons, etc.) ; ce sont des ensembles complexes de composés volatils qui sont perçus par les organes olfactifs et gustatifs. Le terme « arôme » désigne également des additifs alimentaires destinés à donner des « flaveurs » déterminées aux aliments.
Depuis des temps immémoriaux, les plantes aromatiques sont utilisées dans l'alimentation, mais elles sont aussi employées comme remèdes ou brûlées lors des cérémonies religieuses. L'histoire des aromates et des arômes est indissociable de celle de la parfumerie, car une plante aromatique peut tout aussi bien servir à aromatiser un aliment qu'à parfumer un produit destiné à la toilette. La parfumerie a évolué lentement jusqu'au xve s., où apparaît la parfumerie alcoolique avec l'eau de Hongrie, à base de romarin, et surtout à la fin du xviie s. avec l'eau de Cologne. Si pendant de longs siècles les produits naturels sont utilisés, les substances de synthèse n'ont été introduites en parfumerie qu'à la fin du xixe s. Plus récemment sont apparus les parfums aldéhydiques (à base d'aldéhydes). Cependant, toutes les substances de synthèse utilisées dans le domaine de la parfumerie ne sont pas employées en aromatisation. Aujourd'hui, l'industrie agroalimentaire a largement recours aux arômes. Des aromaticiens créent et utilisent des molécules naturelles ou synthétiques, qui sont ensuite intégrées dans les aliments préparés.
De nombreuses recherches ont été menées, parfois de façon empirique, depuis la fin du xixe s. en vue de relier la structure des molécules aromatiques avec leur action sur les systèmes olfactif et gustatif de l'homme.
Les mécanismes de perception de l'odeur sont très complexes. Les études ont néanmoins établi le cheminement d'un stimulus – en l'occurrence des molécules aromatiques – jusqu'à sa connaissance ou à sa reconnaissance. Ainsi, une émanation stimule les récepteurs olfactifs de nos muqueuses nasales (une par fosse), chacune desquelles est reliée à un bulbe olfactif ; ce dernier se prolonge par un nerf qui transmet le message à une zone spécialisée du cortex, l'aire olfactive ; située dans une région du cerveau à proximité quasi immédiate des fosses nasales, elle décode ce message : nous savons alors si l'odeur que nous percevons est connue ou inconnue, agréable ou désagréable, s'il s'agit d'un fumet ou d'une pestilence.
Les recherches, pour le moment, montrent qu'il est difficile de trouver une relation entre l'odeur (ou la saveur) et la constitution chimique, d'autant que des facteurs « géométriques » (forme et volume des molécules) semblent intervenir également.
Il apparaît, cependant, que les molécules des substances douées d'une odeur renferment certains groupes caractéristiques, dits « osmophores » (responsables de l'apparition de l'odeur), tels que:
―OH, ―CHO, C≅O, ―OCH3, ―NO2, ―C≡N, C≅C ; C≡C, ―C≡C―.
Mais la présence d'un même groupe osmophore dans des molécules différentes n'entraîne pas nécessairement l'analogie d'odeur.
Ainsi, le propénal, ou acroléine (CH2≅CH―CHO) dégage une odeur âcre et irritante, tandis que l'aldéhyde cinnamique (C6H5―CH≅CH―CHO), répand une odeur agréable de cannelle, bien que ces deux substances renferment le même groupe osmophore, représenté par ―CHO.
La présence de liaisons insaturées (C≅C, ―C≡C―) dans une molécule a également une grande influence sur l'odeur ; ainsi, l'ester acétylénique (CH3―[CH2]4―C≡C―COOCH3), présente une odeur de violette, tandis que l'ester saturé correspondant (CH3―[CH2]6―COOCH3) n'a qu'une odeur fruitée.
La présence d'un cycle dans une molécule exerce aussi un effet favorable sur l'odeur ; l'estérification intramoléculaire des acides alcools, en donnant des lactones, renforce l'odeur, et les composés cycliques ou bicycliques azotés sont souvent odorants : l'anthranilate de méthyle, l'indole (constituants de l'essence de la fleur d'oranger), le scatole (constituant de l'odeur de civette), etc., ont des odeurs puissantes.
