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Profils en acides gras, abondance de composés volatils et propriétés sensorielles du lait de vaches recevant de la fléole des prés sous forme de foin,
d’ensilage ou de pâturage
Mémoire
Marie-Pier Villeneuve
Maîtrise en sciences animales
Maître ès sciences (M.Sc.)
Québec, Canada
© Marie-Pier Villeneuve, 2013
iii
Résumé
Afin d’évaluer l’effet du type de fourrage utilisé dans la ration sur la flaveur ainsi que sur le profil en
acides gras et en composés volatils du lait, des vaches laitières ont reçu une ration à base de fléole
des prés sous forme de foin, d’ensilage ou de pâturage. Le rapport acide palmitique sur acide oléique
fût inférieur pour le lait issu du traitement pâturage comparativement aux autres traitements. Le type
de fourrages a également affecté les teneurs en acides gras, alcools, aldéhydes, cétones, lactones et
terpènes du lait. Des panélistes ont été en mesures de différencier les laits des traitements foin et
pâturage. Les résultats de cette expérience montrent que les profils en acides gras et en composés
volatils des sécrétions lactées peuvent être modulés par le type de fourrage servi aux vaches et que
ces changements influencent les propriétés sensorielles du lait.
v
Table des matières
Résumé .......................................................................................................................................................................... iii
Table des matières ......................................................................................................................................................... v
Liste des tableaux .......................................................................................................................................................... vi
Liste des figures ............................................................................................................................................................ vii
Liste des abréviations et des sigles ................................................................................................................................ ix
Remerciements .............................................................................................................................................................. xi
Avant-propos ................................................................................................................................................................ xiii
Chapitre 1. ...................................................................................................................................................................... 1
Introduction .................................................................................................................................................................... 1
Chapitre 2 ....................................................................................................................................................................... 5
Revue des travaux antérieurs ........................................................................................................................................ 5
2.1. Alimentation et composition du lait ................................................................................................................. 5
2.2. Composés volatils retrouvés dans le lait via la consommation de fourrages .................................................. 6
2.3. Principaux constituants et composés volatils ayant un impact sur la flaveur du lait ....................................... 9
2.4. Impacts des traitements thermiques sur les composés volatils retrouvés dans le lait .................................. 18
2.5. Impact des méthodes d’analyses sur les composés volatils retrouvés dans le lait ...................................... 22
2.6. Étude des composés volatils retrouvés dans le lait ...................................................................................... 31
2.7. Analyses sensorielles, seuils de perception et dégustation de lait ............................................................... 38
Liste des ouvrages cités ............................................................................................................................................... 41
Chapitre 3 ..................................................................................................................................................................... 47
Milk volatile organic compounds and fatty acid profile in cows fed timothy as hay, pasture, or silage ......................... 47
Interpretive summary ........................................................................................................................................... 48
Abstract ............................................................................................................................................................... 49
Introduction .......................................................................................................................................................... 50
Materials and methods ........................................................................................................................................ 51
Results and discussion ........................................................................................................................................ 56
Conclusion ........................................................................................................................................................... 63
Acknowledgement ............................................................................................................................................... 63
References .......................................................................................................................................................... 65
Chapitre 4 ..................................................................................................................................................................... 81
Conclusions générales ................................................................................................................................................. 81
vi
Liste des tableaux
Tableau 2.1. Valeur NIF (nasal impact frequency) des composés identifiés par chromatographie en phase
gazeuse avec olfactomètre (GC-O) et provenant du lait de vaches ayant consommé une ration totale
mélangée (RTM) ou du pâturage, avec la description aromatique.. ......................................................... 35
Tableau 2.2. Abondances relatives moyennes (mg/kg, ± erreur type de la moyenne) des composés volatils
identifiés dans le lait de vaches Holstein ayant consommées des rations à base de pâturage ou une RTM
(tiré de Croissant et al., 2007). ................................................................................................................. 37
Table 3.3. Chemical composition of the three experimental timothy forage types ............................................. 69
Table 3.4. Body weight, forage intake, milk yield, and milk composition in Holstein cows fed timothy hay,
pasture, or silage ...................................................................................................................................... 70
Table 3.5. Fatty acid profile of milk fat of Holstein cows fed timothy hay, pasture, or silage ............................. 71
Table 3.6. Milk volatile organic compounds in Holstein cows fed timothy as hay, pasture, or silage. ............... 74
Table 3.7. Results of the triangle tests comparing milks from cows fed silage or pasture with milk from cows
fed hay ...................................................................................................................................................... 76
Table 3.8. Average rankings of 1 to 3 given by 30 assessors for the intensity of global, sweet, and grassy
flavors of milk from Holstein cows fed timothy hay, pasture, or silage ...................................................... 77
vii
Liste des figures
Figure 2.1. Analyse en composantes principales des composés volatils retrouvés dans du lait pasteurisé à
différentes températures (77, 79, 82 et 85°C) et analysés aux jours 0, 7, 10 et 13 après la pasteurisation
(Source : Gandy et al., 2008). .................................................................................................................. 21
Figure 3.2. The ratio of 16:0 to c9 18:1 fatty acids in milk fat of Holstein cows fed timothy hay, pasture, or
silage. SEM = 0.34. a, b Bars with uncommon superscripts are different at P < 0.01. ............................. 79
ix
Liste des abréviations et des sigles
°C : degré Celsius
ADF : (acid detergent fiber) fibre au détergent acide
AEDA : (aroma extraction dilution analysis) analyse de dilution et extraction d’arôme
BW : (body weigh) poids corporel
C : carbone
CLA : acides linoléiques conjugués
CP : (crude protein) protéine brute
d : (day) jour
DIM : (days in milk) jour en lactation
DM : (dry matter) matière sèche
DMI : (dry matter intake) matière sèche ingérée
DVB : Divinylbenzene
FA : (fatty acid) acide gras
FCM : (fat corrected milk) lait corrigé pour sa teneur en matière grasse
g : gramme
g/L : gramme/litre
GC : (gaz chromatography) chromatographie en phase gazeuse
GC-FID : (gaz chromatography –flame ionisation detector) chromatographie en phase gazeuse jumelée à un détecteur à ionisation de flamme
GCMS : (gaz chromatography mass spectrometry) chromatographie en phase gazeuse avec spectromètre de masse
GC-O : (gaz chromatography-olfactometry) chromatographie en phase gazeuse avec olfactomètre
HRGC : (high resolution gaz chromatography) chromatographie en phase gazeuse à haute résolution
HS-SPME : (headspace solid phase micro extraction) micro-extraction en phase solide configuration ‘headspace’
x
kg : kilogramme
mg : milligramme
MS : matière sèche
NDF : (neutral detergent fiber) fibre au détergent neutre
NEL : (net energy of lactation) énergie nette de lactation
NIF : (nasal impact frequency) fréquence de détection nasale
PA : polyacrylate
PDMS : polydimethylsiloxane
RTM : ration totale mélangée
SPME : (solid phase micro extraction) micro-extraction en phase solide
TMR : (total mixed ration) ration totale mélangée
VOC : (volatile organic compounds) composés organiques volatils
α : alpha
β : bêta
γ : gamma
ω-3 : oméga 3
ω-6 : oméga 6
xi
Remerciements
Cette expérience a été financée par le programme de Chaire Industrielle du Conseil de Recherches en
Sciences Naturelles et en Génie du Canada (Ottawa, ON, Canada) avec la contribution de Novalait inc.
(Québec, QC, Canada), des Producteurs laitiers du Canada (Ottawa, ON, Canada), de la Fédération des
producteurs de lait du Québec (Longueuil, QC, Canada), du Ministère de l’Agriculture, des Pêcheries et de
l’Alimentation du Québec (Québec, QC, Canada) et de Valacta (Sainte-Anne-de-Bellevue, QC, Canada). Les
auteurs souhaitent également remercier le personnel du Centre de recherche en sciences animales de
Deschambault pour leur collaboration durant la phase expérimentale. Nous remercions aussi Gabrielle St-
Pierre et Micheline Gingras, du Département des sciences animales de L’Université Laval, pour leur aide lors
des analyses de laboratoire.
xiii
Avant-propos
L’idée de réaliser un projet de maîtrise a d’abord fait surface lors d’un stage professionnel réalisé en
2008 dans un centre de recherche. Ayant toujours aimé appendre, j’ai trouvé fascinant de découvrir
le monde de la recherche qui rallie rigueur et sciences.
J’ai terminé mon bac au printemps 2009 et l’envie d’entreprendre des études supérieures était
toujours présente. J’ai finalement décidé de communiquer avec Rachel Gervais, que j’avais croisée à
quelques reprises lors de ma dernière session et qui m’avait parlé d’une Chaire de recherche sur la
composition du lait qui serait bientôt mise sur pied avec le Dr Yvan Chouinard. Je me souviens très
bien de m’être rendue au Pavillon Paul-Comtois pour rencontrer Rachel. C’était inévitable; son
charisme, sa personnalité authentique et sa grande générosité m’ont pratiquement convaincue. Je
suis donc allé rencontrer Yvan Chouinard qui m’avait déjà enseigné un cours de nutrition animale. Je
savais que le Dr Chouinard était un enseignant qui connaissait très bien sa matière, mais j’étais loin
de me douter que j’allais rencontrer un chercheur si intelligent et dévoué, et qu’il allait devenir mon
directeur de recherche. Avec le Dr Chouinard, j’ai appris à pousser davantage mes réflexions afin de
m’assurer de toujours bien comprendre l’origine des phénomènes observés et par le fait même, j’ai
développé ma curiosité scientifique. J’ai été inspirée de travailler auprès d’un chercheur faisant
preuve de beaucoup d’humilité et d’humanité, en plus d’être animé d’une passion aussi remarquable
pour son métier.
Le projet, portant sur l’influence du type de fourrage sur les flaveurs du lait, exigeait d’abord
d’identifier quels facteurs alimentaires pouvaient avoir un impact sur les propriétés du lait. Il fallait
également obtenir de l’information sur les méthodes possibles d’analyse des composés aromatiques
volatils contenus dans le lait. Une revue de littérature sur le sujet est présentée dans le deuxième
chapitre de ce mémoire. Le chapitre trois contient l’article scientifique dans lequel nous décrivons
l’expérience que nous avons réalisée. Cet article a été réalisé avec la collaboration d’Yvan
Chouinard, professeur titulaire, Rachel Gervais, professeure adjointe et Yolaine Lebeuf,
Professionnelle de recherche au Département des sciences animales de l’Université Laval. Gaëtan
Tremblay, chercheur scientifique chez Agriculture Agroalimentaire Canada, Jean-Christophe
Vuillemard, professeur titulaire au Département des sciences des aliments et de nutrition et Jacinthe
Fortin, chercheure au Centre de recherche et de développement sur les aliments d’Agriculture et
xiv
Agroalimentaire Canada ont également contribué à cet article qui sera soumis pour publication en
2013 dans le Journal of Dairy Science. La mise en forme et les abréviations utilisées dans ce dernier
chapitre respectent donc les exigences de ce journal.
Je tiens à remercier Yolaine Lebeuf et Micheline Gingras pour leur précieuse aide lors des analyses
en laboratoire ainsi que pour le temps qu’elles ont accordé à étudier l’analyse d’échantillons de lait
avec le GCMS. Je veux également remercier toute l’équipe du Centre de recherche en sciences
animales de Deschambault et plus particulièrement Marie-Ève, André et Philippe, pour leur
collaboration et tout le plaisir que nous avons eu lors de la phase expérimentale du projet. Merci à
Gabrielle St-Pierre et Leacady Saliba pour leur aide. Un merci spécial à Marie-Pierre Dallaire,
également étudiante à la maîtrise, qui est passé d’une collègue de travail à une précieuse amie et ce,
en m’accompagnant lors de toutes les étapes que l’on doit franchir lorsqu’on entreprend des études
supérieures.
Pour terminer, j’aimerais remercier mes parents, qui ont toujours cru en moi et m’ont supporté tout au
long de mes études. Merci aussi à ma petite sœur, pour son positivisme et son soutien. Finalement,
merci à mon conjoint, qui m’a encouragé dès le début à réaliser ce projet et qui a été présent à
toutes les étapes. C’est grâce à vous tous et à la lueur de fierté que je vois dans vos yeux que j’ai
toujours envie de continuer et de me dépasser…
Mario, Pierrette, Cassandra et Jasmin, je vous dédie ce mémoire…
1
Chapitre 1.
Introduction
Les consommateurs sont de plus en plus soucieux de la qualité des aliments qu’ils ingèrent. Les
caractéristiques nutritionnelles, microbiologiques et sensorielles revêtent une grande importance
dans la sélection d’un produit plutôt qu’un autre. En ce sens, la flaveur d’un aliment, ainsi que son
apparence et sa texture, sont considérés comme déterminants dans le choix effectué par le
consommateur pour un produit particulier (d’Acampora et al., 2007).
Sur le plan physiologique, l’odeur d’un aliment est perçue par le nez, avant la prise en bouche, alors
que l’arôme est perçu par les voies rétro nasales lorsque l’aliment se trouve dans la cavité buccale
(Molimard et al., 1997). Ce sont ces phénomènes, combinés au goût de l’aliment, qui définissent le
concept de flaveur. La perception de la flaveur est généralement due à la présence de molécules
volatiles présentes à de très faibles concentrations (Molimard et al., 1997).
La perception sensorielle du lait est étroitement liée à ses caractéristiques ou propriétés physiques.
L’émulsion de globules de gras dans la phase aqueuse de protéines colloïdales procure un agréable
goût en bouche (Marsili, 2003). Des composés volatils y sont présents à de faibles concentrations
(Marsili, 2003). Les protéines, les lipides et les glucides contenus dans le lait sont des précurseurs de
composés aromatiques volatils (Alvarez, 2009). Par exemple, la matière grasse du lait peut intervenir
directement dans la flaveur ou agir à titre de précurseur de plusieurs composés aromatiques tels que
les acides gras, les cétones, les alcools, les lactones et les esters (Molimard et al., 1997). Le lait
contient de nombreux composés volatils ayant diverses origines et pouvant influencer sa flaveur.
2
Il est connu que la race de l’animal, son stade de lactation, son âge et son alimentation peuvent
influencer la composition du lait. D’ailleurs, plusieurs chercheurs se sont attardés à l’effet de
l’alimentation des animaux sur les caractéristiques du lait produit. Mais généralement, on a
investigué l’effet de différents types de régime sur les teneurs en composantes majeures du lait, soit
les protéines et la matière grasse. Beaucoup moins d’études ont porté sur l’impact de l’alimentation
des animaux sur la flaveur du lait produit.
Or, les études complétées ont démontré que l’alimentation des vaches laitières est susceptible de
modifier de façon significative les propriétés sensorielles des laits crus (Dubroeucq et al., 2002;
Marsili, 2003). Les composés à l’origine des flaveurs peuvent être transférés dans le lait de la vache
via l’inhalation, la digestion et les gaz du rumen (Shipe et al., 1962; Morgan et Pereira, 1962). Le
principal facteur pouvant changer la concentration en composés volatils dans le lait s’avère donc être
l’alimentation des animaux.
Toutefois, plusieurs facteurs rendent difficile l’identification des composés volatils ayant un rôle de
premier plan dans la formation de la flaveur du lait. Tout d’abord, il y a moins de composés volatils
dans le lait que dans d’autres produits laitiers tels que le beurre ou le fromage (Bendall, 2001). De
plus, certains de ces composés possèdent un faible seuil de détection sensorielle (Marsili, 2003) et
sont présents dans le lait à des concentrations auxquelles il est très difficile de les quantifier. Cela
complique la compréhension exacte de leur rôle dans la flaveur globale du lait. Un autre élément qui
complique la compréhension de la formation des flaveurs dans le lait est que la plupart des
composés aromatiques présents peuvent être produits par deux ou même plusieurs voies (Marsili,
2003). Par exemple, les productions de méthyl-cétone, d’alcool secondaires et de lactones dans le
lait peuvent provenir de réactions microbiennes aussi bien que de traitements à température élevée
(Marsili, 2003). En ce sens, le type, l’intensité et la durée des traitements thermiques appliqués au
lait (ex. pasteurisation) ont aussi un impact sur sa teneur en composés volatils. Des réactions
chimiques ou une détérioration microbiologique peuvent aussi avoir lieu lors de l’entreposage du lait.
3
Ultimement, les méthodes d’extraction et d’analyse des composés volatils sont multiples et diffèrent
énormément dans la littérature, ce qui complique la comparaison des résultats obtenus.
Nous avons émis l’hypothèse que le type de fourrage utilisé dans la ration des vaches laitières a une
influence sur la flaveur du lait. Le but de notre expérience était d’étudier l’effet du type de fourrage de
fléole des prés, soit le foin, l’ensilage et le pâturage, consommé par les vaches laitières, sur les
composés volatils retrouvés dans le lait, la production laitière et la composition du lait en acides gras.
5
Chapitre 2
Revue des travaux antérieurs
2.1. Alimentation et caractéristiques sensorielles du lait
Certains aliments de la vache tels que les sous-produits de la betterave et les crucifères sont
reconnues pour conférer des flaveurs indésirables au lait (Urbach, 1990). Parallèlement, de
nombreuses observations ont été faites relativement à l’effet, parfois cité comme indésirable, de la
consommation d’herbe sous forme de pâturage sur la flaveur des produits laitiers (Urbach, 1990).
Toutefois, les effets de la nature des fourrages et de leurs méthodes de conservation sur la flaveur
du lait produit restent peu connus.
Verdier-Metz et al. (1998) ont comparé les fromages fabriqués à partir du lait de vaches recevant du
fourrage récolté dans une même parcelle et le même jour mais servis sous forme de foin ou
d’ensilage. Les deux fourrages consommés étaient d’excellente qualité. Outre le fait que le fromage
fabriqué avec le lait des vaches ayant reçu de l’ensilage était plus jaune (dus à une plus grande
concentration en carotènes dans l’ensilage), il était également plus amer (Verdier-Metz et al., 1998).
Les autres propriétés sensorielles étaient relativement comparables pour les deux types de fromages
produits. D’autres études ont été menées afin d’analyser l’impact de la source de fourrages sur les
propriétés des fromages ou du beurre obtenus, mais très peu se sont attardé aux effets pouvant être
perçus sur le lait frais.
En effet, peu de chercheurs ont tenté d’identifier les caractéristiques précises qui différencient les
laits provenant de vaches nourries de différents régimes alimentaires. Dans l’étude de Dubroeucq et
al. (2002), des tests triangulaires ont permis de distinguer des laits provenant de vaches nourries de
6
rations à base de pâturage et des laits issus de vaches recevant des rations à base de foin ou des
régimes riches en concentrés. Environ la moitié des dégustateurs ont également différencié des laits
provenant de vaches nourries d’un régime à base d’ensilage d’herbe plutôt qu’à base de foin. Les
auteurs affirment donc que des ensilages d’herbes bien conservés et distribués dans de bonnes
conditions peuvent être à l’origine de modifications des caractéristiques sensorielles des laits
(Dubroeucq et al, 2002). En outre, les différences observées entre les laits provenant d’animaux
nourris aux pâturages et ceux provenant de vaches recevant une ration à base de foin ou de
concentrés seraient liées soit aux profils en acides gras du lait de pâturage, ce dernier étant plus
riches en acides gras à chaînes polyinsaturés, ou seraient attribuables aux composés volatils
retrouvés dans le lait de pâturage (Dubroeucq et al, 2002).
2.2. Composés volatils retrouvés dans le lait via la consommation de fourrages
Les espèces fourragères peuvent contenir plus d’une dizaine de composés volatils de diverses
natures chimiques (Kalač, 2011). D’ailleurs, dans certaines régions d’Europe, on vise à utiliser
certains composés volatils comme «marqueurs» afin de retracer le type de fourrage consommé par
les vaches laitières, puisque ces composés peuvent être transférés dans le lait et ultimement, dans
les fromages produits. Des études spécifiques ont été réalisées, au cours des dernières années, afin
d’analyser les effets de la diversité botanique des fourrages sur les caractéristiques sensorielles de
divers types de fromages produits. Les terpènes notamment, pourraient être utilisés comme
paramètre de traçabilité pour du lait ou des produits laitiers d’origine contrôlée.
