EP4742917A1

EP4742917A1 - Procédé de texturation de protéines alternatives aux protéines animales

Info

Publication number: EP4742917A1
Application number: EP24740383.5A
Authority: EP
Inventors: Dominique Ibarra; Carlos Aviles
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2023-07-12
Filing date: 2024-07-04
Publication date: 2026-05-20
Also published as: CN121463882A; WO2025012070A1; FR3150932A1; FR3150932B1

Abstract

Une méthode de production ou de transformation d'un milieu protéiné, d'origine végétale, laitière, animale ou encore microbienne, se caractérisant en ce que durant l'une ou plusieurs des phases intervenant durant le procédé de production ou de transformation considéré, on contrôle ou modifie l'état des groupements soufrés thiols du milieu par l'injection d'un gaz ou mélange gazeux choisi, dont le caractère réducteur ou oxydant permet l'obtention d'une action donnée sur les dits groupements.

Description

Procédé de texturation de protéines alternatives aux protéines animales

La présente invention concerne le domaine des procédés de transformation de protéines alternatives, et notamment, mais pas exclusivement, de concentrés ou isolats protéiques alternatifs aux protéines animales, et elle s’intéresse notamment aux protéines d’origine végétale, ainsi qu’aux procédés et dispositifs de fabrication de produits alimentaires transformés à base de telles protéines alternatives.
L’invention s’intéresse notamment aux protéines d’origine végétale (protéines de blé (gluténines…), protéine de soja (glycinine)), aux protéines de lait (protéines sériques, Alpha-lactalbumine et beta-lactoglobuline), aux protéines animales (globulines de l’œuf).
Les protéines sont formées d’un ensemble d’acides aminés, dont des cystéines. Ces dernières contiennent des atomes de soufre sous la forme de groupes thiols/sulfhydriles (-SH). Par oxydation, ces groupes thiol peuvent former des liaisons disulfures (S-S). La molécule résultant de la liaison de deux cystéines est la cystine. Un pont disulfure consiste donc en une liaison entre deux atomes de soufre d'une protéine et contribue à la stabilisation de sa structure tertiaire ou quaternaire. Si des ponts disulfures se forment au sein d’une protéine, certains processus reposent sur la formation de liaisons disulfures entre deux protéines pour créer un réseau.
Ainsi par exemple, en panification, au cours du malaxage, et en présence d'eau, les chaînes des protéines de la farine (gliadines et gluténines) se déroulent et s’alignent progressivement. Les groupes thiols des différentes protéines sont rendus accessibles, et vont réagir deux à deux et se lier par une liaison covalente entre leurs atomes de soufre pour former des ponts disulfures. Cela forme un complexe protéique appelé gluten qui sera plus tard à même de contenir le gaz formé pendant la levée du pain, et qui est donc à l’origine de la structure du pain.
La présente invention concerne donc les procédés de production ou de transformation d’un milieu protéiné, que ce milieu soit d’origine végétale, laitière, animale ou encore microbienne, ce milieu pouvant intervenir dans des produits variés, et notamment les produits alimentaires, pharmaceutiques, cosmétiques, d'hygiène, etc.
Comme on le verra plus en détails dans ce qui suit, le procédé de l’invention s’attache à permettre, durant l’une ou plusieurs des phases intervenant durant le procédé de production ou de transformation, de contrôler ou modifier l’état des groupements soufrés thiols du milieu par l’injection d’un gaz ou mélange gazeux choisi, dont le caractère réducteur ou oxydant permet l’obtention d’une action donnée sur lesdits groupements.
On souhaite donc dans le cadre de la présente invention pouvoir proposer une solution technique permettant de contrôler l’état des groupements soufrés (-SH / S-S) dans différentes applications le nécessitant et ainsi contrôler la formation d’un réseau protéique, ceci par l’utilisation des caractères oxydants et réducteurs de certains gaz choisis.
Parmi les différents procédés de transformation mettant en œuvre de telles protéines, on peut citer :

Les procédés d’épaississement ;
Les procédés de renforcement de la texturation ;
L’impression 3D ;
Le contrôle de la viscosité d’un liquide avant sa mise en œuvre (pour faciliter le transport, la pompabilité etc…) ; ou encore
La création de nouvelles textures.

