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Les travaux du Groupe AgroParisTech/INRA de gastronomie moléculaire

La liste des travaux en cours

Travaux du Groupe AgroParisTech de gastronomie moléculaire

La gastronomie moléculaire est la discipline qui explore la préparation et la consommation des aliments, à la recherche de phénomènes et de mécanismes inédits.
Son programme est le suivant :

1. exploration des composantes « définition » et « précsions » (composante technique de la cuisine)
2. exploration de la composante artistique de l’activité culinaires
3. exploration de la composante sociale de l’activité culinaire.

Dans ce cadre, le Groupe AgroParisTech de gastronomie moléculaire a sélectionné des travaux selon cinq axes prioritaires :

1. Détermination des relations entre traitement d’un système dispersé complexe S et les modifications de bioactivité
2. Chimie verte : exploration des modifications moléculaires dans des solutions aqueuses traitées thermiquement
3. Travaux théoriques
4. Exploration de précisions culinaires
5. Travaux méthodologiques (technologie instrumentale...)

On donne ci-dessous un échantillon des sujets en cours :


Axe 1. Détermination des relations entre traitement d’un système dispersé complexe S et les modifications de bioactivité

Recherche par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) quantitative d’un effet matrice dans des tissus végétaux. Cas particulier de l’hydrolyse du (2R,3R,4S,5S,6R)-2-((2S,3S,4S,5R)-3,4-dihydroxy-2,5-bis(hydroxymethyl)tetrahydrofuran-2-yloxy)-6-(hydroxymethyl)tetrahydro-2H-pyran-3,4,5-triol et de la déshydratation du glucose (formation de 5-HMF) en solution aqueuse.

Etude de la répartition des saccharides dans les tissus de racines de carotte (Daucus carota L.) par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire du proton ; technique quantitative in situ (is q NMR).

Analyse RMN quantitative in situ de la structure gel : suivi de l’autodiffusion du solvant, dans des gels de formules DFS variées.

Etude par RMN quantitative in situ de l’évolution de la compositions en acide aminés libres d’une racine de Daucus carota L au cours d’un traitement thermique.

Modélisation de la diffusion des sucres ou des acides aminés par les tissus végétaux. Etude par spectroscopie de fluorescence frontale de la diffusion de marqueurs dans des ensembles de capillaires reproduisant le réseau du xylème et du phloème des tissus végétaux.

Dosage par faire absorption atomique du magnésium libéré par les pigments chlorophytiques lors d’un traitement thermique en solution aqueuse de gousses immatures de Phaseolus vulgaris L.

Recherche d’associations supramoléculaires chlorophylles-caroténoïdes dans des gousses immatures de Phaseolus vulgaris L. Evolution de ces associations au cours de traitements thermiques.
recherche d’une influence éventuelle de la lumière
effet d’un traitement thermique
suivi par RMN de l’effet d’une dilution sur une solution modèle contenant les pigments (suivi de la disparition des couplages spécifiques de ces associations)
suivi par spectroscopie UV-visible

Recherche de différences de diffusion intratissulaire de divers types d’ions (Na+, Cl-, Mg2+) dans des tissus de racines de Daucus carota L traités thermiquement en solution aqueuse.

Etude de l’hydrolyse du saccharose intrasissulaire de racines de Daucus carota L. et de bulbes d’Allium cepa L, lors de traitements thermiques. Influence des conditions de traitement.

Etude d’une dégradation des caroténoïdes de gousses immatures de Phaseolus vulgaris L. lors d’un traitement thermique en solution aqueuse (durée longue)

Exploration de l’évolution des crocines traitées thermiquement en solution aqueuse (NOESY)

Influence de la préparation des échantillons (dimensions) sur la libération des saccharides et des acides aminés par un tissus végétal traité thermiquement en solution aqueuse. Cas d’Allium cepa L.

Etude de la répartition de composés à log P intermédiaires dans sauce émulsionnée modèle, à partir d’un gel également modèle.

Imprégnation des tissus musculaires animaux (Bos taurus) par divers anions et caun cation lors de macération de ces tissus en solution (« marinade »).

Etude du procédé de « flambage ». Dosage de l’éthanol résiduel dans diverses préparations alimentaires flambées, et comparaison entre diverses liqueurs, alcools et spiritueux. Détermination de modifications chimiques éventuelles des matrices

Etude de la libération du méthyl chavacol par des feuilles d’estragon (Artemisia dracunculus
L.) dans des solutions aqueuses où ces feuilles sont traitées thermiquement.

Etude du « rancissement des graisses d’un bouillon de viande » : modélisation par le suivi de l’auto-oxydation de triglycérides déposés à la surface de l’eau, et chauffés à reflux à la température de 100°C. Recherche des produits de réaction en phase lipidique et en phase aqueuse par résonance magnétique nucléaire quantitative et par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse.