Les principaux composés volatils retrouvés dans les fourrages peuvent être divisés en plusieurs
groupes, selon leur structure chimique. Par exemple, il y a les hydrocarbures, les terpènes, les
alcools, les aldéhydes, les cétones, les acides, les esters et les composés soufrés (Kalač, 2011).
Certains de ces composés proviennent directement des plantes, alors que d’autres sont produits s’il
y a étiolement, lors du séchage ou lors de la fermentation des ensilages (Kalač, 2011).
7
Depuis plusieurs années, l’utilisation d’ensilage dans la ration des vaches est souvent associée à la
présence de flaveurs indésirables dans le lait cru. L’étude menée par Shipe et al. (1962) a permis de
conclure qu’une grande variété de composés présents dans les ensilages pouvaient être transférés
dans le lait par les voies respiratoires aussi bien que par l’absorption dans le système digestif (Shipe
et al., 1962). Ces chercheurs ont également démontré que les flaveurs étaient transmises plus
rapidement lorsqu’elles étaient inhalées. Des aliments tels que les ensilages fermentés, la luzerne
(en herbe ou en foin) et le foin de trèfle seraient reconnu comme pouvant causer des flaveurs
indésirables dans le lait (Marsili, 2003). Certaines des molécules contribuant à ces flaveurs
indésirables ont d’ailleurs été identifiées (Marsili, 2003). Par exemple, de la luzerne fraîchement
coupée contiendrait des teneurs élevées en trans-2-hexanal, trans-3-hexanal et trans-3-hexenol, ce
qui procurerait un goût d’herbe au lait (Marsili, 2003).
D’autres auteurs attribuent le ‘goût d’étable’ dans le lait frais à la présence d’acides gras à faible
poids moléculaires, à des composés hétérocycliques azotés, à des phénols, des lactones, des
dérivés du phytol ou des acétones, ainsi qu’à des produits carbonylés volatils (Alvarez, 2009). Il y a
donc plusieurs composés volatils qui peuvent influencer la flaveur du lait. Notons que les composés
aromatiques retrouvés dans le lait peuvent provenir directement de l’alimentation, mais ils peuvent
également être produits dans le rumen lors du processus de fermentation.
Dans l’étude de Krizsan et al. (2007), 24 ensilages à faible teneur en matière sèche (213 ± 17,6 g/kg
MS) et de différentes qualités de fermentation ont été analysés pour quantifier les composés volatils
présents et faire un lien avec leur ingestion. Ces ensilages étaient principalement constitués de fléole
des prés (Phleum pratense L.) et de fétuque des prés (Festuca elatior auct. Amer). On a identifié et
quantifié treize esters, cinq aldéhydes, trois alcools et un sulfure (Krizsan et al., 2007). On a retrouvé
du méthanol et de l’éthanal à des concentrations respectivement comparables et légèrement plus
élevées en moyenne dans l’herbe comparativement à l’ensilage (Krizsan et al., 2007). Cela indique
que la présence de ces composés n’est pas uniquement due à la fermentation (Krizsan et al., 2007).
La pectine est la source majeure de méthanol dans la nature et la libération de ce dernier résulte de
8
l’activité des enzymes pectiques retrouvées dans les plantes, les bactéries, les levures et les
champignons (Krizsan et al., 2007). En effet, le méthanol est relâché à partir de la pectine, alors que
l’éthanol est produit à partir des glucides fermentescibles. Les alcools primaires seraient formés par
la réduction de leur aldéhydes respectifs (Toso et al., 2002). Les autres alcools proviendraient du
catabolisme des acides aminés (Kalač, 2011). La concentration moyenne en propanal était
également plus élevée dans l’herbe que dans l’ensilage. On a retrouvé de l’éthanol dans les
fourrages, mais dans cette étude, Krizsan et al. (2007) n’ont pas trouvé de réponse claire quant à
l’origine de l’éthanal et de l’éthanol retrouvé dans l’herbe.
Plusieurs composés volatils peuvent être transférés dans le lait cru ou dans le lait transformé de
bonne qualité ayant une flaveur dite « normale ». Par exemple, l’acétone et le 2-butanone seraient
les deux molécules présentes en plus grande concentration et pourraient potentiellement provenir de
l’alimentation des animaux (Marsili, 2003). Les toluènes et les limonènes seraient présents à l’état de
trace seulement et proviendraient de la dégradation de la β-carotène et des fourrages,
respectivement (Marsili, 2003). L’hexanal serait aussi présent à l’état de trace et proviendrait de
l’auto-oxydation de l’acide linoléique (Marsili, 2003). On constate, avec ces différentes études, que
l’alimentation a bel et bien un effet sur le profil des composés volatils retrouvés dans le lait, ces
derniers pouvant contribuer à la flaveur du lait.
Selon MacGibbon et Taylor, (2006), les familles de composés volatils qui contribueraient
significativement à la flaveur du lait seraient les acides gras, les aldéhydes, les lactones et les
méthyl-cétones. Day (1966) a, quant à lui, identifié les acides gras, les aldéhydes, les alcools, les
lactones, les cétones, les hydrocarbures et les esters comme étant les familles de composés volatils
les plus importantes contribuant à la flaveur du lait. La prochaine section sera donc consacrée à une
revue des principales familles de composés volatils retrouvées dans le lait, et documentées dans la
littérature.
9
2.3. Principaux constituants et composés volatils ayant un impact sur la flaveur du
lait
La matière grasse du lait joue un rôle de premier plan en ce qui a trait aux propriétés organoleptiques
des produits laitiers. En effet, les lipides subissent de nombreuses réactions telles que l’hydrolyse,
l’auto-oxydation, la décarboxylation, la déshydratation, la réduction et l’estérification. Ces réactions
libérent différents composés aromatiques qui peuvent avoir un impact sur les qualités
organoleptiques du lait. Plusieurs composés sont libérés dont les acides gras, les alcools, les
aldéhydes, les esters, les hydrocarbures, les cétones et les lactones. Nous allons donc nous attarder
à ces familles chimiques, ainsi qu’aux composés soufrés et aux terpènes, composés généralement
cités dans la littérature ou auxquels certains chercheurs se sont intéressés dans les dernières
années.
2.3.1 Acides gras
Plus de 400 acides gras ont été identifiés dans la matière grasse du lait (MacGibbon et Taylor, 2006).
Spécifions qu’il existe deux types d’acides gras soit les acides gras saturés, comprenant uniquement
des liaisons simples, et les acides gras insaturés, à l’intérieur desquels certains atomes d’hydrogène
sont manquant ce qui génère la présence d’une ou plusieurs double(s) liaison(s). Les acides gras
que l’on dit polyinsaturés comprennent plusieurs doubles liaisons.
Les acides gras du lait proviennent de deux sources différentes. Les acides gras à chaînes courtes et
moyennes (C4 à C14) sont synthétisés dans la glande mammaire alors que les acides gras à longue
chaîne (18 carbones et plus) sont prélevés dans le plasma sanguin et proviennent de l’alimentation
ou des réserves adipeuses de l’animal. Les acides gras à 16 carbones proviennent de l’une ou l’autre
des deux sources (MacGibbon et Taylor, 2006). Par exemple, l’acide α-linolénique (18:3 cis-9, cis-12,
cis-15) et l’acide linoléique (18:2 cis-9, cis-12) sont deux acides gras polyinsaturés que l’on retrouve
en grande quantité dans l’herbe fraîche (Boufaïed et al., 2003; Jenkins et al., 2008). Ces acides
10
doivent être ingérés par la vache afin d’être sécrétés dans le lait. L’alimentation de la vache revêt
donc une grande importance en ce qui a trait à la composition en acides gras insaturés du lait.
Dans les pays à climat tempéré, l’herbe fraîche contient de 1 à 3 % d’acides gras et est riche en
acide linolénique (Doreau et al., 2005). L’espèce, le stade de développement, la température et
l’intensité de la lumière sont tous des facteurs expliquant les variations de concentration en lipides
observés dans les plantes. Dans l’herbe fraîche, l’acide α-linolénique représente de 50 à 75 % des
acides gras totaux (Boufaïed et al., 2003; Elgersma et al., 2006). Les lipides qui constituent les
végétaux ne sont toutefois pas statiques et leur dégradation à l’intérieur même de la plante par des
lipases est probable et normale. Mais ces processus n’ont pas d’influence notable sur les profils en
acides gras dans les plantes. Les plus grandes modifications de la fraction lipidique ont plutôt lieu
lors de la sénescence de la plante, lors de la pâture ou lors de la conservation (Elgersma et al.,
2006).
Modifier l’alimentation des vaches, directement à la ferme, est le moyen le plus rapide et le plus
efficace pour contrôler et moduler le profil et la teneur en matière grasse du lait (Chilliard et al.,
2000). De plus, la composition en acides gras du lait peut affecter non seulement ses qualités
organoleptiques, mais également ses propriétés nutritionnelles (Chilliard et al., 2000). Plusieurs
études ont démontré, au cours des dernières années, les propriétés intéressantes de certains acides
gras tels que les ω-3 (spécialement l’acide α-linolénique) et les acides linoléiques conjugués (CLA)
notamment dans la prévention du cancer, de l’obésité et de l’athérosclérose (Chilliard et al., 2000).
Les acides α-linolénique et linoléique sont les principaux acides gras, respectivement des familles
ω-3 et ω-6, qu’on retrouve dans le lait (Slots et al., 2008). C’est pourquoi plusieurs études ont été
réalisées afin de moduler et d’optimiser la composition en acides gras des produits laitiers soit, en
diminuant la proportion d’acides gras saturés et en augmentant la proportion d’acides gras insaturés,
principalement ceux de la famille des ω-3.
11
La quantité d’acide α-linolénique dans le lait serait légèrement plus élevée lorsque les vaches
reçoivent des rations à base d’herbe plutôt qu’à base d’ensilage de maïs, l’herbe verte étant la
principale source d’acide α-linolénique (Chilliard et al., 2001). Des rations à base d’herbe ou
d’ensilage ont également été comparées et il a été observé que sous forme d’herbe, un mélange de
graminées et de luzerne permet de produire un lait plus riche en acides gras mono- et polyinsaturés
(Morel et al., 2006). De plus, le lait produit contenait des concentrations significativement plus
élevées en acide linoléique et en acide α-linolénique (Morel et al., 2006). Lorsque les rations
contiennent plus de 58 % d’ensilage d’herbe, cela entraîneraient une augmentation de l’acide
myristique et de l’acide palmitique mais diminueraient la proportion d’acide oléique, d’acide linoléique
et d’acide α-linolénique, comparativement au lait produit lorsque les animaux consomment de l’herbe
au pâturage (Chilliard et al., 2000). Selon Chilliard et al. (2001) du côté de la France, c’est
principalement au printemps et à l’automne que la teneur en acides gras de l’herbe est la plus
élevée. Il est donc possible d’établir un lien entre la mise au pâturage des animaux et la forte
augmentation de la teneur en acide linolénique observée dans le lait, ces derniers pouvant alors
représenter jusqu’à 2,5 % des acides gras totaux du lait (Decaen et Ghadaki, 1970). Par contre, des
teneurs moins élevées en acide linolénique (maximum 1 %) ont aussi été observés dans d’autres
études pour des vaches alimentées au pâturage, ce qui pourrait être expliqué par un stade de
développement plus avancé des plantes pâturées (Chilliard et al., 2001). Par ailleurs, Shingfield et al.
(2005) ont démontré que le lait contiendrait une plus grande proportion d’acides gras polyinsaturés
lorsque la ration est constituée principalement de foin plutôt que d’ensilage. Les observations varient
dans la littérature relativement à la teneur en acides gras polyinsaturés retrouvés dans le lait de
vaches selon le type de fourrages consommé. Or, il faut noter qu’en plus d’apporter des acides gras
polyinsaturés, les fourrages procurent aussi des fibres qui favorisent un pH près de la neutralité et
rendent ainsi optimales les conditions pour les microorganismes dans le rumen. Ces derniers vont
hydrolyser les lipides et hydrogéner les acides gras qui s’y retrouvent via l’alimentation. Initialement,
les lipides ingérés par la vache sont en grande partie des glycolipides, des phospholipides et des
triacylglycérols tous riches en acides linoléique et α-linolénique (MacGibbon et Taylor, 2006). Les
lipides seront hydrolysés dans le rumen pour libérer des acides gras non estérifiés. Ensuite, ces
derniers sont assujettis au processus de biohydrogénation par les microorganismes du rumen
(MacGibbon et Taylor, 2006). Donc, des acides gras essentiels tels que l’acide linoléique et l’acide
12
α-linolénique sont hydrogénés en acides gras monoinsaturés généralement d’isomère trans ainsi
qu’en acide stéarique saturé 18:0 (Doreau et al., 2005).
Il est également connu que les acides gras retrouvés dans le lait peuvent avoir un impact sur la
flaveur. Par exemple, à de faibles concentrations, l’acide butyrique et l’acide caproïque ont été
identifiés comme composés clefs dans la flaveur du lait (MacGibbon et Taylor, 2006). Par contre,
lorsque présents en grandes concentrations, ils sont associés à la formation de flaveurs indésirables.
Comme mentionné précédemment, les lipides du lait sont également assujettis à plusieurs réactions.
Bendall (2001) mentionne que des études ont montré des taux d’oxydation plus rapides pour les
acides gras ayant un degré d’insaturation élevé (Cho et al., 1987). Il a donc anticipé dans son étude
que dans le lait frais, l’oxydation de l’acide α-linolénique aurait un plus grand impact sur la flaveur
que l’oxydation d’autres acides gras tels que l’acide linoléique ou l’acide oléique. En effet, les
résultats de son étude démontrent que les produits de l’oxydation de l’acide linolénique (octa-1, cis-5-
dien-3-one, hept-cis-4-enal et hex-cis-3-enal) ont été davantage décelés dans le lait que les produits
de l’oxydation de l’acide linoléique (oct-1-en-3-one et non-1-en-3-one) (Bendall, 2001). Donc, si on
assume que le lait de vaches nourries au pâturage contient généralement davantage d’acide
linolénique, il pourrait ainsi être plus susceptible à l’oxydation. En ce sens, une augmentation de la
quantité d’acides gras insaturés dans le lait serait en lien avec une augmentation de la quantité de
produits de l’oxydation de l’acide linolénique et ces produits pourraient avoir un impact sur la flaveur
du lait. De plus, lorsqu’on augmente la quantité d’acides gras insaturés du lait, le point de fusion de la
matière grasse diminue et le lait présente une teneur en gras liquide plus importante, ce qui peut
également avoir un impact sur l’aspect physico-chimique du lait et ultimement, sur sa flaveur.
2.3.2 Aldéhydes
Les aldéhydes peuvent provenir des lipides (aldéhydes à chaînes droites tels que l’isobutanal, le
pentanal, l’hexanal et le nonanal) ou de la dégradation des acides aminés (composés à chaînes
ramifiées tels que le 2-methylbutanal et le 3-methylbutanal) (Toso et al., 2002). La plupart des
13
aldéhydes provenant des lipides contribueraient à former l’agréable arôme herbacé du lait (Moio,
1993). Par contre, à concentrations plus élevées, ils procurent une forte et désagréable odeur de suif
(Moio et al., 1993). La plupart des aldéhydes retrouvés dans les produits laitiers proviennent de
l’oxydation des lipides (Day, 1966). Par exemple, le pentanal et l’hexanal peuvent être présents dans
le lait cru mais peuvent également être induits via l’oxydation des lipides par la lumière (Calvo et de
la Hoz, 1992). Dans l’étude de Toso et al. (2002), l'hexanal fût l’aldéhyde retrouvé en plus grande
quantité dans le lait des vaches alimentées avec de l’ensilage d’herbe. Parallèlement à ce résultat,
selon Marsili (2003), l’hexanal serait aussi présent à l’état de trace dans le lait et proviendrait de
l’auto oxydation de l’acide linoléique. En effet, les précurseurs les plus importants pour la formation
des aldéhydes sont les acides gras insaturés dont les acides oléique, linoléique, linolénique et
arachidonique. Gaspardo et al. (2009), ont aussi mesuré une grande quantité d'hexanal
comparativement aux autres composés volatils dans le lait. Dans le lait pasteurisé, l’hexanal fût
également identifié comme étant un important composé volatil, avec son odeur d’herbe (Moio et al.,
1994).
2.3.3 Esters
Les esters peuvent être formés dans la glande mammaire lors de l’estérification des alcools et acides
gras à courte chaîne (Moio et al. 1993). Dans leur étude de 1993, Moio et al. ont comparés les
composés volatils précurseurs de la flaveur du lait cru de bovins, d’ovins, de caprins et de bufflesses.
Pour les bovins, les esters représentaient la plus importante classe de composés, comprenant près
de la moitié de la fraction volatile neutre. Les esters éthyliques des acides butanoïque, hexanoïque,
octanoïque et décanoïque furent les principaux retrouvés (Moio et al., 1993).
Les esters butyrate d'éthyle et hexanoate d'éthyle sont les substances les plus odorantes retrouvées
dans des laits crus bovins avec une odeur fruitée (Moio et al., 1994; Marsili, 2003). Les composés
aromatiques les plus puissants dans le lait cru seraient d’ailleurs principalement des esters (Friedrich
et Acree, 1998). On note cependant que les esters ne sont généralement pas détectés dans le lait
pasteurisé puisqu’ils sont perdus lors du chauffage et de la transformation (Moio et al., 1994 ; Marsili,
14
2003). Des traitements à température élevée (environ 100ºC) provoquent la volatilisation ou
l’hydrolyse des esters éthyliques et ultimement, la formation de méthyl-cétones (Moio et al., 1994).
Dans l’étude de Gaspardo et al. (2009), les esters furent la deuxième famille de composés volatils
retrouvés en plus grande proportion. Ces concentrations d’esters élevées dans le lait pourraient être
reliées à l’entreposage à des températures froides avant l’échantillonnage. En effet, comme
l’explique Nursten (1997), durant cette période, les alcools sont en partie estérifiés avec des acides
volatils et convertis en propyles et en esters éthyliques à partir de l’activité enzymatique des
bactéries lactiques.
2.3.4 Cétones
Les cétones sont généralement présents sous forme de méthyl-cétones et proviennent des acides
gras libres qui sont d’abord oxydés en β-cétoacides qui subissent ensuite une décarboxylation en
méthyl-cétones (Moio et al., 1993). Similairement à ce qui a été évalué dans d’autres études sur la
fraction volatile du lait (Toso et al., 2002), les cétones furent la plus abondante famille de composés
identifiés avec l’acétone et le 2-butanone comme principaux constituants dans l’étude de Gaspardo
et al. (2009). D’ailleurs, l’acétone et le 2-butanone seraient les cétones présentes en plus grande
concentration dans le lait cru et pourraient potentiellement provenir de l’alimentation des animaux
(Gordon et Morgan, 1972; Marsili, 2003).
Dans l’étude de Mounchili et al. (2005), les analyses statistiques suggèrent que le butane-2-one ainsi
que le sulfure de diméthyle (un composé soufré) seraient des marqueurs de flaveurs reliés à
l’alimentation. Les résultats de l’étude démontrent également qu’il y a une augmentation de la teneur
en propane-2-one et en butane-2-one dans le lait de vaches ayant consommé de l’ensilage juste
avant la traite et que le lait obtenu avait des défauts de flaveur pouvant être caractérisé par un ‘goût
d’étable’ (Mounchili et al., 2005).