La présente invention s’intéresse notamment aux produits suivants :

les matrices à base de protéines végétales, de protéines d’insectes ou de protéines d’origine unicellulaire destinées à produire des analogues de viandes ;
les yaourts (lait de vache ou laits végétaux) et autres produits laitiers ;
les produits de panification.

Un des objectifs de la présente invention est de proposer une solution technique permettant de contrôler l’état des groupements soufrés (-SH / S-S) dans différentes applications le nécessitant, et ainsi contrôler la formation d’un réseau protéique, ceci par l’utilisation des caractères oxydants et réducteurs de certains gaz choisis.
Les gaz envisagés dans le cadre de la présente invention sont notamment :

l’oxygène, gaz oxydant, qui permet d’augmenter le potentiel redox d’un milieu, et qui favorise l’oxydation des thiols en ponts disulfures (l’air ou l’air enrichi peut également remplir ce rôle) ;
l’hydrogène, gaz réducteur, qui favorise quant à lui l’état réduit (-SH) des molécules soufrées, qui peuvent se lier pour former un pont S-S quand le milieu redevient oxydant ;
l’azote, bien que neutre d’un point de vue du potentiel redox, peut être utilisé pour éliminer l’oxygène d’un milieu liquide, pâteux ou gazeux ; il permet donc indirectement de réduire le potentiel redox d’un milieu, et de favoriser l’état réduit (-SH) des groupes thiol (l’argon peut également remplir ce rôle).

Et l’on peut envisager également dans le cadre de la présente invention des mélanges avec du CO₂ (O₂/CO₂, N₂/CO₂...) dans l’objectif de pouvoir jouer sur le pH qui joue également un rôle sur l'état des protéines.
On pourra donc envisager dans le cadre de l’invention notamment les gaz et mélanges suivants , compris dans le groupe formé de :

l’oxygène, l’air ou l’air enrichi en oxygène, gaz oxydant qui permet d’augmenter le potentiel redox d’un milieu, et qui favorise l’oxydation des thiols en ponts disulfures ;
l’hydrogène, et les mélanges gazeux comportant de l’hydrogène, gaz réducteur, qui favorise l’état réduit (-SH) des molécules soufrées, qui peuvent se lier pour former un pont S-S quand le milieu redevient oxydant ;
l’azote ou l’argon ou leurs mélanges, qui peut être utilisé pour éliminer l’oxygène d’un milieu liquide, pâteux ou gazeux et qui permet donc indirectement de réduire le potentiel redox d’un milieu, et de favoriser l’état réduit (-SH) des groupes thiol ;
les mélanges gazeux comportant du CO₂ tels :

O₂/CO₂,
O₂/N₂/CO₂ tel l’air enrichi en oxygène et contenant du CO₂,
N₂/CO₂ ,
et Ar/CO₂.

les mélanges gazeux comportant de l’azote et/ou de l’argon et/ou de l’hydrogène.

