Maîtrise de la qualité des aliments, matrices multiphasiques instables et complexes

Les travaux et démarches de recherche présentés dans ce mémoire sont axés sur l’étude de deux procédés alimentaires, l’homogénéisation à très hautes pressions d’émulsions et l’affinage des fromages. L’objectif poursuivi est une meilleure compréhension des phénomènes impliqués dans l’évolution physico-chimique et microstructurale de ces matrices complexes. Compte tenu de la diversité des phénomènes mis en œuvre au cours du procédé d’homogénéisation et du processus d’affinage, et de leur interdépendance, J’ai adopté une démarche pluridisciplinaire permettant d’analyser le comportement des émulsions ou des matrices fromagères en associant les aspects de transferts (matière ou mouvement), de physico-chimie, de microbiologie et de microstructure. Cette volonté de pluridisciplinarité m’a amené à développer et à coordonner des collaborations avec différents chercheurs, chacun d’entre eux apportant ses compétences et sa vision propre des phénomènes. Ceci explique en grande partie la diversité et la complémentarité des approches adoptées (expérimentale, modélisation, simulation). Le bilan de mes activités de recherche réalisées au STLO depuis 2005 au sein de l’équipe « Dynamiques Diffusionnelles et Réactionnelles dans les matrices laitières » souligne la complexité de la structure des fromages et des phénomènes microbiologiques et biochimiques mis en jeu au cours du processus d’affinage. Cette grande complexité nous a amené à travailler sur des matrices modèles plutôt que sur des fromages réels, en simplifiant la composition des produits et en utilisant ou non des microorganismes. Ceux-ci sont d’ailleurs considérés plus comme des outils permettant de répondre à une question de recherche que comme seuls objets d’étude. L’originalité majeure de ma stratégie de recherche a consisté à développer un maximum d’outils expérimentaux, transférés pour la plupart d’autres domaines scientifiques, basés sur une approche non destructive et sur l’observation et la quantification des phénomènes à l’échelle microscopique. Pour résumer, dans un fromage, les bactéries se développent en colonies créant ainsi des concentrations d’enzymes et donc des réactions enzymatiques/métaboliques en des points que l’on peut considérer comme les « points chauds » de l’affinage. Les phénomènes réactionnels et diffusionnels nécessaires à l’affinage se produisent, de fait, autour des colonies bactériennes. Nos premiers résultats ont montré que la distribution spatiale des colonies conditionne leur taille, et donc, l’aire interfaciale avec la matrice fromagère. Notre hypothèse de travail est que cette distribution de taille peut moduler les cinétiques d’affinage : soit directement, en modulant l’étendue de l’interface où sont localisées les enzymes, soit indirectement, en modifiant la physiologie des cellules à l’intérieur de la colonie, physiologie qui peut dépendre de la taille de celle-ci et/ou du micro-environnement associé. La connaissance en parallèle des phénomènes de migration des solutés (substrats et produits des réactions enzymatiques) au sein de la matrice, voire même au sein des colonies bactériennes, s’est avérée indispensable pour comprendre les interactions bactéries/matrices, et représente un des verrous majeurs dans la modélisation des réactions enzymatiques ayant lieu au cours de l’affinage. Mon projet de recherche s’oriente désormais autour de deux axes majeurs. Le premier concerne la dynamique des solutés en fonction de la microstructure des matrices, en approfondissant les aspects de modélisation des phénomènes de migration de solutés en matrice complexe. Le deuxième axe concerne la modélisation de l’action des enzymes protéolytiques immobilisées en matrice fromagère afin de déterminer quels sont les facteurs limitants de l’activité métabolique des bactéries immobilisées (diffusionnels, réactionnels, phénomènes de partage, …) et ainsi compléter notre compréhension des mécanismes d’affinage.