Rangées de graines.. © Inra, Elena Schweitzer © Fotolia

Nos résultats

Sommaire
  1. Introduction
  2. Impact des traitements thermiques sur la digestion du lait maternel chez le nourrisson prématuré
  3. La manière dont les protéines s’agrègent lors d’un traitement thermique module leur capacité sensibilisante
  4. Accroître la survie des probiotiques au séchage en stimulant leur adaptation aux stress
  5. Le pouvoir adhésif deLactococcus lactis: une histoire tirée par les « pili » ?
  6. Quand les biopolymères s'assemblent : un jeu d'énergie et d'entropie.
  7. Toute la digestion gastro-intestinale dans un laboratoire sur puce : le microdigesteur
  8. Dis, comment une goutte de lait devient-elle un grain de poudre ?
  9. Recherches et Innovations 2016 - Pour l'Aliment et les Bioproduits
  10. 13 minutes pour tout savoir sur la qualité des fromages et des recherches qu'elle implique
  11. Un nouveau procédé pour le bio-raffinage du végétal
  12. La membrane bactérienne sous la lumière UV du synchrotron SOLEIL
  13. L’ingénierie inverse ou la machine à remonter… le pain !
  14. Chimie verte : Améliorer la production de lipides chez la levure
  15. Des vins de qualité à teneur réduite en alcool acceptés par le consommateur
  16. Impact des procédés de fractionnement sur la distribution des mycotoxines dans le blé dur
  17. Pâtes aux légumineuses : comment la formule et le procédé confèrent à l’aliment ses qualités nutritionnelles
  18. Contrôler le brunissement des vins blancs par la sélection raisonnée de levures
  19. Des bactéries lactiques pour réduire l’allergénicité de certaines protéines du lait
  20. Eliminer les biofilms avec un détergent enzymatique : une alternative aux traitements à base de soude
  21. Néo-enzymes à façon pour la conception de vaccins antibactériens
  22. RMN : une méthode non destructive pour identifier et quantifier les molécules phosphorées
  23. Marché des viandes transformées : vers une méthode de référence ?
  24. Modélisation mécanique multi-échelle : de l’échelle nanométrique aux propriétés macroscopiques de la mie de pain
  25. Minimoulin : 500 g pour apprécier la valeur meunière des blés
  26. Production microbienne de lipides à usages énergétiques ou chimiques
  27. L'acide férulique, acteur discret mais universel de la construction des parois lignifiées
  28. Eco-conception de matériaux à base de co-produits du bois
  29. L'analyse des composés volatils pourrait permettre d'authentifier le système de production des poulets
  30. Des nanoparticules comme marqueurs de biopolymères en microscopie
  31. Pasteurisation, UHT, microfiltration... Tous les traitements n'ont pas le même impact sur la qualité nutritionnelle du lait
  32. Des rayons X pour caractériser les couches accumulées lors des opérations de filtration
  33. L'intégration des connaissances expertes appliquées à l'affinage des camemberts
  34. Maîtriser la perte de masse des fromages pendant l'affinage
  35. La mémoire de l'amidon
  36. Recherches et innovations 2015 - Pour l'Aliment et les Bioproduits
  37. Comportement des micelles de caséine lors de la filtration du lait
  38. Nouvelle enzyme de dégradation des pectines
  39. Digestion du nourrisson : un modèle permet d’étudier les allergènes alimentaires
  40. Digestion des protéines carnées
  41. Des émulsions modèles de la digestion révèlent l’effet protecteur des polyphénols
  42. Perception de l’astringence : un nouvel éclairage grâce à la spectrométrie de masse
  43. Hautes pressions : Nouvelles voies d'utilisation et de valorisation sur les aliments emballés
  44. Fours à injection de vapeur d’eau : jusqu'à 12% d’économie d’énergie
  45. Nouvelle méthode d’analyse rapide de la qualité des tomates et des abricots
  46. Jambon de Bayonne : des marqueurs de texture et d’arôme pour maîtriser la qualité
  47. Suraccumulation de lipides chez la levure S. cerevisiae : vers une production de biocarburants à usage aéronautique
  48. Fractionner la ventilation des hâloirs de fromagerie : 50% d’économie d’énergie
  49. Connaître la structure de l'amidon pour maîtriser ses applications
  50. L’IRM pondérée en diffusion : un outil générique pour la micro-imagerie des lipides dans les matrices alimentaires
  51. Caractérisation d’un gène majeur de la biosynthèse des anthocyanes dans la baie de raisin
  52. Nouveaux détecteurs d’activités enzymatiques à base de nanocouches semi-réflectives de biopolymères
  53. Vers la connaissance de la structure de la micelle de caséine
  54. Le chauffage du lait semble favoriser le développement de l’allergie chez les nourrissons
  55. Mieux comprendre le pouvoir moussant des protéines en étudiant leur comportement aux interfaces eau-air
  56. Nouveau modèle d’organisation en 3D de la membrane de globules gras du lait
  57. Comment les protéines alimentaires s’auto-assemblent en objets micrométriques
  58. Une nouvelle méthode de séparation permet de déterminer la structure complète de biopolymères
  59. Intérêt des métabolites volatils des produits carnés pour révéler les contaminations des animaux d’élevage aux micropolluants environnementaux
  60. SensinMouth quand le goût fait sens
  61. Un logiciel d’aide au choix d’un emballage pour la filière Fruits et Légumes frais construit sur une démarche d’ingénierie des connaissances
  62. SOLEIL nous éclaire sur la structure des protéines stabilisatrices des réserves lipidiques de plantes oléagineuses
  63. Un zoom sur le processus d’assemblage multi-échelle des protéines 
  64. Maîtrise du séchage de produits laitiers infantiles par la prise en compte des interactions eau-constituants
  65. Maîtriser l’acidité du vin par un procédé électro-membranaire : une nouvelle pratique œnologique autorisée en Europe et dans les pays viticoles du nouveau monde
  66. Stratégies de réduction du taux de sodium dans les aliments
  67. Pour une meilleure persistance de Lactococcus lactis dans le tractus digestif
  68. L’allergie alimentaire au blé : une histoire d’épitopes
  69. Des essais sur un modèle de souris allergiques révèlent le fort potentiel allergisant d’un procédé alimentaire : la désamidation du gluten de blé
  70. Protéger les lipides omega-3 de l’oxydation : le rôle clé des émulsifiants
  71. Quel impact de la cuisson sur la qualité des viandes ? Des images aux modèles mathématiques.
  72. Comment améliorer le pouvoir moussant des protéines ?
  73. Une cellule d’observation sous cisaillement de gels, mousses, pâtes et autres systèmes complexes
  74. Vers une compréhension des mécanismes impliqués dans la synthèse de tanins astringents
  75. Fractionnement du lait : des procédés membranaires éco-performants
  76. Qualité des vins : de l'oxygène un peu, beaucoup, ... pas du tout ?
  77. Obtenir des émulsions très stables sans tensioactifs grâce à des nanocristaux de polysaccharides issus de la biomasse.
  78. Découverte de nouvelles enzymes de dégradation des polysaccharides végétaux dans le microbiome intestinal humain
  79. La cutine de la peau des tomates pour de nouveaux polymères
  80. La texture des fruits : phénotypage et chémotypage de déterminants histologiques et pariétaux
  81. Simulation de la fragmentation orale d'aliments céréaliers fragiles ... Scrountch !
  82. La déglutition, un carrefour physiologique clé pour libérer les arômes 
  83. Un nouveau procédé de cuisson des viandes sous dioxyde de carbone pour réduire l'apparition de composés indésirables
  84. Dénaturation thermique des protéines musculaires par microspectroscopie FT IR localisée couplée au rayonnement synchrotron
  85. Des résines époxy biosourcées, sans bisphénol A, à partir de polyphénols naturels
  86. Structure d'un colloïde naturel : la micelle de caséine du lait
  87. Identification d'une souche d'Aspergillus qui améliore de 20% le rendement en glucose de la biomasse en conditions industrielles
  88. Une enzyme impliquée dans la polymérisation de la cutine
  89. Une farine de blé dur adaptée à la fabrication de baguettes traditionnelles
  90. Le virtuel pour guider la construction d’enzymes « sur mesure »
  91. Jusqu’où est-il possible de réduire la teneur en sel dans les charcuteries cuites ?
  92. Diffusion des molécules organiques dans les matériaux polymères : retour sur les lois connues
  93. Mousse intelligente : différentes manières de détruire une mousse sur demande !
  94. La Datte, riche en tanins et pourtant ni amère ni astringente
  95. Réduire la teneur en sel des aliments
  96. Recherches et innovations 2014

