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UMR Procédés Alimentaires et Microbiologiques

Thèmes de recherche



L’équipe PCAV est constituée de spécialistes de la physico-chimie et de la chimie
des aliments et du vin. Reposant sur des fondements méthodologiques qui allient
recherches fondamentales et appliquées, l’équipe développe une expertise
autour de 4 thématiques principales en lien avec des matrices alimentaires et
œnologiques. Elle s'attache à mettre en œuvre des approches intégrées des
systèmes d'étude de l'échelle macroscopique à l'échelle moléculaire. En outre,
ces 4 thématiques sont envisagées comme un véritable continuum scientifique
depuis la matière première jusqu'à la formulation et la stabilité des produits, avec
un réel ancrage territorial, ainsi qu’une très forte interaction avec l'industrie,
dans un contexte sociétal de préoccupation environnemental et de changement
climatique.

- Thématique 1 : La valorisation de nouvelles bio-ressources et coproduits

La recherche de protéines alternatives aux protéines animales revêt à la fois des
enjeux sociétaux et environnementaux. L’utilisation de protéines issues de
ressources végétales (pois, chanvre…), de microalgues ou d’insectes représente
un défi majeur pour la conception de nouveaux aliments. Les travaux sont menés
depuis l’extraction jusqu’à la préservation de leurs fonctionnalités pour
l'exploration de nouvelles applications en nutrition humaine ou animale.

D’autres macromolécules issues des agro-ressources, dont certaines peuvent être
des coproduits d’autres filières industrielles, sont également valorisées pour des
applications alimentaires ou non alimentaires. C’est par exemple le cas de la
pectine (extraite de la peau de fruits), ou du chitosane (issu de la carapace de
crustacés), qui peuvent être utilisés en tant que matériaux biodégradables, voire
comestibles, sous forme d’enrobages ou intégrés dans des emballages de
produits alimentaires.

L’équipe PCAV a mis en place une combinaison de stratégies d’extraction verte
(hautes pressions, CO2 supercritique, eau sub-critique, microondes), de
purification et de caractérisation de composés actifs, intégrés dans une
démarche « clean label ». Ainsi, de co-produits de l'industrie viti-vinicole tels que
les marcs de pressurage, sont extraits des oligopeptides et des oligosaccharides,
qui trouvent des applications en œnologie (nouveaux antioxydants) ou en
viticulture (nouveaux éliciteurs).

- Thématique 2 : La formulation de nouveaux produits

La valorisation des ressources naturelles passe certes par l’efficacité des
méthodes d’extraction, le degré d’isolement et la préservation des structures
natives, mais il est souvent nécessaire de fonctionnaliser ces molécules qui
parfois possèdent initialement une faible aptitude technologique. Ces
fonctionnalités ciblées sont variées : solubilisation rapide dans l’eau ou à
l’inverse aptitude à la décantation rapide, capacité à émulsionner ou à foisonner,
pouvoir gélifiant, aptitude filmogène, aptitude à former des verres à l’état peu
hydraté, aptitude à la rétention d’arôme ou encore aptitude catalytique (par
exemple enzymatique).

Ces aptitudes technologiques peuvent être améliorées à l’aide de procédés tel
que les hautes pressions, la microfluidisation thermique, l’extrusion, ou
simplement par un procédé thermique maîtrisé, et notamment l’usage approprié
des méthodes de séchage. Il s’agit alors de comprendre la conséquence d’un
procédé sur la conformation de la macromolécule (protéine, polyoside) ou sur la
structure de la matrice. Pour cela, l'équipe PCAV a développé une expertise dans
les méthodes de caractérisation structurale à différents niveaux d’investigation
(spectroscopies infrarouge, Raman, RMN, ou encore différentes techniques
d’imagerie), de l’échelle moléculaire à l’échelle microstructurale.

Les applications concernent non seulement la formulation de nouveaux aliments
à base de protéines non conventionnelles, mais aussi la conception de systèmes
d'encapsulation polyosidiques pour un usage alimentaire ou pharmaceutique
(composés actifs, probiotiques), ou encore l’étude des interactions avec les
métaux pour stabiliser des compléments alimentaires enrichis en fer II en le
protégeant de l’oxydation.

