Colloque PONAN - 29 novembre 2013 Etat des recherches sur les protéines végétales. Verrous et leviers de l innovation. Jacques Guéguen INRA UR BIA Nantes 1
Les systèmes alimentaires de type occidental, et, a fortiori, leur extension mondiale, ne sont pas durables en termes de Production et consommation des ressources (protéiques) Impacts sur les écosystèmes et les gaz à effet de serre Effets sur la santé (surpoids, obésité, pathologies associées) Agrimonde Développer une agriculture durable, respectueuse des écosystèmes Favoriser un meilleur équilibre protéines végétales/protéines animales (réduire les calories d origine animale dans les pays développés) Réduire les gaspillages à tous les niveaux Mettre en œuvre une politique pro-active aux différents niveaux d organisation 2
Colloque PONAN - 29 novembre 2013 Etat des recherches sur les protéines végétales. Verrous et leviers de l innovation 1. Les usages des protéines végétales: quels enjeux, quels verrous 2. Des leviers pour accroître la part des protéines végétales dans notre alimentation 3
Colloque PONAN - 29 novembre 2013 Etat des recherches sur les protéines végétales. Verrous et leviers de l innovation 1. Les usages des protéines végétales: quels enjeux, quels verrous 2. Des leviers pour accroître la part des protéines végétales dans notre alimentation 4
Le système «protéines» : un système complexe, interdépendant Prospective «Protéines» - INRA, 2001 Politique Agricole Mondialisation des échanges Santé Production végétale Transformation des matières 1ères Production animale 2 ème transformation et distribution Consommateur Céréales Oléagineux Protéagineux Fourrages Meunerie Malterie Cracking Huilerie. Ind. Alimentation animale Porc Volailles Bovins Industries de formulation des aliments GMS Protéines végétales Protéines animales Filière bioénergie Durabilité / Environnement (intrans, rejets, paysages, bien être, gaspillages ) Sciences et technologies 5
Les protéines végétales en alimentation humaine: quels verrous? PROFETAS programme (Protein Foods, Environment, Technology And Society / NL) 4 verrous au moins s opposent à cette transition 1. Sociologiques, liés au statut de la viande dans les habitudes de consommation 2. Economiques liés aux intérêts des acteurs de la filière viande et à la force de cette filière dans les pays occidentaux 3. Technologiques (et nutritionnels)car le savoir-faire en matière d utilisation des protéines végétales en alimentation humaine est quasi inexistant, en comparaison de celui développé au cours des siècles sur les produits carnés.. 4. Structurels résultant du nombre et de la diversité des acteurs à mobiliser pour assurer le succès de cette transition alimentaire o Les consommateurs (rôle majeur), o Les producteurs et les transformateurs, o Les décideurs et les politiques (industriels, institutionnels, gouvernement) au niveau national et international 6
Colloque PONAN - 29 novembre 2013 Etat des recherches sur les protéines végétales. Verrous et leviers de l innovation 1. Les usages des protéines végétales: quels enjeux, quels verrous 2. Des leviers pour accroître la part des protéines végétales dans notre alimentation 7
Consommation française de protéines Apport nutritionnel conseillé (ANC) : 0,8 g de protéines de bonne qualité/kg PC/ j En France Consommation moyenne: 1,4 g de protéines /kg PC/j Produits animaux: 60% de l apport protéique PNNS: Équilibre recommandé 50/50 PV/PA Charcuterie 7% Poissons et œufs 8% Féculents 17% Patisseries, biscuits 5% Fruits et légumes 2,3% Viande 25% Autres 8% Plats composés 13% Lait et ultra-frais laitier 7% Fromages 8% Enquête CREDOC-CCAF 8
Les protéines dans notre alimentation Quels leviers pour accroître la part des protéines végétales Protéines dans l'aliment cuit (g/100g) Viandes Fromage pâte ferme Escalope végétale Saucisses Oeufs Tofu Légumes secs Pains Fromage blanc Pâtes alimentaires - Riz 2. Fractionner les matières premières : protéines ingrédients Innovations procédés de séparation formulation de nouveaux aliments 1. Favoriser l utilisation des graines de légumineuses Seules En association pour enrichir des produits de grande consommation (céréales) Legumes verts 0 5 10 15 20 25 30 % protéines Source: Table CIQUAL 2012 (anses)
