Les protéines de sorgho offrent une base résistante pour l'impression en 3D d'une "bioink
Les qualités de la protéine de sorgho facilitent la fabrication de structures alimentaires stables en 3D
Des scientifiques de l'alimentation ouvrent la voie à des aliments et des produits pharmaceutiques imprimés en 3D à partir de protéines de sorgho tolérantes à la sécheresse qui ne se transformeront pas en blob.
Ali Ubeyitogullari, à gauche, professeur adjoint d'ingénierie alimentaire aux départements des sciences alimentaires et du génie biologique et agricole, et Sorer Barekat, chercheur postdoctoral au département des sciences alimentaires, démontrent l'utilisation d'une imprimante alimentaire 3D à l'aide de leur nouvelle "bio-encre" fabriquée à partir de protéines de sorgho.
U of A System Division of Agriculture photo by Paden Johnson, CC BY-NC-SA
Cette céréale, qui peut pousser dans des conditions climatiques contrastées, est également connue pour ses effets bénéfiques sur la santé, tels que l'inhibition de l'inflammation et la réduction des risques de maladies cardiaques par la diminution du taux de cholestérol total et l'augmentation du potentiel antioxydant grâce à des composés phénoliques uniques. C'est également une céréale sans gluten.
Ali Ubeyitogullari, professeur adjoint d'ingénierie alimentaire au sein des départements de science alimentaire et d'ingénierie biologique et agricole, a déjà démontré que la farine de sorgho pouvait être transformée en "bio-encre" pour l'impression 3D de biscuits. L'étape suivante consiste à optimiser les protéines de sorgho imprimables pour la production de nouveaux aliments et médicaments.
Les protéines de sorgho ont été utilisées dans les substituts de viande et l'impression alimentaire 3D pour recréer de manière plus réaliste des steaks de bœuf, par exemple. Les protéines de sorgho sont également utilisées dans les barres protéinées et les produits de boulangerie.
Ce qui rend les protéines de sorgho particulièrement utiles pour l'impression alimentaire 3D, c'est leur hydrophobie, c'est-à-dire leur capacité à repousser l'eau, afin de favoriser la cohésion du produit.
De nombreux matériaux alimentaires, en particulier les amidons et les protéines, sont hydrophiles et absorbent facilement l'eau, ce qui limite l'incorporation de composants hydrophobes dans la formulation, a expliqué M. Ubeyitogullari.
"Jusqu'à présent, la plupart des efforts de recherche sur les protéines pour l'impression alimentaire 3D ont porté sur les protéines hydrophiles, et il est nécessaire de trouver de nouvelles protéines hydrophobes qui proviennent idéalement de sources de protéines rentables et durables pour l'impression 3D", a déclaré M. Ubeyitogullari.
Dans des travaux récemment publiés, Ubeyitogullari et Sorour Barekat, chercheur postdoctoral au département des sciences alimentaires, ont montré que les résultats optimaux de l'impression 3D à partir de protéines de sorgho étaient obtenus avec 25 % de protéines et une vitesse d'impression de 20 millimètres par seconde avec une buse de 0,64 millimètre. L'augmentation de la concentration en protéines à 35 % n'a pas amélioré l'imprimabilité 3D.
"Nous avons montré que les protéines de sorgho peuvent être transformées en un nouveau gel imprimable en 3D, ce qui n'avait jamais été fait auparavant", a déclaré M. Ubeyitogullari. "Grâce à leur structure unique, ces gels peuvent être utilisés dans les industries alimentaires et pharmaceutiques comme bio-encre pour encapsuler des médicaments ou comme vecteur de composés hydrophobes et de nutriments."
M. Barekat est l'auteur principal de l'étude intitulée "Maximizing sorghum proteins printability : Optimizing gel formulation and 3D-printing parameters to develop a novel bioink", publiée dans International Journal of Biological Macromolecules. M. Ubeyitogullari, membre du corps enseignant de la station d'expérimentation agricole de l'Arkansas, l'organe de recherche de la division de l'agriculture du système de l'université de l'Arkansas, a été le conseiller de M. Barekat. Ubeyitogullari fait également partie du Dale Bumpers College of Agricultural, Food and Life Sciences de l'université de l'Arkansas.
L'étude sur les protéines du sorgho a été soutenue par le programme United Sorghum Checkoff. L'étude d'Ubeyitogullari sur les biscuits imprimés en 3D à partir de farine de sorgho a été financée par l'Arkansas Corn and Grain Sorghum Board.
Encre protéique optimale de sorgho
L'étude sur l'impression 3D d'aliments à base de protéines de sorgho a été financée par le United Sorghum Checkoff Program et par l'Institut national de l'alimentation et de l'agriculture (National Institute of Food and Agriculture AFRI) du ministère américain de l'agriculture, sous le numéro de récompense 2023-67022-40164. Un rhéomètre utilisé dans l'étude a également été acquis grâce au soutien de l'Arkansas Biosciences Institute.
Barekat et Ubeyitogullari ont également publié une étude en mai dernier dans le Journal of Food Engineering qui étudie l'incorporation de protéines de soja et de sorgho en tant que structures protéiques hydrophiles et hydrophobes pour l'impression alimentaire en 3D.
Progrès de l'impression alimentaire en 3D
Ubeyitogullari et une équipe de chercheurs de son laboratoire ont publié plusieurs études au cours des deux dernières années pour faire progresser les connaissances fondamentales de l'impression alimentaire en 3D.
- L'étude "Enhancing the stability of lutein by loading into dual-layered starch-ethyl cellulose gels using 3D food printing" a été publiée en mai 2023 dans Additive Manufacturing.
- "Designing future foods : Harnessing 3D food printing technology to encapsulate bioactive compounds" a été publié en octobre 2023 dans Critical Reviews in Food Science and Nutrition.
- "Lutein encapsulation into dual-layer starch/zein gels using 3D food printing : Improved storage stability and in vitro bioaccessibility" a été publié en mai 2024 dans l'International Journal of Biological Macromolecules.
L'auteur principal de ces études est Safoura Ahmadzadeh, anciennement chercheuse postdoctorale au département des sciences alimentaires et conseillée par Ubeyitogullari. Mme Ahmadzadeh est aujourd'hui ingénieur dans la transformation du chocolat chez Mars, Inc.
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