- Thématique 3 : La stabilité chimique et physique des produits et
matrices

Dans le domaine de l'œnologie, cette thématique est devenue identitaire de
l'équipe PCAV, qui est maintenant leader international sur l'étude de la stabilité
et du vieillissement des vins blancs secs. Elle est fondée sur une approche
méthodologique intégrée unique, qui couvre la chimie du vin jusqu’à la physicochimie
des obturateurs œnologiques.

Le développement d’analyses non ciblées, de type métabolomique, appliquées
au vin a permis d’aborder cette problématique dans une approche systémique
intégrant viticulture et œnologie. Associées au développement de nouvelles
méthodes de mesures de capacités antioxydantes, les approches
métabolomiques ont ainsi permis d'identifier de nouvelles signatures
moléculaires marqueurs de stabilité des vins blancs secs, notamment des
composés azoté-soufrés. Ils constituent un véritable "métabolome antioxydant"
en constante évolution, à l’origine du concept de stabilité oxydative proposé par
l’équipe. Cette nouvelle approche permet d'explorer les mécanismes réactionnels
dans lesquels le métabolome antioxydant est impliqué, prérequis nécessaire à
une démarche innovante de recherche d'alternatives aux sulfites par exemple.
L'étude de la stabilité des vins repose également sur la maîtrise des propriétés
des obturateurs œnologiques, et l’équipe possède une expertise reconnue pour la
caractérisation des propriétés mécaniques des obturateurs et des mécanismes
de transfert des gaz au travers des systèmes goulot/bouchon de vins tranquilles
ou effervescents.

L’étude des mécanismes d’oxydation régissant la stabilité des denrées
alimentaires constitue également un défi majeur pour la maîtrise de leurs
qualités organoleptiques et sanitaires. L’équipe PCAV travaille à la meilleure
compréhension des mécanismes impliqués ainsi qu’à la mise au point de
méthodes de dosage rapides de l’état d’oxydation d’un produit. Les travaux de
l’équipe PCAV sur ce thème vont jusqu’à la prise en compte de la protection
conférée par l’emballage, qui peut devenir un élément actif (antioxydant), ou
encore vers le développement de systèmes intelligents capables de renseigner
sur l’état d’oxydation du produit emballé.

Enfin, cette thématique intègre la question de la stabilité physique de matrices
alimentaires (poudres, produits extrudés, gels…) ou de polymères bio-sourcés,
utilisés dans l'élaboration d’emballages alimentaires biodégradables, avec des
concepts fondamentaux tels que l'étude du rôle de l’eau et des paramètres
environnementaux sur la stabilité physique et chimique des systèmes.

- Thématique 4 : L’évaluation de la qualité et de la performance des
produits et matrices

La question de la qualité et des performances est envisagée en lien avec les
préoccupations environnementales et/ou les attentes sociétales engendrées par
les changements climatiques et la réduction d’intrants.

La conception de méthodes analytiques ciblées, qui reposent sur la synthèse de
polymères à empreintes moléculaires ou de sondes moléculaires spécifiques,
permettent d'envisager une meilleure maîtrise des performances grâce à la
détection de molécules marqueurs ou de composés actifs à l’état de traces. Elles
ouvrent également sur des applications originales dans le développement de
matériaux intelligents, comme dans le domaine de l’emballage alimentaire pour
détecter l’état d’oxydation lors de la conservation du produit. Les enjeux
concernent aussi les contaminants des aliments, les allergènes, ou la traçabilité
et la détection de fraudes.

Ce type de démarche permet alors d’innover dans la détermination de la «
typicité » des produits, du vin mais aussi d’autres produits présentant des
besoins d’authentification géographique, comme par exemple le cassis, avec un
ancrage territorial fort.

Enfin, les préoccupations environnementales en lien avec la question du
changement climatique ont amené l'équipe PCAV à développer une approche
novatrice du concept de qualité des matrices agro-alimentaires. L’intégration de
données métabolomiques, climatologiques et œnologiques, est utilisée pour
caractériser la réponse métabolique de cépages septentrionaux identitaires à une
large gamme de conditions climatiques mondiales, afin d'anticiper un futur
métabolique de ces cépages et des vins correspondants selon différentes
trajectoires climatiques.

 

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