L'enrichissement protéique et les paramètres du procédé influencent-ils la structure chimique, les propriétés d'usage, la digestibilité et l'efficacité métabolique des fractions protéiques de spécialités pastières à base de légumineuses ?

In order to reinforce our knowledge about the links between structural and nutritional properties of pasta, pasta with contrasting structures were produced by modifying the formulation and/or the manufacturing process. Pasta structure was then characterized using a multiscale approach and linked to the digestibility of protein and starch fractions. The modification of pasta formulation by partial or total substitution of durum wheat semolina by legume flours changed pasta structure at various scales. A marked weakening in the structure of pasta protein network proportional to the level of legume protein incorporated was observed and related to an improvement of the in-vitro digestibility of pasta proteins. Interestingly the in-vitro starch digestibility was maintained at its low level or even reduced in mixed pasta. Changing pasta drying temperature amplified changes in the pasta structure. These differences, however, were reduced after cooking pasta resulting in unchanged in-vitro protein digestibility between cooked pasta dried at low or very high temperature. Anti-nutritional factors were also reduced by the manufacturing and cooking steps. In-vivo study revealed a better growth and nitrogen efficiency in rats consuming the same quantity of proteins from wheat/faba (65/35) mixed pasta in comparison with animals fed with 100% wheat pasta. This was probably related to the better amino acid balance, and to the weakened protein network in mixed pasta. The change in drying temperatures did not allow modifying protein retention. Pasta developed in this thesis are up to three fold richer in proteins than traditional wheat pasta, and more balanced in essential amino acids. Produced pasta are appreciated by the consumer as well as their counterparts found on the marked. Mixed wheat/legume may be adapted to the elderly people, whereas 100% legume pasta may be consumed by gluten intolerant subjects. Produced pasta may therefore find wide application at the industrial scale.Afin d’approfondir les connaissances sur les liens entre la structure et les propriétés nutritionnelles de pâtes alimentaires, des pâtes de structures contrastées ont été produites en modifiant la formulation et/ou le procédé de fabrication. Leur structure a été caractérisée aux différentes échelles, puis les caractéristiques définies ont été reliées à la digestibilité des protéines et de l’amidon. Le remplacement partiel ou total de la semoule de blé dur par des farines de légumineuses dans la fabrication des pâtes a engendré des changements structuraux à plusieurs niveaux. Un affaiblissement marqué de la structure du réseau protéique proportionnel à la quantité de légumineuses incorporées a notamment été observé, conduisant à une amélioration de la digestibilité in-vitro des protéines. La digestibilité in-vitro de l’amidon était en revanche maintenue à son faible niveau voir même réduite. L’application de différentes températures de séchage a amplifié les modifications de la structure des pâtes enrichies en légumineuses. Ces différences s’atténuaient toutefois après cuisson, n’engendrant de fait aucune modification marquée de la digestibilité in-vitro des protéines entre une pâte cuite préalablement séchée à basse ou à très haute température. Les teneurs en facteurs antinutritionnels étaient réduites par le procédé de fabrication et de cuisson des pâtes. A quantité égale de protéines consommées, l’étude in-vivo a révélé une augmentation de la croissance et de l’efficacité azotée chez les rats nourris avec les pâtes mixtes blé/fèverole (65/35) par comparaison aux rats nourris aux pâtes 100% blé. L’assemblage blé/fèverole constituait un mélange protéique efficace pour la croissance des rats jeunes, probablement du fait de son profil équilibré en acides aminés, et de la structure affaiblie du réseau protéique. Par ailleurs, les différentes températures de séchage appliquées aux pâtes n’ont pas engendré de différence au niveau de la rétention azotée in-vivo. Les spécialités pastières développées au cours de ce travail de thèse sont jusqu’à trois fois plus riches en protéines et mieux équilibrées en acides aminés, comparativement à une pâte alimentaire classique. Ces spécialités pastières sont aussi appréciées que leurs homologues qui se vendent sur le marché. En outre, la recette mixte blé/légumineuses peut être adaptée à tout consommateur souhaitant diversifier ses apports en protéines, mais également à certaines populations spécifiques, notamment aux personnes âgées. La recette 100% légumineuses peut concerner les personnes intolérantes au gluten. Ces spécialités pastières pourraient de ce fait, trouver une large application à l’échelle industrielle

Pâtes alimentaires enrichies en protéines : impact de la structure du réseau protéique sur la digestibilité in-vitro

National audienc

Do protein enrichment and its process influence the chemical structure, properties, digestibility, and metabolic efficiency of legume pasta ?