Répartition de la quercétine et de ses dérivés (notamment glycosylés) dans des tissus d’Allium cepa L. dans des systèmes multiphasiques. Analyse par spectroscopie RMN haut champ (1H, 13C, 1D et 2D) des variations au cours du temps de coefficients de partage entre ces compartiments (notamment, identification de la contribution des diverses écailles). Recherche d’éventuels effets matrice.

Suivi des modifications chimiques intratissulaires engendrées par le traitement thermique de tissus végétaux (RMN in situ quantitative)

Comparaison de l’hydrolyse du saccharose hors d’un tissu végétal (solution aqueuse) et dans un tissu.

Etude en solutions modèles de l’effet protecteur de caroténoïdes contre la photodégradation de chlorophylles. Comparaison avec les effets de photoprotection dans des tissus végétaux.
Exploration de la phéophytinisation des chlorophylles en solutions acétoniques. Exploration cinétique. Recherche de l’importance de l’aromaticité.

Etude de la répartition des acides aminés dans les tissus de bulbes d’oignons (Allium sativum L.)

Analyse chimiométrique de solutions aqueuses obtenues par traitement thermique de tissus de racine de Daucus carota L.

Comparaison des profils en protéines de solutions aqueuses obtenues par traitement thermique de tissu de Bos taurus diversement préparés.

Détermination de la structure gélifiée de gels formés par traitement thermique de solution de protéines d’oeuf. Analyse de la taille des agrégats pour des gels traités à diverses températures, entre 61 et 100 °C (analyse des systèmes dilués, analyse in situ)

Les deux réseaux solides formés par traitement thermique à 70 °C d’une solution de protéines d’oeuf de poule sont-ils connectés ou interpénétrés ?

Détermination du profil de concentration en éthanol dans une bouteille de vin stockées verticalement

Suivi par GC MS de l’odeur d’un tissu animal stocké à température ambiante (faisandage)

Peut-on prévoir des propriétés (physiques, chimiques, bioactivité) d’un système dispersé à partir de sa formule DSF ?

Détermination de la libération d’hydrogène sulfuré par de l’oeuf traité thermiquement. Influence du temps, de la température.

Recherche d’une transition de percolation dans un système modèle saccharose eau (DSC, ATD, EXAFS, ondes acoustiques, texturométrie).

Détermination des liaisons supramoléculaires des composés odorants à des matrices.

Suivi de la coalescence lors de la formation de « gibbs ».

Axe 2. Chimie verte : exploration des modifications moléculaires dans des solutions aqueuses traitées thermiquement

Analyse par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) quantitative des produits de réaction obtenus par traitement thermique d’acide galacturonique en solution aqueuse. Détermination de l’influence des transformations observées sur la couleur des solutions obtenues par traitement thermique en solution aqueuse de racines de Daucus carota L ( bouillons de carottes )

Analyse par RMN quantitative du proton et chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse des transformations moléculaires de la vanilline en « conditions culinaires » (solvant eau, température T= 100°C, temps longs t > 1000 h). Recherche des mécanismes réactionnels des transformations.

Recherche de molécules hydrosolubles formées par autoxidation due à un traitement thermique à T = 100 °C d’un mélange de triglycérides composant la partie supérieure d’un système biphasique eau/triglycérides.

Comparaison de la libération de H2S par un gel de protéines d’oeuf et par de la cystéine libre en solution : détermination de l’influence de l’insertion des résidus cystéyls dans les protéines.

Exploration d’un dynamère : le gel aqueux (D3(W)xD3(S)) obtenu par traitement thermique d’une solution de protéines d’oeuf. Comment les ponts disulfures se réorganisent-ils ?

Etude de l’hydrolyse de divers saccharides en solution aqueuse, au cours d’un traitement thermique prolongé (analyse par RMN).

Evolution de la composition de vinaigres traités thermiquement (influence du temps, de la concentration)

Cinétique de la libération d’hydrogène sulfuré lors d’un chauffage dans l’eau d’acides aminés et de protéines.

Suivi de la pyrolyse des chitosanes purs ou en matrice carbonatée.

Comment des associations supramoléculaires pourraient-elles stabiliser des bétalaïnes contre la dégradation due à un traitement thermique ?

Etude de l’évolution de la quantité de trichloroanisole dans une solution hydroalcoolique traitée thermiquement (analyse par fluorimétrie et par GC MS)

Etude cinétique (analyse par électrophorèse capillaire ou par spectroscopie par résonance magnétique nucléaire haut champ quantitative) de la répartition des oses dans les écailles de bulbes d’oignon (Allium sativum L.)

Etude de la pyrolyse d’inuline.

Suivi de la dégradation de collagènes lors d’un traitement thermique en solution aqueuse.

Recherche d’effets chimiques éventuels du flambage des préparations alimentaires additionnées ou non de liqueur ou d’eau de vie. Analyse des composés résiduels (incluant l’éthanol), de l’influence du saccharose. Identification des mécanismes des effets éventuellement identifiés.

