La recherche de protéines alternatives aux protéines animales revêt à la fois des enjeux sociétaux et environnementaux. L’utilisation de protéines issues de ressources végétales (pois, chanvre…), de microalgues ou d’insectes représente un défi majeur pour la conception de nouveaux aliments. Les travaux sont menés depuis l’extraction jusqu’à la préservation de leurs fonctionnalités pour l'exploration de nouvelles applications en nutrition humaine ou animale.

D’autres macromolécules issues des agro-ressources, dont certaines peuvent être des coproduits d’autres filières industrielles, sont également valorisées pour des applications alimentaires ou non alimentaires. C’est par exemple le cas de la pectine (extraite de la peau de fruits), ou du chitosane (issu de la carapace de crustacés), qui peuvent être utilisés en tant que matériaux biodégradables, voire comestibles, sous forme d’enrobages ou intégrés dans des emballages de produits alimentaires.

L’équipe PCAV a mis en place une combinaison de stratégies d’extraction verte (hautes pressions, CO₂ supercritique, eau sub-critique, microondes...), de purification et de caractérisation de composés actifs, intégrés dans une démarche « clean label ». Par exemples des co-produits de l'industrie viti-vinicole tels que les marcs de pressurage, sont extraits des oligopeptides et des oligosaccharides, qui trouvent des applications en œnologie (nouveaux antioxydants) ou en viticulture (nouveaux éliciteurs).

La valorisation des ressources naturelles passe certes par l’efficacité des méthodes d’extraction, le degré d’isolement et la préservation des structures natives, mais il est souvent nécessaire de fonctionnaliser ces molécules qui parfois possèdent initialement une faible aptitude technologique. Ces fonctionnalités ciblées sont variées : solubilisation rapide dans l’eau ou à l’inverse aptitude à la décantation rapide, capacité à émulsionner ou à foisonner, pouvoir gélifiant, aptitude filmogène, aptitude à former des verres à l’état peu hydraté, aptitude à la rétention d’arôme ou encore aptitude catalytique (par exemple enzymatique).

Ces aptitudes technologiques peuvent être améliorées à l’aide de procédés tel que les hautes pressions, la microfluidisation thermique, l’extrusion, ou simplement par un procédé thermique maîtrisé, et notamment l’usage approprié des méthodes de séchage. Il s’agit alors de comprendre la conséquence d’un procédé sur la conformation de la macromolécule (protéine, polyoside) ou sur la structure de la matrice. Pour cela, l'équipe PCAV a développé une expertise dans les méthodes de caractérisation structurale à différents niveaux d’investigation (spectroscopies infrarouge, Raman, RMN, ou encore différentes techniques d’imagerie), de l’échelle moléculaire à l’échelle microstructurale.

Les applications concernent non seulement la formulation de nouveaux aliments à base de protéines non conventionnelles, mais aussi la conception de systèmes d'encapsulation polyosidiques pour un usage alimentaire ou pharmaceutique (composés actifs, probiotiques), ou encore l’étude des interactions avec les métaux pour stabiliser des compléments alimentaires enrichis en fer II en le protégeant de l’oxydation.

Dans le domaine de l'œnologie, cette thématique est devenue identitaire de l'équipe PCAV, qui est maintenant leader international sur l'étude de la stabilité et du vieillissement des vins blancs secs. Elle est fondée sur une approche méthodologique intégrée unique, qui couvre la chimie du vin jusqu’à la physico-chimie des obturateurs œnologiques.

Le développement d’analyses non ciblées, de type métabolomique, appliquées au vin a permis d’aborder cette problématique dans une approche systémique intégrant viticulture et œnologie. Associées au développement de nouvelles méthodes de mesures de capacités antioxydantes, les approches métabolomiques ont ainsi permis d'identifier de nouvelles signatures moléculaires marqueurs de stabilité des vins blancs secs, notamment des composés azoté-soufrés. Ils constituent un véritable "métabolome antioxydant" en constante évolution, à l’origine du concept de stabilité oxydative proposé par l’équipe. Cette nouvelle approche permet d'explorer les mécanismes réactionnels dans lesquels le métabolome antioxydant est impliqué, prérequis nécessaire à une démarche innovante de recherche d'alternatives aux sulfites par exemple. L'étude de la stabilité des vins repose également sur la maîtrise des propriétés des obturateurs œnologiques, et l’équipe possède une expertise reconnue pour la caractérisation des propriétés mécaniques des obturateurs et des mécanismes de transfert des gaz au travers des systèmes goulot/bouchon de vins tranquilles ou effervescents.

L’étude des mécanismes d’oxydation régissant la stabilité des denrées alimentaires constitue également un défi majeur pour la maîtrise de leurs qualités organoleptiques et sanitaires. L’équipe PCAV travaille à la meilleure compréhension des mécanismes impliqués ainsi qu’à la mise au point de méthodes de dosage rapides de l’état d’oxydation d’un produit. Les travaux de l’équipe PCAV sur ce thème vont jusqu’à la prise en compte de la protection conférée par l’emballage, qui peut devenir un élément actif (antioxydant), ou encore vers le développement de systèmes intelligents capables de renseigner sur l’état d’oxydation du produit emballé.

Enfin, cette thématique intègre la question de la stabilité physique de matrices alimentaires (poudres, produits extrudés, gels…) ou de polymères bio-sourcés, utilisés dans l'élaboration d’emballages alimentaires biodégradables, avec des concepts fondamentaux tels que l'étude du rôle de l’eau et des paramètres environnementaux sur la stabilité physique et chimique des systèmes.

La question de la qualité et des performances est envisagée en lien avec les préoccupations environnementales et/ou les attentes sociétales engendrées par les changements climatiques et la réduction d’intrants.

La conception de méthodes analytiques ciblées, qui reposent sur la synthèse de polymères à empreintes moléculaires ou de sondes moléculaires spécifiques, permettent d'envisager une meilleure maîtrise des performances grâce à la détection de molécules marqueurs ou de composés actifs à l’état de traces. Elles ouvrent également sur des applications originales dans le développement de matériaux intelligents, comme dans le domaine de l’emballage alimentaire pour détecter l’état d’oxydation lors de la conservation du produit. Les enjeux concernent aussi les contaminants des aliments, les allergènes, ou la traçabilité et la détection de fraudes.

Ce type de démarche d'évaluation de la qualité permet alors d’innover dans la détermination de la « typicité » des produits, du vin mais aussi d’autres produits présentant des besoins d’authentification géographique, comme par exemple le cassis noir de Bourgogne, avec un ancrage territorial fort.

Enfin, les préoccupations environnementales en lien avec la question du changement climatique ont amené l'équipe PCAV à développer une approche novatrice du concept de qualité des matrices agro-alimentaires. Ainsi l’intégration de données métabolomiques, climatologiques et œnologiques, est utilisée pour caractériser la réponse métabolique de cépages septentrionaux identitaires à une large gamme de conditions climatiques mondiales, afin d'anticiper un futur métabolique de ces cépages et des vins correspondants selon différentes trajectoires climatiques.