L'acceptation sensorielle des matériaux alimentaires repose sur deux facteurs clés : le goût et la structure des aliments. Dans le domaine émergent des matériaux alimentaires alternatifs, les analogues de viande ont été salués pour leur capacité à réduire les émissions de gaz à effet de serre, à répondre à la demande de régimes plus durables et à contribuer au bien-être animal. Bien que les efforts pour imiter le goût aient largement réussi, reproduire la structure des aliments reste encore un défi. L'extrusion est l'approche la plus largement appliquée : une structure fibreuse est obtenue de haut en bas, par exemple en introduisant une structure dans un matériau en vrac avec des forces de cisaillement. En revanche, les approches ascendantes produisent des fibres à l'échelle du µm, par exemple par un processus de filage humide ou électrofilage et l'assemblage ultérieur des éléments individuels. La caractérisation des propriétés rhéologiques à l'aide, par exemple, du rhéomètre MCR d'Anton Paar, est cruciale pour les deux approches, afin d'optimiser la structuration des aliments et d'assurer la cohérence de la qualité des produits.
Optimiser la sensation en bouche des analogues de viande
La rhéométrie peut aider à améliorer la conception et la sensation en bouche des analogues de viande
Entre 1950 et 2000, la production annuelle de viande est passée de 45 à 229 millions de tonnes, et en 2006, on s'attendait à ce qu'elle augmente encore, atteignant 465 millions de tonnes d'ici 2050[1]. Les nouvelles sur les premiers steaks véganes imprimés en 3D et les entreprises émergentes produisant de la "viande" à base de plantes au cours de la dernière décennie (par exemple, impossiblefoods, beyondmeat) ont alimenté un sentiment que les alternatives à la viande sont une tendance récente, mais les produits à base de soja (par ex. le tofu) ont une longue histoire tant en Asie qu'en Europe[2,3,4]. Au 19e et 20e siècles, les alternatives à la viande ont d'abord été documentées comme motivées par des raisons éthiques et comme le résultat de pénuries alimentaires pendant la guerre[5]. Cependant, seul l'impact des émissions de méthane sur le réchauffement climatique, l'augmentation de la demande pour des régimes durables[6], et, last but not least, la prise de conscience croissante concernant le bien-être animal ont conduit à une augmentation massive de la demande pour des analogues de viande fabriqués à partir d'aliments alternatifs. Néanmoins, l'acceptation sensorielle reste un prérequis clé dans l'établissement de nouveaux produits. Les deux principaux facteurs des produits alimentaires sont : le goût et la structure des aliments. Bien que le goût de la viande d'imitation ait été démontré avec succès, la structuration de la viande analogique pour imiter la texture fibreuse de la viande naturellement élevée reste insaisissable. Et pourtant, il y a de l'espoir. La rhéométrie peut aider à améliorer la conception et la sensation en bouche des analogues de viande Les méthodes analytiques courantes pour tester la structure des aliments sont principalement descriptives et empiriques. Au-delà de cela, il a été démontré que la rhéométrie est une méthode analytique idéale pour soutenir à la fois le contrôle de la qualité et la R&D dans l'industrie des analogues de viande.
Ça a bon goût, mais est-ce que ça se sent bien ?
Plusieurs matières alimentaires comme les fruits, les champignons et les produits laitiers servent de matières premières pour le remplacement de la viande. L'une des alternatives classiques à la viande est le tofu, également connu sous le nom de caillé de soja, qui consiste essentiellement en protéines de soja et est produit en coagulant du lait de soja puis en le pressant en blocs de rigidité variable. Il est bien connu pour son absorption efficace des saveurs ajoutées[7] résultant en un goût simulé de viande. Cependant, l'acceptation par les consommateurs de ces produits est relativement faible dans les pays occidentaux[8] en raison des écarts sensoriels par rapport à la viande elle-même. C'est pourquoi des efforts sont de plus en plus déployés non seulement pour imiter le goût, mais aussi pour développer des produits structurellement analogues à la viande. La structuration des aliments peut être réalisée de différentes manières. Une caractéristique clé est des éléments fibreux qui imitent la structure de la viande musculaire entière. Une telle morphologie fibreuse peut être obtenue par deux voies de fabrication : L'approche ascendante produit des éléments structurels fibreux individuels qui sont assemblés en unités à plus grande échelle (Figure 1). Ces éléments varient en échelle du nano au micro, et ressemblent à des cellules musculaires, des myofibrilles, des sarcomères avec des protéines, et des tissus[9]. Les matériaux candidats sont produits dans un processus de culture cellulaire, par la production de biomasse fongique, ou par la production de fibres impliquant le filage humide ou électrofilé. Pour les deux processus, la rhéologie de cisaillement et la rhéologie d'extension déterminent les paramètres du processus pour la production de fibres. L'assemblage enzymatique ou de liaison subséquent des éléments primaires alignés produit la structure d'ordre supérieur, ainsi que l'anisotropie et la perception fibreuse que le consommateur attend pour la viande[10]. En revanche, l'approche descendante satisfait la structure de la viande uniquement sur des échelles de longueur plus grandes (Figure 1). L'anisotropie de diverses matières premières d'origine végétale est introduite par extrusion, congélation unidirectionnelle et le mélange de protéines et d'hydrocolloïdes. Par exemple, les biopolymères non solubles dans l'eau peuvent être étirés par charge de cisaillement, lavés, puis séchés pour obtenir l'analogue de viande (p. ex. Valess©). De tels produits ressemblent à la structure de la viande seulement à petite échelle et sont donc couramment utilisés pour la viande hachée[10].