Lors de l’utilisation d’un air enrichi en oxygène, davantage d’oxygène se dissout dans le milieu à traiter, par rapport à l’utilisation d’air simple. La cinétique et l’intensité des réactions d’oxydation s’en trouvent renforcées. De plus, l’utilisation de gaz oxydants/réducteurs est préférable à l’utilisation d’additifs chimiques car elle est réversible. On peut facilement chasser un gaz par un autre et ainsi faire basculer un milieu d’un état redox à un autre.
Par ailleurs on sait bien qu’en comparaison, les additifs sont soumis à des contraintes réglementaires très sévères, ils doivent figurer sur l’étiquetage du produit fini, ils ne sont pas toujours sensoriellement neutres, et ils peuvent présenter (comme les sulfites par exemple) des risques d’intolérance et d’allergie, sans oublier qu’ils véhiculent une image négative auprès du public, loin de la naturalité.
Comme on l’a décrit ci-dessus, on souhaite dans le cadre de la présente invention pouvoir proposer une solution technique permettant de contrôler l’état des groupements soufrés (-SH / S-S) dans différentes applications le nécessitant et ainsi contrôler la formation d’un réseau protéique, ceci par l’utilisation des caractères oxydants et réducteurs de certains gaz choisis.
Exemplifions alors dans ce qui suit différents cas de mise en œuvre de l’invention.
Examinons notamment un premier cas d’opération d’ « épaississement », où un milieu A doit être épaissi. Un liquide B contenant des protéines comprenant des cystéines est bullé avec un gaz réducteur, ou encore avec de l’azote pour en chasser l’oxygène, il est ensuite chauffé afin de dénaturer les protéines qui se déplient et exposent leurs groupements thiols car en milieu réducteur. Le liquide B est ensuite ajouté au liquide A dans des conditions oxydantes (par l’utilisation d’oxygène par exemple) afin que des ponts disulfures se forment entre les protéines, créant ainsi un réseau qui emprisonne éventuellement les autres composants des milieux A et B.
Le liquide A peut être n’importe quel milieu à épaissir, mais qui contient peu ou pas de protéines dont certaines d’entre elles vont dépendre du potentiel redox, par exemple une crème alimentaire ou corporelle, ou encore par exemple une soupe à enrichir en protéines.
Le liquide B est par exemple une suspension ou solution de protéines dont l'état, la structure, dépend du potentiel redox.
Selon l’application industrielle considérée, on peut ainsi créer une texture souhaitée sans ajout d'additifs (tels que des épaississants de type gommes, amidons etc.....).
L’apport d’un gaz réducteur ou neutre tel H₂ ou N₂ abaisse le potentiel redox du milieu (protéiné B) et favorise ainsi l’état réduit (-SH) des molécules soufrées, qui peuvent se lier pour former un pont S-S quand le milieu redevient oxydant.
Exemplifions dans ce qui suit un second cas de mise en œuvre de l’invention, pour produire un produit, par exemple un produit alimentaire, par de l’impression 3D.
Par l’utilisation d’azote (pour chasser l’oxygène) et/ou d’hydrogène, une matrice à base de protéines est chauffée en condition réductrice. Elle alimente ensuite la ou les buse(s) d’une imprimante 3D pour créer un aliment selon des procédures de construction connues de l’homme du métier. La buse ayant été placée dans une ambiance riche en oxygène (en ayant par exemple placé l’imprimante dans une enceinte sous oxygène), les groupes thiol de la matrice s’oxydent et forment des ponts disulfures avec les protéines de la couche superficielle du produit en formation sur laquelle la buse dépose le produit. Ainsi, cela crée un réseau protéique et assure une bonne tenue du produit ainsi fabriqué.
La annexée illustre une telle installation d’impression 3D où l’on distingue :

Une enceinte de dépôt 1 qui est sous atmosphère oxydante, par exemple sous oxygène ;
Un support de travail 2 ;
Une buse chauffante 3 ;
Une ligne 4 dans laquelle circule la matrice liquide réduite (arrivée d’une matrice fluide à base de protéines qui a été chauffée en conditions réductrices et qui alimente la buse 3 (on notera que la buse 3 peut être une buse bi-fluide injectant conjointement le fluide protéiné et un gaz oxydant)) ;
Une pompe 5 ;
6 : élément construit par l’impression 3D.