Simulation de la fragmentation orale d'aliments céréaliers fragiles ... Scrountch !

La fragmentation d’aliments lors de la mastication doit être quantifiée afin de déterminer les conditions qui gouvernent les étapes de digestion successives. Dans ce but, nous avons exploité les principes de la mécanique qui régissent la propagation des fissures dans les produits denses, puis alvéolaires, à base d’amidon, pour déterminer un critère de propagation de fissure en utilisant la méthode des éléments finis. Ce critère permet d’apprécier les mécanismes de rupture dans des conditions de mastication humaine. En particulier, des conditions physiologiques réalistes ont été implémentées dans un modèle mécanique pour décrire la géométrie et la cinématique de la mandibule. Ces conditions ont été combinées avec une connaissance de la texture, la microstructure et la géométrie 3D des aliments céréaliers.

Mis à jour le 12/06/2013
Publié le 10/06/2013
Mots-clés :

Mieux connaître les mécanismes de déstructuration d’un aliment

La modélisation du devenir des aliments dans le tube digestif chez l’homme permettrait d’envisager la conception d’aliments, pour des objectifs de bio-disponibilité ciblés, , tout en préservant les propriétés sensorielles, dont la cavité buccale est le capteur fondamental. Or, les études de la déstructuration des aliments en bouche prennent bien en compte les conditions physiologiques (géométrie des dents, mouvement de la mandibule) mais, ne considèrent les aliments que par leur état (liquide/solide) et leur aspect macroscopique (taille, forme); en science des aliments, les études ciblent une perception sensorielle particulière (croustillance, par ex.). Les mécanismes de déstructuration sont donc méconnus et les différentes entités structurales de l’aliment sont ignorées, alors que, pour une même composition, elles sont responsables d’un enchaînement différent des étapes qui conduisent à la déglutition.