15
2.3.5 Lactones
Les lactones sont reconnues pour leur arôme sucré semblable à la pêche ou à la noix de coco (Moio
et al., 1993). Dans l’étude de Moio et al. (1993), seulement la δ-déca-lactone et la δ-dodécalactone
ont été détectées, en très faible quantité, dans le lait cru de bovin, ovin, caprin et de bufflesse. Le
peu de molécules identifiées pourrait être attribué à la technique d’analyse utilisée au moment de
l’étude (nous reviendrons sur les méthodes d’analyses un peu plus loin). Notons qu’un pH plus faible
du rumen, lorsque les vaches reçoivent une ration riche en concentrés par exemple, pourrait
favoriser la production de lactone (Bendall, 2001).
2.3.6 Composés soufrés
Dans l’étude de Moio et al., (1994), le sulfone de diméthyle et les esters furent les composés
retrouvés en plus grandes quantités dans le lait cru. Dans le lait pasteurisé, ce sont le sulfone de
diméthyle et le pentanal qui furent retrouvés en plus grandes quantités. Dans l’étude de Moio et al.
(1996), le sulfone de diméthyle, un composé soufré, était présent dans le lait de brebis alimentées au
pâturage, et ce, à des concentrations dix fois plus grandes que dans le lait provenant d’une ration à
base de grain. Toutefois, le sulfone de diméthyle a un très faible impact sur l’odeur dans un lait qui a
été chauffé (Moio et al., 1994).
Lorsque les vaches consomment des aliments comme de la luzerne, la quantité de sulfure de
diméthyle augmente dans le lait (Urbach, 1990). À de faibles concentrations, le sulfure de diméthyle
et le sulfone de diméthyle contribuent à la flaveur normale du lait cru. Par contre, lorsqu’ils se
retrouvent en forte proportion, ils peuvent causer des problèmes d’odeur (Urbach, 1990; Moio et al.,
1996). Il serait alors possible que le sulfure de diméthyle soit oxydé en sulfone de diméthyle via
l’oxysulfure de diméthyle. En fait, le sulfure de diméthyle est un produit de la dégradation de la
méthionine et est reconnu pour sa contribution au goût dit normal du lait, ou pour sa contribution à la
formation de flaveurs indésirables lorsque présent à concentrations élevées. Le sulfure de diméthyle
16
possède un faible seuil de détection olfactive et de minimes changements de concentration peuvent
modifier l’arôme du lait (Gordon et Morgan, 1973).
2.3.7 Alcools
Les alcools primaires peuvent être formés par la réduction de leurs aldéhydes respectifs et sont
présents en faibles quantités dans le lait (Moio et al., 1993). Dans des conditions normales, la
contribution des alcools à la flaveur du lait est donc généralement négligeable (Forss, 1979). Dans
l’étude de Gaspardo et al. (2009), les chercheurs ont évalué la fraction de composés volatils
retrouvés dans le lait et la concentration en alcool y était faible. Les composés les plus abondants
étaient le 1-propanol, l’éthanol et le méthanol (Gaspardo et al., 2009).
Il est connu que les ensilages n’ayant pas bien fermenté peuvent transmettre des flaveurs
indésirables dans le lait. Des problèmes de flaveurs associés aux aliments ingérés par les animaux
ont également été détectés dans le lait de troupeaux ayant apparemment consommé des ensilages
d’herbes de bonne qualité. En ce sens, Gordon et Morgan (1972) ont identifiés l’éthanol comme un
des principaux composés volatils dans le lait ‘teinté ’ par l’alimentation des animaux. Randby et al.
(1999) ont vérifié si l’ajout d’éthanol pur à la ration, soit dans l’ensilage, pouvait influencer la
composition et la flaveur du lait. Les concentrations utilisées dans cette étude représentaient des
proportions qu’il est possible de retrouver dans des ensilages bien fermentés, soient 600 g/jour. Un
maximum de 0,2 à 0,3 % de l’éthanol ingéré s’est retrouvé dans le lait (Randby et al., 1999). Cette
teneur, avec une concentration maximale de 180 mg/kg dans le lait, ne peut toutefois pas expliquer à
elle seule la flaveur indésirable associée à ce lait. Il faut considérer la contribution de l’éthanol, mais
également celle des produits de son métabolisme. Par exemple, la concentration d’acétone dans le
lait peut doubler lorsqu’il y a ingestion d’éthanol. Dans cette étude, on rapporte que les changements
observés dans la composition du lait suite à l’ingestion d’éthanol sont similaires à ceux observés
lorsque l’animal fait de l’acétonémie (c.-à-d. augmentation de la concentration en gras, en acétone et
en acides gras libres). Par contre, le processus physiologique et biochimique responsable de
17
l’apparition de flaveurs indésirables dans le lait lorsque les vaches ingèrent de l’éthanol ne sont pas
encore bien compris (Randby et al., 1999).
Dans du lait cru issus de vaches recevant trois types de rations, Toso et al. (2002) ont identifié
différents alcools. L’éthanol et le 3 methyl-1-butanol étaient les plus abondants. D’autres alcools, tels
que l’éthanol, le 1-pentanol, le 1-octen-3-ol, le 1-octanol, le dodécanol, le tétradécanol et le pentanol,
ont été identifiés dans du lait pasteurisé (Toso et al., 2002).
2.3.8 Terpènes
Les terpènes sont un vaste groupe de métabolites secondaires des plantes, dérivant d’unités
isoprènes (C5) (Kalač, 2011). Les monoterpènes (C10), les sesquiterpènes (C15) et les caroténoïdes
(C40) passent facilement des fourrages au lait avec seulement quelques altérations mineures (Kalač,
2011). Les terpènes sont retrouvés en plus grande quantité dans le lait d’animaux ayant ingéré des
fourrages riches en dicotylédones plutôt que des fourrages riches en graminées (Bugau et al., 2001)
ou une ration à base de concentrés (Moio et al., 1996).
Certains auteurs, principalement français, ont donc proposé d’utiliser les terpènes comme marqueurs
afin de retracer les laits associés à différentes régions et par le fait même, différents types de
pâturages. La concentration en terpènes dans les fourrages dépend principalement de leur
composition botanique (Martin et al., 2005). Par exemple, les fourrages riches en graminées sont
pauvres en terpènes alors que les fourrages provenant de pâturages de hautes altitudes et
comprenant plusieurs espèces de dicotylédones ont une teneur en terpènes plus élevée (Mariaca et
al., 1997; Bugaud et al., 2001). La concentration en terpènes augmenterait avec la maturité des
fourrages et elle diminuerait au cours de la récolte et de l’entreposage (Martin et al., 2005).
18
Dubroeucq et al. (2002) ont comparés des laits issus de différentes rations et malgré qu’un passage
des terpènes des plantes au lait fût observé, la concentration en terpène dans le lait était
relativement très faible (7-10 %). Le fourrage utilisé contenait de nombreuses espèces riches en
terpènes, mais ces plantes ont été servies sous forme séchée et le séchage des plantes serait à
l’origine d’une volatilisation importante des terpènes.
2.4. Impacts des traitements thermiques sur les composés volatils retrouvés dans
le lait
Initialement, lorsque les chercheurs ont étudié la flaveur du lait, ce fût pour identifier les composés
chimiques responsables de flaveurs indésirables (‘oxydés’ ou ‘rances’) pouvant parfois être
présentes (Marsili, 2003). La provenance de plusieurs composés volatils responsables de flaveurs
indésirables a d’ailleurs été élucidée. Des défauts de qualité peuvent se former suite à l’exposition du
lait à de la lumière provenant des fluorescents dans les supermarchés, et ce, même s’il se trouve à
l’intérieur de bouteilles de polyéthylène de densité élevée (Marsili, 2003). Le lait est alors plus
vulnérable à la formation de flaveurs indésirables que l’on dit ‘induites par la lumière’ (Marsili, 2003).
Ce processus serait divisé en deux étapes. En premier lieu, la dégradation d’acides aminés soufrés
provenant des protéines du lactosérum donnerait un goût de brûlé au lait dans les premiers jours
(Marsili, 2003). Après deux jours passés sur les tablettes, un goût de métal ou de carton se
développerait et resterait dans le lait (Marsili, 2003). Ce goût serait associé à la formation
d’aldéhydes (surtout le pentanal et l’hexanal), d’alcools, d’hydrocarbures et de cétones (1-hexen-3-
one et 1-nonen-3-one) lors de réactions d’oxydation des lipides (Marsili, 2003). Le matériel
d’emballage peut aussi être directement responsable de la formation de flaveurs indésirables dans le
lait. Par ailleurs, comme le lait est un excellent milieu de croissance pour les microorganismes,
certaines flaveurs indésirables peuvent aussi apparaître suite à une contamination post-
pasteurisation par des bactéries psychotropes (Marsili, 2003).
19
La flaveur du lait peut donc être influencée par l’alimentation ou le métabolisme de la vache, ainsi
que par des microorganismes et leurs enzymes durant l’entreposage. Or, la flaveur du lait peut
également être modifiée lors des traitements thermiques (Calvo et de la Hoz, 1992). L’intensité de la
flaveur ainsi produite dépend de l’intensité du traitement appliqué, incluant la température atteinte, la
durée du traitement et la méthode de chauffage.
Une étude récente indique que la pasteurisation peut modifier la flaveur du lait en lui donnant un goût
de ‘cuit’ ou de ‘chauffé’, surtout lorsque le produit vient tout juste de subir le traitement (Alvarez,
2009). L’intensité de cette flaveur indésirable diminuerait durant l’entreposage (Alvarez, 2009).
L’étude de Bendall (2001), dans laquelle on a identifié une soixantaine de composés volatils, a été
réalisée sur du lait ayant été préalablement pasteurisé. Au contraire, Hettinga et al. (2007) ont
analysé du lait n’ayant subi aucun traitement. Des laits crus de vaches ayant reçu différentes rations
à base d’ensilage (55 %) et de concentrés (45 %) et sans défaut de qualité ont été analysés et on a
retrouvé systématiquement sept composés volatils (Hettinga et al., 2007).
Les composés aromatiques formés lors de traitements thermiques peuvent provenir des protéines du
lait (Calvo et de la Hoz, 1992). Dans l’étude de Calvo et de la Hoz (1992), les auteurs expliquent que
les composés aromatiques peuvent être formés à partir du relâchement de composés sulfhydriles
durant la dénaturation des protéines du lactosérum ou des protéines contenues dans la membrane
des globules de gras. C’est ce qui permettrait de former différents composés soufrés. Toutefois, les
auteurs mentionnent que la concentration en certains composés soufrés se verrait diminuer lorsque
l’intensité des traitements thermiques appliqués serait trop grande. Le lactose, le glucose et le
galactose peuvent aussi être précurseurs de composés aromatiques durant les traitements
thermiques, entre autres par le biais d’interactions avec des acides aminés et autres composés
azotés lors de la réaction de Maillard. L’application de traitements thermiques peut également
conduire à la formation de composés à partir des lipides. Par exemple, dans les laits chauffés, des
20
méthyl-cétones, des lactones et des aldéhydes sont formés à partir du gras du lait (Calvo et de la
Hoz, 1992).
Outre le procédé utilisé, la température à laquelle est réalisé le traitement peut aussi avoir un impact.
Gandy et al. (2008) ont réalisé une étude dans le but de cibler les effets de différentes températures
de pasteurisation sur les caractéristiques sensorielles, les composés volatils et la durée de vie du lait.
Ils ont utilisé du lait standardisé à 2 % et pasteurisé à 77, 79, 82 et 85 ºC. Une analyse en
composante principale a permis d’établir des liens entre la présence de certains composés volatils et
la température de chauffage (figure 1). On a aussi analysé l’effet des jours passés après la
pasteurisation sur les composés volatils présents dans le lait.
Les résultats indiquent que 37,5 % de la variation est expliquée par la composante 1 (horizontale)
alors que 18,2 % de la variation est expliquée par la composante 2 (verticale). Le jour de la
pasteurisation, soit le jour 0 (d0 dans la figure), le traitement à 77°C (77d0) était hautement corrélé
avec la présence d’hydroxylamine, de phénol et d’acide butanoïque dans le lait alors que sept jours
après le traitement, il était davantage relié à celle du limonène, de l’heptanol et du nonane (Gandy et
al., 2008). D’autres molécules étaient associées aux autres traitements, mais l’élément principal qui
ressort de cette analyse est que les échantillons de lait peuvent être facilement différenciés, à partir
de leurs composés volatils, surtout aux jours 0 et 7 (Gandy et al., 2008). Beaucoup moins de
composés volatils étaient présents dans le lait 10 et 13 jours après la pasteurisation. Cela implique
que les composés volatils qui se développent après les traitements de pasteurisation se dégradent
par la suite.
21
Figure 2.1. Analyse en composantes principales des composés volatils retrouvés dans du lait pasteurisé à différentes températures (77, 79, 82 et 85°C) et analysés aux jours 0, 7, 10 et 13 après la pasteurisation (Source : Gandy et al., 2008).
22
Dans des laits ayant subi un traitement thermique, les composés soufrés tels que le sulfure
d’hydrogène, le méthanethiol, le disulfure de carbone, le sulfure de diméthyle, le disulfure de
diméthyle et le trisulfure de diméthyle seraient libérés des groupes sulfhydriles des protéines du
lactosérum, principalement de la β-lactoglobuline, et seraient responsables de la flaveur ‘cuite’
(Simon et Hansen, 2001). Pourtant, dans l’étude de Pereda (2007) où on a analysé des laits ayant
subi une homogénéisation à ultra-haute pression ou une pasteurisation à haute température, on a
seulement identifié le sulfure de diméthyle. Cela pourrait être dû à la méthode d’extraction utilisée, la
micro-extraction en phase solide (SPME), qui ne serait pas assez sensible pour permettre
l’identification de composés soufrés à de très faibles concentrations (Pereda, 2007). De récents
travaux, réalisés par Havemose et al. (2007), ont montré que la SPME serait une méthode
appropriée pour étudier les modifications d’oxydation dans lait, mais qu’elle ne serait pas assez
sensible pour détecter des composés présents à faible concentration tels que les composés soufrés.
Nous y reviendrons dans la section sur les techniques d’analyse.
Il est également possible que d’autres procédés de transformation aient un impact sur le profil des
composés volatils du lait. En effet, après une homogénéisation sans pasteurisation, les lipases
naturelles du lait causent une lipolyse dans le lait cru et libèrent ainsi des acides gras libres (Hettinga
et al., 2007). Ces derniers vont ensuite former des aldéhydes et des cétones (Hettinga et al., 2007).
2.5. Impact des méthodes d’analyses sur les composés volatils retrouvés dans le
lait
L’analyse des flaveurs des produits laitiers exige plusieurs étapes afin de pouvoir identifier des
centaines de composés aromatiques ayant différentes volatilités, polarités et concentrations
(McGorrin, 2007). La méthodologie employée pour analyser les composés volatils qui se retrouvent
dans le lait est un élément important à prendre en considération lorsqu’on compare des données. En
effet, il existe plusieurs méthodes pour extraire et analyser les composés aromatiques et il est
23
primordial d’en tenir compte puisqu’elles ne sont pas toutes aussi performantes les unes que les
autres, et sont utilisées pour divers substrats.
L’analyse des composés volatils retrouvés dans les produits laitiers comprend une étape d’isolation
ou d’extraction, suivie d’une étape d’identification chimique (McGorrin, 2007). Les composés extraits
sont séparés dans une colonne capillaire avec une phase gazeuse et l’identification se fait
généralement à l’aide de la chromatographie en phase gazeuse et de la spectrométrie de masse
(GC-MS). L’étape de préparation des échantillons pour isoler les composés volatils du lait est
probablement la plus difficile du processus d’analyse.
2.5.1 Méthodes d’extraction
Des teneurs importantes en lipides, protéines et glucides dans le lait rendent difficiles la séparation
des composés aromatiques si l’on se base uniquement sur les propriétés générales telles que la
polarité ou la volatilité (Friedrich et Acree, 1998). Il existe différentes méthodes pour isoler les
composés des produits laitiers telles que la distillation sous vide (‘high vacuum distillation’),
l’extraction à l’aide de solvant (‘solvent extraction’), l’échantillonnage ‘headspace’ en équilibre (‘static
headspace’), l’échantillonnage ‘headspace’ dynamique (‘dynamic headspace sampling’ ou ‘purge and
trap’) ou la microextraction en phase solide (‘solid-phase microextraction, SPME’) (McGorrin, 2007).
Un échantillonnage par ‘dynamic headspace’ peut prendre environ une à deux heures, ce qui
représente un temps d’analyse relativement long (Pillonel et al., 2001). La SPME s’avère être une
méthode de choix pour sa rapidité, son faible coût, sa facilité d’utilisation et son automatisme (Pillonel
et al., 2001).
2.5.1.1 La micro-extraction en phase solide (SPME)
Avec les méthodes conventionnelles, des composés peuvent être perdus durant les étapes
d’extraction et de concentration (Stashenko et Martinez, 2007). La SPME est une technique
24
relativement récente développée pour l’isolation et la concentration des composés volatils, semi-
volatils ou non volatils des aliments (McGorrin, 2007). Cette méthode combine l’échantillonnage des
composés volatils, leur extraction, leur concentration et leur injection pour la chromatographie en une
seule technique. C’est à l’aide d’une fibre que sont absorbés et concentrés les composés volatils
(McGorrin, 2007).
Le premier dispositif de SPME a été développé par Arthur et Pawliszyn (1990) en guise de technique
de préconcentration pour l’analyse des polluants dans l’eau. Dans les dernières années, la SPME est
devenue une méthode populaire et son utilisation s’est répandue à divers secteurs d’études. La
SPME peut être effectuée dans un mode d’extraction direct (immersion de la fibre) ou via une
configuration ‘headspace’ (HS/SPME) (Pillonel et al., 2001). Dans le premier cas, la fibre est plongée
directement dans l’échantillon d’où les composés seront extraits (Pillonel et al., 2001). Dans le mode
HS/SPME, les composés à analyser doivent d’abord diffusés de la matrice vers l’air puis de l’air
jusqu’au revêtement de la fibre (Pillonel et al., 2001). Dans le cas d’analyses de composés volatils
provenant de matrices complexes telles que les aliments, il est préférable d’utiliser la méthode
HS/SPME étant donné le plus grand risque d’endommager la fibre. D’ailleurs la HS/SPME est la
méthode la plus couramment utilisée notamment pour sa haute sélectivité et parce que l’absence de
contact avec l’échantillon prévient la contamination et/ou la décomposition du revêtement de la fibre
(Stashenko et Martinez, 2007). Elle est également considérée comme la technique idéale pour
l’analyse d’échantillons biologiques puisqu’elle réduit les interférences avec les composés volatils
ayant une masse moléculaire importante telles que les protéines, ce qui permet d’obtenir des extraits
plus ‘propres’ (Mounchili et al., 2005).
Il est possible d’améliorer la cinétique de l’extraction en agitant et/ou en augmentant la température
d’extraction. Par contre, élever la température d’échantillonnage peut aussi diminuer la quantité de
composés extraits (Pillonel et al., 2001). Il est important que la procédure d’isolation employée donne
un produit représentatif de l’échantillon que l’on souhaite analyser. C’est pourquoi le choix d’une
méthode de préparation des échantillons appropriée est primordial.
25
2.5.1.1.1 Types de fibre
Afin de réaliser la SPME, plusieurs fibres composées de différentes épaisseurs de films et de
matériel de revêtement peuvent être utilisées. La fibre utilisée aura un impact sur la sélectivité des
composés lors de l’extraction. Lors du choix de la fibre, il faut tenir compte de la polarité, de la
volatilité et du poids moléculaire des composés analysés (McGorrin, 2007).
Selon Pillonel et al. (2001) les revêtements de fibres peuvent être classés en deux groupes :
- ceux comprenant une seule couche de polymères liquides purs (polydimethylsiloxane
(PDMS) ou polyacrylate (PA)),
- ceux qui contiennent un film mixte de polymères liquides et de particules solides (Carboxen-
PDMS, Divinylbenzene (DVB)-PDMS, Carbowax-DVB et DVB-carboxen-PDMS).
Voici une brève description ainsi que les particularités de chacune de ces fibres.