Exemplifions dans ce qui suit un troisième cas de mise en œuvre de l’invention, pour contrôler la viscosité d’un liquide avant sa mise en œuvre.
On souhaite dans certaines fabrications maintenir une viscosité faible, ce qui peut présenter plusieurs intérêts pour le site industriel producteur : faciliter le transport, la pompabilité, le nettoyage, limiter les pertes lors des transvasements etc…
Lorsque l’on veut maintenir une faible viscosité d’une matrice contenant des protéines partiellement ou totalement dénaturées dont les groupements thiols sont exposés (la dénaturation est la perte de la structure native (originelle) de la protéine par action d’un paramètre tel que par exemple la température, le pression, un composé chimique… elle peut être réversible ou non, en général elle est décrite comme un déploiement de la structure, avec perte des structures quaternaire et ternaire, et dans les cas extrêmes la structure secondaire), on propose de mettre en œuvre de l’azote et/ou de l’hydrogène afin de baisser le potentiel redox de cette matrice et éviter la formation de ponts disulfures qui viendraient créer une structure augmentant la viscosité.
Il est ensuite possible de basculer, au moment souhaité du procédé, en milieu oxydant pour créer un réseau protéique et donc structurer son produit.
A titre illustratif, on peut exemplifier les phases suivantes :

Une Phase 1 : formulation de la matrice liquide, désoxygénée par balayage à l’azote ou traitée à l’hydrogène.
Une Phase 2 : un traitement thermique de la matrice.
Une Phase 3 : transfert/transport/transvasement du milieu selon le besoin du procédé industriel.
Une Phase 4 : mise en contact du milieu avec un gaz oxydant (par bullage, ou mélange sous atmosphère oxydante etc...)

Le moment souhaité évoqué ci-dessus est typiquement le moment où l'industriel a fini de transférer son produit et souhaite donner au produit sa texture finale.
La présente invention concerne alors un procédé de production ou de transformation d’un milieu protéiné, d’origine végétale, laitière, animale ou encore microbienne, se caractérisant en ce que durant l’une ou plusieurs des phases intervenant durant le procédé de production ou de transformation considéré, on contrôle ou modifie l’état des groupements soufrés thiols du milieu par l’injection d’un gaz ou mélange gazeux choisi, dont le caractère réducteur ou oxydant permet l’obtention d’une action donnée sur les dits groupements.
Selon un des modes de mise en œuvre de l’invention, le procédé de production ou transformation considéré met en œuvre un milieu ou une matrice qui est, de par sa composition même, déjà naturellement réductrice.
A titre illustratif on trouve dans ces cas par exemple :

des matrices contenant naturellement ou non des molécules réductrices telles que par exemple de la vitamine C ou d'autres antioxydants ;
une matrice qui a été désoxygénée par un procédé de vide ;
un lait ou autre liquide dont le potentiel redox a été abaissé par une activité microbienne, par exemple par des bactéries lactiques ;

.etc…..
La présente invention concerne alors un procédé de production ou de transformation d’un milieu protéiné, d’origine végétale, laitière, animale ou encore microbienne, se caractérisant en ce que durant l’une ou plusieurs des phases intervenant durant le procédé de production ou de transformation considéré, on contrôle ou modifie l’état des groupements soufrés thiols du milieu par l’injection d’un gaz ou mélange gazeux choisi, dont le caractère réducteur ou oxydant permet l’obtention d’une action donnée sur les dits groupements.
Selon un des modes de mise en œuvre de l’invention, le procédé est un des procédés de transformation du groupe formé par :

Les procédés d’épaississement ;
Les procédés de renforcement de la texturation ;
L’impression 3D ;
Le contrôle de la viscosité d’un liquide avant sa mise en œuvre, pour faciliter le transport, la pompabilité etc… ;
La création de nouvelles textures.

