Formulation of 3D printable edible materials for creative of innovative recipes | Mise au point de matériaux alimentaires imprimables en 3D permettant la création de recettes innovantes

English. Extrusion based 3-D printing is a high potential technology regarding the automated manufacturing of well-controlled organoleptic and nutritive properties foods. In order to elaborate such edible product, the food material is extruded and deposited in a continuous layer which must not deform under its own weight or that of the successive deposited layers. The printability of the material depends upon its rheological and structural properties. The aim of this work was to elaborate cereal materials in view of 3-D impression of various composition and texture food products, by structuring wheat doughs thanks to formulation and process based levers.The structural changes of proteins and starch and their interactions are the key phenomena responsible of the structuration of wheat doughs and cereal products. The methodology proposed consisted in developing different process paths of wheat flour in a printed product, by varying the water content of the dough and applying different mechanical, thermal or thermo-mechanical processes. The relation between the structure of the obtained materials and their rheological properties was investigated combining microscope, thermal and rheological analyses. Tests with a food printer prototype have allowed to relate the rheological properties and the quality of the printing. Further complexification of the formulation with usual ingredients in cereal food processing (sugar, fat, milk proteins) and with more structured materials such as fruit or vegetables puree or stirred yogurt, has permitted to identify a formulation lever and some key points for the production of these materials with a good printing quality. This work emphasizes the interest of a tailored formulation in order to monitor the printability of various composition materials and the texture of 3-D printed food products.

French. L’impression 3D par extrusion présente un fort potentiel pour la production automatisée d’aliments de propriétés nutritionnelles et organoleptiques précisément contrôlées. Pour construire l’objet comestible, le matériau alimentaire est extrudé en une couche de matière continue ne se déformant pas sous sa masse après déposition ni sous la masse des couches de matière déposées ensuite. L’imprimabilité du matériau repose sur ses propriétés rhéologiques et structurales. L’objectif de ce travail était de formuler des matériaux céréaliers permettant l’impression d’aliments de composition et de texture variées en structurant à façon des pâtes de blé par des leviers de formulation et de procédé.Les modifications structurales des protéines et de l’amidon et leurs interactions sont au cœur des mécanismes de structuration des pâtes de blé et des produits céréaliers. La démarche de recherche a consisté à développer des itinéraires technologiques de transformation de la farine de blé en aliment imprimé, en faisant varier la teneur en eau dans la pâte et en appliquant différents procédés mécaniques, thermomécaniques et thermiques. La relation entre la structure des matériaux obtenus et leurs propriétés rhéologiques a été étudiée en combinant des méthodes d’analyse microscopique, thermique et rhéologique. Des essais d’impression avec un prototype d’imprimante alimentaire ont permis de mettre en évidence les propriétés rhéologiques liées à une bonne qualité d’impression des objets. La complexification de la formulation du matériau par des ingrédients usuels dans le domaine céréalier (sucre, matière grasse, protéines laitières) et des ingrédients plus structurés (purées de fruits et légumes, yaourt brassé) a permis d’identifier un levier de formulation et des points d’attention pour la production de ces matériaux en maintenant leur qualité d’impression.Ce travail souligne l’intérêt de la démarche de formulation raisonnée pour piloter l’imprimabilité de matériaux de composition variée et la texture d’aliments imprimés en 3D.