 

Dans ce contexte, les produits céréaliers, base de l’alimentation, sont modélisés par des solides alvéolaires à l’échelle macroscopique, et par des matériaux composites (mélange de biopolymères) à l’échelle microscopique, leur teneur en eau  gouvernant le comportement fragile/ductile et la texture. Notre travail consiste à développer une approche mécanique afin d’étudier la mastication humaine de céréales petit-déjeuner prises comme aliment modèle réaliste.

 

Des conditions physiologiques réalistes ont été implémentées dans un modèle mécanique pour décrire la géométrie et la cinématique de la mandibule. Ces conditions ont été combinées avec une connaissance de la texture, la microstructure  et la géométrie 3D des aliments céréaliers. Puis, la fragmentation de ces produits a été simulée par la méthode des éléments discrets et les calculs validés lors d’une campagne de mastication humaine. Les résultats montrent que :

  1. le mode de compression prédomine lors de la mastication de produits céréaliers alors que le cisaillement reste négligeable
  2. la structure alvéolaire des assemblages de biopolymères contrôle la propagation des fissures et la fragmentation des aliments solides.

 

L’étude expérimentale de la mastication de céréales « petit-déjeuner » montre que lors des premiers cycles de mastication, les mécanismes de rupture sont essentiels pour la fragmentation, quelque soit le produit considéré

Un modèle mécanique par éléments finis (EF) des dents, de la géométrie de l’aliment et de sa structure alvéolaire, établie par microtomographie RX (XRT-ESRF Grenoble), permet de simuler le comportement mécanique de l’aliment en contact avec les dents dans la cavité buccale, et montre la prédominance de la déformation par mode de compression. Cette déformation n'est pas localisée aux zones de contact aliment-solide mais se transmet à tout le solide alvéolaire. Les valeurs de déformation atteintes dépassent la déformation à la rupture de la paroi solide avant même l'occlusion.

Pour un matériau dense, en amidon vitreux, le critère de rupture est déterminé et la propagation de fissures prédite grâce à un modèle mécanique EF, validé par comparaison avec l’expérience. La fissure se propage, dans ce cas, en dépensant une énergie élastique minimale. Ce modèle, généralisé à un matériau alvéolaire extrudé dont l’amidon vitreux constitue les parois, souligne l’importance de la structure alvéolaire dans la propagation des fissures. Cependant, le modèle EF, issu de la mécanique des milieux continus, caractérise la possibilité de former des fragments mais ne permet pas de décrire la fragmentation.

 

Nous avons donc fait appel à la méthode des éléments discrets (DEM), issue de la mécanique des matériaux particulaires, d’abord pour valider ces calculs, et ensuite pour prédire l’apparition du réseau de fissures avec un simple critère de contact entre particules, en bon accord avec l’observation expérimentale. Ce modèle DEM a donc été appliqué à un aliment « céréale petit-déjeuner », dont la structure alvéolaire 3D a été déterminée par XRT, afin de simuler numériquement la compression de l’aliment jusqu'aux étapes d'effondrement et de densification. Les valeurs calculées de la force maximale sont en accord avec l’expérience et le modèle prédit bien la rupture, principalement, en deux fragments majeurs. Lors des cycles de mastication successifs, la fragmentation de l’aliment se poursuivrait donc par dichotomie.

 

Simulation numérique de la fragmentation d'un aliment céréalier. © Inra
Simulation numérique de la fragmentation d'un aliment céréalier © Inra

  

Ces modèles mécaniques jettent les bases d’un outil déterministe qui permette de relier le système complexe d’efforts physiologiques à la déstructuration de l’aliment en bouche

 

Pour la mécanique, ils ouvrent une voie originale d’application de la méthode DEM aux matériaux de structure, une fois précisées les lois de contact des particules. La présence de salive ne remet pas en cause ce modèle, performant pour les premiers cycles de mastication. Cependant, son influence pourra être prise en compte par la DEM, via ces lois de contact,

afin de simuler l’agglomération des fragments, essentielle pour préparer l’aliment à la déglutition.

 

Références bibliographiques

  • L. Hedjazi, S. Guessasma, G. Della Valle, N. Benseddiq. How cracks propagate in a dense vitreous starch material. Engineering Fracture Mechanics, 78, 1328-1340, 2011.
  • L. Hedjazi, S. Guessasma, G. Della Valle, N. Benseddiq. Finite element modelling of crack propagation in carbohydrate extruded starch with open void. Carbohydrate Polymer 83, 1696-1706, 2011.
  • L. Hedjazi, C. L.Martin, S. Guessasma, G. Della Valle, R. Dendievel. Dynamics of material discontinuities revisited using discrete element method: application to crack propagation in a vitreous dense biopolymer material. Int. J. Solid Struct., 49, 1893-1899 2012.
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