Afin d’approfondir les connaissances sur les liens entre la structure et les propriétés nutritionnelles de pâtes alimentaires, des pâtes de structures contrastées ont été produites en modifiant la formulation et/ou le procédé de fabrication. Leur structure a été caractérisée aux différentes échelles, puis les caractéristiques définies ont été reliées à la digestibilité des protéines et de l’amidon. Le remplacement partiel ou total de la semoule de blé dur par des farines de légumineuses dans la fabrication des pâtes a engendré des changements structuraux à plusieurs niveaux. Un affaiblissement marqué de la structure du réseau protéique proportionnel à la quantité de légumineuses incorporées a notamment été observé, conduisant à une amélioration de la digestibilité in-vitro des protéines. La digestibilité in-vitro de l’amidon était en revanche maintenue à son faible niveau voir même réduite. L’application de différentes températures de séchage a amplifié les modifications de la structure des pâtes enrichies en légumineuses. Ces différences s’atténuaient toutefois après cuisson, n’engendrant de fait aucune modification marquée de la digestibilité in-vitro des protéines entre une pâte cuite préalablement séchée à basse ou à très haute température. Les teneurs en facteurs antinutritionnels étaient réduites par le procédé de fabrication et de cuisson des pâtes. A quantité égale de protéines consommées, l’étude in-vivo a révélé une augmentation de la croissance et de l’efficacité azotée chez les rats nourris avec les pâtes mixtes blé/fèverole (65/35) par comparaison aux rats nourris aux pâtes 100% blé. L’assemblage blé/fèverole constituait un mélange protéique efficace pour la croissance des rats jeunes, probablement du fait de son profil équilibré en acides aminés, et de la structure affaiblie du réseau protéique. Par ailleurs, les différentes températures de séchage appliquées aux pâtes n’ont pas engendré de différence au niveau de la rétention azotée in-vivo. Les spécialités pastières développées au cours de ce travail de thèse sont jusqu’à trois fois plus riches en protéines et mieux équilibrées en acides aminés, comparativement à une pâte alimentaire classique. Ces spécialités pastières sont aussi appréciées que leurs homologues qui se vendent sur le marché. En outre, la recette mixte blé/légumineuses peut être adaptée à tout consommateur souhaitant diversifier ses apports en protéines, mais également à certaines populations spécifiques, notamment aux personnes âgées. La recette 100% légumineuses peut concerner les personnes intolérantes au gluten. Ces spécialités pastières pourraient de ce fait, trouver une large application à l’échelle industrielle.In order to reinforce our knowledge about the links between structural and nutritional properties of pasta, pasta with contrasting structures were produced by modifying the formulation and/or the manufacturing process. Pasta structure was then characterized using a multiscale approach and linked to the digestibility of protein and starch fractions. The modification of pasta formulation by partial or total substitution of durum wheat semolina by legume flours changed pasta structure at various scales. A marked weakening in the structure of pasta protein network proportional to the level of legume protein incorporated was observed and related to an improvement of the in-vitro digestibility of pasta proteins. Interestingly the in-vitro starch digestibility was maintained at its low level or even reduced in mixed pasta. Changing pasta drying temperature amplified changes in the pasta structure. These differences, however, were reduced after cooking pasta resulting in unchanged in-vitro protein digestibility between cooked pasta dried at low or very high temperature. Anti-nutritional factors were also reduced by the manufacturing and cooking steps. In-vivo study revealed a better growth and nitrogen efficiency in rats consuming the same quantity of proteins from wheat/faba (65/35) mixed pasta in comparison with animals fed with 100% wheat pasta. This was probably related to the better amino acid balance, and to the weakened protein network in mixed pasta. The change in drying temperatures did not allow modifying protein retention. Pasta developed in this thesis are up to three fold richer in proteins than traditional wheat pasta, and more balanced in essential amino acids. Produced pasta are appreciated by the consumer as well as their counterparts found on the marked. Mixed wheat/legume may be adapted to the elderly people, whereas 100% legume pasta may be consumed by gluten intolerant subjects. Produced pasta may therefore find wide application at the industrial scale

Est-il possible de moduler l’index glycémique, la digestibilité et l’efficacité métabolique desprotéines des pâtes alimentaires en modulant leur structure via la formulation et des procédésde fabrication ?

