Petites fibres, grands effets
Les neutrons permettent d'observer la structure moléculaire des aliments d'origine végétale.
Le constat est sans appel : la consommation excessive de produits d'origine animale a de multiples effets négatifs sur notre climat, notre santé et, surtout, sur le bien-être animal. En conséquence, de nombreux consommateurs adoptent des régimes alimentaires d'origine végétale. Le développement continu de nouveaux produits — tels que les alternatives au yaourt, au lait et à la viande — est donc en pleine expansion.
Afin d'optimiser à la fois le goût et la sensation en bouche de ces nouveaux aliments, une compréhension détaillée de leur structure moléculaire est essentielle. Les techniques de diffusion, telles que la diffusion des neutrons et des rayons X aux petits angles, sont des méthodes très prisées par l'industrie agroalimentaire car elles permettent d'obtenir des informations précises et quantitatives sur les propriétés moléculaires des aliments d'origine végétale.
Créer un pont entre l'industrie et le monde universitaire était l'objectif du programme européen InnovaXN, qui a soutenu de nombreux projets de doctorat reposant sur les méthodes de diffusion. La thèse de Tong Guan en faisait partie. « Mon projet a combiné des expériences de diffusion de rayons X et de neutrons, menées dans différents centres de recherche européens, afin d'élucider la manière dont la structure des produits végétaux évolue en fonction de leurs ingrédients », explique Tong. Son projet est le fruit d'une collaboration entre des scientifiques de l'ETH Zurich, de l'Institut Paul Scherrer, du partenaire industriel Planted Foods AG et de l'ILL Les derniers travaux de l'équipe ont été publiés récemment dans la revue Food Hydrocolloids.
Illustration schématique de la structure des substituts de viande d'origine végétale, de l'échelle nanoscopique à l'échelle macroscopique, et méthodes de recherche correspondantes.
L'instrument D22 à l'ILL.
"Pour cette étude, nous nous sommes concentrés sur l'impact des fibres de pois alimentaires sur les substituts de viande », explique Peter Fischer, chercheur principal du projet. « Il avait déjà été démontré que l'ajout de fibres améliore la sensation fibreuse en bouche de ces produits, ce que de nombreux consommateurs apprécient particulièrement — mais les mécanismes moléculaires exacts n'étaient pas connus. C'est là que notre projet est entré en jeu."
Les scientifiques ont observé que l'ajout de fibres de pois entraînait la formation de domaines de taille micrométrique riches en cellulose, un sucre à chaîne longue qui constitue une part importante des tissus végétaux. Ces domaines provoquent ensuite de petites fissures dans le produit fini, ce qui finit par créer une structure fibreuse ressemblant étroitement à celle de la viande. Il est intéressant de noter que l'ajout d'un mélange de pectine (un autre type de sucre végétal) et de cellulose a rendu les produits obtenus plus tendres et moins résistants sous la dent.
« En complément de la diffusion des rayons X aux petits angles à balayage, une technique à haute résolution, les expériences de diffusion de neutrons ont été la clé de ce projet », explique Tong. L'équipe a exploité une propriété particulièrement utile des neutrons : la variation de contraste. « En utilisant différents mélanges d'eau dite "lourde" (D2O) et d'eau "légère" (H2O), qui interagissent différemment avec les neutrons, nous avons pu visualiser sélectivement les protéines ou les fibres alimentaires. C'est ce qui nous a permis de déduire les informations détaillées que nous recherchions », précise Lionel Porcar, responsable de l'instrument de diffusion aux petits angles D22 à l'ILL.
« Nos résultats peuvent aider à améliorer la sensation en bouche des aliments d'origine végétale et à accroître la satisfaction des consommateurs », déclare Peter Fischer. Cette étude souligne l'importance des méthodes de diffusion et des collaborations entre l'industrie et le monde universitaire pour l'amélioration des produits industriels, en particulier dans le contexte du développement d'une alimentation durable.
Référence: Guan, T., Lutz-Bueno, V., Schlangen, M., Diaz, A., Matsarskaia, O., Rühs, P.A. and Fischer, P., 2025. From nano to bite: Dietary fibers induce fracture mechanisms during high moisture extrusion of plant-based meat alternatives. Food Hydrocolloids, p.112241. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2025.112241
Contact ILL : Lionel Porcar, Sylvain Prévost
Vous pouvez trouver un article d'actualité couvrant la première partie des travaux de Tong ici.