Accroître la part des protéines végétales 1. Favoriser l utilisation des graines de légumineuses Une teneur élevée en protéines o Pois, lentille : 20-25%, Fève : 30 35% o Lupin, Soja : 40-45% Une composition en acides aminés complémentaire de celle des céréales Des effets «santé» à confirmer (British Journal of Nutrition 2002) hypocholestérolémiants (fibres, protéines) antioxydants protecteurs contre o Les maladies cardiovasculaires o Le cancer du colon (fibres, composés bioactifs) o Le diabète de type 2 (Faible IG : amidon résistant) Index glycémique (IG) 100 80 60 40 20 légumineuses biscuits pain - pâtes petits déjeuners p. de terre Des atouts agronomiques 0 Des atouts économiques: marchés à l export (Asie, Moyen-Orient,Maghreb ) 04
Accroître la part des protéines végétales 1.Favoriser l utilisation des graines de légumineuses Des innovations technologiques déjà engagées sur les légumes secs Au niveau industriel Changer l image «vieillotte» des légumes secs Développer des aliments rapides et faciles à préparer (pré-cuits, farines..) Optimiser de nouveaux critères de qualité des graines (easy-to-cook) Génétique x biologie structurale x procédés Au niveau recherche Exploiter la complémentarité de composition en AA avec les céréales Developper des aliments mixtes céréales/légumineuses: Pastaleg (V. Micard,UMR IATE, Montpellier) Conception d aliments à base de blé dur et de légumineuses Contribution de la structuration des constituants à leurs qualités nutritionnelles et organoleptiques. 06
Accroître la part des protéines végétales 2. Les protéines ingrédients Des acquis industriels Les matières protéiques végétales (MPV) Des procédés de préparation de MPV Des aliments Farine Protéines (Nx 6,25 % MS) 50-65 Sources Soja, Lupin, Fèverole Biscuits Pr. traiteurs Diététiques Poissons Pr. Laitiers frais Viandes Concentré 65 90 Soja, Lupin, Fèverole, luzerne Isolé Gluten < 90 80 Soja, Pois, Colza Pomme de terre, Blé BVP Référencement du marché français 2009 1199 références Source : GEPV, 2010
Accroître la part des protéines végétales 2. Les protéines ingrédients 1980 2013 - Des acquis académiques importants Les procédés de fractionnement (graines, tourteaux, feuilles, tubercules..) La variabilité des matières premières La structure des protéines et leurs propriétés fonctionnelles en système simple (mousses, émulsions, gels.) Des verrous subsistent aux plans fonctionnel et organoleptique : Une fonctionnalité en général inférieure à celle des protéines animales références (lait, œuf, gélatine) Une faible acceptabilité par le consommateur (texture et goûts indésirables)
Accroître la part des protéines végétales Les protéines ingrédients Des leviers Exploiter la diversité de composition des ressources végétales (botanique, génétique..) Améliorer le goût (texture, goûts et flaveurs indésirables, ), la couleur Améliorer les propriétés fonctionnelles en systèmes réalistes (mécanismes) Exploiter les propriétés physicochimiques et fonctionnelles des protéines, variables selon les procédés (structures +/- agrégées) Développer les synergies fonctionnelles entre protéines végétales, protéines animales, polysaccharides
Des leviers Accroître la part des protéines végétales 2. Les protéines ingrédients Exploiter la diversité de composition des ressources végétales (botanique, génétique..) pour développer des MPV de 2ème génération enrichies en protéines fonctionnelles Comparaison du potentiel émulsifiant des protéines de pois et de colza à celui de la caséine Activité différentielle Stabilité des émulsions à froid des protéines de colza dans l émulsion diamètre moyen des goouttelettes (d32 mm) 20 15 10 5 0 Isolat de pois Caséine Isolat de colza 3 Emulsion 2 Isolat 2 3 Protéines actives Globulines (cruciférine) ph 3 ph 7 ph 8.5 Enhance 2004 Larré et al. 2006 Albumines (napine)