La position d'un groupe osmophore dans une même molécule a aussi une grande importance. Ainsi, les ionones α et β, cétones isomères de formule C13H20O, qui ne diffèrent que par la position de la double liaison cyclique, ont des odeurs de violette d'intensités très différentes.
Parmi les dérivés de la série benzénique portant deux substituants à la place de l'hydrogène, de nombreux isomères ortho- ou para- sont odorants, tandis que les isomères méta- correspondants le sont rarement.
Divers travaux ont montré que des facteurs géométriques interviennent également : des molécules de mêmes dimensions ont souvent des odeurs voisines, indépendamment de la nature des groupes osmophores qu'elles renferment. Ainsi, le benzaldéhyde (C6H5―CHO), le nitrobenzène (C6H5―NO2) et le benzonitrile (C6H5―C≡N) présentent tous trois une odeur d'amande amère.
De même, les composés à cycles moyens ou à grands cycles comportant de 9 à 20 chaînons carbonés sont doués d'une odeur camphrée (de 9 à 12 chaînons), musquée (15 ou 16 chaînons) ou à note animale (de 16 à 20 chaînons) ; l'odeur s'atténue et disparaît au-delà de 20 chaînons.
Selon la législation de l'Union européenne, les arômes sont classés en deux grandes familles : les arômes naturels (matières végétales ou animales) et les arômes de synthèse. Ces derniers peuvent être « identiques au naturel » ou « artificiels » (produits de synthèse non encore rencontrés dans la nature).
Dans le règne végétal, les aromates constituent une classe importante d'arômes (anis, cannelle, girofle, menthe, vanille, par exemple). Les légumes, les fruits, les céréales et le pain, le café, le cacao, le tabac, le vin renferment aussi des arômes.
Les huiles essentielles (ou essences naturelles), dont les principales sont les essences de bergamote, de citronnelle, de lavande, de lemon-grass (source du citral), de rose, forment un groupe important d'arômes utilisés en parfumerie.
Dans le règne animal, de nombreux arômes se rencontrent dans les viandes, le lait et les produits laitiers, les poissons, etc.
Ils se répartissent en deux catégories : les arômes identiques à ceux que l'on trouve dans la nature et les arômes artificiels.
Les arômes synthétiques se rencontrent dans les diverses classes fonctionnelles de la chimie organique. De nombreux alcools ont été préparés par synthèse, en particulier l'alcool β-phényléthylique (constituant de l'essence de rose).
Des phénols et leurs éthers-oxydes sont également préparés par synthèse : le thymol (constituant de l'essence de thym), l'estragole (constituant de l'essence d'estragon), les éthers méthylique et éthylique du naphtol (odeur de fleur d'oranger), ces derniers n'existant pas dans la nature, etc.
Les aldéhydes sont préparés par synthèse en vue de leur utilisation comme matières premières pour l'obtention d'autres arômes, ou comme produits odorants en parfumerie.
La molécule de vanilline
Certains aldéhydes présentent un grand intérêt dans l'industrie agroalimentaire, en particulier la molécule de vanilline (principal constituant odorant des gousses de vanille), qui est un composé cyclique avec six atomes de carbone, dont trois sont liés à un atome d'hydrogène et les trois autres, respectivement, à un groupe hydroxyle (OH), à un groupe CHO et à un groupe OCH3. La synthèse de la vanilline, relativement simple, est effectuée suivant le schéma ci-après.
Les chimistes obtiennent ainsi une molécule identique à celle extraite de la vanille ; selon la législation en vigueur dans l'Union européenne, cette molécule synthétisée est dite « identique au naturel ».
Les aromaticiens cherchent à reproduire les molécules de synthèse les plus rentables. Ainsi, l'éthylvanilline, un dérivé synthétique de la vanilline, dont l'arôme ressemble à celui de la vanille mais dont la perception est plus forte, est très prisée par les industriels de l'agroalimentaire. Pour obtenir cette nouvelle molécule, les chimistes ont remplacé le groupe OCH3 placé sur un des atomes de carbone de la molécule de vanilline par un groupe éthoxy OCH2CH3 ; cette molécule ainsi synthétisée et non encore identifiée dans la nature est dite « artificielle ».
De nombreuses cétones, constituants d'essences naturelles, sont également obtenues par synthèse : cétones alicycliques, telle la jasmone (constituant de l'essence de jasmin) ; aromatiques, telle l'acétophénone, la méthyl-β-naphtylcétone, etc.
