Topic description
Le développement des aliments à base de légumineuses s'inscrit dans les priorités de France, d'Horizon Europe et des Objectifs de Développement Durable, qui soutiennent la transition vers des systèmes alimentaires plus durables et une végétalisation accrue des régimes alimentaires. Dans ce contexte, les farines de légumineuses représentent une voie stratégique de diversification des ingrédients végétaux. Le marché européen connaît une forte croissance, portée notamment par la farine de pois chiche, riche en protéines, fibres et micronutriments, et adaptée aux formulations sans gluten. Toutefois, la stabilité des farines demeure un verrou technologique majeur. Lors de la mouture, la libération des lipides expose les acides gras insaturés à l'oxydation, générant des composés volatils responsables du rancissement et d'altérations sensorielles. Ces réactions sont catalysées par des enzymes endogènes (lipase, lipoxygénase, peroxydase), dont l'inactivation thermique en milieu faiblement hydraté reste insuffisamment documentée.
La problématique scientifique repose sur la compréhension intégrée des transferts thermiques, de la mobilité de l'eau et des cinétiques d'inactivation enzymatique dans des matrices granulaires hétérogènes. Quatre hypothèses structurent le travail : (i) les modalités d'apport d'énergie conditionnent les gradients thermiques et l'efficacité d'inactivation ; (ii) la teneur en eau et l'activité de l'eau modulent la thermostabilité enzymatique ; (iii) les barèmes thermiques influencent les propriétés physico-chimiques et fonctionnelles des poudres ; (iv) un traitement optimisé peut améliorer la stabilité oxydative des farines sans altérer les qualités d'usage.
L'objectif général est d'étudier l'inactivation thermique d'enzymes endogènes dans des milieux granulaires faiblement hydratés soumis à des traitements multi-énergie (contact, air chaud, vapeur détendue, micro-ondes), afin d'améliorer la stabilité oxydative des farines de légumineuses. Les objectifs spécifiques visent à : modéliser les transferts de chaleur et les gradients thermiques dans différentes structures granulaires ; caractériser les cinétiques d'inactivation enzymatique en fonction de la température et de l'activité de l'eau ; analyser l'effet de la mobilité moléculaire et de la déstructuration de la matrice ; comparer les performances des technologies de chauffage ; évaluer l'impact des traitements sur les propriétés des ingrédients et leur stabilité au stockage.
La thèse adopte une approche intégrée expérimentale et numérique. Le pois chiche, choisi comme matrice modèle en raison de sa teneur lipidique élevée, sera étudié à différentes échelles structurales (grains entiers, concassés, farines). Les transferts thermiques seront simulés par modélisation multiphysique (éléments finis), couplés à des modèles cinétiques d'inactivation enzymatique, notamment pour la peroxydase considérée comme enzyme modèle. Les propriétés physico-chimiques, structurales et techno-fonctionnelles seront caractérisées, et la stabilité oxydative suivie par analyses spectrophotométriques, chromatographiques et sensorielles. Les résultats attendus permettront d'identifier les conditions optimales d'inactivation enzymatique en fonction des profils thermiques et de l'activité de l'eau, et de proposer un outil prédictif couplant transferts thermiques et cinétiques enzymatiques. Les traitements limitant le rancissement tout en préservant les propriétés fonctionnelles seront déterminés.
L'impact scientifique réside dans l'intégration inédite des paramètres thermiques, hydriques et cinétiques en milieux granulaires faiblement hydratés. L'impact technologique concerne l'optimisation de procédés pour stabiliser des ingrédients végétaux secs. À terme, ces travaux contribueront à la valorisation des filières légumineuses, à l'allongement de la durée de vie des farines et au développement d'une alimentation végétale durable.
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The development of legume-based foods is one of the priorities of France, Horizon Europe, and the Sustainable Development Goals, which support the transition to more sustainable food systems and increased plant-based diets. In this context, legume flours represent a strategic avenue for diversifying plant-based ingredients. The European market is experiencing strong growth, driven in particular by chickpea flour, which is rich in protein, fiber, and micronutrients and suitable for gluten-free formulations. However, the stability of flours remains a major technological challenge. During milling, the release of lipids exposes unsaturated fatty acids to oxidation, generating volatile compounds responsible for rancidity and sensory alterations. These reactions are catalyzed by endogenous enzymes (lipase, lipoxygenase, peroxidase), whose thermal inactivation in a low-moisture environment remains insufficiently documented. The scientific issue is based on an integrated understanding of heat transfer, water mobility, and enzyme inactivation kinetics in heterogeneous granular matrices. Four hypotheses structure the work: (i) the methods of energy supply determine the thermal gradients and the efficiency of inactivation; (ii) water content and water activity modulate enzyme thermostability; (iii) thermal profiles influence the physicochemical and functional properties of powders; (iv) optimized treatment can improve the oxidative stability of flours without altering their usage qualities. The overall objective is to study the thermal inactivation of endogenous enzymes in weakly hydrated granular media subjected to multi-energy treatments (contact, hot air, expanded steam, microwaves) in order to improve the oxidative stability of legume flours. The specific objectives are to: model heat transfer and thermal gradients in different granular structures; characterize enzyme inactivation kinetics as a function of temperature and water activity; analyze the effect of molecular mobility and matrix destructuring; compare the performance of heating technologies; evaluate the impact of treatments on ingredient properties and storage stability. The thesis adopts an integrated experimental and numerical approach. Chickpeas, chosen as a model matrix due to their high lipid content, will be studied at different structural scales (whole grains, crushed grains, flours). Heat transfer will be simulated using multiphysical modeling (finite elements), coupled with kinetic models of enzymatic inactivation, particularly for peroxidase, which is considered a model enzyme. The physicochemical, structural, and techno-functional properties will be characterized, and oxidative stability will be monitored by spectrophotometric, chromatographic, and sensory analyses. The expected results will enable the identification of optimal conditions for enzyme inactivation based on thermal profiles and water activity, and the proposal of a predictive tool combining heat transfer and enzyme kinetics. Treatments that limit rancidity while preserving functional properties will be determined. The scientific impact lies in the unprecedented integration of thermal, water, and kinetic parameters in weakly hydrated granular media. The technological impact concerns the optimization of processes to stabilize dry plant ingredients. Ultimately, this work will contribute to the promotion of legume sectors, the extension of the shelf life of flours, and the development of sustainable plant-based foods.
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Début de la thèse : 01/10/
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