L'alimentation du futur

Les problèmes environnementaux croissants, les conditions météorologiques extrêmes, la pollution des sols et des eaux par les pesticides et les engrais rendent difficile l'approvisionnement de la population en aliments et en protéines de grande valeur nutritionnelle dans de nombreuses régions du monde. Les solutions alimentaires durables sont donc de plus en plus au centre de l'attention. Les sources de protéines alternatives, qui peuvent remplacer les aliments d'origine animale comme la viande, le poisson, les œufs et le lait, constituent une solution. C'est sur les protéines alternatives issues de plantes, d'insectes, de champignons et d'algues que misent les chercheurs du projet pilote Fraunhofer "FutureProteins". Six instituts Fraunhofer (voir ci-dessous) unissent leur expertise pour exploiter durablement de nouvelles sources de protéines à l'aide de systèmes de culture en intérieur spécialement développés à cet effet, utilisables toute l'année et indépendants de la surface, du climat et de l'emplacement, afin de produire des aliments. La particularité : les flux secondaires générés sont largement utilisés pour la production d'autres matières premières protéiques - tout à fait dans l'esprit de l'économie circulaire. En plus de quatre systèmes d'agriculture d'intérieur - l'agriculture verticale pour les plantes, l'agriculture par insectes pour les insectes, les bioréacteurs pour les champignons et les photobioréacteurs pour la culture d'algues - les chercheurs ont développé une série d'aliments savoureux pour l'industrie alimentaire. Les créations vont du burger aux desserts en passant par les pains sans gluten.

Marc de pomme de terre pour la fermentation des champignons et comme aliment pour les insectes

"En ce qui concerne le changement climatique, il était important pour nous que toutes les installations intérieures nouvellement développées puissent être utilisées indépendamment du site, de la surface et de la saison, et qu'elles garantissent ainsi une culture locale et durable des différentes matières premières tout au long de l'année", explique le Dr Marc Stift, scientifique et coordinateur du projet à l'Institut Fraunhofer de biologie moléculaire et d'écologie appliquée IME à Aix-la-Chapelle. De plus, les quatre installations sont imbriquées les unes dans les autres : les flux secondaires issus des différentes étapes de transformation peuvent être utilisés pour la culture d'autres systèmes protéiques. "Un exemple : les pommes de terre sont finement broyées après leur culture, ce qui permet d'obtenir de l'amidon et des protéines. Il reste un milieu aqueux et du marc de pomme de terre. Ce marc de pomme de terre contient des fibres alimentaires qui ont été identifiées dans le projet comme un excellent substrat de fermentation pour les champignons", explique le Dr Stephanie Mittermaier, coordinatrice du projet et scientifique à l'Institut Fraunhofer pour la technologie des procédés et l'emballage IVV à Freising. De même, les flux secondaires riches en azote issus de la production d'insectes peuvent être utilisés comme engrais pour les plantes. Les alternatives végétaliennes à la viande développées au Fraunhofer IVV combinent différentes sources de protéines comme les pois et les champignons. Il en résulte des galettes de burger particulièrement juteuses au profil nutritionnel amélioré.

Système innovant d'agriculture verticale : des pois en montée et en descente

Grâce à la technologie OrbiPlant® développée au Fraunhofer IME, les chercheurs ont réussi pour la première fois à cultiver efficacement des pois en intérieur. Le système basé sur un tapis roulant rend non seulement obsolète l'utilisation de pesticides, mais permet également un mode de culture peu encombrant, qui permet d'économiser 95 pour cent de la consommation d'eau et 50 pour cent des besoins en engrais. L'installation se déplace en forme de vagues, de sorte que les plantes insérées dans le tapis roulant - en suivant les mouvements de l'installation - poussent aussi bien vers le haut que vers le bas, et donc également en forme de vagues, ce qui permet une culture peu encombrante. Un avantage de cette construction : le système d'éclairage utilisé rayonne dans les vallées formées par le mouvement descendant du tapis roulant ondulé, ce qui permet à l'air de s'échapper vers le haut et évite l'accumulation de chaleur qui accompagne les constructions empilées traditionnelles. L'installation se caractérise par une climatisation naturelle intégrée, ce qui réduit considérablement les coûts de climatisation. Pendant le mouvement de montée et de descente du tapis roulant, les plantes suspendues sont alimentées par aéroponie. "L'aéroponie est une méthode de culture spéciale sans substrat pour les plantes. Les racines des plantes sont suspendues à l'intérieur du tapis roulant et sont aspergées d'une solution d'eau et de nutriments. Par rapport à l'hydroponie, où les racines se trouvent dans la solution nutritive, l'irrigation aéroponique réduit de façon spectaculaire la quantité d'eau dans l'installation", explique Stift. La culture sans substrat s'accompagne d'un autre avantage : contrairement à la culture des légumineuses en plein champ, les plantes sont propres et la biomasse complète, y compris les feuilles et les racines, peut être directement utilisée pour la production de protéines sans lavage préalable.

Substitut végétalien de la viande : des galettes pour burger à base d'un mélange de pois et de champignons

Les chercheurs du Fraunhofer IVV à Freising travaillent au développement d'aliments savoureux de haute qualité à partir de différentes sources de protéines. Un centre de technologie alimentaire avec les installations pilotes existantes pour la production d'alternatives à la viande et au lait ainsi que de produits de boulangerie sur le site près de Munich offre des conditions idéales pour développer des aliments jusqu'à leur commercialisation. Grâce à des méthodes d'analyse ultramodernes, les chercheurs peuvent évaluer les différentes matières premières en fonction de leur composition, de leurs propriétés fonctionnelles et de leurs caractéristiques sensorielles telles que le goût et l'odeur. "L'objectif est de combiner les systèmes protéiques avec leurs meilleures propriétés respectives, de les optimiser sur le plan sensoriel et fonctionnel et de créer ainsi de nouveaux produits, comme par exemple des alternatives végétaliennes à la viande", explique Mittermaier. Les travaux de recherche au sein de FutureProteins ont abouti à une série de prototypes très bien acceptés par les consommateurs : outre les galettes pour burgers et les boulettes de viande végétaliennes composées d'un mélange de protéines de pois et de mycélium de champignon, les goûteurs ont jugé extrêmement positifs le profil gustatif et olfactif des pains sans gluten à base d'insectes, des desserts et des glaces molles à base de différentes protéines végétales ainsi que des pâtes fourrées aux algues. "Avec les galettes de burger à base de pois et de champignons et les pâtes farcies, nous voulons nous adresser au marché de masse. Nous considérons les pains aux insectes plutôt comme un produit de niche", explique la chercheuse. "On ne trouve pas encore actuellement de galettes de burger comparables, composées d'une combinaison de différentes sources de protéines. Le mélange de pois et de mycélium de champignon donne des burgers particulièrement juteux avec des teneurs fortement réduites en arômes artificiels et en additifs tels que les hydrocolloïdes, qui font habituellement partie de nombreuses recettes en raison de leurs propriétés de formation de gel et de texture". Mittermaier et son équipe présenteront ces travaux de recherche et d'autres au salon IFFA qui se tiendra à Francfort du 3 au 8 mai 2025. Les chercheurs poursuivent l'objectif de licencier à l'industrie les prototypes alimentaires développés, mais aussi les installations créées dans le cadre du projet.