Les acides, rares à l'état libre dans la nature, sont surtout préparés en vue de l'obtention de nombreux esters, qui pour la plupart se rencontrent dans les essences naturelles : esters formiques, acétiques, butyriques, valériques.
Les lactones (esters internes d'acides-alcools) fortement odorantes, telles l'undécalactone, la coumarine (principe odorant des fèves de tonka), etc., sont obtenues par synthèse.
Enfin, divers composés azotés résultent de synthèses, en particulier les muscs artificiels, substituts à bon marché des muscs naturels, l'anthranilate de méthyle (constituant de l'essence de néroli) ainsi que divers composés hétérocycliques (indole, etc.).
L'industrie des arômes s'est développée grâce à l'amélioration des méthodes d'extraction ; celles-ci, après avoir été éclipsées par la chimie de synthèse, reviennent en force en raison de la forte demande d'arômes naturels et des progrès de l'agronomie, qui ont permis d'augmenter le rendement de la culture des plantes aromatiques.
La demande croissante de produits « naturels », de la part des consommateurs, a incité les industriels de l'agroalimentaire à utiliser, pour aromatiser leurs préparations, des arômes extraits de produits d'origine naturelle, en particulier les huiles essentielles provenant de diverses parties des végétaux (racines, tiges, écorces, fleurs, fruits). Divers procédés industriels sont utilisés pour les extraire.
Cette technique consiste à distiller des matières végétales mélangées avec de l'eau, dans un alambic, ou par action directe de vapeur d'eau (fournie par un générateur) sur les matières végétales. La vapeur d'eau entraîne les constituants volatils des végétaux et, après condensation, le mélange hétérogène (molécule aromatique, eau) est décanté : en effet, les molécules aromatiques étant insolubles dans l'eau, ce procédé permet d'isoler l'essence.
Cette méthode est surtout réalisée pour l'obtention des essences d'écorces, ou zestes, de fruits du genre citrus : l'essence est libérée par action de machines qui provoquent la rupture des sacs oléifères de l'épicarpe des agrumes.
Elle se fait au moyen de graisses ou d'huiles, à froid (enfleurage), à chaud (infusion) ou au moyen de solvants volatils (le plus souvent butane, pentane et surtout hexane), conduit aux « essences concrètes » (mélanges de cires inodores et de composés odorants).
À ces méthodes traditionnelles se sont ajoutées l'adsorption sur un polymère poreux suivie de désorption chimique (par un solvant) ou thermique et, plus récemment, l'extraction par les fluides supercritiques, comme le dioxyde de carbone (CO2). On a pu constater que ce dernier procédé n'altère pas la qualité odorante des produits de départ et ne laisse pas de résidu de solvant dans le produit final d'extraction.
La connaissance et la détection des molécules extraites, surtout pour la parfumerie et l'nologie, nécessitent des moyens très sophistiqués de séparation des molécules. Trois techniques sont principalement utilisées : la chromatographie en phase gazeuse ou liquide, la spectrométrie de masse, la résonance magnétique nucléaire (RMN). Cependant, elles ne révèlent que les proportions absolues des différentes molécules extraites ; elles ne sont donc pas capables d'indiquer la qualité aromatique des extraits obtenus. Aussi le laboratoire utilise-t-il des nez exercés afin de préciser, parmi ces différentes molécules, la nature de l'odeur.
L'aromatisation se pratique de plus en plus dans l'industrie alimentaire, dans l'élaboration de nombreux aliments, tels les yaourts, les boissons, les chocolats, les salaisons. Elle intervient également dans la réalisation de produits consommés quotidiennement, comme le rouge à lèvres, les tabacs, les dentifrices.
L'industrie des parfums et des arômes fabrique un grand nombre de produits synthétiques qu'elle introduit dans ses productions : certains font l'objet de tonnages importants dans le monde (de l'ordre de 8 000 t/an pour la vanilline, de 5 000 t/an pour l'alcool β-phényléthylique, de 2 500 t/an pour la coumarine).
L'industrie française des matières premières pour la fabrication des parfums et des arômes est concentrée dans la région de Grasse et regroupe une soixantaine d'entreprises qui exportent des parfums et des arômes dans le monde entier.
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