Etude du procédé de « flambage ». Dosage de l’éthanol résiduel dans diverses préparations alimentaires flambées, et comparaison entre diverses liqueurs, alcools et spiritueux. Détermination de modifications chimiques éventuelles des matrices

Axe 3. Travaux théoriques

Modélisation de la diffusion des saccharides ou des acides aminés dans les tissus végétaux traités thermiquement.

Exploration de la structure de gels de type D3(W)xD3(S). Différences entre des gels réguliers et des gels statistiques. Analyse du cas particulier de gels d’acrylamide.

Détermination de l’hypervolume d’une recette.

Détermination de la bioactivité de systèmes caractérisés par une formule DSF (suivi de la diffusion par la méthode des éléments finis).

Analyse théorique de l’effet Pastis

Recherche d’une phylogénie des tissus végétaux par leur contenu pigmentaire.

Axe 4. Exploration de précisions culinaires

Une goutte d’huile dans du beurre traité thermiquement prévient-il le noircissement ?

Recherches des protéines intervenant dans la floculation de systèmes dispersés complexes de type (O+S)/W, à base de jaune d’œuf de poule Gallus gallus et de lait. Etude par électrophorèse SDS-PAGE.

Analyse par GC-MS des composés odorants formés lors du traitement thermique (100 °C) d’une solution aqueuse préparée à partir de farine éventuellement prétraitée.

Détermination de la présence de méthanol dans des eaux de vie et dans des confitures.

Détermination de la quantité de cuivre dans les confitures préparées dans des bassines en cuivre. Analyse des transferts pour le traitement et le stockage.

Exploration par analyse RMN quantitative in situ du 31P des modifications intratissulaires de pH dans des fruits de Prunus armeniaca (abricot) au cours d’un traitement thermique.

Suivi par RMN 1H quantitative du sucre macéré avec le jus de citron Citrus limon

Etude cinétique des modifications pigmentaires dues au traitement thermique de solutions aqueuses où des pistils de Crocus sativus (safran) ont été disposés.

Analyse des mécanismes à l’origine de la couleur des solutions aqueuses obtenues par traitement thermique en solution aqueuse de racines de Daucus carota L. Identification des composés, rechreche de mécanisme de formation de ces composés.

Etude du confisage : Définition du procédé, mise au point d’une méthodologie d’étude, analyse des modifications physico-chimiques des aliments lors du procédé, comparaison des différentes produits de confisage, comparaison des différents produits à confire.

Axe 5. Travaux méthodologiques (technologie instrumentale...)

Comparaison de deux méthodes de dosages des saccharides des racines de carotte (Daucus carota L.) : analyse directe par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire du proton quantitative (q 1H RMN) et par extraction (méthode de O’Donoghue modifiée) et q 1H RMN. Etude de l’intérêt d’une lyophylisation de l’extrait avant détermination par q 1H RMN.

Exploration de la méthode d’analyse par RMN quantitative in situ : pourquoi le séchage préalable des échantillons de tissu végétal améliore-t-il l’acquisition ?

Exploration de la méthode d’analyse par RMN quantitative in situ : comparaison des différences de dosage entre saccharides extraits ou in situ, pour divers végétaux, notamment comparaison de tissus de Daucus carota L. et d’Allium cepa L.

Exploration de l’analyse RMN quantitative in situ pour le 31 P.

Recherche de méthodes rapides (analyse RMN quantitative in situ) pour le dosage des pigments chlorophytiques de gousses immatures de Phaseolus vulgaris L.

Recherche de méthodes mathématiques pour le dosage des acides aminés libres par RMN quantitative in situ.

Comparaison des dosages des acides aminés dans les tissus végétaux par la meilleure méthode de dosage après extraction, ou par RMN quantitative in situ.

Mise au point de RMN quantitative in situ bidimensionnelle.

Mise en place d’une méthode d’extraction et de séparation des oses et des acides aminés à partir de tissus végétaux d’oignons (Allium sativum L.),

L’électrophorèse et le traitement d’image : méthode quantitative ? Actuellement, l’électrophorèse est utilisée pour séparer les protéines en fonction de leur poids moléculaires, puis les différentes tâches correspondant chacune à une protéine sont découpées, hydrolysées, et la quantification se fait sur ces hydrolysats (Kjeldahl, HPLC). Nous faisons l’hypothèse que nous pourrions grâce à un traitement d’image des gels, quantifier les protéines. Comment le bleu de coomassie se fixe-t-il aux protéines ? Est-ce une fixation spécifique ou non spécifique ? Si le bleu de coomassie se fixe spécifiquement aux protéines (ce que nous avons identifié sur des essais avec de l’actine et du collagène purs), pouvons-nous à l’aide d’une gamme de chaque protéine cible du laboratoire, quantifier une protéine, et avec quelle incertitude ? S’il s’avère que la quantification d’une protéine spécifique par électrophorèse suivie d’un traitement d’image est possible et que cette méthode a une incertitude égale ou inférieure aux méthodes utilisées jusqu’à présent, cela permettra un gain de temps (pas de manipulation sur le gel), un transfert technologique intéressant.

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