1- PDMS : Ce revêtement de fibre est fortement hydrophobe et non-polaire. Il a été développé à
l’origine pour extraire les polluants d’échantillons liquides (Pillonel et al., 2001). La fibre est de type
absorbant et a une forte capacité pour cloisonner les composés volatils à partir d’une phase liquide,
et elle est plus appropriée pour les substances à analyser non polaires (McGorrin, 2007). La fibre est
très sensible aux composés non-polaires et insensible aux composés polaires (Stashenko et
Martinez, 2007).
2- PA : Le revêtement est plus polaire que le PDMS (Pillonel et al., 2001). Il est utilisé pour
l’extraction de composés polaires tels que les acides gras et les composés soufrés réduits (Pillonel et
al., 2001).
26
3- Car/PDMS : Le carboxen est un revêtement constitué de molécule de carbone avec des macro,
meso et micropores. Il est généralement utilisé en combinaison avec le PDMS, améliorant alors
l’extraction des petites molécules (Pillonel et al., 2001).
4-DVB-PDMS : Le DVB contient de plus grands pores que le carboxen et est donc plus adapté pour
l’extraction de plus grosses molécules (Müller et al., 1997). Pour certaines applications dans des
produits laitiers, ces fibres seraient capables d’extraire des composés volatils ayant un point
d’ébullition élevé (McGorrin, 2007).
5- DVB/Carboxen/PDMS : Le carboxen permet de capter les petites molécules et le DVB, les plus
grosses. La désorption est aussi facilitée avec cette configuration. Ces fibres sont toutefois difficiles à
produire et sont parfois livrées avec des défauts (fissures dans le revêtement). Pour certaines
applications dans des produits laitiers, elles seraient capables d’extraire des composés volatils à
point d’ébullition élevé (McGorrin, 2007).
6- Carbowax/DVB : Il s’agit de la fibre la plus polaire du groupe de films mixtes.
La polarité de la fibre aurait seulement un effet minimal sur l’extraction de molécules à faible poids
moléculaire alors que la porosité et l’épaisseur du film auraient une plus grande influence sur
l’extraction des petites molécules (Pillonel et al., 2001).
27
2.5.1.1.2 Conditions d’échantillonnage
À température ambiante, les techniques d’immersion et le ‘headspace’ sont meilleurs pour les
composés non polaires alors que les mêmes techniques, utilisées avec un chauffage, sont les plus
appropriées pour extraire les composés polaires (Pillonel et al., 2001).
L’ajout de sel dans les échantillons à analyser pourrait augmenter la teneur en composés extraits,
peu importe si il s’agit du mode immersion ou du ‘headspace’ (Pillonel et al., 2001). Il y a quatre
types de comportements observés suite à l’ajout de sel :
l’extraction augmente avec l’augmentation de la concentration de sel;
l’extraction augmente initialement et cesse d’augmenter à une certaine concentration de sel;
l’extraction augmente initialement et décroit avec l’augmentation de la concentration de sel;
l’extraction diminue avec l’augmentation de la concentration en sel.
En général, on peut dire que l’ajout de sel améliore considérablement le taux d’extraction des
composés polaires comme l’isopropylamine, l’isopropanol, l’acide carboxylique et les phénols
(Pillonel et al., 2001). L’effet serait beaucoup plus faible pour les molécules moins polaires telles que
le benzène, toluène, éthylbenzène et xylène. Il y aurait d’autres applications pour l’acétaldéhyde, les
terpénoïdes, les amines aromatiques et les produits de la réaction de Maillard (Pillonel et al., 2001).
28
2.5.1.1.3 Reproductibilité
La méthode SPME est simple et requiert peu de matériel (échantillon). Elle est peu coûteuse,
sélective et sensible (Stashenko et Martinez, 2007). Mentionnons que la détérioration rapide du
revêtement de la fibre nécessite de prendre certaines précautions (utilisation de standards) pour les
études à long terme (Pillonel et al., 2001). Certains facteurs tels que la température de l’échantillon
(40-50 degrés C), le temps d’exposition de la fibre (5-30 min) et le ratio du volume de l’échantillon par
rapport au volume d’headspace dans le flacon peuvent aussi influencer la sensibilité ainsi que la
reproductibilité de l’isolation des composés volatils (McGorrin, 2007). L’agitation à l’aide d’une barre
magnétique peut aussi avoir un impact en accélérant le transfert des composés volatils de
l’échantillon à la fibre (McGorrin, 2007).
2.5.1.1.4 Méthode de quantification et d’identification
Le développement de la chromatographie en phase gazeuse a permis aux chimistes de séparer,
quantifier et identifier les composés qui constituent les odeurs (Delahunty et al., 2006).
Généralement, le chromatographe est jumelé à un détecteur, soit un spectromètre de masse ou à un
détecteur à ionisation de flamme, afin d’identifier les composés (Delahunty et al., 2006).
Pour être détecté par une chromatographie en phase gazeuse jumelée à la spectrométrie de masse
(GC-MS), les composés aromatiques doivent être présents dans l’aliment à une concentration égale
ou supérieure à 10-5 g/L (Friedrich et Acree (1998). Se basant sur leurs connaissances en chimie des
arômes, Friedrich et Acree (1998) mentionnent que seulement une petite fraction des composés
volatils présents dans les aliments joue un rôle significatif dans la perception de l’odeur globale.
29
Or, savoir si un composé est présent à une concentration donnée ou non ne permet pas de conclure
qu’il est perceptible (Delahunty et al., 2006). C’est pourquoi certains laboratoires utilisent la
chromatographie en phase gazeuse jumelée à un olfactomètre (GC -O). Dans ce cas, c’est le
système olfactif humain qui permet l’identification des odeurs via un dispositif installé sur le GC.
2.5.1.2 La chromatographie en phase gazeuse jumelée à un olfactomètre (GC-O)
La perception de composés volatils par le nez de l’humain dépend de la libération des composés de
leur matrice (ex : le lait) et des propriétés odorantes du mélange de composés (d’Acampora et al.,
2007). Seulement une petite proportion du grand nombre de composés volatils retrouvés au sein
d’une matrice va contribuer à la flaveur globale (Van Ruth, 2001; d’Acampora et al., 2007). De plus,
ces molécules ne contribuent pas de manière équivalente à la flaveur globale d’un échantillon. Il
existe une différence importante entre la concentration et l’intensité aromatique d’un composé
(d’Acampora et al., 2007). C’est ce qui a amené les chercheurs à se pencher sur la question de la
détermination de la contribution de chaque constituant sur la flaveur globale d’un produit
(d’Acampora et al., 2007). Globalement, l’importance sensorielle d’un composé dans le lait peut se
résumer par la concentration à laquelle on le retrouve et des limites de détection du nez humain
(d’Acampora et al., 2007). Parallèlement, il faut tenir compte des interactions imprévisibles entre les
molécules odorantes et les autres constituants du lait tels que les lipides, les protéines, les glucides,
et les minéraux (d’Acampora et al., 2007). La GC-O s’avère donc être l’outil approprié puisqu’elle
procure une analyse instrumentale jumelée à une analyse sensorielle (d’Acampora et al., 2007).
La description du premier chromatographe couplé à un olfactomètre afin de ‘renifler ’ les ‘effluents ’
pour déterminer l’activité volatile des odeurs fût publiée en 1964 par Fuller et al. (d’Acampora et al.,
2007). Le but de la GC-O est de déterminer l’activité odorante des composés volatils se trouvant
dans un échantillon et d’attribuer une importance relative à chacun d’entre eux (Delahunty et al.,
2006). Ainsi, pour chaque composé séparé qui arrive du GC, l’évaluateur peut détecter le composé,
30
mesurer la durée de l’activité odorante, décrire la qualité de l’odeur et quantifier son intensité
(Delahunty et al., 2006).
Tous les composés volatils présentent trois principales propriétés en lien avec la détection par
l’humain, soit leur seuil de détection, leur intensité relativement à leur concentration, ainsi que leur
intensité en terme de qualité (Delahunty et al., 2006). Le seuil de détection représente la
concentration minimale à laquelle le composé peut être détecté (Delahunty et al., 2006).
Il existe trois différentes méthodes qui permettent de récolter et d’analyser les données obtenues par
GC-O (Delahunty et al., 2006). Il s’agit de :
1- la fréquence de détection: Avec cette méthode, les composés (à un temps de rétention particulier)
qui sont détectés le plus souvent par les panélistes obtiendront une plus grande importance relative.
Les composés détectés le plus souvent sont associés à l’intensité de l’odeur de l’aliment. Il est donc
possible de mesurer la durée de la perception d’une odeur, d’en faire une description simultanée,
mais l’évaluation ne tient pas compte des variations d’intensité. En fait, le nombre d’évaluateurs
ayant identifié l’odeur sera une estimation de l’intensité (d’Acampora et al., 2007). De 6 à 12
participants n’ayant pas eu d’entraînement préalable sont nécessaires (Delahunty et al., 2006). La
méthode NIF (‘nasal impact frequency’) est basée sur cette technique. Toutefois, avec la fréquence
de détection, même si la concentration d’un composé détecté augmente et que l’intensité de l’odeur
est différente, la fréquence de détection peut ne pas varier (Delahunty et al., 2006).
2- des mesures de seuils de dilution : C’est la méthode la plus utilisée. ; il s’agit d’une série de
dilutions (8 à 12) pour un composé spécifique, et ce, jusqu’à ce que l’odeur ne soit plus perçu par le
panéliste (d’Acampora et al., 2007). Il y a généralement peu de participants (1 à 3). Les méthodes de
dilution les plus connues sont les analyses CharmAnalysisTM (‘combined hedonic aroma response
31
method’) et AEDA (‘aroma extraction dilution analysis’) (d’Acampora et al., 2007). Mentionnons que
ces méthodes ne permettent pas d’évaluer l’intensité de l’odeur.
3- des mesures de l’intensité directe : Cette procédure requiert de 3 à 10 participants, lesquels
doivent utiliser une échelle de mesure pour quantifier l’intensité des odeurs perçues (d’Acampora et
al., 2007). Les panélistes doivent nécessairement subir un entraînement préalable.
Toutes ces méthodes d’analyses avec GC-O sont relativement subjectives et doivent donc être
réalisées dans un environnement avec une température contrôlée et de l’air de qualité (Delahunty et
al., 2006).
En ce qui concerne l’isolement des composés volatils, de nombreuses études ont été réalisées sans
tenir compte des changements qui peuvent se produire lorsqu’on a l’aliment en bouche tels que
l’augmentation de la température, la salivation et la mastication (d’Acampora et al., 2007). Des efforts
ont donc été consacrés au développement de différents systèmes pouvant simuler le processus de
transformation des aliments par voie orale, tels qu’une bouche artificielle (d’Acampora et al., 2007).
Ces systèmes restent en développement. Entre-temps, il est reconnu que la combinaison de
l’olfactométrie et de la chromatographie en phase gazeuse est efficace pour identifier et quantifier les
composés aromatiques des aliments (d’Acampora et al., 2007).
2.6. Étude des composés volatils retrouvés dans le lait
Des travaux visant l’identification et la quantification des composés volatils présents dans les produits
laitiers ont débuté au milieu des années 50, avec le développement de la chromatographie en phase
gazeuse et de son application pour l’analyse des flaveurs (McGorrin, 2007). Les chimistes ont
32
d’abord voulu déterminer l’identité des composés chimiques purs qui procureraient le goût distinctif
de chaque aliment. Ces composés, nommés ‘character-impact compounds’, seraient en fait la
signature de la flaveur d’un aliment particulier, ce qui lui procurerait son identité sensorielle principale
(McGorrin, 2007). Or, en ce qui a trait aux produits laitiers, la majorité des composés aromatiques
ayant un impact sur la flaveur n’ont pas un effet individuel. La flaveur perçue est le résultat du
mélange synergique de plusieurs composés aromatiques, à des concentrations spécifiques
(McGorrin, 2007). En ce sens, les flaveurs indésirables, parfois retrouvées dans le lait, ne seraient
pas causées par la présence ou l’absence de composés spécifiques, mais bien par la variation dans
la concentration de certains composés aromatiques actifs (Mounchili et al., 2005).
Moio et al. (1993) ont isolé à l’aide d’une distillation par vacuum et d’une extraction liquide-liquide,
puis identifié avec une chromatographie en phase gazeuse à haute résolution (HRGC) couplée à un
spectromètre de masse, 80 composés volatils du lait de bovins, d’ovins, de caprins et de bufflesses.
Malgré le grand nombre de molécules observées, les résultats ne nous permettent pas de tirer des
conclusions quant à l’importance de chaque composé pour la flaveur de chaque lait.
Dans son étude en 2001, Bendall a extrait et analysé les composés volatils provenant de laits de
vaches alimentées d’une ration totale mélangée (RTM) ou directement au pâturage. À une exception,
tous les composés aromatiques actifs trouvés dans le lait dérivant d’une alimentation avec RTM ont
aussi été retrouvés dans les laits associés à l’alimentation au pâturage. Par ailleurs, il a été possible
de déceler des différences de flaveurs entre ces deux types de lait en utilisant des valeurs NIF
(‘nasal impact frequency’). Ces dernières représentent le pourcentage de personnes ayant détecté
un composé ciblé (Bendall, 2001). La méthode NIF utilisée par Bendall (une variante de la fréquence
de détection) nécessite un certain nombre d’évaluateurs qui rapportent la détection de substances
odorantes et, si possible, fournissent des informations descriptives (Bendall, 2001). Plus le
pourcentage de personnes qui détectent un même composé est grand (NIF-value), plus le composé
volatil est considéré comme important (Bendall, 2001). Malgré que la méthode NIF soit valable pour
identifier les composés aromatiques potentiellement importants, la relation entre la valeur NIF et la
33
concentration d’une substance odorante n’est pas directe. Toutefois, une différence de valeur NIF
égale ou supérieure à 30 % pour un même composé, mais dans des échantillons différents, peut être
considérée comme significative (Bendall, 2001) (Tableau 2.1). Comme les valeurs de NIF sont une
mesure de la fréquence de détection plutôt qu’une estimation de l’intensité, il faut être prudent
lorsqu’on associe une valeur NIF à un composé aromatique pour décrire sa contribution à la flaveur
globale de l’échantillon de lait (Bendall, 2001).
Ultimement, cette étude a permis de conclure que les différences de flaveurs perçues dans le lait
sont le reflet de la concentration de chaque composé aromatique que l’on y retrouve, et non
uniquement le résultat de la présence ou non de certains composés au sein de la matrice que forme
le lait. Bendall (2001) a relevé 71 composés aromatiques dans les deux types de lait et est parvenu à
en identifier 66 à l’aide d’une extraction à l’aide d’un solvant, d’une GC-MS et d’une GC-FID. De plus,
à l’aide des composés ayant obtenu les plus grandes valeurs NIF (GC-O), il a identifié cinq classes
chimiques comportant les composés les plus souvent perçus. Il s’agit des composés hétérocycliques
azotés, des produits l’oxydation de l’acide linolénique, des gamma-lactones, des phénols et des
dérivés du phytol (Bendall, 20010). Il a également identifié d’autres familles chimiques pour
lesquelles les composés aromatiques retrouvés dans le lait avaient une moins grande valeur NIF. Il
s’agit des acides gras, des esters de Strecker, des composés soufrés, des δ-lactones, des terpènes,
des composés liés au diacétyle et les produits de dégradation de Strecker soient, généralement des
aldéhydes (Bendall, 2001).
Dans l’étude de Bendall (2001), la γ-dodec-cis-6,cis-9-dienolactone ou γ-12:2 lactone est le seul
composé ayant été détecté dans le lait provenant des vaches recevant la RTM, mais aucunement
senti dans les échantillons de lait provenant des vaches au pâturage. Selon Haffner et al. (1996),
cette lactone serait synthétisée par une levure à partir de l’acide linolénique. Selon Bendall, ce
composé n’a jamais été identifié auparavant comme étant un composé aromatique d’un aliment.
Néanmoins, nous savons que le lait des vaches nourries au pâturage contient plus d’acide
linolénique que le lait de vaches recevant une RTM. Selon Bendall (2001), l’absence de valeur NIF
pour la γ-12:2 lactone dans le lait de pâturage ne serait donc pas relié à un manque du précurseur.
34
Toutefois, il faut se rappeler que les valeurs NIF sont obtenues de manière subjective suite à
l’évaluation de l’importance d’un composé individuel dans flaveur du lait. La molécule était tout de
même présente dans les deux types de lait (détecté avec GC) mais n’a pas obtenue de valeur NIF
pour le lait de pâturage. Bendall (2001) indique que cette absence est probablement due à une
diminution d’énergie nutritionnelle ou reliée à des facteurs microbiens dans le rumen.
35
Tableau 2.1. Valeur NIF (nasal impact frequency) des composés identifiés par chromatographie en phase gazeuse avec olfactomètre (GC-O) et provenant du lait de vaches ayant consommé une ration totale mélangée (RTM) ou du pâturage, avec la description aromatique. Une différence de valeur NIF égale ou supérieure à 30 % pour un même composé, mais dans des échantillons différents, est considérée comme significative et mise en caractère gras (tiré de Bendall, 2001).
36
Dans l’étude de Croissant et al. (2007), on a analysé les composés volatils de laits crus et
pasteurisés provenant de vaches ayant consommé des rations à base de pâturage ou une RTM.
Pour extraire les composés, on a employé la SPME et on a ajouté du sel pour l’extraction. Le
standard interne utilisé était le 2-methyl-3-heptanone à une concentration de 206 mg/kg. La fibre de 2
cm utilisée était une 50/30 µm DVB/Carboxen/PDMS (Supelco) qu’on exposait 60 minutes au-dessus
du lait agité avec une barre magnétique. Les composés étaient désorbés à 250°C dans le GCMS
avec une colonne de type DB-5. La température était ensuite maintenue à 40°C pour 2 minutes, puis
augmentait progressivement jusqu’à 200°C à un taux de 10°C/min, puis maintenue à cette
température pendant 15 minutes. L’hélium était utilisé comme gaz à un taux de 0,4 mL/minute.
Trente-deux composés volatils ont ainsi été identifiés à partir des laits de pâturage et de RTM
(Croissant et al., 2007). Tout comme dans l’étude de Bendall (2001), aucun composé ne fût
spécifique à un type de traitement. Le tableau 2.2 présente les concentrations, calculées à partir de
l’abondance relative selon le standard interne, des composés identifiés. Notons que même avec la
méthode d’extraction SPME et le GCMS, il y a une très grande variabilité dans les résultats obtenus.
Alors que Bendall (2001) n’a pas observé de différences de composés volatils entre les laits de
vaches nourries à base d’herbe fraîche comparativement à celles nourries à base d’ensilage,
Hettinga et al. (2007) se sont intéressés au fait qu’il pourrait y avoir une différence de composés
volatils entre les laits de vaches recevant une ration riche en concentré (amidon) plutôt qu’une ration
riche en fourrages (fibre) puisqu’avec ces deux types de rations, les processus de fermentation dans
le rumen subissent d’importantes modifications. Les composés furent retrouvés dans tous les
échantillons, peu importe le traitement, ce qui signifie qu’aucun composé volatil n’était spécifique à
une ration, de façon similaire à l’étude de Bendall (2001).
37
Tableau 2.2. Abondances relatives moyennes (mg/kg, ± erreur type de la moyenne) des composés volatils identifiés dans le lait de vaches Holstein ayant consommées des rations à base de pâturage ou une RTM (tiré de Croissant et al., 2007).