Est-il possible de moduler l’index glycémique, la digestibilité et l’efficacité métabolique desprotéines des pâtes alimentaires en modulant leur structure via la formulation et des procédésde fabrication ?. JFN 2017, Journées Francophones de Nutritio

La structure des pâtes influence-t-elle leurs propriétés nutritionnelles ?

This study evaluated the simultaneous effect on pasta structure of the enrichment in faba bean flour (from 0 to 100%) and the use of low temperature drying (LT, 55 °C) instead of very high temperature drying (VHT, 90 °C). The structural changes induced were studied at different scales (from the macroscopic to the molecular scales) with a focus on the pasta protein matrix. Their repercussions on the in-vitro digestibility of starch and proteins were determined. In addition, the variation in protein metabolism and glycemic index caused by the modification of the pasta formulation and process was evaluated on rat models for protein metabolism, and on human volunteers for the glycemic index.Ce travail s’intéresse à l’évaluation simultanée de l’effet de l’enrichissement en farine de légumineuse (notamment de fèverole, à un taux allant de 0 à 100 %) et de l’augmentation des températures de séchage (55 °C-basse température, BT/90 °C-très haute température, THT) de pâtes sur la modification de leur structure et plus particulièrement celle de leur réseau protéique. Cette modification de structure est étudiée à plusieurs échelles (macroscopique, microscopique et supramoléculaire). Les répercussions sur la digestibilité in-vitro de l’amidon et des protéines sont déterminées. La variation du métabolisme protéique et de l’indice glycémique engendrée par la modification de la composition et du procédé de fabrication des pâtes est évaluée sur modèles rats pour le métabolisme des protéines, et sur volontaires humains pour l’indice glycémique

Processing a 100% legume pasta in a classical extruder without agglomeration during mixing

International audiencePasta made exclusively from legume has high nutritional potential (rich in protein and gluten free). However, it is difficult to produce 100% legume dough suitable for the extrusion step in pasta production that comprises hydration, mixing, and extrusion. This paper addresses the biochemical phenomena at the origin of the agglomeration of dough particles frequently reported in the literature, which results in very sticky dough that cannot be extruded. We tested changes in mixing conditions including mixing temperature, addition of antioxidants, and flour pretreatment. Our results suggest that enzymatic reactions, notably lipoxygenase related redox activity, are responsible for this impairment of dough mixing and extrusion. Some of the process conditions studied can be applied at industrial scale and will help produce a legume food with nutritional and culinary qualities, beneficial for people with celiac disease, or gluten intolerance, as well as the general population.Practical Application In the context of a sustainable and healthy food transition, the food industry is developing legume-based food of high nutritional quality that is widely consumed, like pasta. However, using legumes often leads to technological problems during the mixing and extrusion of pasta. This article demonstrates they are linked to enzymatic oxidative phenomena and provides an easy solution to reduce the problems without drastically changing pasta processing. Applied at industrial scale, it will allow the production of naturally gluten-free pasta rich in protein (two to three times the protein content of wheat pasta), of good nutritional quality

Legume enriched cereal products: A generic approach derived from material science to predict their structuring by the process and their final properties

Enriching cereal products with legume flour has nutritional advantages, notably that of improving the amino acid balance, but also modifies their processability and properties. Being able to predict such modifications is a major issue for industry.In this review, we focus on the properties of the main components of cereal and legume flour (proteins and starch), and their functionality during processing of five typical cereal products (snacks, pasta, biscuits, cakes and bread), and pay particular attention to their role in structuring the product throughout processing. The nutritional and other properties (color, texture, structure, and sensory acceptability) of the legume-enriched cereal products are described.Adding legume flour changes the structure of the product and results in a different texture. As the structure is usually designed during processing, a good knowledge of the product-process interactions is required. State diagrams of starch and protein in both cereals and legumes are compared. The gelatinization and the denaturation temperatures of starch and protein in legumes are slightly higher than those of cereals. These differences may affect the structuring dynamics and the final structure of the products. Process modifications are proposed to limit such effects and are discussed in light of several results in the literature.Applying an integrative approach enabled us to demonstrate the expression of the functional properties throughout processing, from the composition of the different flours to the end products. We propose a generic representation that can be used by all those who wish to rationally formulate legume enriched cereal products

Structural, Culinary, Nutritional and Anti-Nutritional Properties of High Protein, Gluten Free, 100% Legume Pasta.

