Alimentation, santé globale 3 min

Rendez-vous en terre inconnue : les lipides des ingrédients protéiques de légumineuses

La consommation de viande et produits laitiers diminue au profit d’une augmentation des protéines d’origine végétale, telles que les légumineuses. Ce phénomène est désigné sous le terme de transition protéique et implique l’utilisation d’ingrédients protéiques issus de ces légumineuses. Néanmoins, les propriétés de ces ingrédients restent mal connues et ils sont donc difficiles à mettre en œuvre dans les aliments. Des travaux menés au sein de l’unité Biopolymères, Interactions, Assemblages (BIA) visent à comprendre en détail leur composition, leurs caractéristiques et leurs propriétés fonctionnelles.

Publié le 04 juillet 2024

illustration Rendez-vous en terre inconnue : les lipides des ingrédients protéiques de légumineuses
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Les substituts de viande, de produits laitiers et autres aliments vegan connaissent actuellement une forte expansion. Pour les concevoir, un prérequis : disposer d’ingrédients protéiques d’origine végétale possédant de bonnes propriétés nutritionnelles, sensorielles et fonctionnelles. Une grande diversité de références commerciales est actuellement disponible, tant au niveau de l’origine des protéines (légumineuses, oléagineux, etc.) que du procédé de fractionnement des graines appliqué pour produire différents types d’ingrédients avec des teneurs en protéines variables. En particulier, on distingue les isolats de protéines (fabriqués par fractionnement humide et riches en protéines, plus de 70 %) et les concentrats de protéines (fabriqués par fractionnement à sec. Ils sont plus complexes, avec une teneur en protéines comprise entre 50 et 60 %).

L’utilisation de ces ingrédients dans des aliments présente néanmoins de nombreux défis. En effet, leur composition et leurs propriétés fonctionnelles sont souvent très différentes de celles de protéines alimentaires d’origine animale comme les protéines laitières. Ils sont par exemple moins faciles à disperser en milieu aqueux, moins solubles ou encore moins efficaces en tant qu’émulsifiants. Les difficultés sont nombreuses, et le manque de compréhension des mécanismes physicochimiques impliqués constitue un verrou majeur pour progresser dans leur utilisation.

Depuis quelques années, des chercheurs de l’unité BIA se sont penchés sur cette question avec une hypothèse originale : les propriétés fonctionnelles des ingrédients protéiques d’origine végétale, notamment issus de légumineuses, pourraient dépendre en grande partie des constituants non protéiques présents dans ces ingrédients. L’effet de certains de ces constituants, comme les fibres, avait déjà été évoqué ; en revanche, d’autres composés comme les lipides avaient jusque-là été largement ignorés.

Grâce à l’expertise des scientifiques de BIA en termes d’extraction et d’analyse de lipides, il a été montré que des ingrédients issus de graines de légumineuses, pourtant notoirement pauvres en lipides comme le pois jaune (2-3% dans la graine), contiennent des quantités significatives de lipides : jusqu’environ 12% dans des isolats commerciaux issus de graines de pois (Fig. 1). Le même phénomène a été observé pour d’autres graines de légumineuses, comme le lupin ou la féverole. Cela signifie que ces lipides se concentrent fortement depuis la graine jusqu’à l’ingrédient protéique, via des mécanismes qui restent encore à élucider.

Par ailleurs, le profil moléculaire de ces lipides est tout à fait remarquable. Une huile végétale comme l’huile de colza est constituée à plus de 98% de triglycérides et ne contient que des quantités mineures de molécules bioactives (notamment environ 400 mg/kg de vitamine E). Or, les lipides présents dans ces ingrédients protéiques contiennent jusqu’à plus de 50% de phospholipides. Ces derniers possèdent des propriétés émulsifiantes et sont les principaux constituants des additifs appelés lécithines. Par ailleurs, des teneurs très élevées en vitamine E ont également été retrouvées dans ces extraits lipidiques, jusqu’à 900 mg/kg.

Fig1-Teneurs en protéines et en lipides d’ingrédients protéiques issus de graines de pois : concentrat de protéines versus isolat de protéines. Adapté de Keuleyan et al. (2023), Food Hydrocolloids, 141, 108671.

Sous quelle forme physique ces lipides se présentent-ils une fois l’ingrédient dispersé dans l’eau ?

Des images en microscopie confocale, obtenues en utilisant différentes sondes fluorescentes se liant spécifiquement aux protéines ou aux lipides, ont permis d’apporter des éléments de réponse (Fig 2). Dans des ingrédients obtenus par fractionnement à sec (concentrats), on distingue des structures contenant chaque type de molécules : protéines, lipides, fibres, amidon. Par contre, dans des ingrédients extraits en milieu liquide (isolats), de grosses structures agrégées, peu hydratées et contenant à la fois des protéines et lipides sont observées. Cette organisation physique, peu favorable à la réhydratation et solubilisation des ingrédients, peut cependant être améliorée en appliquant un traitement d’homogénéisation haute pression, classiquement appliqué en technologie laitière (Fig. 3).

Fig2-Images en microscopie confocale à balayage laser. Les zones contenant des protéines fluorescent en vert, et celles contenant des lipides en rouge. A gauche, une suspension de concentrat de protéines de pois – on distingue des structures protéiques circulaires (P) au sein desquelles les lipides (L) semblent piégés. Les fibres (F) et l’amidon (A) de ce concentrat apparaissent en noir. A droite, une suspension d’isolat de protéines de pois dans laquelle des grains de poudre peu hydratés sont visibles. Les lipides apparaissent à l’intérieur de ces derniers, en coexistence avec les protéines.

Cette interaction protéines-lipides, essentielle à la compréhension des propriétés des ingrédients protéiques d’origine végétale, est ainsi devenue une approche phare dans les travaux de BIA portant sur ce domaine de recherche hautement dynamique. Au-delà des lipides, les chercheurs de l’unité s’intéressent également à d’autres éléments co-extraits dans ces ingrédients, comme l’acide phytique et les polyphénols.

Fig 3 - Un homogénéisateur haute pression (gauche), et une extraction de lipides dans des ampoules à décanter (droite). ©ChristopheMaître (INRAE).

FINANCEMENT : Projet ConnectTalent VESTA (Région Pays de la Loire et Nantes Métropole) et bourse de thèse d’Eléna Keuleyan (département TRANSFORM et Région Pays de la Loire).

PUBLICATIONS ASSOCIEES : Keuleyan, E., Gélébart, P., Beaumal, V., Kermarrec, A., Ribourg-Birault, L., Le Gall, S., Meynier, A., Riaublanc, A., & Berton-Carabin, C. (2023). Pea and lupin protein ingredients: New insights into endogenous lipids and the key effect of high-pressure homogenization on their aqueous suspensions. Food Hydrocolloids. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2023.108671

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