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L' INTRODUCTION
E491, également connu sous le nom de monostéarate de sorbitan (SMS), est un émulsifiant non ionique obtenu par estérification du sorbitol (un polyol) avec l'acide stéarique. Le sorbitol est d'abord déshydraté pour former le sorbitan (un anhydride cyclique), qui réagit ensuite avec l'acide stéarique pour former le monoester. Les produits commerciaux contiennent généralement un mélange de monoesters, diesters et triesters de sorbitan, le monoester étant la fraction prédominante (50 à 70 %) et la plus tensioactive. Son HLB, d'environ 4,7 à 5,0, le rend modérément lipophile et adapté aux émulsions eau-dans-huile. L'E491 est principalement utilisé comme émulsifiant dans les produits de boulangerie, les préparations pour gâteaux, les glaçages et les desserts glacés. Il est également utilisé comme agent antimousse lors des fermentations et comme agent dispersant. L'E491 est approuvé dans l'UE, aux États-Unis (21 CFR 172.842), au Japon et dans le Codex.
Numéro CAS
1338-41-6 (monostéarate de sorbitan). Également 9007-43-6 (mélange de stéarate de sorbitan).
Synonymes :
monostéarate de sorbitan, SMS, stéarate de sorbitan, mono-octadécanoate de sorbitan, E491, Span 60 (nom commercial).
Titres des sujets
1. Structure chimique et comportement interfacial (paragraphe détaillé)
Le monostéarate de sorbitan possède une structure unique qui lui confère des propriétés interfaciales spécifiques. Le groupe de tête du sorbitan est un éther cyclique (anhydrosorbitol) avec trois groupes hydroxyle libres. Une chaîne d'acide stéarique (C18) est estérifiée à l'un de ces groupes hydroxyle. Le cycle du sorbitan est relativement grand et rigide comparé aux émulsifiants à base de glycérol, ce qui influence son organisation aux interfaces. À une interface huile-eau, les trois groupes hydroxyle s'orientent vers la phase aqueuse et forment des liaisons hydrogène, tandis que la chaîne d'acide stéarique pénètre dans la phase huileuse. La structure cyclique empêche un empilement compact des molécules, créant un film interfacial « lâche » qui réduit efficacement la coalescence tout en permettant certains échanges moléculaires. Son HLB de 4,7 se situe à la limite entre les émulsifiants eau-dans-huile (faible HLB) et huile-dans-eau (HLB élevé). Le monostéarate de sorbitan favorise les émulsions eau-dans-huile, mais peut stabiliser certaines émulsions huile-dans-eau lorsqu'il est associé à des émulsifiants plus hydrophiles (par exemple , les polysorbates, E432-436). Son HLB intermédiaire rend l'E491 utile comme co-émulsifiant plutôt que comme émulsifiant principal dans de nombreuses applications. En boulangerie, l'E491 améliore la stabilité de la pâte et la rétention des gaz en interagissant à la fois avec le réseau de gluten et la matrice d'amidon.
2. Propriétés physiques et chimiques (sous forme de liste)
• Aspect — Perles, flocons ou poudre cireuse de couleur crème à beige.
• Odeur — Très légère, odeur grasse caractéristique.
• Plage de fusion — 50-60°C.
• Solubilité — Dispersible dans l'eau chaude (forme une dispersion laiteuse) ; soluble dans l'huile chaude (>50 °C) ; soluble dans l'éthanol, l'isopropanol et le propylène glycol ; insoluble dans l'eau froide et l'huile froide.
• Valeur HLB — 4,7 - 5,0 (intermédiaire ; favorise les émulsions eau-dans-huile).
• Indice d’acide — Maximum 10 mg KOH/g (indique les acides gras libres).
• Indice de saponification — 145-160 mg KOH/g.
• Indice d’hydroxyle — 235-260 mg KOH/g (à partir de trois groupes hydroxyle libres).
• Indice d’iode — Généralement <5 (provenant de l’acide stéarique, qui est entièrement saturé).
• Teneur en eau — Maximum 2 % (titrage Karl Fischer).
• Teneur en sorbitan — 30-35 % (en poids).
• Teneur en acide stéarique — 65-70 %.
• Teneur en monoesters — Généralement 50 à 70 % (le reste est composé de diesters et de triesters).
• Densité apparente — 0,5 - 0,7 g/cm³ (billes ou poudre).
• Tension superficielle — Réduit la tension superficielle de l'eau à environ 35-40 dyn/cm à une concentration de 0,1 %.