Figure 1 : Comparaison des approches ascendantes et descendantes pour l'introduction de structures fibreuses dans les analogues de viande
L'extrusion est la méthode la plus largement appliquée pour la production d'analogues de viande, même si la technologie est énergivore, pas très bien définie et encore principalement basée sur des connaissances empiriques[11]. Pour la cuisson par extrusion avec une forte teneur en eau[12], la poudre de protéine végétale et l'eau sont mélangées et homogénéisées, suivies d'un chauffage et d'une pressurisation, puis d'un transport à travers un tuyau étroit. Ce tuyau est refroidi par l'eau de l'extérieur et le gradient de température résultant entraîne des gradients de taux de cisaillement qui favorisent le bandage de cisaillement, introduisant ainsi une structure fibreuse. De plus, la décomposition spinodale (c'est-à-dire l'immiscibilité des domaines riches en eau et riches en protéines) a été trouvée être un prérequis supplémentaire pour des structures semblables à de la viande contenant des fibres obtenues par le processus d'extrusion riche en eau[13]. Pour la conception du processus d'extrusion, il est nécessaire de connaître la viscosité dépendante de la température et de la pression, les changements de phase structurels comme la température de décomposition spinodale (transition d'un liquide homogène à un mélange biphasique avec des domaines riches en protéines et en eau), les diffusivités thermiques et les potentiels chimiques. Au cours du processus de cisaillement, les gouttelettes deviennent allongées sous l'effet du cisaillement et de l'extension, acquérant une géométrie fibreuse. La rupture est connue pour être contrôlée par le rapport de viscosité entre les composants et une matrice[14], tandis que certains débits d'extrusion favorisent les fibres avec un rapport longueur-diamètre idéal. Ce processus peut être surveillé via rhéo-microscopie en utilisant des instruments tels que le rhéo-microscope RheoOptics d'Anton Paar. De plus, des expériences à échelle réduite permettent d'examiner les effets de taille et également de réduire le volume d'échantillon requis pour les mesures. De plus, des géométries cône-cône et couette, inspirées par l'utilisation de rhéomètres, ont été employées pour appliquer de grandes forces de cisaillement afin d'obtenir des structures fibreuses avec une approche similaire[15]. Cette technique a été mise à l'échelle pour des usines pilotes. Cependant, l'approche d'extrusion reste actuellement le seul processus de production suffisamment robuste et commercialement viable[10,16].
Le tout-important « premier bouchée »
Après la production, la « première bouchée » est cruciale. Les propriétés de fracture de la viande influencent la texture et l'apparence sensorielle résultante. Les propriétés mécaniques et la tendreté des produits carnés, tant la viande naturelle que les analogues de viande, sont souvent caractérisées par des tests de compression, de coupe (appareil de force de cisaillement Warner-Bratzler, WBSF[17]), et des tests de traction[18]. Des échantillons orientés représentant des orientations à la fois parallèles et perpendiculaires à l'orientation des fibres sont requis[10]. Alternativement, le comportement de fracture lors de cette première morsure peut être lié au point de rendement et de fluage déterminé avec un test rhéométrique d'oscillation appelé balayage d'amplitude. Ici, par exemple, la viande hachée est censée montrer des différences significatives par rapport à la viande en vrac. Bien que des aspects de la sensation en bouche comme le grain et l'astringence ne puissent pas être uniquement attribués aux propriétés rhéométriques mais soient mieux décrits par des mesures tribologiques[19] qui simulent le frottement (lubrifié) entre deux surfaces glissantes, par exemple la langue et le palais, la caractérisation rhéologique est un processus incontournable dans la production d'analogues de viande, idéalement complété par les mesures tribologiques.
Références
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