Des leviers Accroître la part des protéines végétales 2. Les protéines ingrédients Développer les synergies fonctionnelles entre protéines végétales, protéines animales, polysaccharides Protéines végétales Protéines animales, Polysaccharides Propriétés interfaciales o émulsifiantes o moussantes Propriétés texturantes o épaississantes o gélifiantes Réaliser de nouveaux assemblages fonctionnels pour satisfaire les objectifs de fonctionnalité multi-critères (interface x texture) des aliments
Des leviers Accroître la part des protéines végétales 2. Les protéines ingrédients Développer les synergies fonctionnelles entre protéines végétales, protéines animales, polysaccharides Propriétés moussantes du complexe napine (colza)-pectine Interactions électrostatiques + hydrophobes Stabilité de la mousse Texture Schmidt et al, 2010 Volume de la mousse (ml) 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 3 5 8 10 13 15 18 Temps (min) Napine Napine/P43 Napine/P74 Napine 1g/L Pectine 1g/L 25mM 148mM En cours: exploration systématique des interactions et synergies fonctionnelles entre protéines animales (lait, œuf ) et protéines végétales(soja, pois, colza) - Thèse de J.M. Schwartz (INRA-BIA Nantes)
Accroître la part des protéines végétales Des leviers Améliorer la connaissance sur les propriétés nutritionnelles et biologiques des Matières Protéiques Végétales Produits animaux Produits végétaux Produits laitiers,viandes et produits carnés, Poissons, Œufs Céréales, Légumineuses, Tubercules, Racines, fruits Matières protéiques végétales (fractions enrichies) Riche en protéines - bien équilibrés en Acides aminés - très digestibles - des constituants associés lipides, minéraux Protéines: 10-30% Protéines: 55 90% - des acides aminés limitants - des protéines moins digestibles - des constituants associés Polysaccharides, minéraux, diverses molécules bioactives Vers de nouvelles approches et de nouveaux critères de qualité Mélanges de protéines (végétal/végétal, végétal/animal) Effets structures /procédés Effets cinétiques : protéines rapides/protéines lentes Le rôle des constituants associés. Les allergènes S. Walrand INRA UNH- Clermont Fd/
Conclusion Pour accroître la part des protéines végétales dans notre alimentation Réhabiliter la consommation de graines riches en protéines Diversifier les produits: des ingrédients fonctionnels aux nouveaux produits (innovation, attractivité ) Améliorer la fonctionnalité des MPV Exploiter les atouts nutritionnels des produits végétaux Mieux exploiter / explorer la diversité des ressources végétales riches en protéines, Bénéfices nutritionnels Bénéfices organoleptiques Mieux exploiter la complémentarité des ressources végétales entre elles et avec les produits animaux. Bénéfices nutritionnels Bénéfices organoleptiques
Conclusion Pour accroître la part des protéines végétales dans notre alimentation Réhabiliter la consommation de graines riches en protéines Diversifier les produits: des ingrédients fonctionnels aux nouveaux produits (innovation, attractivité ) Améliorer la fonctionnalité des MPV Exploiter les atouts nutritionnels des produits végétaux Développer des MPV de 2 ème génération pour améliorer leur fonctionnalité Exploiter la diversité des familles protéiques (génétique, procédés de fractionnement) Réduire les goûts gênants Explorer la fonctionnalité en systèmes complexes (modèles d aliments) Développer les synergies fonctionnelles protéines végétales - autres biopolymères Protéines animales (lait, œuf, viande ) Polysaccharides
Conclusion Pour accroître la part des protéines végétales dans notre alimentation Des besoins de recherche Génétique /agronomiques : Des ressources végétales adaptées à ces nouveau enjeux Procédés x produits : techniques séparatives, innovations produits Fonctionnalité Nutrition : - Effecteurs des goûts indésirables - Fonctionnalité en milieu complexe (interaction/ synergie) - Propriétés nutritionnelles / effets biologiques SHS : Associer le développement scientifique et technique à la stratégie des acteurs Stratégies techniques / économiques (filière de production, innovation produits, marché de niche,..) Communication en direction des consommateurs (nutrition, santé, environnement..)