3. Procédé de fabrication (paragraphe)
L'E491 est produit en deux étapes. Premièrement, le sorbitol (issu de sirop de maïs ou d'autres hydrolysats d'amidon) est déshydraté sous vide à 200-250 °C pour former du sorbitan. Cette réaction élimine les molécules d'eau et forme des éthers cycliques (1,4-sorbitan, 1,5-sorbitan et isosorbide). Le produit de déshydratation est un mélange de ces composés cycliques et de sorbitol n'ayant pas réagi. Deuxièmement, le mélange de sorbitan est mis à réagir avec de l'acide stéarique (d'origine végétale, généralement de palme ou de soja) sous vide à 180-250 °C pendant 3 à 6 heures, en présence d'un catalyseur alcalin (hydroxyde de sodium ou carbonate de potassium). La réaction produit du monoester, du diester et du triester de sorbitan. La fraction monoester est recherchée car elle présente la plus forte activité de surface ; les conditions de réaction (excès de sorbitan, durée de réaction courte, température basse) favorisent la formation de monoester. Après la réaction, le produit est refroidi, neutralisé et, si nécessaire, purifié (décoloration au charbon actif, désodorisation par extraction à la vapeur). Le produit final est conditionné sous forme de billes ou de paillettes. Les paramètres de contrôle qualité comprennent la teneur en acide stéarique libre (< 5 %), en sorbitan libre (< 5 %), le rapport monoester/diester/triester (par HPLC), l’indice d’acide et l’indice d’hydroxyle.
4. Applications et niveaux d'utilisation typiques (sous forme de liste)
• Pain et produits de boulangerie — 0,2 à 0,5 % (sur la base de la farine) améliore la stabilité de la pâte, la rétention de gaz et le volume du pain (augmentation de 10 à 20 %) ; réduit le rassissement (agit en synergie avec E471).
• Préparations pour gâteaux et glaçages pour gâteaux — 0,3 à 0,6 % améliore l'aération de la pâte et la texture de la mie ; produit une mie plus fine et plus uniforme ; empêche la cristallisation du sucre dans les glaçages.
• Desserts glacés (crème glacée, sorbet) — 0,1 à 0,3 % améliore le foisonnement (incorporation d'air) et réduit la croissance des cristaux de glace ; donne une texture plus lisse ; souvent utilisé avec le polysorbate 80 (E433) pour des effets synergiques.
• Garnitures fouettées (non laitières) — 0,2 à 0,4 % stabilisent la mousse et empêchent la séparation de l'eau (synérèse) ; utilisées en combinaison avec E433 (polysorbate 80).
• Margarine et pâtes à tartiner allégées — 0,1 à 0,3 % stabilise l'émulsion eau-dans-huile ; empêche les éclaboussures ; améliore l'étalement.
• Blanchisseurs de café (poudre) — 0,2 à 0,4 % améliorent la fluidité et la dispersion de la poudre dans le café chaud ; empêchent la formation de bavures.
• Agent antimousse en fermentation (production de levure, brassage de bière) — 0,01 à 0,05 % contrôle la mousse pendant la fermentation ; empêche le débordement ; n'affecte pas négativement la santé de la levure.
• Enrobages à base de graisse pour confiserie — 0,2 à 0,5 % améliorent la brillance et empêchent le blanchiment de la graisse.
• Émulsions d'épices et d'arômes — 0,5 à 1,0 % stabilise les arômes liposolubles dans les systèmes à base d'eau.
• Préparations vitaminiques et nutraceutiques — 0,2 à 0,5 % améliore la dispersion des vitamines liposolubles (A, D, E, K) dans les liquides.
5. Stabilité et compatibilité (paragraphe)
L’E491 est stable pendant 12 à 24 mois lorsqu’il est conservé dans des récipients hermétiques et secs, à une température inférieure à 30 °C, à l’abri de la lumière et de l’humidité. Il présente une excellente stabilité à l’oxydation car sa chaîne d’acide stéarique est entièrement saturée (indice d’iode < 5). Il ne rancit pas, même après une conservation prolongée. L’E491 est thermostable jusqu’à 180 °C ; au-delà de 200 °C, il commence à foncer et à se décomposer, libérant des acides gras libres (qui peuvent engendrer des goûts indésirables). Il est stable à un pH compris entre 3 et 9 ; à un pH inférieur à 3, une hydrolyse lente se produit sur plusieurs semaines à plusieurs mois ; à un pH supérieur à 9, la saponification est rapide (surtout à température élevée). L’E491 est compatible avec la plupart des ingrédients alimentaires, notamment les protéines, les glucides, les autres émulsifiants et les conservateurs. Il présente une bonne compatibilité avec les polysorbates (E432-436). En effet, les colorants E491 et E433 (polysorbate 80) sont souvent utilisés conjointement car ils forment un film interfacial mixte d'une stabilité supérieure. Le colorant E491 est incompatible avec les agents oxydants puissants (par exemple , le chlore ou le peroxyde d'hydrogène à forte concentration). Pour une dispersion optimale, il convient d'ajouter le colorant E491 à la phase huileuse et de la chauffer à 60-70 °C avant de l'incorporer à l'eau. On peut également le mélanger à sec avec du sucre ou de la farine avant l'ajout du liquide. Ne pas ajouter directement à l'eau froide : cela formerait des grumeaux difficiles à disperser.
