Relations structure-fonction de l'amidon dans le pain et autres produits amylacés

AutresLa Résonance magnétique nucléaire à bas champ est une méthode spectroscopique qui renseigne sur la nature et l'état des molécules dans tout type de produits. Elle est développée au laboratoire IRMFood de l'IRSTEA de Rennes pour des applications en agro-alimentaire dans un contexte d'optimisation de la qualité des produits mais aussi des procédés de fabrication. La cuisson du pain est un procédé sur lequel l'équipe travaille depuis plus de 10 ans. C'est dans ce contexte, qu'un four de cuisson à pression réduite (vide partiel) destiné au secteur de la boulangerie, viennoiserie et pâtisserie, a été mis au point. Cette nouvelle technologie améliore la levée de la pâte, réduit sa perte en eau et permet un gain énergétique significatif du procédé de cuisson. Son aptitude à améliorer l'expansion des pains a été testée sur une recette sans gluten. La pâte et les pains produits ont été caractérisés par RMN à bas champ, car cette méthode est l'une des rares à pouvoir étudier, de façon non invasive et non destructive, en temps réel, les transformations biochimiques de la pâte pendant la cuisson et les propriétés physico-chimiques de la mie de pain au cours de son stockage. Puisque le point d'ébullition de l'eau diminue à pression réduite, on s'attendait à ce que sa répartition dans la pâte et les interactions qu'elle a avec les autres constituants (principalement l'amidon) seraient différentes de celles observées dans un pain cuit sous pression atmosphérique. Or, peu de changement dans la gélatinisation et la rétrogradation de l'amidon ont pu être mesuré lorsque la pâte était cuite sous vide partiel. Des mesures parallèles en rhéologie sur de la mie de pain fraichement cuit ont montré que ses propriétés mécaniques étaient principalement influencées par la fraction gazeuse de la mie (bulles). Ces travaux ont également permis de mettre en avant les capacités de la RMN à bas champ pour suivre les phénomènes de cristallisation de l'amidon liés au rassissement du pain

Caractérisation d'aliments par RMN et IRM

International audienceThis presentation deals with the use of Nuclear Magnetic Resonance techniques to monitor the behavior of starch as well as the migration and distribution of water during the processing or storage of starchy matrices. The aim is to emphasize the potentials of NMR techniques for the quantitative characterization of water transfers in starch-water systems on different length scales. Relaxation and self-diffusion experiments using low-field NMR spectrometry provided important information on the relationship between water dynamics and the microscopic organization of starch granules at various temperatures and water contents. Some works dealt with the botanical origin of starch but also the impact of possible additives. Indeed, the investigation on model starch-based systems was recently expanded to more complex real systems, including dough, bread, cakes, spaghetti and lasagna. Two-dimensional (2D) cross correlation methods have also been developed to elucidate chemical and diffusional proton exchange phenomena, and to improve the interpretation of results obtained in 1D. Finally, magnetic resonance micro-imaging methods were developed to study or to quantify water intake into starch-based matrices

Relations structure-fonction de l'amidon dans le pain et autres produits amylacés

National audienceSur le site rennais, de nombreuses équipes développent des activités de recherche liées à la science des aliments et à l'agroalimentaire. Une première réunion entre chercheurs de l'ISCR, de l'INRA, de l'IPR et de l'IRSTEA fin 2018 a mis en avant le besoin d'organiser une journée scientifique rennaise sur cette thématique. Les objectifs sont de : faire se rencontrer les différentes équipes de recherche dans ce domaine. faire un état des lieux des recherches en cours, des outils développés,des projets,... faire émerger des collaborations et des pistes de structuration de cette activité. Nous vous convions donc à cette journée thématique "Science des aliments et valorisation des bio-produits", qui se tiendra le 24 avril de 9h30 à 16h au PNRB sur le campus de Beaulieu

Mesurer au plus près la biodégradabilité des déchets

AutresMieux caractériser les déchets pour optimiser leur dégradation dans les procédés de méthanisation par voie sèche, c’est le but du projet C-ProRMN. Mis en œuvre au sein du dispositif Captiven et porté par l’institut Carnot Irstea, le projet1 explore les atouts des méthodes de caractérisation par RMN à bas champ

Etude de la biodégradabilité de bioplastiques : contribution de la RMN à bas champ

