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Theses Year : 2021

Pea protein based foods for the future : From chemical composition to statistical models to understand the mechanisms behind perceptions of beany, bitterness and astringency

Des protéines de pois pour les aliments de demain : de la composition chimique aux modèles statistiques, pour comprendre les mécanismes à l’origine des perceptions de beany, d’amertume et d’astringence

Abstract

With population growth and the coming climate crisis, how can we offer a diet with higher levels of plant proteins? The use of pulses such as peas in foods would contribute to the evolution of this offer. However, their bitterness, their "beany" aromatic notes and their persistence are obstacles to their use. The objective of this PhD was to understand the role of their composition (volatile and non-volatile compounds) on perceptions. The role of food formulation was also studied on their physicochemical properties and perceptions during the oral process. For this, an original and multidisciplinary strategy combining sensory analysis, physico-chemistry and statistics was set up. A mixing plan was built to create a range of 23 solutions formulated from 6 fractions derived from commercial pea protein isolates. A profile was used to characterize the perceptions of these solutions In parallel, their compositions in volatile compounds, peptides, phytochemical compounds (phenolic acids, flavonoids and terpenoids), carbohydrates and minerals were characterized. The links between sensory and chemical profiles were analysed using Pearson correlations, linear (Partial-Least-Square) and non-linear (Artificial Neural Network) models. From these pea solutions, 79 volatile compounds were identified, including 34 correlated to beany notes; 3500 peptides including 14 correlated to bitterness; and 54 phytochemical compounds, including 29 correlated to bitterness and astringency. Then, multi-block PLS models were carried out to identify the relative role of these blocks of chemical compounds on beany, bitter and astringent perceptions. The second part of the work focused on understanding how the formulation of a pea-based beverages can modulate perceptions. A wide range of plant beverages was then developed by varying the type of proteins and the fat, texturizing and salt contents. The temporal sensory properties were evaluated when consuming a spoon, but also a whole portion of food; rheological properties and volatile compound profiles were determined. The results showed that the beany and bitterness notes depend mainly on the type of protein and gellan content. Astringency, which is highly persistent, can be limited by the formulation. In addition, rheological properties allow a reliable prediction of astringency perceptions. Finally, volatile molecule profiles, strongly affected by the presence of saliva, have shown the key role of the oral process on these perceptions. Beyond the original methodological approaches and new knowledge on products, this work opens up avenues to revisit pea fractionation processes and help the formulation of plant protein in foods, in order to reduce their off-notes.
Face à la croissance démographique et la crise climatique à venir, comment proposer un régime alimentaire plus riche en protéines végétales? L’utilisation de légumineuses telles que le pois dans les aliments permettrait de contribuer à l’évolution de cette offre. Cependant, l’amertume, les notes aromatiques «beany» et la rémanence de ces ingrédients sont des freins à leur utilisation. L'objectif de ce doctorat était de comprendre l’origine de la perception des isolats protéiques de pois à partir de leur composition (en molécules volatiles et non volatiles), puis d’étudier le rôle de la composition d’aliments formulés avec ces ingrédients protéiques sur les propriétés physicochimiques et les perceptions au cours du processus oral. Pour cela, une stratégie originale et multidisciplinaire a été mise en place combinant analyse sensorielle, physico-chimie et statistique. Un plan de mélange a été construit pour développer une gamme de 23 solutions formulées à partir de 6 fractions issues d’isolats protéiques de pois commerciaux. Un profil a permis de caractériser les propriétés sensorielles de ces solutions. En parallèle, leurs compositions en composés volatiles, peptides, composés phytochimiques (acides phénoliques, flavonoïdes et terpénoïdes), sucres et minéraux ont été caractérisées. Les relations entre les profils sensoriels et compositions chimiques ont été analysées à l'aide de corrélations de Pearson et de modèles linéaires (Partial-Least-Square) et non linéaires (Artificial Neural Network). A partir de ces solutions de pois, 79 molécules volatiles ont pu être identifiées, dont 34 corrélées aux notes « beany » ; 3500 peptides dont 14 corrélés à l’amertume ; et 54 molécules phytochimiques dont 29 corrélés à l'amertume et l’astringence. Puis, des modèles PLS multi-blocs ont été réalisés pour identifier le rôle relatif de ces blocs de composés de nature différente sur les perceptions « beany », amères et astringente. La seconde partie du travail s’est intéressée à comprendre comment la formulation d’une boisson à base de pois peut moduler les perceptions. Une large gamme de boissons végétales a alors été développée en faisant varier le type de protéines utilisées, la teneur en matière grasse, en épaississant et en sel. Les propriétés sensorielles temporelles ont été évaluées lors de la consommation d’une bouchée, mais aussi d’une portion entière d'aliment, ainsi que les propriétés rhéologiques et les composés volatiles. Les résultats ont montré que les notes beany et d’amertume dépendent principalement du type de protéine et de la teneur en gellane. L’astringence, fortement persistante, peut être limitée par la formulation. De plus, les propriétés rhéologiques permettent une prédiction fiable des perceptions d’astringence. Enfin, les profils en molécules volatiles, fortement affectés par la présence de salive, ont permis de montrer le rôle clés du processus oral sur ces perceptions. Au-delà des approches méthodologiques originales et des connaissances nouvelles sur les produits, ces travaux ouvrent sur des pistes pour revisiter les procédés de fractionnement du pois et aider à la mise en œuvre des ingrédients protéiques végétaux dans des aliments, afin de diminuer leurs défauts sensoriels.
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tel-03543099 , version 1 (25-01-2022)

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  • HAL Id : tel-03543099 , version 1

Cite

Audrey Cosson. Pea protein based foods for the future : From chemical composition to statistical models to understand the mechanisms behind perceptions of beany, bitterness and astringency. Food and Nutrition. Université Paris-Saclay, 2021. English. ⟨NNT : 2021UPASB012⟩. ⟨tel-03543099⟩
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