Texturation d'une matrice protéique en vue de la conception d'un aliment fonctionnel par impression 3D

Texturing a protein matrix to design a functional food using 3D printing

• Auteur / Autrice : Stéphane Portanguen
• Direction : Pierre-Sylvain Mirade
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et technologies de l'agriculture, de l'alimentation et de l'environnement
• Date : Soutenance le 19/12/2023
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national de la recherche agronomique (France). Unité de Recherche Qualité des Produits Animaux (Clermont-Ferrand, Puy-de-Dôme)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Michaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luc Fillaudeau, Marie de Lamballerie, Barbara Rega, Anne Duconseille
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Luc Fillaudeau, Marie de Lamballerie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aliments fonctionnels

Mots clés libres

Impression 3D alimentaire

Gélatine

Mucilage

Nutrition personnalisée

Aliment fonctionnel

3D food printing

Gelatin

Mucilage

Personalized nutrition

Functional food

Résumé

Ce travail de thèse s'inscrit dans un contexte démographique mondial en évolution. En effet, des solutions nutritionnelles sont à développer pour pallier au vieillissement de la population, dont une conséquence est le nombre croissant de personnes présentant des déficiences masticatoires. La texturation d'aliments, riches en protéines de bonne qualité nutritionnelle, est un point essentiel pour une bonne mastication et pour une assimilation optimale des nutriments, mais également pour l'acte et le plaisir de manger.L'impression 3D alimentaire est une des voies de recherche possibles pour concevoir de nouveaux aliments fonctionnels à destination des personnes fragiles. Afin de correspondre aux problématiques sociétales actuelles, ces aliments doivent être sains, personnalisés et socialement acceptables. Pour répondre à ce cahier des charges ambitieux, une approche en quatre étapes a été utilisée dans ce travail de thèse :1) Le développement d'une imprimante 3D parfaitement adaptée à la mise en œuvre de matrices carnées. La maîtrise des paramètres d'impression permet désormais de proscrire l'utilisation d'agents de texture et donc, de concevoir des aliments dont la formulation est plus simple et plus naturelle ;2) Afin de potentialiser la structure des aliments imprimés et d'élargir la gamme des textures possibles, la réaction de glycation a été étudiée et appliquée à un milieu modèle à base de gélatine. Cette matière première a révélé toute sa complexité lors de la mise en œuvre de la réaction, nécessitant une étude d'élucidation des mécanismes mis en jeu. Ainsi, il a été montré que la teneur en eau initiale et l'indice Bloom de la gélatine, en influençant de façon notable la structure secondaire de la gélatine, conditionnaient fortement le devenir de la réaction de glycation ;3) Les personnes présentant une déficience masticatoire peuvent également souffrir d'un déficit de salivation. Cette troisième partie du travail de thèse a donc consisté à étudier les propriétés rhéologiques de matrices riches en protéines animales, mais aussi la façon d'incorporer un substitut salivaire naturel directement dans l'aliment pour optimiser les propriétés d'extrusion des matrices. Cet aliment fonctionnel, à base de protéines et de mucilage de graines de lin, permettra de lubrifier la cavité buccale et donc, de réduire les douleurs et les risques de fausses routes lors de la mastication et de l'ingestion par des personnes souffrant de xérostomie, d'hyposialie et de dysphagie ;4) Le couplage de la conception d'un nouvel aliment fonctionnel et d'un procédé de rupture tel que l'impression 3D peut engendrer un phénomène de néophobie, voire de rejet, de la part des consommateurs. La quatrième partie de ce travail s'est attachée à initier une approche sociologique visant à évaluer l'acceptabilité sociale de ce nouveau procédé, sur la base de nouvelles collaborations entre les Sciences du Vivant et les Sciences Humaines & Sociales.Les prochains travaux vont consister déterminer le mode de post-traitement le plus adapté au respect des propriétés de l'aliment, à en caractériser les propriétés nutritionnelles et, à définir et à appliquer les méthodes nécessaires pour assurer les qualités sanitaires et organoleptiques des aliments fonctionnels.

This thesis is part of a rapidly changing of worldwide demographic context. Indeed, nutritional solutions need to be developed to offset the ageing of the population, one of the consequences of which is the growing number of people with masticatory deficiencies. The texturing of foods, rich in proteins of good nutritional quality, is essential for good mastication and optimal assimilation of nutrients, but also for the act and pleasure of eating.3D food printing is one of the possible research ways for designing new functional foods for frail people. To meet current societal challenges, these foods need to be healthy, personalized and socially acceptable. To meet these ambitious specifications, a four-stage approach was used in this thesis work:1) The development of a 3D printer perfectly suited to the use of meat matrices. By controlling the printing parameters, we can now avoid the use of texturizing agents, enabling us to design foods with simpler and more natural formulations;2) In order to potentiate the structure of printed foods and extend the range of possible textures, the glycation reaction was studied and applied to a gelatin-based model medium. This raw material revealed all its complexity when the reaction was implemented, necessitating a study to elucidate the mechanisms involved. It was shown that the initial water content and Bloom index of the gelatin, by significantly influencing the secondary structure of the gelatin, strongly conditioned the fate of the glycation reaction;3) People with masticatory deficiencies may also suffer from salivary deficiencies. This third part of the thesis therefore involved studying the rheological properties of matrices rich in animal proteins, as well as how to incorporate a natural saliva substitute directly into the food in order to optimize the extrusion properties of the matrices. This functional food, based on flax protein and mucilage, will lubricate the oral cavity, reducing pain and the risk of wrong way during chewing and swallowing in people suffering from xerostomia, hyposialia and dysphagia;4) Coupling the design of a new functional food with a disruptive process such as 3D printing can lead to neophobia, or even rejection, on the part of consumers. The fourth part of this work aims to initiate a sociological approach designed to assess the social acceptability of this new process, drawing on new collaborations between the Life Sciences and the Human and Social Sciences.Future work will focus on determining the post-processing method best suited to respecting the food's properties, characterizing its nutritional properties, and defining and applying the methods needed to guarantee the sanitary and organoleptic qualities of functional foods.