Selon un des modes de mise en œuvre de l’invention, le gaz ou mélange gazeux utilisé est compris dans le groupe formé de :

Selon l’invention on doit comprendre les gaz réducteurs comme étant des gaz qui ne contiennent pas d’oxygène, et les gaz oxydants comme des gaz contenant de l’oxygène.
Les mélanges évoqués ci-dessus, comportant du CO2, sont très intéressants pour permettre d’ajuster si nécessaire le pH à la baisse.
Selon un des modes de mise en œuvre de l’invention, le procédé est un procédé d’épaississement d’un milieu, où :

On dispose d’un milieu A qui doit être épaissi ;
On dispose d’un liquide B contenant des protéines comprenant des cystéines ;
On procède à une étape de bullage du liquide B à l’aide d’un gaz réducteur tel l’hydrogène ou bien à l’aide d’azote pour en chasser l’oxygène ;
On procède à une étape de chauffage de ce liquide B afin d’en dénaturer les protéines qui se déplient et exposent leurs groupements thiols dans un tel milieu réducteur ;
On procède à l’ajout de ce liquide B dans le liquide A (ou du liquide A dans le liquide B) dans des conditions oxydantes, par exemple en présence d’oxygène, afin de permettre que des ponts disulfures se forment entre les protéines, créant ainsi un réseau qui peut le cas échéant emprisonner d’autres composants des milieux A et B.

Selon un des modes de mise en œuvre de l’invention, le milieu A à épaissir est une crème alimentaire ou une crème corporelle, ou une soupe à enrichir en protéines et en ce que le liquide B est une suspension ou solution de protéines dont l'état, et la structure, dépend du potentiel redox.
Selon un des modes de mise en œuvre de l’invention, le procédé est un procédé de production d’un produit alimentaire par de l’impression 3D, où :

On procède à un chauffage d’une matrice à base de protéines, sous une atmosphère d’azote et/ou d’argon et/ou d’hydrogène ou de leurs mélanges, atmosphère pouvant également contenir du CO₂ ;
On alimente à l’aide de cette matrice ainsi chauffée une ou plusieurs buses d’une imprimante 3D apte à construire ledit produit ;
La buse est placée dans une ambiance oxydante contenant de l’oxygène, par exemple sous air ou sous oxygène pur, par exemple par le fait que l’imprimante est disposée dans une enceinte contenant de l’ oxygène ;
On dépose le produit à l’aide de la buse sur un support ;

et où la ou lesdites buses sont configurées pour injecter la matrice protéinée seule ou bien pour injecter conjointement la matrice protéinée et un gaz oxydant.
La matrice a préférentiellement, préalablement au chauffage, été désoxygénée à l’aide d’un gaz réducteur.
Selon un des modes de mise en œuvre de l’invention, le procédé est un procédé de contrôle de la viscosité d’une matrice protéinée liquide avant sa mise en œuvre dans un procédé de production global, par exemple pour en améliorer la pompabilité, ou encore pour limiter les pertes lors de transvasements etc…, où l’on procède à la mise en œuvre des mesures suivantes :

On procède à la mise en œuvre d’azote et/ou argon et/ou d’hydrogène ou d’un de leurs mélanges, dans la matrice afin de baisser le potentiel redox de cette matrice et éviter la formation de ponts disulfures qui viendraient créer une structure augmentant la viscosité ;
On procède ultérieurement, à un moment souhaité dudit procédé global, à la remise en contact de la matrice avec un milieu gazeux oxydant afin de créer un réseau protéique et ainsi structurer le produit visé.

Selon un des modes de mise en œuvre de l’invention, on procède à la mise en œuvre des phases suivantes :

Une Phase No1 comportant la formulation de ladite matrice liquide, qui est désoxygénée par balayage ou bullage d’azote et/ou d’argon ou traitée à l’aide d’hydrogène.
Une Phase No2 où l’on procède à un traitement thermique de la matrice.
Une Phase No 3 où l’on procède au transfert ou transport ou transvasement de ladite matrice à l’intérieur dudit procédé global selon le besoin du site industriel producteur.
Une Phase No4 où l’on procède à la mise en contact de ladite matrice avec un gaz oxydant tel l’oxygène, par exemple par bullage, ou encore par exemple par une action de mélange sous l’atmosphère formé par ledit gaz oxydant.