National audienceLes plastiques issus de la pétrochimie tendent à être substitués par des biopolymères qui ont l'avantage d'être biodégradables et n'ont donc aucune tendance à s'accumuler dans l'environnement. Néanmoins, cette biodégradabilité doit être validée en répondant à des normes. Ces normes présentent de nombreuses méthodes qui reposent sur des techniques d'analyse microbiologique, cependant, bien que simples à réaliser et peu couteuses, elles s'avèrent être qualitatives ou semi-quantitatives. La méthode la plus utilisée demeure la respirométrie, dans laquelle l'activité des microorganismes est étudiée à partir de la consommation en oxygène et de la production de dioxyde de carbone et qui permet d'établir si un polymère est biodégradable ou non. Les techniques quantitatives ne sont que peu représentées. Certaines techniques spectrométriques sont mises en avant dans la littérature, telle que la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier ou bien des techniques telle que la RMN à haut champ. Aucune référence ne fait état de l'utilisation de la RMN à bas champ comme technique permettant de caractériser la biodégradabilité d'un polymère. Celle-ci permet pourtant l'étude d'échantillons de manière non invasive et non destructive, et les derniers appareils sur le marché sont de plus en plus faciles à transporter pour des mesures in situ. Ce travail avait pour objectif de démontrer la faisabilité de la RMN à bas champ comme méthode de caractérisation de la biodégradabilité des PHA (PolyHydroxyAlcanoates). Des suivis respirométriques ont également été réalisés comme méthodes de référence et pour valider la RMN à bas champ qui n'est pas utilisée aujourd'hui dans ce domaine d'application. En outre, une identification taxonomique des microorganismes a été effectuée dans le but d'étendre le sujet et de pouvoir comparer ces microorganismes avec ceux rapportés par la littérature

Caractérisation des bioproduits par RMN à bas champ et IRM

International audienceNuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) and magnetic resonance imaging (MRI) are non-invasive and non-destructive methods giving access to the water mobility in porous and heterogeneous media at various scales. NMR Relaxometry (in low-field NMR, LF-NMR) is based on the measurement of relaxation times (T1 and T2) of molecules related to their motions more or less impacted by the sample composition, its microstructure, chemical and diffusional exchanges between proton pools. In plants as well as in starch granules, the relaxation signals have been described by a multi-exponential behavior reflecting interaction between water and macromolecules and water pools in different compartments. T2 relaxation times of starchy products inform about the starch state and its interaction with water and have relevance to the storage, drying, enzymatic activities and processing of starch-based materials. In plants, water T2 relaxation times have been proved to be local markers of tissue modification, fruit quality and defects happening over time. This presentation will be focused on the quantitative interpretation of such data with the aim of investigating relationships between the transverse relaxation time (T2) and the physiological status of plants or the starch granule state as a function of different external parameters such as temperature, water content or other mechanical or physiological stresses. Some examples of the application of two-dimensional LF-NMR spectroscopy, based on a joint observation of T1 and T2 relaxation times, as well as Magnetic Resonance images will be shown. References : 1. Kovrlija R, Rondeau-Mouro C. NMR proton dynamics and DSC enthalpic transitions in starch-water mixtures. Food and Bioprocess Technology. 2017;in press. 2. Kovrlija R, Rondeau-Mouro C. Hydrothermal changes in wheat starch monitored by two-dimensional NMR. Food chemistry. 2017;214:412-22. 3. Rondeau-Mouro C, Cambert M, Kovrlija R, Musse M, Lucas T, Mariette F. Temperature-Associated Proton Dynamics in Wheat Starch-Based Model Systems and Wheat Flour Dough Evaluated by NMR. Food and Bioprocess Technology. 2015;8(4):777-90. 4. Rondeau-Mouro C, Kovrlija R, Gambarota G, Saint-Jalmes H. μ-ViP: Customized virtual phantom for quantitative magnetic resonance micro-imaging at high magnetic field. Journal of Magnetic Resonance. 2017;275:73-9. 5. Rondeau-Mouro C, Kovrlija R, Van Steenberge E, Moussaoui S. Two dimensional IR-FID-CPMG acquisition and adaptation of a maximum entropy reconstruction. Journal of Magnetic Resonance. 2016;265:16-24. 6. Sorin C, Leport L, Cambert M, Bouchereau A, Mariette F, Musse M. Nitrogen deficiency impacts on leaf cell and tissue structure with consequences for senescence associated processes in Brassica napus. Botanical Studies. 2016;57. 7. Sorin C, Musse M, Mariette F, Bouchereau A, Leport L. Assessment of nutrient remobilization through structural changes of palisade and spongy parenchyma in oilseed rape leaves during senescence. Planta. 2015;241(2):333-46. 8. Winisdorffer G, Musse M, Quellec S, Devaux MF, Lahaye M, Mariette F. MRI investigation of subcellular water compartmentalization and gas distribution in apples. Magnetic Resonance Imaging. 2015;33(5):671-80