6. Statut réglementaire, innocuité et toxicologie (paragraphe)
Le JECFA a établi une DJA de 0 à 25 mg/kg de poids corporel pour le monostéarate de sorbitan (incluant le tristéarate et le trioléate de sorbitan). Cette DJA repose sur des études n'ayant mis en évidence aucun effet toxique à une dose de 2,5 % de l'alimentation chez le rat (soit environ 1 250 mg/kg/jour). Les études de métabolisme montrent que l'E491 est partiellement hydrolysé dans l'intestin grêle en sorbitan et en acide stéarique. Le sorbitan est faiblement absorbé (environ 10 à 20 %) ; le reste est excrété dans les fèces. Le sorbitan absorbé est excrété inchangé dans l'urine. L'acide stéarique est absorbé et métabolisé normalement. Aucune génotoxicité, cancérogénicité ni toxicité pour la reproduction n'a été observée. Lors d'une étude d'alimentation chez le rat menée sur deux ans avec une dose de 5 % de l'alimentation (environ 2 500 mg/kg/jour), aucun effet indésirable n'a été rapporté. Teneurs maximales en UE : 10 g/kg dans les produits de boulangerie fine, 5 g/kg dans les desserts glacés, 10 g/kg dans les préparations pour gâteaux. Aux États-Unis : généralement reconnu comme sûr (GRAS) en vertu de la norme 21 CFR 172.842, sans limite spécifique lorsqu’il est utilisé comme émulsifiant, stabilisant ou agent antimousse. L’E491 est autorisé dans les aliments biologiques aux États-Unis (les ingrédients non biologiques sont autorisés jusqu’à 5 % du produit), mais son utilisation est restreinte par la réglementation biologique de l’UE. Les réactions allergiques sont extrêmement rares ; les personnes présentant une sensibilité au sorbitol (provoquant des troubles gastro-intestinaux) ne réagissent généralement pas au sorbitan, car il s’agit d’une molécule différente (sorbitol déshydraté). L’E491 est sans produits laitiers, sans gluten et convient aux végétaliens (lorsqu’il est issu d’acide stéarique végétal, ce qui est le cas le plus fréquent).
7. Méthodes analytiques d'identification et de quantification (sous forme de liste)
• Chromatographie sur couche mince (CCM) — Plaque de gel de silice avec chloroforme : méthanol : eau (80 : 20 : 2) comme phase mobile ; visualisation par pulvérisation d'acide sulfurique et carbonisation ; Rf d'environ 0,4-0,5 pour le monoester.
• Chromatographie liquide à haute performance (HPLC) — Colonne C18 en phase inverse avec gradient acétonitrile:eau et détection par diffusion de lumière évaporative (ELSD) ; sépare les monoesters, les diesters et les triesters.
• Chromatographie en phase gazeuse (GC) — Après hydrolyse et dérivatisation (méthylation pour l'acide stéarique ; silylation pour le sorbitan), quantifie les deux composants.
• Spectroscopie infrarouge (FTIR) — Pics caractéristiques : ester carbonyle à 1735 cm⁻¹, OH (hydroxyles libres) à 3400-3500 cm⁻¹, CH à 2850-2950 cm⁻¹.
• Titrage de l'indice d'acide — Mesure l'acide stéarique libre (doit être <5 mg KOH/g pour une bonne qualité).
• Titrage de l'indice de saponification — Mesure la teneur totale en esters.
• Titrage de l'indice d'hydroxyle — Mesure les groupes hydroxyle libres (trois par molécule de monoester ; moins pour les diesters).
• Teneur en eau (titrage Karl Fischer) — Garantit que le produit est sec ; maximum 2 %.
• Détermination du point de fusion — Méthode capillaire ; plage typique 50-60°C.
• Calcul du HLB — Calculé à partir des valeurs de saponification et d'hydroxyle : HLB = 20 × (1 - S/HV), où S est la valeur de saponification et HV est la valeur d'hydroxyle (non couramment utilisée pour le CQ de routine).