Selon un des modes de mise en œuvre de l’invention, le procédé met en œuvre un milieu ou une matrice qui est, de par sa composition même, déjà naturellement réductrice, telle que :

une matrice contenant naturellement ou non des molécules réductrices telles que par exemple de la vitamine C ou d'autres antioxydants ;

une matrice qui a été désoxygénée par un procédé de vide ;
un lait ou autre liquide dont le potentiel redox a été abaissé par une activité microbienne, par exemple par des bactéries lactiques.

Claims

Un procédé de production ou de transformation d’un milieu protéiné (4), d’origine végétale, laitière, animale ou encore microbienne, selon lequel durant l’une ou plusieurs des phases intervenant durant le procédé de production ou de transformation considéré, on contrôle ou modifie l’état des groupements soufrés thiols du milieu par l’injection d’un gaz ou mélange gazeux choisi, dont le caractère réducteur ou oxydant permet l’obtention d’une action donnée sur les dits groupements,
se caractérisant en ce que le procédé est un procédé de production d’un produit alimentaire (6) par de l’impression 3D, où :
On procède à un chauffage d’une matrice (4) à base de protéines, sous une atmosphère d’azote et/ou d’argon et/ou d’hydrogène ou de leurs mélanges, atmosphère pouvant également contenir du CO₂ ;

On alimente à l’aide de cette matrice ainsi chauffée une ou plusieurs buses (3) d’une imprimante 3D apte à construire ledit produit ;

La buse est placée dans une ambiance oxydante contenant de l’oxygène, par exemple sous air ou sous oxygène pur, par exemple par le fait que l’imprimante est disposée dans une enceinte (1) contenant de l’ oxygène ;

On dépose le produit à l’aide de la buse sur un support (2);
et où la ou lesdites buses sont configurées pour injecter la matrice protéinée seule ou bien pour injecter conjointement la matrice protéinée et un gaz oxydant.
Procédé selon la revendication 1, se caractérisant en ce que la matrice a été, préalablement au chauffage, désoxygénée à l’aide d’un gaz réducteur.
Procédé selon la revendication 1, se caractérisant en ce que le gaz ou mélange gazeux utilisé est compris dans le groupe formé de :
l’oxygène, l’air ou l’air enrichi en oxygène, gaz oxydant qui permet d’augmenter le potentiel redox d’un milieu, et qui favorise l’oxydation des thiols en ponts disulfures ;

l’hydrogène, et les mélanges gazeux comportant de l’hydrogène, gaz réducteur, qui favorise l’état réduit (-SH) des molécules soufrées, qui peuvent se lier pour former un pont S-S quand le milieu redevient oxydant ;

l’azote ou l’argon ou leurs mélanges, qui peut être utilisé pour éliminer l’oxygène d’un milieu liquide, pâteux ou gazeux et qui permet donc indirectement de réduire le potentiel redox d’un milieu, et de favoriser l’état réduit (-SH) des groupes thiol ;

les mélanges gazeux comportant du CO₂ tels :
O₂/CO₂,

O₂/N₂/CO₂ tel l’air enrichi en oxygène et contenant du CO₂,

N₂/CO₂ ,

Ar/CO₂,

H₂/CO₂,

N₂/H₂/CO₂ ,

Ar/H₂/CO₂.
les mélanges gazeux comportant de l’azote et/ou de l’argon et/ou de l’hydrogène.
Procédé selon l’une des revendications précédentes, se caractérisant en ce qu’il met en œuvre un milieu ou une matrice qui est, de par sa composition même, déjà naturellement réductrice, telle que :
une matrice contenant naturellement ou non des molécules réductrices telles que par exemple de la vitamine C ou d'autres antioxydants ;
une matrice qui a été désoxygénée par un procédé de vide ;

un lait ou autre liquide dont le potentiel redox a été abaissé par une activité microbienne, par exemple par des bactéries lactiques.