La Résonance Magnétique Nucléaire pour optimiser la qualité des aliments

Les chercheurs du centre Irstea de Rennes développent depuis plus de vingt ans des méthodes de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) et d'IRM (Imagerie par Résonance Magnétique Nucléaire)  à bas champ pour caractériser la structure des produits agricoles et agroalimentaires et comprendre leur transformation au cours des procédés de l’industrie, de la production au stockage. La RMN et l’IRM sont deux techniques qui exploitent les propriétés des noyaux atomiques, et en particulier de l’hydrogène, placés dans un champ magnétique. Elles permettent ainsi de renseigner sur la composition et la structure des produits étudiés, informations indispensables pour améliorer la qualité des aliments tout en réduisant les impacts environnementaux des procédés de transformation de ces produits.

Le pain passé à la loupe – Projet MecaSoft

Depuis plusieurs années, l’équipe de recherche IRMFood a développé des techniques de RMN et d'IRM permettant de comprendre le processus de cuisson du pain et notamment de mieux maîtriser les transferts de matière et d'énergie et la transformation de ses constituants. De nouvelles méthodes ont été récemment mises au point en utilisant une RMN unilatérale à bas champ pour sonder le transfert d'eau pendant le processus de transformation.

Le projet MecaSoft a porté sur la cuisson du pain, notamment le pain de mie. L’IRM et la RMN utilisées par les chercheurs de l’Irstea ont permis d’analyser en détail les multiples transformations chimiques et physiques d’un pain lors de sa cuisson et de suivre les paramètres clés jouant sur la structuration de la mie de pain afin de les optimiser. Ils ont ainsi étudié l’influence d’un vide partiel sur la cuisson tout en pilotant  la température et le coup de buée (vapeur d’eau introduite dans le four avant l’enfournement). Un prototype de four de cuisson associant vide et vapeur a été réalisé pour favoriser l’expansion homogène du pain avant la formation de la croûte, et l’obtention de produits moins caloriques avec moins d’additifs pour un volume optimisé.

Ce prototype permet également de mieux valoriser une recette appauvrie voir exempte en gluten. Mais ce gain qualitatif mis en avant via des analyses en IRM et RMN a aussi été accompagné d’efficience énergétique, les plus hautes températures de cuisson n’étant plus requises pour la fonction d’expansion et un recyclage de l’énergie des gaz devenant possible. Ce projet a abouti à un brevet dont la société Mecatherm, fournisseur d’équipements industriels, a acquis une licence, pour proposer ce nouveau four efficient en énergie dès 2020.

Un laboratoire mobile pour suivre le développement des plantes en plein champ -  Projet Rapsodyn

Dans le cadre d’un projet général de développement de la méthodologie basée sur l’IRM et la RMN, Irstea, en collaboration avec l’UMR IGEPP de Rennes, a mis au point un laboratoire de résonance magnétique nucléaire mobile, véritable dispositif embarqué permettant d’évaluer la remobilisation de l’azote dans les plantes, pour identifier les variétés qui utilisent l’azote au mieux et en rejettent le moins dans le sol.

Grâce à la RMN, il est possible de mesurer sur pied l’état et la répartition des molécules d’eau dans les différents compartiments cellulaires de la plante, notamment lors de la sénescence, stade crucial au cours duquel la plante remobilise l’azote.  Ces informations peuvent être utilisées pour déterminer le stade physiologique de la feuille et évaluer le lien entre la vitesse de vieillissement des feuilles et la quantité d’azote disponible. L’objectif étant d’identifier les espèces qui utilisent au mieux l’azote avant la chute des feuilles.

Une version tout terrain du laboratoire de RMN mobile sera opérationnelle début 2019 pour une utilisation plus large du dispositif.