38
Par ailleurs, une étude réalisée en 2009 a évalué les composés volatils retrouvés dans le lait et a
observé leur évolution lors de la fabrication de fromage (Gaspardo et al., 2009). Huit composés ont
été détectés dans le lait et n’ont pas été retrouvés dans le fromage (Gaspardo et al., 2009). À
l’inverse, 21 composés volatils ont été identifiés dans le fromage (après 70 jours d’affinage) et ces
derniers n’étaient préalablement pas présents dans le lait frais (cru et/ou pasteurisé) utilisé pour la
fabrication. La fraction volatile des fromages était quantitativement et qualitativement différente de
celle des laits crus respectifs ayant servi à la fabrication. Les auteurs ont utilisé un échantillonnage
‘headspace’ et la GC-MS pour l’extraction et l’identification des composés volatils. Mentionnons que
Gaspardo et al. (2009) ont identifié 40 composés volatils dans le lait et les ont regroupés selon leur
classe chimique en alcools, aldéhydes, cétones, esters, hydrocarbures, composés soufrés et
terpènes. Les aldéhydes, les composés soufrés, les hydrocarbures et les terpènes furent détectés en
faibles concentrations. Pourtant, ils peuvent largement contribuer aux caractéristiques du lait grâce à
leur faible seuil de perception (Gaspardo et al., 2009). Notons que les hydrocarbures aromatiques et
aliphatiques retrouvés dans le lait à de faibles concentrations n’auraient probablement pas un rôle
important dans l’arôme du lait puisqu’ils auraient un seuil de perception élevé (Moio et al., 1993).
Cette étude nous rappelle que les composés volatils évoluent grandement dans le lait lorsque ce
dernier est soumis à différents processus de transformation.
2.7. Analyses sensorielles, seuils de perception et dégustation de lait
Les analyses sensorielles sont une compilation de différents outils ou tests qui peuvent être utilisés
pour une évaluation subjective ou objective des propriétés sensorielles des aliments (Drake, 2004).
Les tests sensoriels peuvent être divisés en deux catégories : affectifs et analytiques (Drake, 2004).
Les tests affectifs sont effectués par des consommateurs afin de vérifier l’acceptabilité d’un produit
(Drake, 2004). Par contre, avec l’utilisation de tests affectifs tels que les tests triangulaires lors de
dégustations, il n’est pas possible de décrire de façon fiable la nature des différences perçues ni de
dire à quelle molécule elles sont dues (Dubroeucq et al., 2002). Les tests analytiques impliquent
l’utilisation de panélistes sélectionnés ou entraînés. Certains tests sont basés sur les différences ou
les seuils de perception, mais le plus puissant est l’analyse descriptive (Drake, 2004).
39
Plusieurs études ont exploré l’effet des différentes races et de différents systèmes d’alimentation sur
la composition du lait, mais il y a un important manque d’analyses sensorielles et de test par les
consommateurs pour comparer le lait provenant de vaches aux pâturages et celui de vaches
recevant une RTM (Croissant et al., 2007). Croissant et al. (2007) n’ont pas trouvé d’autre étude
dans la littérature qui comparait la flaveur du lait de pâturage avec celle du lait conventionnel (RTM)
par le biais d’analyse descriptive. Plusieurs études ont comparé les fractions volatiles, telles que celle
de Bendall (2001), mais elles n’ont pas décrit la nature des différences par le biais de dégustations.
Croissant et al. (2007) ont comparé les propriétés chimiques et sensorielles d’un lait issu de vaches
alimentées au pâturage à un lait produit de façon conventionnel (RTM). Ils ont évalué l’acceptabilité
des deux types de lait, pasteurisés, par les consommateurs. Des panélistes entraînés ont trouvé des
différences dans les flaveurs des laits, mais la ration utilisée n’a pas eu d’effet sur l’acceptabilité des
laits par les consommateurs. De plus, tous les composés identifiés par GC-MS étaient communs aux
deux types de laits donc il n’y avait pas de composés spécifiques associés à un lait plutôt qu’à l’autre
(Croissant et al., 2007), comme l’avait aussi conclu Bendall (2001) six ans plus tôt.
L’étude de Mounchili et al. (2005) a, quant à elle, démontré qu’alimenter des vaches avec de
l’ensilage frais (grosses balles rondes enrobées) jusqu’à trois heures avant la traite pouvait donner
lieu à la formation d’une flaveur indésirable dans le lait. En effet, des panels de dégustateurs ont
conclu que tous les échantillons de lait obtenus de vaches n’ayant pas encore ingéré d’ensilage
d’herbe étaient de bonne qualité alors que 7/9 et 8/9 des échantillons de laits obtenus 30 minutes et
trois heures après l’ingestion d’ensilage, respectivement, ont été identifiés comme ayant des flaveurs
indésirables (Mounchili et al., 2005). De plus, des analyses avec HS-SPME GC-MS/FID ont relevé
que l’éthanol, le propane-2-one, le sulfure de diméthyle, le butane-2-one, l’hexanal, l’octane-2,3-
dione et l’heptanal étaient retrouvés à des concentrations significativement plus élevées (P < 0,05)
dans le lait recueilli 30 minutes après l’ingestion d’ensilage comparativement au lait de vaches
n’ayant pas consommé d’ensilage (Mounchili et al., 2005). Dans les échantillons de lait prélevés 3
heures après l’ingestion d’ensilage, il y avait également de plus grandes concentrations de propane-
40
2-one, de sulfure de diméthyle et de butane-2-one (P < 0,05) que dans le lait collecté avant le repas
d’ensilage (Mounchili et al., 2005). Bien que le sulfure de diméthyle et le butane-2-one semblent être
associés à la détection de flaveurs indésirables, aucun ne fût détectés par GC-O, ce qui suggère
qu’ils ne sont pas des composés aromatiques actifs à cette concentration dans le lait (Mounchili et
al., 2005).
Dans l’étude de Mounchili et al. (2005), le fait marquant des résultats obtenus par HS-SPME GC-
MS/FID est la similarité dans le profil en composés organiques volatils (VOC) des échantillons de lait
de bonne qualité et ceux considérés comme ayant des flaveurs indésirables. Cela suggère une fois
de plus que les différences organoleptiques entre les deux types de lait ne seraient pas dues aux
différences de compositions en composés volatils mais bien à la différence de concentration des
sous-ensembles de composés volatils (Mounchili et al., 2005).
41
Liste des ouvrages cités
Arthur, C.L. et Pawliszin, J. 1990. Solid phase microextraction with thermal desorption using fused silica
optical fibers. Anal. Chem. 62:2145–2148.
Alvarez, V.B. 2009. Fluid milk and cream products. Pages 73-133. In The Sensory Evaluation of Dairy
Products. Clark, S., Costello, M., Drake, M.A. et Bodyfelt, F., ed. Springer Science + Business Media LLC,
New York, NY.
Bendall, J.G. 2001. Aroma compounds of fresh milk from New Zealand cows fed different diets. J. Agric. Food
Chem. 49:4825-4832.
Boufaïed, H., Chouinard, P.Y., Tremblay, G.F., Petit, H.V., Michaud, R. et Bélanger, G. 2003. Fatty acids in
forages. I. Factors affecting concentrations. Can. J. Anim. Sci. 83:501-511.
Bugaud, C., Buchin, S., Coulon, J.B., Hauwuy, A. et Dupont, D. 2001 Influence of the nature of alpine pastures
on plasmin activity, fatty acid and volatile compound composition of milk. Lait. 81:401-414.
Calvo, M.M. et de la Hoz, L. 1992. Flavours of heated milks. A review. Int. Dairy J. 2:69-81.
Chilliard, Y., Ferlay, A. et Doreau, M. 2000. Effect of different types of forages, animal fat or marine oils in
cow’s diet on milk fat secretion and composition, especially conjugated linoleic acid (CLA) and polyunsaturated
fatty acids. Livest. Prod. Sci. 70:31-48.
Chilliard, Y., Ferlay, A. et Doreau, M. 2001. Contrôle de la qualité nutritionnelle des matières grasses du lait
par l’alimentation des vaches laitières : acides gras trans, polyinsaturés, acide linoléique conjugué. INRA Prod.
Anim. 14:323-335.
Croissant, A.E., Washburn, S.P., Dean, L.L. et Drake, M.A. 2007. Chemical properties and consumer
perception of fluid milk from conventional and pasture-based production systems. J. Dairy Sci. 90:4942-4953.
D’Acampora Zellner, B., Dugo, P., Dugo, G. et Mondello, L. 2007. Gas chromatography-olfactometry in food
flavour analysis. J. Chromatogr. A. 1186 123-143.
Day, E.A. 1966. Role of milk lipids in flavors of dairy products. Pages 94-120. In Advances in Chemistry Series
56 - Flavor chemistry. Gould, R.F. ed. American Chemical Society, Washington, DC.
42
Decaen, C. et Ghadaki, M.B. 1970. Variation de la sécrétion des acides gras des matières grasses du lait de
vache à la mise à l’herbe et au cours des six premières semaines d’exploitation du fourrage vert. Ann.
Zootech. 19:399-411.
Delahunty, C.M., Eyres, G. et Dufour, J.P. 2006.Gas chromatography-olfactometry. J. Sep. Sci. 29:2107-2125.
Doreau, M., Lee, M.R.F., Ueda, K. et Scollan, N.D. 2005. Métabolisme ruminal et digestibilité des acides gras
des fourrages. Renc. Rech. Rum. 12:101-104
Drake, M.A. 2004. ADSA foundation scholar award: defining dairy flavors. J. Dairy Sci. 87:777-784.
Dubroeucq, H., Martin, B., Ferlay, A., Pradel, P., Verdier-Metz, I., Chilliard, Y., Agabriel, J. et Coulon, J.B.
2002. L’alimentation des vaches est susceptible de modifier les caractéristiques sensorielles du lait. Renc.
Rech. Rum. 9:351-354.
Elgersma, A., Tamminga, S. et Ellen, G. 2006. Modifying milk composition through forage. Anim. Feed Sci.
Technol. 131:207-225.
Forss, D.A. 1979. Review of the progress of dairy science: mechanisms of formation of aroma compounds in
milk and milk products. J. Dairy Res. 46:691-706.
Friedrich, J.E. et Acree, T.E. 1998. Gas chromatography olfactometry (GC/O) of dairy products. Int. Dairy J.
8:235-241.
Gandy, A.L., Schilling, P.C., Coggins, C.H., White, C.H., Yoon, Y. et Kamadia, V.V. 2008. The effect of
pasteurization temperature on consumer acceptability, sensory characteristics, volatile compound composition,
and shelf-life of fluid milk. J. Dairy Sci. 91:1769-1777
Gaspardo, B., Giuseppe, P., Volarič, S., Sgorlon, S. et Stefanon, B. 2009. Determination of volatile fractions in
raw milk and ripened cheese by means of GC-MS. Results of a survey performed in the marginal area
between Italy and Slovenia. Ital. J. Anim. Sci. 8:377-390.
Gordon, D.T. et Morgan, M.E. 1972. Principal volatile compounds in feed flavored milk. J. Dairy Sci. 55:905-
912.
Havemose, M.S., Justesen, P., Bredie, W.L.P. et Nielson, J.H. 2007. Measurement of volatile oxidation
products from milk using solvent-assisted flavour evaporation and solid phase microextraction. Int. Dairy J.
17:746-752.
Hettinga, K.A., Van Valenberg, H.J.F. et Van Hooijdonk A.C.M. 2007. Quality control of raw cow’s milk by
headspace analysis. Int. Dairy J. 18:506-513.
43
Jenkins, T.C., Wallace, R.J., Moate, P.J. et Mosley, E.E. 2008. Board-invited review: Recent advances in
biohydrogenation of unsaturated fatty acids within the rumen microbial ecosystem. J. Anim. Sci. 86:397-412.
Kalač, P. 2011. The effects of silage feeding on some sensory and health attributes of cow’s milk: A review. J.
Food Chem. 125:307-317
Krizsan, S.J., Westad, F., Adnoy, T., Odden, E., Aakre, S.E. et Randby, A.T. 2007. Effect of volatile
compounds in grass silage on voluntary intake by growing cattle. Animal 1:283-292
MacGibbon, A.K.H. et Taylor, M.W. 2006. Composition and structure of bovine milk lipids. Pages 1-42 Dans
Advanced Dairy Chemistry, Volume 2: Lipids, 3rd ed. Fox, P.F. et McSweeney, P.L.H., Springer, New-York.
Mariaca, R.G., Berger, T.F.H., Gauch, R., Imhof, M.I., Jeangros, B. et Bosset, J.O. 1997. Occurrence of
volatile mono- and sesquiterpenoids in highland and lowland plant species as possible precursors for flavor
compounds in milk and dairy products. J. Agric. Food Chem. 45:4423-4434.
Martin, B., Verdier-Metz, I., Buchin, S., Hurtaud, C. et Coulon, J.B. 2005. How do the nature of forages and
pasture diversity influence the sensory quality of dairy livestock products? Animal Sci. 81:205-212.
Marsili, R.T., 2003. Flavours and off-flavours in dairy foods. Pages 1069–1081. In: Encyclopedia of Dairy
Science. H. Roginski, J.W. Fuquay, et P.F. Fox, ed. Academic Press, London.
McGorrin, R.J. 2007. Flavor analysis of dairy products. Pages 23–49. Dans American Chemical Society
Symposium Series 971 - Flavor of Dairy Products. Keith, R., Cadwallader, K.R., Drake, M.A., McGorrin, R.J.
ed. American Chemical Society, Washington, DC.
Moio, L., Dekimpe, J., Etievant, P. et Addeo, F. 1993. Neutral volatile compounds in the raw milks from
different species. J. Dairy Res. 60:199-213.
Moio, L., Etievant, P., Langlois, D., Dekimpe, J. et Adeo, F. 1994. Detection of powerful odorant in heated milk
by use of extract dilution sniffing analysis. J. Dairy Res. 61:385-394.
Moio, L., Rillo, L., Ledda, A. et Addeao, F. 1996. Odorous constituents of ovine milk in relationship to diet. J.
Dairy Sci. 79:1322-1331.
Molimard, P., Le Quere, J.L. et Spinnler, H.E. 1997. Les lipides et la flaveur des produits laitiers. Oléagineux,
Corps Gras, Lipides 4:301-11.
44
Morel, I. Wyss, U. et Collomb, M. 2006. Influence de la composition botanique de l’herbe ou de l’ensilage sur
la composition du lait. Revue Suisse Agric. 38:115-120.
Morgan, M.E. et Pereira, R.L. 1961. Volatile constituents of grass and corn silage. II. Gas-entrained aroma. J.
Dairy Sci. 45:467-471.
Mounchili, A., Wichtel, J.J., Bosset, J.O., Dohoo, I.R., Imhof, M., Altieri, D., Mallia, S. et Stryhn, H. 2005. HS-
SPME gas chromatographic characterization of volatile compounds in milk tainted with off-flavour. Int. Dairy J.
15:1203-1215.
Müller, L., Fattore, E. et Benfenati, E. 1997. Determination of aromatic amines by solid-phase microextraction
and gas chromatography-mass spectrometry in water samples. J. Chromatogr. A. 791:221-230.
Nursten, H.E. 1997. The flavour of milk and dairy products: 1. Milk of different kinds, milk powder, butter and
cream. Int. J. Dairy Technol. 50:48-56.
Pereda, J., Jaramillo, D.P., Quevedo, J.M., Ferragut, V., Guamis, B. et Trujillo, A.J. 2007. Characterization of
volatile compounds in ultra-high-pressure homogenized milk. Int. Dairy J. 18:826-834.
Pillonel, L., Bosset, J.O. et Tabacchi, R. 2001. Rapid preconcentration and enrichment techniques for the
analysis of food volatile. A review. Lebensm. Wiss. Technol. 35:1-14.
Randby, A.T., Selmer-Olsen, I. et Baevre, L. 1999. Effect of ethanol in feed on milk flavor and chemical
composition. J. Dairy Sci. 82:420-428.
Shingfield K.J., Salo-Väänänen P., Pahkala E., Toivonen V., Jaakkola S., Piironene V. et Huhtanen P. 2005.
Effect of forage conservation method, concentrate level and propylene glycol on the fatty acid composition and
vitamin content of cow’s milk. J. Dairy Res. 72:349-361.
Shipe, W.F., Ledford, R.A., Peterson, R.D., Scalan, R.A. et Geerken, H.F. 1962. Physiological mechanisms
involved in transmitting flavors and odors to milk. II. Transmission of some flavor components of silage. J.
Dairy Sci. 45:477-480.
Simon, M. et Hansen, A.P. 2001. Effect of various dairy packaging on the shelf life and flavour of
ultrapasteurized milk. J. Dairy Sci. 84:784-791.
Slots, T., Butler, G., Leifert, C., Kristensen, T., Skibsted, L.H. et Nielsen, J.H. 2008. Potentials to differentiate
milk composition by different feeding strategies. J. Dairy Sci. 92:2057-2066.
Stashenko, E.E. et Martinez, J.R. 2006. Sampling volatile compounds from natural products with
headspace/solid-phase micro-extraction. J. Biochem. Biophys. Methods. 70:235-242.
45
Toso, B., Procida, G. et Stefanon, B. 2002. Determination of volatile compounds in cow’s milk using
headspace GC-MS. J. Dairy Res. 69:569-577.
Urbach, G. 1990. Effect of feed on flavor in dairy foods. J. Dairy Sci. 73:3639-3650.
Van Ruth, S.M. 2001. Methods for gas chromatography-olfactometry: a review. Biomol. Eng. 17:121-128.
Verdier-Metz, I., Coulon, J.B., Pradel, P., Viallon, C. et Berdagué, J.L. 1998. Effect of forage conservation (hay
or silage) and cow breed on the coagulation properties of milk and on the characteristics of ripened cheeses.
J. Dairy Res. 65:9-21.
47
Chapitre 3
Milk volatile organic compounds and fatty acid profile in cows fed timothy as hay, pasture, or silage
M.-P. Villeneuve,* Y. Lebeuf,* R. Gervais,* G. F. Tremblay,† J. C. Vuillemard,‡ J. Fortin,§ and P. Y. Chouinard*1
*Département des sciences animales, and ‡Département des sciences des aliments et de nutrition, Université Laval, Québec, Québec, Canada G1V 0A6 †Soils and Crops Research and Development Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Québec, Québec, Canada G1V 2J3 §Food Research and Development Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Saint-Hyacinthe, Québec, Canada J2S 8E3
1Corresponding author: [email protected]
48
Interpretive summary
Cows were fed timothy as hay, pasture, or silage to determine the forage type effect on milk
organoleptic characteristics. The ratio of palmitic to oleic acids in fat, which influences its melting
properties, was lower in milk from cows on pasture. The forage type affected free fatty acids,
aldehydes, alcohols, sulfur compounds, ketones, lactones, terpenes, and phenolic compounds in
milk. No flavor difference was detected between milk from cows fed hay or silage but there was a
difference between milk from cows fed hay or pasture. The taste of milk was affected by the type of
forage fed to cows.
49
Abstract
Nutrient composition and then organoleptic properties of milk can be influenced by cow diets. The
objective of this study was to evaluate the forage type effects on volatile organic compounds, fatty
acid profile, and organoleptic properties of milk. Timothy grass was fed as hay, pasture, or silage
during a period of 27 d to a group of 21 cows in a complete block design based on DIM. Each cow
also received 7.2 kg/d of a concentrate mix to meet their nutrient requirements. Differences between
treatments were declared at P ≤ 0.05, and tendencies at 0.05 < P < 0.10. Forage DMI averaged 13.9
kg/d and was not different among treatments. Milk yield was greater for cows fed pasture,
intermediate for cows fed silage, and lower for cows fed hay. However, milk fat content was higher for
cows fed hay and silage, as compared with cows fed pasture. As a result, FCM and fat yield were not
different among treatments. Increasing the supply of dietary c9c12 18:2 and c9c12c15 18:3, when
feeding pasture, enhanced the concentration of these two essential fatty acids in milk fat as
compared with feeding hay or silage. Moreover, the ratio of 16:0 to c9 18:1, which is closely related to
melting properties of milk fat, was lower in milk from cows on pasture than in milk from cows fed hay
or silage. Cows fed hay produced milk with greater concentrations of several free fatty acids and γ-
lactones, but less pentanal and 1-pentanol. More dimethyl sulfone and toluene were found in milk of
cows on pasture. Cows fed silage produced milk with greater concentrations of acetone, 2-butanone,
and α-pinene. Results from a sensory evaluation using triangle tests showed that panelists could not
detect a difference in flavor between milk from cows fed hay as compared with silage. However, a
significant number of assessors perceived a difference between milk from cows fed hay when
compared with milk from cows fed pasture. In a sensory ranking test, the sum of ranks for the
intensity of global and grassy flavors were greater for milk from cows fed pasture as compared with
hay and silage. Using timothy hay, pasture, or silage harvested at a similar stage of development, the
current experiment shows that the taste of milk is affected by the forage type fed to cows. More
research is however needed to establish a link between the sensory attributes of milk and the
observed changes in volatile organic compounds and fatty acid profile.