Suivi multi-échelle par RMN des transferts d'eau dans des produits à base d'amidon

International audienceNuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) and magnetic resonance imaging (MRI) are non-invasive and non-destructive methods giving access to the water mobility in porous and heterogeneous media at various scales. The first one is based on the measurement of relaxation times (T1 and T2) related to the molecular mobility more or less impacted by the sample composition, its microstructure, chemical and diffusional exchanges between protons and molecules, respectively 1. In this context, the 2D NMR, based on a joint observation of T1 and T2, has been shown to be very efficient to monitor the water transfers and the starch changes when starchy products were heated 2. A complementary approach consists in using MRI (or microimaging) to study swelling and water diffusion in hydrophilic samples. This is a perfect tool to follow the evolution of the sample’s shape and the concentration changes due to water uptake. The technique can be easily used to monitor simultaneously different regions of interest in the object and qualitative/quantitative results can be obtained. The application of this method to monitor the water sorption kinetics in a starch-based sample will be presented. The results indicate that water profiles in the sample can be used to estimate, on the basis of Crank equations 3, the water diffusion coefficient along few millimeters

Nouvelle séquence pour la mesure simultanée du coefficient de diffusion et du temps de relaxation longitudinal par RMN unilatérale

International audienceUnder unilateral NMR with large gradients (20 T/m) and in samples with long values of spin-lattice relaxation time T1 (>2000 ms) and of large coefficient of diffusion (2*10-6 mm2/ms), measurement of T1 by classical sequences becomes affected by the Brownian movement of spins. By taking it into account, a modified saturation sequence called GAUSS-SR has been proposed that permits to carry out direct measurement of both D and T1 under the conditions mentioned. Evolution of z component of the magnetization Mz is thus the main phenomena to model. The sequence is composed of three main parts: i) a saturation train tailored to render the Mz profile in Gaussian shape, ii) a main delay whereby the simultaneous effect of T1 and Diffusion on this profile has been analytically solved and iii) an detection train to acquire the signal with good signal-to-noise ratio. The sequence was implemented in a NMR-MOUSE, allowing to achieve the aimed measurement. Due to its reliance on the coherence imposed over the longitudinal and not over the transversal component of the magnetization, the sequence succeeds in providing the long-limit value of the diffusion coefficient

Temperature and water-associated changes of cereal starch monitored by TD-NMR and Microimaging

International audienceTime domain NMR (TD-NMR) method has been widely used to characterize starch, the major storage carbohydrate of cereals, as evidenced by the numerous relaxometry and diffusometry studies available in literature [Kovrlija, R. and Rondeau-Mouro C. Food Chemistry, 2017]. When starch is heated and then cooled in the presence of water, it undergoes a series of changes known as swelling, gelatinization and retrogradation that induce variations in water distribution, in starch structure and interactions between them. These biochemical transformations can be investigated and quantified using TD-NMR, also convenient for the continuous monitoring of products during processing up to their final structure. Magnetic Resonance microImaging (MRµI) is a complementary technique that can be applied to investigate, with a spatial resolution, the water penetration in cross-linked starch blends and cereal foodstuffs. NMR and MRI techniques could help cereal scientists to better understand the behaviors of macro-molecules in baked products and their interaction with each other and water, and to make products with better quality and shelf-life. This presentation will be focused on the applications of these two methods for characterizing at molecular or millimetric scales, cereal starch-water systems under hydration and/or heating and cooling. We will show TD-NMR results on starch-water systems and dough at various water levels (40-55% wb). Relaxometry measures permitted to simultaneously quantify water transfers and starch changes induced by a thermal processing between 20 and 90°C (10°C steps) followed by a cooling at ambient temperature. In another hand, the application of MRµI to monitor the water sorption kinetics in starch-glycerol extrudates allowed going ahead in the multi-scale approaches by distinguishing between various water diffusion behavior (Fickian or case II case), in relation with different physical and mechanical properties of starch-based products