Wheat pasta has a compact structure built by a gluten network entrapping starch granules resulting in a low glycemic index, but is nevertheless unsuitable for gluten-intolerant people. High protein gluten-free legume flours, rich in fibers, resistant starch and minerals are thus a good alternative for gluten-free pasta production. In this study, gluten-free pasta was produced exclusively from faba, lentil or black-gram flours. The relationship between their structure, their cooking and Rheological properties and their in-vitro starch digestion was analyzed and compared to cereal gluten-free commercial pasta. Trypsin inhibitory activity, phytic acid and α-galactosides were determined in flours and in cooked pasta. All legume pasta were rich in protein, resistant starch and fibers. They had a thick but weak protein network, which is built during the pasta cooking step. This particular structure altered pasta springiness and increased cooking losses. Black-gram pasta, which is especially rich in soluble fibers, differed from faba and lentil pasta, with high springiness (0.85 vs. 0.75) and less loss during cooking. In comparison to a commercial cereal gluten-free pasta, all the legume pasta lost less material during cooking but was less cohesive and springy. Interestingly, due to their particular composition and structure, lentil and faba pasta released their starch more slowly than the commercial gluten-free pasta during the in-vitro digestion process. Anti-nutritional factors in legumes, such as trypsin inhibitory activity and α-galactosides were reduced by up to 82% and 73%, respectively, by pasta processing and cooking. However, these processing steps had a minor effect on phytic acid. This study demonstrates the advantages of using legumes for the production of gluten-free pasta with a low glycemic index and high nutritional quality

Structure and culinary, sensory and nutritional properties of protein enriched pasta made from legume

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Intérêt alimentaire de sources protéiques végétales sur la rétention azotée et le métabolisme protéique au cours du vieillissement

National audienceL’augmentation de la population mondiale va rendre difficilement supportable, d’un point de vue écologique, l’évolution actuelle de la consommation de protéines alimentaires de sources animales. Il est donc nécessaire de développer de nouveaux aliments issus de systèmes de production plus durables, à base d’ingrédients végétaux, riches en protéines et de bonne qualité alimentaire. Le vieillissement de la population est un phénomène mondial et inévitable. Il est caractérisé par une perte de la masse et des fonctions musculaires, aussi appelée « sarcopénie », qui se traduit par une augmentation du risque de chutes, une perte d’autonomie et, par conséquent, une réduction de la qualité et de l’espérance de vie. La fonte de ce tissu avec l’âge peut être en partie expliquée par l’apparition d’une résistance à la stimulation de la synthèse protéique musculaire par la prise du repas. Une intervention nutritionnelle adéquate pourrait ainsi favoriser l’anabolisme protéique postprandial chez nos aînés. Il devient alors nécessaire de développer des nouveaux aliments adaptés aux contraintes métaboliques et nutritionnelles des seniors, en particulier concernant l’apport protéique. Aussi, l’utilisation de sources protéiques végétales chez le sujet vieillissant comporterait au moins deux avantages : i) celui d’augmenter et de diversifier l’apport protéique dans cette population, et ii) celui d’apporter une source protéique présentant, à l’échelle de l’aliment, une composition nutritionnelle plus favorable pour le sujet âgé (densité élevée en microconstituants, présence de fibres, faible index glycémique). Afin de concevoir de nouvelles matrices alimentaires enrichies en protéines végétales et nutritionnellement adaptées aux personnes âgées, différents mélanges protéiques et procédés de transformations peuvent été envisagés permettant d’obtenir une protéine de bonne qualité nutritionnelle (profil en acides aminés indispensables) et facilement assimilable. Ainsi, des pâtes alimentaires mixtes (blé+légumineuses) ont être élaborées au sein de l’UMR IATE afin d’enrichir cet aliment en protéines et d’en améliorer la composition en acides aminées indispensables. Nos résultats préliminaires obtenus chez le rat âgé ont démontré l’efficacité alimentaire de ces pâtes en comparaison à des régimes isoprotéiques de source animale. L’objectif ultime est de montrer qu’il est possible d’obtenir des matrices alimentaires végétales adaptées à la population âgée grâce à des mélanges de différentes sources protéiques et aux choix de procédés technologiques spécifiques