Key words: forage type, milk volatile organic compounds, milk fatty acids, solid phase
microextraction
50
Introduction
Sensory properties of fluid milk are affected both by the concentrations of individual volatile organic
compounds, as well as the fatty acid (FA) profile of milk fat. The effect of diets on concentrations of
milk volatile compounds has been studied using various laboratory techniques (Bendall, 2001; Toso
et al., 2002; Croissant et al., 2007; Coppa et al., 2011). Among comparisons reported on bulk milk
samples, Bendall (2001) studied milk from cows fed pasture and TMR in New Zealand. A total of 66
different molecules were evaluated using the Nasal Impact Factor procedure and among the reported
profiles, 7 compounds, including 3 lactones, were found to be significantly different in milk from cows
fed the two diets. In particular, the frequency of detection was lower for cis-3-methyl-γ-nonalactone
and γ-dodecadienolactone, and higher for γ-hexadecalactone in milk of cows fed pasture as
compared with TMR. During a study conducted in Italy, Toso et al. (2002) identified 42 milk
compounds using a headspace sampling technique, and a discriminant analysis indicated that
aldehydes provided one of the best criteria to be used for grouping milks according to the type of
forage in dairy rations (lucerne hay, corn silage, or grass silage).
Much less data are available when comparing the effects of different diets on an individual cow basis.
In a feeding trial conducted in France, Coppa et al. (2011) evaluated the effects of feeding a hay- and
concentrate-based diet with either a low- or a high-biodiversity pasture in Montbéliarde cows. A total
of 74 compounds were identified and quantified in milk using the solid phase microextraction (SPME)
technique. Feeding the high-biodiversity pasture increased the concentrations of several
monoterpenes and sesquiterpenes in milk which was explained by the presence of numerous
dicotyledon species in the grazing area.
The FA profile of milk fat can also be affected by feeding in dairy cows (Palmquist et al., 1993). In
relation with organoleptic properties, unsaturated FA could be used as precursors of lactones found
in milk (Urbach, 1990). Increasing the polyunsaturated FA concentration in milk fat could also
increase the concentration of their oxidation and degradation products. In this regards, β-oxidation at
the double bounds can lead to straight chain aldehydes and ketones, which may be converted to the
corresponding alcohols under reducing conditions (Nursten, 1997).
51
Moreover, major FA can influence the physical properties of milk fat in relation with their individual
melting point. According to O’Brien (2008), a greasy mouth feel could be detected in imitation milk
when the melting point of emulsified lipids is too high, which affect the in-mouth perception of fat
globules. In this regard, 16:0 (melting point: 62.9°C) and c9 18:1 (melting point: 13-14°C) are the two
most abundant FA in milk fat and they were used by Couvreur et al. (2006) to define a spreadability
index. More precisely, the 16:0 to c9 18:1 ratio in milk fat is related to its melting temperature, its solid
fat content, and to the perceived firmness and melting in mouth during sensory analysis (Couvreur et
al., 2006; Hurtaud et al., 2007).
The objective of the present experiment was to evaluate the effect of feeding cows timothy grass as
hay, pasture, and silage on volatile organic compounds, FA profile, and sensory properties of milk.
Materials and methods
Forages, Cows, and Experimental Design
A 5.3-ha plot of timothy (Phleum pratense L. cv. AC Alliance) was used for forage production in 2010
at the Centre de recherche en sciences animales de Deschambault, QC, Canada. The timothy grass
was cut with a mower conditioner at the late heading stage of development. After 24 h of wilting,
alternate windrows were harvested using a forage chopper, and stored as silage in a plastic bag silo.
The remaining windrows were tedded, left to dry, raked, and harvested 2 d later as rectangular bales
of hay. The same plot was used as pasture the following season (2011) during a feeding trial when
timothy reached the same stage of development.
All procedures performed in this feeding trial were approved by the institutional animal care
committee based on the current guidelines of the Canadian Council on Animal Care (1993). Twenty
one Holstein cows (1st lactation and higher, 209 ± 53 DIM) were first fed for ad libitum intake once a
day with a TMR composed of 60.0% (DM basis) grass and legume silage, 10.0% grass hay, 9.0%
rolled barley, 9.0% cracked corn, 6.7% soybean meal, 3.3% corn gluten meal, and 2.0% vitamins and
52
minerals for a pretrial period. Cows were then blocked according to their calving dates and randomly
assigned within block to one of the three forage types (hay, pasture, or silage) offered ad libitum.
Regardless of the forage treatment, each cow also received and consumed 7.2 kg/d of a concentrate
mix in order to meet NRC nutrient requirements (NRC, 2001). The mix contained 23.3% rolled barley
(DM basis), 23.3% cracked corn, 46.6% soybean meal, as well as 6.7% minerals and vitamins, and
was served in two equal meals after a.m. (0700 h) and p.m. (1700 h) milkings. Cows had free access
to water at all time during the experiment.
The experimental period lasted 27 d. The first 21 d of the period were allowed for adaptation to
forage treatments, and the last 6 d were for collection of samples and data. Cows fed hay and silage
were housed in a tie stall barn. Hay and silage were offered in two equal meals after each milking to
provide 10% orts based on previous day intake.
Cows on the pasture treatment grazed together and were given access to timothy plot on a full-time
basis, except during the milking period where animals were brought back to the tie stall barn. Pasture
was allocated by strip grazing. The strip limits (9 m × 150 m), in the form of front and rear electrified
wires placed across the plot, were moved forward to allow for a fresh provision of herbage every
morning after milking.
Experimental Measurements and Samplings
Body weight of cows was recorded on 3 consecutive d after the morning milking at the end of the
pretrial and experimental periods. The TMR (pretrial period) as well as the hay and silage refusals
(experimental period) were removed and weighed each morning after milking to determine individual
intake which was then corrected for DM based on TMR, hay, and silage samples taken twice weekly
and dried in a forced-air oven at 55ºC for 3 d.
Pasture intake was estimated using the procedure described by Macoon et al. (2003) based on
animal performance. In summary, total energy requirements were calculated by summing NEL for
53
maintenance, lactation, BW change, walking, and grazing activity using the NRC equations (NRC,
2001). The NEL from forage intake was estimated as total NEL minus NEL supplied by concentrate
supplement. Forage intake was finally calculated by dividing the NEL requirements from forage by its
NEL content.
Samples of hay and silage offered in the barn, and grab samples of pasture from the grazed areas
were randomly collected three times a week. These forage samples were pooled by treatments on a
weekly basis, and kept frozen at -20°C for further analyses. Milk yield was recorded and milk
samples were collected on six consecutive milkings at the end of pretrial and experimental periods.
On d 25 of the experimental period, bulk milk from the two consecutive milkings was collected
separately from each group of cows and pooled by treatment in 250−L bulk tanks. Once refrigerated
(4°C), milk was transferred to the Laval University pilot plant to be standardized to 3.25% fat,
homogenized, and pasteurized at 75°C for 16 sec. These processed milk samples were stored at
4°C in 1-L Mason glass jars to be used for sensory evaluation.
Feed Analyses
Samples of hay, pasture, and silage were divided in two sub-samples. The first set of sub−samples
was stored at −20°C for further analyses of DM, CP, ADF, NDF, and ash by wet chemistry (Dairy
One Laboratory, Ithaca, NY, USA). Silage samples were also analyzed for pH, NH3-N, and organic
acid profile (wet chemistry; Dairy One Laboratory). The second set of sub-samples was used to
determine the FA profile after freeze drying and grinding through a 1-mm screen (Wiley mill, standard
model 3, Arthur H. Thomas Co., Philadelphia, PA). Fatty acids were directly transesterified and FA
methyl esters were extracted following the method described by Sukhija and Palmquist (1988) using
toluene as solvent.
Milk Analysis
Milk samples collected from individual cows during the experiment were divided in two sub-samples.
The first set of sub-samples was preserved in bronopol and stored at 4°C before they were analyzed
54
for SCC and concentrations of fat, protein, and lactose by infrared analysis with a Foss MilkoScan FT
6000 instrument (Foss Electric, Hillerød, Denmark) at Valacta (Dairy Production Center of Expertise,
Québec and Atlantic Provinces, Sainte-Anne-de-Bellevue, Québec, Canada). The second set of sub-
samples from individual cows was stored at −20ºC without preservative until FA analysis. Before lipid
extraction, milk was thawed, and samples from the six consecutive milkings were composited
proportionally to milk yield to obtain one sample per cow, and milk FA profiles were analyzed
according to the procedure described by Boivin et al. (2012).
An additional set of composite samples from individual cows was obtained for d 25 by mixing a.m.
and p.m. milk samples proportionally to milk yield. These samples were used to determine the profile
of volatile compounds. This analysis was performed in triplicate using the SPME technique. Milk
samples (9.0 g) and NaCl (1.1 g) were placed in a 20-mL glass vials which were sealed with
silicon/Teflon septa and magnetic caps. Volatile compounds in milk were extracted from the
headspace with a 2-cm, 50/30 μm divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane SPME fiber
(Supelco, Bellefonte, PA). The analysis of volatile compounds was carried out by using a CombiPal
autosampler (CTC Analytics, Zwingen, Switzerland) attached to an Agilent 6890N gas
chromatograph with 5973 inert mass spectrometry (MS) detection (Agilent Technologies Inc., Santa
Clara, CA). The sample was pre-equilibrated at 55°C for 5 min with agitation at 250 RPM. The fiber
was then exposed to the headspace at the same temperature and agitation for 60 min. Once the
adsorption time was finished, the volatile compounds extracted with the SPME fiber were thermally
desorbed into the gas chromatograph injector in splitless mode at 255°C during 3 min. Between each
use, the fiber was cleaned at 270°C for 20 min. in the CompilPal fiber conditioning station. Volatile
compounds were separated with a DB-FFAP column (30 m × 0.25 mm, film thickness 0.25 µm;
Agilent Technologies Inc.). The oven temperature was held at 40°C for 5 min. and then ramped up at
a rate of 5°C/min. until 245°C. At that point, the temperature was held at 245°C for 25 min. Helium
was used as carrier gas at a flow rate of 0.7 mL/min.
The mass spectrometer was operated in the electron impact ionization mode at 70 eV; the mass
range used was m/z 35-350. Scan was used as data acquisition mode. The MS transfer line and the
ion source temperatures were 255 and 230°C, respectively. Volatile compounds were identified by
comparison with mass spectra from a library database (NIST 08 Mass Spectral Library, version 2.0,
55
Gaithersburg, MD) and confirmation of the identification of some compounds was achieved by
comparing de GC retention time and mass spectra of authentic standards spiked to milk.
Standards of volatile compounds were obtained from Sigma Aldrich, Oakville, Ontario, Canada (ethyl
butanoate, ethyl hexanoate, acetic acid, butanoic acid, hexanoic acid, octanoic acid, decanoic acid,
dodecanoic acid, tetradecanoic acid, hexadecanoic acid, hexanal, heptanal, benzaldehyde, 1-
hexanol, 1-octen-3-ol, dimethyl sulfide, acetone, 2-butanone, 2-heptanone, 1-octen-3-one, 2-
nonanone, 2-undecanone, α-pinene, D-limonene, phenol, and toluene). Standards of lactones (γ-
octalactone, γ-decalactone, γ-dodecalactone, γ-dodecaenolactone, δ-hexalactone, δ-octalactone, δ-
decalactone, δ-undecalactone, δ-dodecalactone, δ-tridecalactone, and δ-tetradecalactone) were a
provided courtesy of Soda Aromatic C. Ltd. (Tokyo, Japan). Standard of γ-dodecadienolactone was
kindly donated by Dr. Justin Bendall, Fonterra Research Centre, New Zealand. The results were
expressed as log10 of the peak area from selective ion-monitoring mass spectrometry of volatile
compounds as suggested by Coppa et al. (2011).
Sensory Evaluation
Processed milk samples from d 25 of the experiment were first evaluated by a panel of 30 untrained
subjects, familiarized with the procedure, and recruited among laboratory staff and students to
perform 2 triangle tests (Meilgaard et al., 2007). In the first test, panelists compared the milk from
cows fed hay with the milk for cows fed pasture. In the second test, they compared the milk from
cows fed hay with the milk from cows fed silage. These comparisons were conducted after 7 d
storage of pasteurized milk at 4°C. For each test, assessors were given 3 samples to taste. Milks
were served at 7ºC in 3-digit-coded 100-mL amber glass cup. Two milk samples were the same, and
one was different. Selection of the sample that differs constituted a correct answer. A red light was
used in polling booths to hide any information about the color of milk. Milk samples were also
evaluated in a sensory ranking test, in a complete block design, by a similar panel with the same
sample presentations and environmental conditions. Assessors were asked to rank hay, silage, and
pasture milk samples for global, sweet, and grassy flavors on a scale of 1 to 3 (from less to more
intense).
56
Statistical Analysis
Data were analyzed as a randomized complete block design using the GLIMMIX procedure (SAS
Institute Inc., Cary, NC). Measurements obtained during the last week of the pretrial period were
used as covariates for analysis of BW, forage DMI, milk yield, and milk composition data. For milk
fatty acids and milk organic volatile compounds, no covariate adjustment was performed. For both
models, treatments were included as a fixed effect and blocks as a random effect. Results of sensory
tests were analyzed by using the FIZZ software. Differences between treatments were declared at P
≤ 0.05, and tendencies at 0.05 < P < 0.10.
Results and discussion
Forage concentrations of CP and total FA were greater in pasture, intermediate in silage, and lower
in hay (Table 3.1). The opposite observations can be made for NDF and ADF concentrations with the
highest and the lowest concentrations measured in hay and pasture, respectively; silage being
intermediate. Similar conclusions were reported previously (Martineau et al., 2007; Mohammed et al.,
2009) when chemical compositions of hay, pasture, and silage were compared. Tedding and raking
are known to cause leaf losses, which may explain the greater concentrations of ADF and NDF, and
the lower concentrations of CP and total FA in hay than in silage and pasture of the current trial. On
the opposite, more leaves were harvested when grab samples of herbage were collected from the
timothy pasture plots. Such samples should represent the material that the cows were selecting while
grazing (Mohammed et al., 2009), and explained the greater nutritive value for this forage type.
Finally, harvesting forage as silage is known to minimize leaf loss as compared with hay making.
However, the whole timothy plant (leaves and stems) was harvested, which may explain the
intermediate CP, FA, ADF, and NDF concentrations obtained for silage as compared with hay and
pasture. The silage produced was of good quality, as shown by its pH at 4.2 and its organic acid
profile dominated by lactic and acetic acids.
When expressed as percentage by weight of total FA, hay contained less c9c12c15 18:3 and more
16:0 as compared with pasture or silage (Table 3.1). This is consistent with the observations of Demir
57
and Çakmak (2007) who reported less polyunsaturated and more saturated FA in stems than in
leaves in different subspecies of Medicago.
Final BW and the BW change over the 27-d experimental period were greater for cows fed silage,
intermediate for those fed hay, and lower for cows on pasture (Table 3.2). Measured forage DMI
represented on average 66% of the total DMI and it was not different between cows fed hay or silage
(Table 3.2).
Calculated forage DMI, as estimated based on animal performances, were 5 and 3% higher than the
measured values of forage DMI for cows fed hay and silage, respectively (Table 3.2). Pasture intake
calculated following the same procedure, and including walking and grazing activities, gives an
estimate of 13.5 kg/d which is close to the measured forage DMI of cows fed hay and silage. The lack
of difference in DMI between cows fed hay and silage in the current trial is consistent with data
reported by Martineau et al. (2007) when comparing timothy hay with timothy silage treated with
formic acid or inoculated with lactic acid bacteria. On the contrary, Shingfield et al. (2005) observed a
higher forage intake when feeding grass silage as compared with hay, while Broderick (1995)
observed a lower intake of alfalfa silage as compared with hay in two consecutive trials using alfalfa
as the sole forage in the diets.
Actual milk yield was greater for cows on pasture, intermediate for cows fed silage, and lower for
cows fed hay (Table 3.2). However, milk fat content was higher for cows fed hay and silage, as
compared with cows fed pasture. As a result, FCM and fat yield were not different between forage
type treatments. Milk protein and lactose contents and yield were also similar among treatments.
Cows on pasture required more energy for walking and grazing activities but were able to maintain
similar FCM as compared with cows fed hay or silage. However, these former cows had to mobilize
body reserves as they lost 10.5 kg on average, while cows fed hay and silage gained 5.4 and 20.3
kg, respectively, over the 27-d experimental period.
58
Mohammed et al. (2009) reported greater production of milk and milk constituents (fat, protein, and
lactose) for cows on pasture as compared with cows fed grass silage. In their study, however, grass
silage was harvested at a more advanced stage of development and was of a lower nutritive value
than pasture grass; this was not the case in the current experiment. Similarly, Keady et al. (1996)
compared zero-grazed grass with grass silage harvested at a similar stage of development, and also
reported greater production of milk and milk constituents for cows receiving the zero-grazed grass.
Lack of difference in milk yield and fat content between cows fed hay and silage in the current study
is consistent with data reported by Martineau et al. (2007) and Shingfield et al. (2005) using grass
forages. On the contrary, Broderick (1995) conducted two trials comparing alfalfa hay and silage, and
observed similar milk yield in a first experiment, and greater milk yield with alfalfa hay in a second
experiment.
The concentrations of c9c12 18:2 and c9c12c15 18:3 were 2-fold greater in timothy pasture than hay,
and intermediate in timothy silage (Table 3.1). Increasing the supply of dietary c9c12 18:2 and
c9c12c15 18:3, when feeding pasture, significantly enhanced the concentration of these two essential
FA in milk fat as compared with feeding hay or silage (Table 3.3). Feeding pasture also increased
milk fat content of 18:0 (Table 3.3), which is the final common product of the biohydrogenation
processes, and of FA that are intermediate in ruminal biohydrogenation of c9c12 18:2 (e.g., c9t11
18:2 and t11 18:1) and c9c12c15 18:3 (c9t11c15 18:3, t11c15 18:2, and t11 18:1).
Milk fat content of c9c12c15 18:3 was significantly lower for cows fed silage than for cows fed hay,
even though the c9c12c15 18:3 forage concentration was nearly twice higher in silage than hay. This
result is consistent with observations reported by Boufaïed et al. (2003) showing that even if hay
making reduced the concentration of c9c12c15 18:3 in forage DM as compared to silage, a slower
rate of in vitro disappearance and a greater ruminal bypass of this FA was observed with hay than
silage. According to these results (Boufaïed et al., 2003), timothy conserved as hay would maximize
the proportion of c9c12c15 18:3 potentially escaping ruminal biohydrogenation.
59
The concentration of 16:0 in milk fat was greater for cows fed hay and silage than for those on
pasture (Table 3.3). In contrast, the milk fat concentration of c9 18:1 was greater for cows on pasture,
intermediate for cows fed silage, and lower for those fed hay (P = 0.06). As a result, the ratio of 16:0
to c9 18:1 fatty acids in milk fat was lower for cows fed pasture as compared with those fed the other
two forage types (hay and silage; Figure 3.1). A reduction in the ratio of 16:0 to c9 18:1 in milk fat had
been previously reported when increasing the proportion of fresh grass in the cow diet (Couvreur et
al., 2006) or by replacing corn silage with hay (Hurtaud et al., 2007). In both of these trials, reducing
the ratio of 16:0 to c9 18:1 in milk fat was associated with a perception of less firmness and more
melting in the mouth by a sensory analysis panel.
Fifty different volatile compounds were identified and quantified in individual milk samples from the 21
cows used in this trial (Table 3.4). These molecules were regrouped in nine different families
including esters, free FA, aldehydes, alcohols, sulfur compounds, ketones, lactones, terpenes, and
phenolic compounds. The concentrations of milk ester compounds identified and quantified in the
current study were not different among treatments (Table 3.4).
The concentrations of free FA with chain length of 4 to 14 carbons were higher in milk from cows fed
hay, intermediate in milk from cows fed pasture, and lower in milk of cows fed silage. These
variations did not seem to be related to milk fat content as cows fed silage had the highest value for
this parameter. The presence of free FA in milk can be explained by 1) an incomplete esterification in
the mammary gland before lipid secretion (Marsili, 2003), a phenomenon that is not well documented,
or 2) a lipid hydrolysis that occurred during storage after milking. Spontaneous lipolysis in stored milk
is partly due to the action of the enzyme lipoprotein lipase.
The variations in free FA concentration of milk observed in the current trial are in contradiction with
the study conducted by Chazal et al. (1987) where grass silage feeding enhanced free FA
concentration in milk as compared with pasture or hay, while no difference was observed between
these later two forage type treatments. However, it has been reported that feeding cows with high
dietary levels of polyunsaturated FA decreased milk fat lipolysis, whereas 16:0 feeding increased this
reaction (Chilliard, 1982). This observation seems to be consistent with the results of the current
study where cows fed hay had the lowest supply of dietary polyunsaturated FA and the highest
concentration of milk free FA.
60
Higher concentrations of pentanal and 1-pentanol were observed in milk from cows fed pasture and
silage than in milk from cows fed hay (Table 3.4). Straight-chain aldehydes such as pentanal can
derive from lipid degradation (Toso et al., 2002). In particular, pentanal is a product of the
autoxidation of polyunsaturated FA from the n-6 family, such as c9c12 18:2 (Belitz et al., 2009).
The forage concentration of c9c12 18:2 was greater in pasture and silage than hay (Table 3.1).
Moreover, milk from cows on pasture had greater concentration of c9c12 18:2 compared with milk
from cows fed hay (Table 3.3), which may explain the increase in milk pentanal concentration for
pasture fed cows. There is no obvious explanation for the higher pentanal concentration in milk of
cows fed silage, while the c9c12 18:2 concentration in milk fat was similar to the one observed for
hay fed cows.
According to Moio et al. (1993), primary alcohols are formed by reduction of their respective
aldehydes. The higher concentration of 1-pentanol observed in milk of cows fed pasture and silage,
as compared with hay, is therefore in line with similar differences observed with milk pentanal
concentration.
The concentration of dimethyl sulfone in milk was greater for cows on pasture, intermediate for cows
fed silage, and lower for cows fed hay. Greater concentrations of dimethyl sulfone were also reported
in milk of cows (Coppa et al., 2011) and ewes (Moio et al., 1996) on pasture as compared with those
fed hay. In the rumen, dimethyl sulfide is first derived from the catabolism of sulfur amino acids,
particularly methionine (Taylor and Kiene, 1989). The metabolic fate of dimethyl sulfide is then
oxidation to dimethyl sulfone which could be transferred to milk. The concentration of dimethyl
sulfone in milk (Table 3.4) was well in line with dietary supply of protein, as a source of methionine,
which was high in pasture, intermediate in silage, and low in hay (Table 3.1).
Among the compounds of the ketone family, milk concentrations of acetone and 2-butanone were
lower for cows fed hay, intermediate for cows fed pasture, and higher for cows fed silage (Table 3.4).
According to Marsili (2003), milk acetone and 2-butanone originate from animal feed. However, there
are very few data available on the level of ketones in dairy feed ingredients. Morgan and Pereira
(1962a, b) reported various concentrations of acetone and 2-butanone in several grass and corn
61
silage samples. This source of ketones in fermented forages may explain the greater concentrations
of acetone and 2-butanone in milk of cows fed silage.
Acetone could also be produced endogenously in lactating animal (Marsili, 2003). When cows
develop hyperketonemia, adipose tissue mobilization leads to increased serum concentrations of
nonesterified FA, which are largely directed to the synthesis of ketone bodies in the liver (Drackley et
al., 2006). Acetone produced in this way is released in the blood stream and could be excreted in
milk. Cows used in the current trial were more than 200 DIM and even if cows on pasture were in
moderate negative energy balance and lost weight during the experimental period (Table 3.2), they
were not in a state of ketosis.
The forage types did not affect the ∂-lactone milk concentration, with the exception of tendencies for
greater concentrations of ∂-octalactone (P = 0.08) and ∂-tetradecalactone (P = 0.05) in milk of cows
fed hay as compared with pasture (Table 3.4). More significant effects were observed on the
subfamily of γ-lactones. The milk concentration of γ-decalactone, γ-dodecalactone, and γ-
dodecaenolactone were higher in hay fed cows, lower in silage fed cows, and intermediate for cows
on pasture. Bendall (2001) reported similar nasal detection frequency for γ-decalactone, γ-
dodecalactone, and γ-dodecaenolactone in milk of cows on pasture as compared to cows fed TMR.
However, a higher nasal detection frequency of γ-dodecadienolactone was observed with TMR as
compared with pasture feeding. In the current study, this γ-lactone was not detected using the SPME
technique.
According to Joblin and Hudson (1997), γ-dodecalactone and γ-dodecaenolactone are produced in
two steps in which C18 unsaturated FA are first transformed in the rumen by hydration into
hydroxyacid intermediates. After absorption, hydroxyacids are shortened by three rounds of β-
oxidation, followed by cyclization to γ-lactones (Joblin and Hudson, 1997). Dietary c9 18:1 and c9c12
18:2 are precursors of γ-dodecalactone and γ-dodecaenolactone, respectively. However, the highest
milk γ-lactone concentrations observed in cows fed hay which had the lowest forage concentration of
c9 18:1 and c9c12 18:2 as compared with pasture and silage remains not clear. The concentration of
γ-lactone in milk could be modified by controlling the microbial population responsible for FA
hydration in the rumen (Joblin and Hudson, 1997), a phenomenon that was not assessed in the
current study.
62
The level of α-pinene, as detected by SPME, was greater in milk from cows on pasture, intermediate
for cows fed hay, and higher for those fed silage (Table 3.4). The timothy plot used in this trial was
also colonized with white clover (Trifolium repens L.) and faba bean (Vicia faba L.) which both
contained α-pinene (Griffiths et al., 1999; Kameoka et al., 1977). It could be hypothesized that cows
on pasture were selecting herbage while grazing and were consuming less of these plants. On the
contrary, harvesting and feeding forage as silage or hay could have reduced feed sorting and
consequently increased the intake of plant containing α-pinene, and the concentration of this
monoterpene in milk.
Cows on pasture produced milk with greater concentration of toluene as compared with cows fed hay
and silage (Table 3.4). According to Daun (2005), toluene could be a product of degradation of β-
carotene. Forage wilting and sun curing are known to destroy carotenoids when harvesting forages
as silage or hay (Nozière et al., 2006). Cows on pasture therefore consumed more β-carotene which
could explain the greater concentration of toluene in their milk.
Results from the sensory evaluation using triangle tests are presented in Table 3.5. Panelists could
not detect a difference in flavor between milk from cows fed hay and milk from cows fed silage.
However, a significant number of assessors perceived a difference between milk from cows fed hay
and milk from cows fed pasture. These results are partially consistent with those of Dubroeucq et al.
(2002) who conducted triangle tests to compare milk from cows fed with different forage sources. In
their series of tests, panelists were able to detect a difference between milk from cows fed hay as
compared with milk from cows fed silage or on pasture.
The sensory analysis was completed by a ranking test with a similar panel (Table 3.6). The sum of
rankings of 1 to 3 given by 30 assessors for the intensity of global flavor, with sensory descriptors
“raw milk”, “fresh milk”, and “farm milk”, was greater for milk from cows on pasture than milks from
cows fed hay or silage. Similar treatment differences were observed for the intensity of grassy flavor,
with sensory descriptors “grass”, “leafy vegetable”, and “plant”; where the greatest value was
observed with milk from cows on pasture (Table 3.6). In a previous study by Croissant et al. (2007),
trained panelists also perceived a greater intensity of grassy flavor in milk from cows on pasture than
63
in milk from cows fed indoor TMR. The ranking for the intensity of grassy flavor in the current study is
in line with the higher concentration of pentanal observed in milk from cows on pasture, knowing that
milk aldehydes are recognized to produce a “distinct and pleasant herbaceous aroma” (Moio et al.,
1993).
Finally, the sum of ranking score for the intensity of sweet flavor, with sensory descriptors
“empyreumatic”, “vanilla”, “caramel”, and “sugar”, was greater for milk from cows fed hay,
intermediate for milk from cows fed silage, and lower for milk from cows on pasture. The greater
ranking for the milk from cows fed hay could be partly explained by its superior concentrations of γ-
lactones which are known to provide a sweet and fruity aroma to milk (Bendall, 2001). Moreover,
Croissant et al. (2007) reported a lower intensity of sweet flavor in milk of cows on pasture than in
milk from cows fed TMR.
Conclusion
Results of the current study show that organoleptic properties of milk are affected by the type of
timothy forage (hay, pasture, or silage) fed to cows. Timothy forages were at a similar stage of
development (late heading) when fed as hay, pasture, or silage but they differed in a few nutritive
attributes, including CP, fibers, and FA concentrations. Differences in nutrient supplies between
forage types partly explained variations in milk volatile compounds and FA profile. Untrained
assessors were able to detect specific differences in sensory characteristics between milk from cows
fed different forage types. However, specific links between the observed variations in volatile
compounds or FA profile and the sensory attributes of milk remain to be established under various
dietary situations.
Acknowledgement
This experiment was funded through Industrial Research Chair program of the Natural Sciences and
Engineering Research Council of Canada (Ottawa, ON, Canada), with industry contributions from the
64
Dairy Farmers of Canada (Ottawa, ON, Canada), Novalait Inc. (Québec, QC, Canada), Valacta
(Sainte-Anne-de-Bellevue, QC, Canada), the Fédération des Producteurs de Lait du Québec
(Longueuil, QC, Canada), and the Ministère de l’Agriculture, des Pêcheries et de l’Alimentation du
Québec (Québec, QC, Canada). The authors thank administrative and research staff of the Centre de
Recherche en Sciences Animales de Deschambault (Québec, Canada) for the care provided to cows
during the trial. The authors are also grateful to Gabrielle St-Pierre and Micheline Gingras from the
Département des sciences animales, Université Laval, for their assistance in samplings and
laboratory analyzes.
65
References
Bendall, J. G. 2001. Aroma compounds of fresh milk from New Zealand cows fed different diets. J.
Agric. Food Chem. 49:4825–4832.
Belitz, H. D., W. Grosch, and P. Schieberle. 2009. Food Chemistry. 4th ed. Springer-Verlag, Berlin
and Heidelberg, Germany.
Broderick, G. A. 1995. Performance of lactating dairy cows fed either alfalfa silage or alfalfa hay as
the sole forage. J. Dairy Sci. 78:320–329.
Boivin, M., R. Gervais, and P. Y. Chouinard. 2013. Effect of grain and forage fractions of corn silage
on milk production and composition in dairy cows. Anim. 7:245–254.
Boufaïed, H., P. Y. Chouinard, G. F. Tremblay, H. V. Petit, R. Michaud, and G. Bélanger. 2003. Fatty
acids in forages. II. In vitro ruminal biohydrogenation of linolenic and linoleic acids from timothy. Can.
J. Anim. Sci. 83:513–522.
Canadian Council on Animal Care. 1993. Guide to the Care and Use of Experimental Animals. Vol. 1.
E. D. Olfert, B. M. Cross, and A. A. McWilliam, ed. CCAC, Ottawa, Ontario, Canada.
Chilliard, Y. 1982. Variations physiologiques des activités lipasiques et de la lipolyse spontanée dans
les laits de vache, de chèvre et de femme: revue bibliographique. Lait 62:126–154.
Chazal, M.P., Y. Chilliard, and J.B. Coulon. 1987. Effect of nature of forage on spontaneous lipolysis
in milk from cows in late lactation. J. Dairy Res. 54: 13–18.
Coppa, M., B. Martin, P. Pradel, B. Leotta, A. Priolo, and V. Vasta. 2011. Effect of a hay-based diet or
different upland grazing systems on milk volatile compounds. J. Agric. Food Chem. 59:4947–4954.
Couvreur, S., C. Hurtaud, C. Lopez, L. Delaby, and J. L. Peyraud. 2006. The linear relationship
between the proportion of fresh grass in the cow diet, milk fatty acid composition, and butter
properties. J. Dairy Sci. 89:1956–1969.
66
Croissant, A. E., S. P. Washburn, L. L. Dean, and M. A. Drake. 2007. Chemical properties and
consumer perception of fluid milk from conventional and pasture-based production systems. J. Dairy
Sci. 90:4942–4953.
Daun, H. 2005. Produce color and appearance. Pages 191–219 in Produce Degradation: Pathways
And Prevention. O. Lamikanra, S. H. Imam, and D. O. Ukuku, ed. CRC Press, Boca Raton, FL.
Demir, R., and Ö. Çakmak. 2007. Investigation on fatty acids in leaves, stems and fruits of some
species of Medicago. Int. J. Agri. Biol. 9:934–936.
Drackley, J. K., S. S. Donkin, and C. K. Reynolds. 2006. Major advances in fundamental dairy cattle
nutrition. J. Dairy Sci. 89:1324–1336.
Dubroeucq, H., B. Martin, A. Ferlay, P. Pradel, I. Verdier-Metz, Y. Chillard, J. Agabriel, and J. B.
Coulon. 2002. Cow’s feeding may modify sensory properties of milk. Renc. Rech. Rumin. 9:351–354.
Griffiths, D.W., Robertson, G.W., Shepherd, T. et Ramsay, G. 1999. Epicuticular waxes and volatiles
from faba bean (Vicia faba) flowers. Phytochem. 52:607–612.
Joblin, K. N. and J. A. Hudson. 1997. Management of milk flavor through the manipulation of rumen
microorganisms. Pages 455–463 in Milk Composition, Production and Biotechnology. R. A. S. Welch,
D. J. W. Burns, S. R. Davis, A. I. Popay, and C. J. Prosser, ed. CAB International, New York, NY.
Kameoka, H., C. P.Wang, and K. Takimitsu. 1977. Terpenoids in the essential oil from the flower of
trifolium repens. Agric. Biol. Chem. 41:1785–1786.
Keady, T. W. J., J. J. Murphy, and D. H. Arrington. 1995. The effects of ensiling on dry-matter intake
and milk production by lactating dairy cattle given forage as the sole feed. Grass For. Sci. 51:131–
141.
Macoon, B., L. E. Sollenberger, J. E. Moore, C. R. Staples, J. H. Fike, and K. M. Portier. 2003.
Comparison of three techniques for estimating the forage intake of lactating dairy cows on pasture. J.
Anim. Sci. 81:2357–2366.
Marsili, R. T. 2003. Flavours and off–flavours in dairy foods. Pages 1069–1081 in Encyclopedia of
Dairy Science. H. Roginski, J. W. Fuquay, and P. F. Fox, ed. Academic Press, New York, NY.
67
Martineau, R., H. Lapierre, D. R. Ouellet, D. Pellerin, and R. Berthiaume. 2007. Effects of the method
of conservation of timothy on nitrogen metabolism in lactating dairy cows J. Dairy Sci. 90:2870–2882.
Meilgaard, M. C., G. V. Civille, and B. T. Carr. 2007. Sensory Evaluation Techniques. 4th ed. CRC
Press, Boca Raton, FL.
Mohammed, R., C. S. Stanton, J. J. Kennelly, J. K. G. Kramer, J. F. Mee, D. R. Glimm, M.
O’Donovan, and J. J. Murphy. 2009. Grazing cows are more efficient than zero-grazed and grass
silage-fed cows in milk rumenic acid production. J. Dairy Sci. 92:3874–3893.
Moio, L., J. Dekimpe, P. Etievant, and F. Addeo. 1993. Neutral volatile compounds in the raw milks
from different species. J. Dairy Res. 60:199–213.
Moio, L., L. Rillo, A. Ledda, and F. Addeo. 1996. Odorous constituents of ovine milk in relationship to
diet. J. Dairy Sci. 79:1322–1331.
Morgan, M. E., and R. L. Pereira. 1962a. Volatile constituents of grass and corn silage. I. Steam
distillates. J. Dairy Sci. 45:457–466.
Morgan, M. E., and R. L. Pereira. 1962b. Volatile constituents of grass and corn silage. II. Gas-
entrained aroma. J. Dairy Sci. 45:467–471.
National Research Council. 2001. Nutrient Requirements of Dairy Cattle. 7th rev. ed. Natl. Acad. Sci.,
Washington, DC.
Nozière, P., B. Graulet, A. Lucas, B. Martin, P. Grolier, M. Doreau. 2006. Carotenoids for ruminants:
From forages to dairy products. Anim. Feed Sci. Technol. 131:418–450.
Nursten, H. E. 1997. The flavor of milk and dairy products: I. Milk of different kinds, milk powder,
butter and cream. Inter. J. Dairy Technol. 50:48–56.
O'Brien, R. D. 2008. Fats and Oils: Formulating and Processing for Applications. 3rd ed. CRC Press,
Boca Raton, FL.
Palmquist, D. L., A. D. Beaulieu, and D. M. Barbano. 1993. Feed and animal factors influencing milk
fat composition. J. Dairy Sci. 76:1753–1771.
68
Shingfield, K. J., P. Salo-Väänänen, E. Pahkala, V. Toivonen, S. Jaakkola, V. Piironen, and P.
Huhtanen. 2005. Effect of forage conservation method, concentrate level and propylene glycol on the
fatty acid composition and vitamin content of cows' milk. J. Dairy Res. 72:349–361.
Taylor, B. F., and R. P. Kiene. 1989. Microbial metabolism of dimethyl sulfide. Pages 202–221 in
Biogenic Sulfur in the Environment. E. S. Saltzman and W. J. Cooper, ed. Am. Chem. Soc.,
Washington, DC
Toso, B., G. Procida, and B. Stefanon. 2002. Determination of volatile compounds in cow’s milk using
headspace GC-MS. J. Dairy Res. 69:569–577.
Urbach, G. 1990. Effect of feed on flavor in dairy foods. J. Dairy Sci. 73:3639–3650.
69
Table 3.3. Chemical composition of the three experimental timothy forage types
Item Hay Pasture Silage
DM, % 91.6 ± 1.4 22.2 ± 1.6 37.5 ± 2.7
OM, % DM 93.4 ± 0.3 92.6 ± 1.0 92.0 ± 0.2
CP, % DM 9.0 ± 0.5 12.7 ± 1.2 11.2 ± 0.3
ADF, % DM 38.0 ± 1.6 33.3 ± 3.7 38.9 ± 0.6
NDF, % DM 67.4 ± 3.3 58.6 ± 6.5 62.4 ± 3.5
NEL2 1.06 ± 0.07 1.30 ± 0.13 1.20 ± 0.06
Fatty acids, mg/g DM
14:0 0.073 ± 0.007 0.122 ± 0.015 0.107 ± 0.012
16:0 1.897 ± 0.126 3.198 ± 0.339 2.438 ± 0.115
c-9 16:1 0.033 ± 0.007 0.058 ± 0.020 0.045 ± 0.003
18:0 0.181 ± 0.024 0.351 ± 0.053 0.240 ± 0.012
c9 18:1 0.372 ± 0.012 0.962 ± 0.359 0.476 ± 0.010
c11 18:1 0.048 ± 0.007 0.103 ± 0.015 0.083 ± 0.008
c9c12 18:2 1.919 ± 0.094 4.016 ± 1.250 2.686 ± 0.068
20:0 0.096 ± 0.012 0.198 ± 0.016 0.117 ± 0.009
c9c12c15 18:3 3.461 ± 0.677 7.550 ± 0.367 6.487 ± 0.310
Total fatty acids 8.082 ± 0.930 16.559 ± 2.376 12.681 ± 0.506
Fatty acids, % by weight
14:0 0.90 ± 0.07 0.74 ± 0.04 0.85 ± 0.06
16:0 23.57 ± 1.19 19.59 ± 0.92 19.22 ± 0.14
c9 16:1 0.41 ± 0.05 0.34 ± 0.07 0.35 ± 0.03
18:0 2.25 ± 0.22 2.12 ± 0.05 1.90 ± 0.06
c9 18:1 4.66 ± 0.64 5.51 ± 1.30 3.76 ± 0.20
c11 18:1 0.60 ± 0.02 0.63 ± 0.10 0.65 ± 0.04
c9c12 18:2 23.90 ± 1.84 23.40 ± 3.97 21.20 ± 0.57
20:0 1.19 ± 0.03 1.24 ± 0.17 0.92 ± 0.04
c9c12c15 18:3 42.52 ± 3.60 46.43 ± 4.37 51.14 ± 0.58
Fermentation characteristics
pH
4.2 ± 0.1
NH3-N, % total N
0.53 ± 0.01
Lactic acid, % DM
4.66 ± 0.62
Acetic acid, % DM
1.27 ± 0.24
Propionic acid, % DM
0.01 ± 0.01
Butyric acid, % DM
0.04 ± 0.04
Isobutyric acid, % DM
0.03 ± 0.01 1Means ± standard deviation of 4 composite forage samples pooled by treatments on a weekly basis over the experimental period. 2Calculated (NRC 2001).
70
Table 3.4. Body weight, forage intake, milk yield, and milk composition in Holstein cows fed timothy hay, pasture, or silage
Timothy forage type
Hay Pasture Silage SEM P-value
Body weight Actual, kg 640ab 626b 657a 5 <0.01
Change1, kg/d 0.20ab -0.39b 0.75a 0.18 <0.01
Forage DMI Measured, kg/d 13.0 - 14.5 0.8 0.24
Calculated2, kg/d 13.7 13.5 15.0 - -
Milk yield
Actual, kg/d 23.3b 26.7a 24.0ab 1.0 0.05
Fat corrected, kg/d 24.3 26.2 25.3 1.0 0.40
Milk fat, Content, % 4.31a 3.89b 4.46a 0.11 <0.01
Yield, g/d 999 1033 1051 39 0.63
Milk protein Content, % 3.36 3.26 3.32 0.04 0.23
Yield, g/d 771 864 798 35 0.12
Milk lactose Content, % 4.54 4.55 4.55 0.03 0.92
Yield, g/d 1063 1213 1086 51 0.11
SCC, '000/mL 78 79 89 49 0.99
a,b Within the same row, mean values followed by uncommon superscripts are different (P ≤ 0.05). 1Over 27 d of experimental period. 2Calculated based on animal performances by computing NEL requirements for maintenance, lactation, BW change, as well as walking and grazing activities for cows on pasture according to Macoon et al. (2003). 34% FCM = [0.4 × (milk, kg/d)] + [15.0 × (fat, kg/d)].
71
Table 3.5. Fatty acid profile of milk fat of Holstein cows fed timothy hay, pasture, or silage
Timothy forage type
Fatty acid (% by weight)1 Hay Pasture Silage SEM P-value1
4:0 5.006
5.038
4.935
0.112 0.72
6:0 2.588
2.472
2.459
0.081 0.49
8:0 1.308
1.264
1.269
0.057 0.83
10:0 2.912
2.650
2.763
0.162 0.53
c9 10:1 0.331
0.288
0.321
0.023 0.33
11:0 0.042
0.035
0.049
0.007 0.34
12:0 3.391
2.914
3.206
0.201 0.28
c9 12:1 0.104
0.084
0.098
0.008 0.21
iso 13:0 0.038 ab 0.046 a 0.032 b 0.003 0.02
anteiso 13:0 0.019
0.021
0.017
0.004 0.67
13:0 0.082
0.069
0.092
0.009 0.22
iso 14:0 0.138 a 0.130 a 0.098 b 0.009 <0.01
14:0 12.203 c 10.664 d 11.711 cd 0.461 0.09
c9 14:1 1.215 a 0.975 b 1.260 a 0.070 0.02
c11 14:1 0.047
0.040
0.044
0.003 0.36
iso 15:0 0.346 c 0.306 cd 0.261 d 0.023 0.07
anteiso 15:0 0.607
0.589
0.487
0.043 0.15
15:0 1.107
1.054
1.156
0.081 0.66
iso 16:0 0.245 a 0.233 a 0.188 b 0.013 <0.01
16:0 37.820 a 29.338 b 36.348 a 1.317 <0.01
t9 16:1 0.198
0.095
0.058
0.045 0.12
iso 17:02 0.269 b 0.423 a 0.319 ab 0.030 <0.01
c9 16:1 1.564
1.624
1.880
0.120 0.18
anteiso 17:03 0.554 a 0.547 a 0.462 b 0.019 <0.01
c11 16:1 0.037
0.047
0.049
0.009 0.58
c13 16:1 0.204 a 0.138 b 0.182 ab 0.014 0.02
17:0 0.542 a 0.556 a 0.494 b 0.011 <0.01
c7 17:1 0.023
0.024
0.028
0.002 0.22
c8 17:1 0.051
0.045
0.056
0.004 0.25
c9 17:1 0.211
0.255
0.223
0.016 0.17
72
iso 18:0 0.066
0.053
0.056
0.004 0.12
18:0 7.144 b 8.980 a 7.233 b 0.448 0.01
t4 18:1 0.007 b 0.012 a 0.008 b 0.001 <0.01
t5 18:1 0.007 b 0.012 a 0.009 ab 0.001 <0.01
t6-8 18:1 0.114 b 0.164 a 0.123 b 0.008 <0.01
t9 18:1 0.081 b 0.130 a 0.093 b 0.006 <0.01
t10 18:1 0.086 b 0.200 a 0.112 b 0.009 <0.01
t11 18:1 0.573 c 1.690 a 1.009 b 0.088 <0.01
t12 18:1 0.072 c 0.194 a 0.105 b 0.006 <0.01
t13/14 18:1 0.113 c 0.349 a 0.200 b 0.016 <0.01
t15 18:1 0.181 b 0.317 a 0.255 ab 0.032 0.03
t16 18:1 0.068 b 0.186 a 0.109 b 0.012 <0.01
c6-8 18:1 0.061 a 0.027 b 0.060 a 0.008 0.02
c-9 18:14 13.921 d 19.523 c 15.731 cd 1.536 0.06
c11 18:1 0.443 d 0.695 c 0.435 d 0.082 0.07
c12 18:1 0.072 b 0.113 a 0.061 b 0.010 <0.01
c13 18:1 0.042
0.059
0.045
0.012 0.58
c14 18:1 0.023 c 0.042 a 0.030 b 0.002 <0.01
c15 18:1 0.040
0.047
0.051
0.004 0.22
c9c12 18:2 1.211 b 1.616 a 1.031 b 0.094 <0.01
c9t11 18:2 0.278 b 0.837 a 0.525 b 0.076 <0.01
c9t12 18:2 0.012 c 0.023 a 0.018 b 0.002 <0.01
c9t13 18:2 0.071 b 0.106 a 0.077 b 0.004 <0.01
t8c12 18:2 0.081 b 0.149 a 0.103 b 0.007 <0.01
t8c13 18:2 0.034 b 0.075 a 0.048 b 0.005 <0.01
t9t12 18:2 0.008 b 0.026 a 0.021 a 0.003 <0.01
t9c12 18:2 0.018 b 0.036 a 0.022 b 0.002 <0.01
t10c12 18:2 0.024 b 0.033 a 0.024 b 0.001 <0.01
t11c15 18:2 0.050 c 0.178 a 0.117 b 0.013 <0.01
c9t11c1518:3 0.022 b 0.031 a 0.030 a 0.003 0.02
c6c9c12 18:3 0.027
0.031
0.027
0.003 0.48
c9c12c15 18:3 0.403 b 0.568 a 0.323 c 0.024 <0.01
c6c9c12c15 18:4 0.013
0.017
0.014
0.002 0.29
73
19:0 0.035
0.043
0.031
0.004 0.10
20:0 0.144
0.150
0.144
0.005 0.58
c9 20:1 0.105
0.110
0.108
0.005 0.84
c11 20:1 0.026
0.033
0.029
0.004 0.42
c11c14 20:2 0.026
0.028
0.026
0.002 0.46
c11c14c17 20:3 0.008
0.010
0.008
0.001 0.12
c8c11c14 20:3 0.064 b 0.081 a 0.062 b 0.004 <0.01
c5c8c11c14 20:4 0.103 a 0.106 a 0.089 b 0.005 <0.01
c8c11c14c17 20:4 0.004
0.006
0.005
0.001 0.57
c5c8c11c14c17 20:5 0.041 ab 0.048 a 0.035 b 0.002 <0.01
22:0 0.655
0.692
0.600
0.040 0.29
c13 22:1 0.010
0.008
0.008
0.001 0.39
c13c16 22:2 0.051
0.043
0.056
0.004 0.14
c13c16c19 22:3 0.005
0.007
0.005
0.001 0.23
c7c10c13c16 22:4 0.021
0.019
0.021
0.002 0.67
c4c7c10c13c16 22:5 0.008
0.007
0.008
0.001 0.67
c7c10c13c16c19 22:5 0.061 b 0.071 a 0.053 b 0.003 <0.01
c4c7c10c13c16c19 22:6 0.007
0.006
0.007
0.001 0.56
24:0 0.043 ab 0.048 a 0.038 b 0.003 0.04
c9 24:1 0.020
0.017
0.019
0.002 0.58 1Within the same row, mean values followed by uncommon superscripts are different (a, b: P < 0.05; c, d: P < 0.10). 2Coelution with minor concentration of trans-10 16:1. 3Coelution with minor concentration of cis-10 16:1. 4Coelution with minor concentration of cis-10 18:1.
74
Table 3.6. Milk volatile organic compounds in Holstein cows fed timothy as hay, pasture, or silage.
Timothy forage type
Compound1 Hay Pasture Silage SEM P-value2
Esters
Ethyl butanoate 3.22
3.30
4.12
0.45 0.17
Ethyl hexanoate 3.20
2.57
3.54
0.60 0.41
Methyl butanoate 4.40
4.49
4.23
0.14 0.39
Methyl hexanoate 4.98
5.06
4.72
0.14 0.21
Methyl octanoate 4.93
4.98
4.62
0.15 0.24
Methyl decanoate 4.51
4.53
4.24
0.16 0.36
Free fatty acids
Acetic acid 4.80
4.78
4.66
0.07 0.31
Butanoic acid (4:0) 6.08 c 5.78 cd 5.68 d 0.13 0.07
Hexanoic acid (6:0) 6.61 a 6.31 ab 6.16 b 0.13 0.05
Octanoic acid (8:0) 6.61 a 6.32 ab 6.12 b 0.14 0.05
Decanoic acid (10:0) 6.38 a 6.07 ab 5.87 b 0.14 0.06
Dodecanoic acid (12:0) 5.39 c 5.04 cd 4.88 d 0.15 0.07
Tetradecanoic acid (14:0) 4.58 c 4.29 cd 4.21 d 0.13 0.10
Hexadecanoic acid (16:0) 3.86
3.65
3.66
0.10 0.23
Aldehydes
Pentanal 3.81 b 4.49 a 4.57 a 0.13 <0.01
Hexanal 4.98
5.09
5.17
0.15 0.68
Heptanal 4.23
4.66
4.47
0.16 0.20
Octanal 3.98
4.15
4.04
0.08 0.36
Nonanal 4.27
4.42
4.40
0.09 0.52
2-nonenal 2.63
3.49
3.86
0.53 0.28
Benzaldehyde 4.73
4.73
4.72
0.02 0.56
Alcohols
1-pentanol 4.15 b 4.96 a 4.79 a 0.17 0.01
1-hexanol 4.34
4.57
4.54
0.10 0.21
1-octanol 4.18
4.40
4.39
0.11 0.34
1-heptanol 4.10
4.27
4.21
0.13 0.66
1-octen-3-ol 4.40
4.52
4.44
0.11 0.73
Sulfur compounds
Dimethyl sulfone 4.24 b 4.60 a 4.43 ab 0.08 0.03
75
Dimethyl sulfide 3.43
3.66
3.48
0.11 0.34
Ketones
Acetone 6.01 b 6.14 ab 6.21 a 0.05 0.04
2-butanone 5.26 b 5.41 ab 5.56 a 0.05 <0.01
2-pentanone 4.93
4.98
5.04
0.04 0.24
2-heptanone 5.20
4.96
5.04
0.08 0.15
1-octen-3-one 3.37
3.69
4.50
0.50 0.30
2-nonanone 5.08
4.87
4.89
0.09 0.21
2-undecanone 4.79
4.71
4.69
0.04 0.32
Lactones
γ-octalactone 3.83
3.78
3.72
0.05 0.26
γ-decalactone 3.95 a 3.77 ab 3.76 b 0.06 0.03
γ-dodecalactone 3.91 a 3.54 b 3.43 b 0.09 <0.01
γ-dodecaenolactone 3.77 a 3.44 ab 3.20 b 0.13 0.01
∂-hexalactone 4.38
4.19
4.28
0.09 0.21
∂-octalactone 4.84 c 4.52 d 4.64 cd 0.10 0.08
∂-decalactone 5.50
5.38
5.30
0.08 0.14
∂-undecalactone 3.62
3.50
3.43
0.14 0.56
∂-dodecalactone 5.07
4.89
4.86
0.09 0.18
∂-tridecalactone 4.18
4.14
4.09
0.06 0.33
∂-tetradecalactone 4.08 c 3.75 d 3.79 cd 0.10 0.05
Terpenes
α-pinene 4.38 ab 4.08 b 4.55 a 0.09 <0.01
D-limonene 4.05
4.03
4.05
0.07 0.94
Phenolic compounds
Phenol 4.62 4.61 4.59 0.02 0.11
Toluene 5.36 b 5.89 a 5.25 b 0.04 <0.01
1Concentrations are expressed as log10 of the peak area. 2Within the same row, mean values followed by uncommon superscripts are different (a, b: P < 0.05; c, d: P < 0.10).
76
Table 3.7. Results of the triangle tests comparing milks from cows fed silage or pasture with milk from cows fed hay
Comparison No
response Retained response
Correct answer
Significance (Risk)
Silage vs. Hay 0 30 12 0.28
Pasture vs. Hay 0 30 20 <0.01
77
Table 3.8. Average rankings of 1 to 3 given by 30 assessors for the intensity of global, sweet, and grassy flavors of milk from Holstein cows fed timothy hay, pasture, or silage
Sensory attribute (descriptor)
Timothy forage type
Sum of ranking
Friedman statistics
Global flavor (raw milk, fresh milk, farm milk)
Hay 54
<0.01 Pasture 74
Silage 52
Sweet flavor (empyreumatic, vanilla, caramel, sugar)
Hay 70
<0.05 Pasture 51
Silage 59
Grassy flavor (grass, leafy vegetable, plant)
Hay 53
<0.05 Pasture 73
Silage 54
79
Figure 3.2. The ratio of 16:0 to c9 18:1 fatty acids in milk fat of Holstein cows fed timothy hay, pasture, or silage. SEM = 0.34. a, b Bars with uncommon superscripts are different at P < 0.01.
a
b
a
0,0
1,0
2,0
3,0
Hay Pasture Silage
Rat
io o
f 1
6:0
to
c9
18
:1
81
Chapitre 4
Conclusions générales
L’objectif de l’étude présentée dans ce mémoire était d’évaluer l’effet du type de fourrage (foin,
ensilage, ou pâturage) servi aux vaches laitières sur le profil en acides gras et en composés volatils
ainsi que sur les propriétés aromatiques du lait. Pour ce faire, la graminée fourragère la plus cultivée
au Québec, soit la fléole des prés, a été choisie et récoltée ou pâturée au stade fin épiaison.
La forme sous laquelle la fléole des prés était servie à l’animal avait un effet sur la composition
chimique du fourrage; le pâturage présentant des teneurs plus élevées en protéines et en acides
gras, et des teneurs plus faibles en fibres que le foin ou l’ensilage.
La production laitière a été plus élevée pour les vaches au pâturage, intermédiaire pour celles
recevant l’ensilage et plus faible pour celles recevant le foin. Or, le lait des vaches au pâturage avait
une plus faible concentration en matière grasse que lait provenant des vaches recevant le foin ou
l’ensilage. La consommation d’herbes riches en 18:2 cis-9, cis-12 et en 18:3 cis-9, cis-12, cis-15 au
pâturage a permis d’augmenter la concentration de ces acides gras dans le lait. Le rapport des
concentrations en acides gras 16:0 sur 18:1 cis-9 fût inférieur pour le lait issu des vaches au
pâturage comparativement à celui des vaches des autres traitements. Une diminution du rapport
16:0/18:1 cis-9 est en particulier reliée à une baisse de la fermeté des matières grasses, ce qui peut
influencer leur perception en bouche lors de la consommation du lait et des produits laitiers.
L’analyse du lait par micro extraction en phase solide couplée à la chromatographie en phase
gazeuse et la spectrométrie de masse a permis d’identifier, sans égard aux traitements, plus de 50
82
composés volatils représentant chacune des familles chimiques suivantes : esters, acides gras libres,
alcools, aldéhydes, cétones, lactones, terpènes, composés soufrés et composés phénoliques. Le
traitement alimentaire à base de foin a permis de produire un lait ayant généralement de plus
grandes concentrations en acides gras libres et en γ-lactones, et de plus faibles teneurs en pentanal
et 1-pentanol. Le lait des vaches ayant reçu le traitement pâturage contenait davantage de diméthyle
sulfone et de toluène. Par ailleurs, le traitement sous forme d’ensilage fut associé à la production
d’un lait plus riche en acétone, 2-butanone et α-pinène.
Un panel constitué de trente personnes non-expérimentées a été recruté pour la réalisation de tests
triangulaires visant à comparer les laits issus des différents traitements alimentaires. Les panélistes
ont été en mesure de différencier les laits des traitements foin et pâturage. Les laits ont ensuite été
soumis à un test de classement et les sommes des rangs pour l’intensité de la flaveur globale ainsi
que pour la flaveur végétale ont été supérieures pour le lait des vaches ayant reçu le traitement
pâturage comparativement à celles des traitements foin et ensilage.
Les différences de flaveurs perçues dans le lait sont le reflet de la présence simultanée dans une
concentration donnée de chaque composé aromatique qu’on y retrouve et non le résultat de la
présence ou non de certains composés en particulier au sein de la matrice que forme le lait. Nos
résultats démontrent toutefois que l’alimentation des vaches, et plus précisément le type de fourrage
qui leur est servi, a un impact sur la composition, les teneurs en composés volatils, et la flaveur du
lait. Il pourrait donc être envisageable d’instaurer des éléments de régie d’alimentation des troupeaux
afin d’exercer un certain contrôle sur la composition du lait.
En contrôlant davantage les teneurs en composés volatils, il serait également possible d’obtenir un
lait avec un profil aromatique spécifique, pouvant être destiné à un marché de niche particulier.
Comme c’est le cas dans certaines régions de l’Europe, des composés aromatiques en particulier du
lait pourraient être utilisés à titre de marqueurs pour en authentifier la provenance ou le type.
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D’autres études sont nécessaires afin d’améliorer nos connaissances concernant l’impact des
concentrations en molécules volatiles et en acides gras sur les propriétés organoleptiques du lait. Le
développement de meilleurs outils d’analyse du lait pourrait s’avérer d’une grande utilité afin de
mesurer plus efficacement les impacts des changements alimentaires, de corriger les problèmes de
flaveur du lait, et de diminuer les erreurs liées à la subjectivité.