Le mélange blé - légumineuse constitue une option prometteuse pour le développement de pratiques agricoles durables et la fourniture de protéines de bonne qualité nutritionnelle. Des filières de transformation des cultures associées intégrant la gestion d’un mélange jusqu’à la fabrication d’un produit céréalier enrichi en farine de légumineuse pourraient être conçues. Ceci implique de maîtriser la variabilité des matières premières entrantes en seconde transformation. L’objectif de ce travail est de développer un outil permettant de maîtriser la qualité de cakes enrichis en farine de légumineuse quelles que soient les variations de qualité des matières premières, par l’utilisation du procédé de fabrication. La qualité des cakes est définie par leurs propriétés de structure aux différentes échelles. Après un travail de caractérisation des propriétés de farines variables et d’étude du procédé de fabrication, un modèle multicritère multi-contraintes de maîtrise de la qualité a été mis en place par une démarche de plan d’expériences. La capacité de prévision du modèle a été validée, et son efficacité de correction a été confirmée du point de vue instrumental et sensoriel dans le cas de deux scénarii. Après une discussion de la durabilité de la filière dans son ensemble, les connaissances acquises lors de ce travail ont été rassemblées pour formuler des recommandations vis-à-vis des étapes amont de la filière (sélection, culture, tri, 1ère transformation) dans un objectif d’ingénierie reverse. / Mixing wheat and legumes is a promising way of developing sustainable agricultural practices in addition to supplying proteins of good nutri-tional quality. Food chains for the valorization of wheat-legume intercrops could be designed to handle such a mixture right up to the production of cereal products enriched with legume flour. This would involve monitoring the variability of the raw materials used by the secondary processing industry. The aim of this work was to develop a tool to enable the monitoring of the quality of cakes enriched with legume flour regardless of variations in flour quality, by using the processing variables. The quality of soft cakes is defined by their structural properties at different length scales. After characterization of the variable properties of flour and of the manufacturing process, a multi- objective model for the monitoring of cake quality was built thanks to an optimal experimental design. The prediction capacity of the model was validated, and its correction efficiency was confirmed both instrumentally and sensorially in two case studies involving variations in the proportions and particle sizes of wheat and legume in the flour. Following a discussion of the sustainability of the food chain as a whole, the knowledge acquired during the course of this study was used to make recommen -dations concerning the upstream stages of the chain (selection, cultivation, sorting, first processing) using a reverse engineering approach.

L'un des défis actuels de la chimie alimentaire est de développer des produits avec une qualité sanitaire et sensorielle optimale. Ceci est particulièrement important dans les produits traités thermiquement, tels que les produits céréaliers. Lors de la cuisson et à partir des ingrédients, un nombre considérable de composés peuvent se former. Certains suscitent une préoccupation sanitaire émergente, lorsque d'autres jouent un rôle sensoriel indéniable. Comprendre la réactivité des constituants devient alors un levier puissant pour développer des voies d'amélioration des aliments. Ce travail porte sur les effets des ingrédients et conditions de cuisson dans la génération de furane, composé possiblement cancérigène, et furfural, composé odorant contribuant à l'arôme caractéristique de la génoise. Afin de maîtriser la réactivité et ainsi optimiser la qualité des produits, une approche globale a été adoptée, incluant l'étude des composés volatils, des propriétés physicochimiques et sensorielles et l'appréciation hédonique des consommateurs. Ce travail propose une méthodologie et ouvre des pistes intéressantes pour développer des stratégies efficaces de maîtrise de la qualité globale des produits transformés. / A current challenge for food chemists consists in developing safe yet appealing food. This is particularly difficult in thermally-treated foods, like baked products, since a great number of compounds may be produced during heating. While some of these are of health concern, others contribute to other key aspects of quality, such as aroma or color, revealing the need of considering reactivity into food quality design. This work deals with the effects of formulation and baking conditions on the generation of furan, a heatinduced contaminant, and furfural, contributing typical aroma to sponge cake. Moreover, a holistic approach was adopted, covering volatile generation, physical properties, sensory evaluation and consumer tests, both for further understanding reactivity and optimizing product quality. This work is certainly an important step towards the development of novel strategies for qualitydriven design of heat-treated food.

La texture, manifestation sensorielle des propriétés structurales, mécaniques et de surface d’un matériau constitue un paramètre clé dans l’évaluation des produits alimentaires. Elle reflète leur qualité, leur fraîcheur et influence l’acceptabilité du produit par le consommateur déterminant l’intention de ré-achat. Dans la littérature scientifique, la plupart des travaux portant sur la texture des produits céréaliers ont étudié des matrices alimentaires telles que le pain ou les biscuits mais plus rares sont les travaux sur les gâteaux type cake. L’objectif de ce travail est donc de caractériser le moelleux d’un produit de type cake de sa mise en place à son évolution au cours de la conservation du produit au moyen de méthodes instrumentales et sensorielles. Dans un premier temps, nous avons étudié l’influence de la nature de la farine, du procédé de fabrication et de l’aération des produits sur caractère moelleux au travers de méthodes instrumentales et sensorielles. La caractérisation instrumentale des produits moelleux et la structure de leur mie ont été évaluées par des mesures rhéologiques (texturomètre, DMTA) et d’imagerie (XR-Tomography). La caractérisation sensorielle a été menée par l’établissement d’un profil sensoriel de la texture avec un panel entraîné évaluant l’aspect des produits et les sensations perçues au toucher et en bouche. Dans un second temps, nous avons étudié les propriétés fonctionnelles des farines et de leurs composants en milieu modèle et complexe par différentes méthodes physico-chimiques (rhéologie des pâtes, analyse enthalpique différentielle, microscopie, diffraction RX). Enfin, les mesures sensorielles et instrumentales ont été mises en relation via une analyse factorielle multiple dans le but de déterminer des méthodes instrumentales permettant de caractériser le caractère moelleux des produits de type cake. Les résultats montrent que l’aération de la mie et la composition de la farine sont les facteurs clés du moelleux dans ce type de produit. L’évaluer et le sélectionner sur la base de ses caractéristiques physico-chimiques (élasticité, fermeté, aération) s’avère possible compte tenu de la stabilité de sa texture au cours du temps afin de pouvoir anticiper sur l’acceptabilité du produit par le consommateur le plus tôt possible dans son processus de développement / Since texture is the manifestation of structural, mechanical and surface properties of a material, it represents a key characteristic for food materials. It reflects food quality, freshness perception influencing consumer acceptance.Studies encountered in the scientific literature that are devoted to cereal based foods texture are foremost based on bread also biscuits scarcely on cakes. This study entitled ‘study of the different factors influencing the structure and the texture of semi-humid baked aerated cereal products: sensory and instrumental dimensions of texture’ focus on cake softness characterization, set up and evolution. First, the investigation of the influence of soft wheat flour origin, making process and aeration properties on cake texture is proposed. Instrumental characterization of cake texture properties was performed through high deformation using TPA and relaxation tests. Several approaches were attempted to determine cake crumb structure including rheology, microscopy; image analysis and X Ray-Tomography. Sensory characterization of cake texture was achieved through descriptive texture profile involving establishment of our trained panel. Second, we peer into the functional properties of wheat flour also of its gluten and starch components, physico-chemical methods among which fluid rheology, differential scanning calorimetry, optic microscopy and X-Ray powder diffraction are employed. The results are discussed in terms of physical and chemical changes that cake dough ingredients undergo upon making process. This investigation highlights that several parameters are substantially involved in cake structure set up and final texture perception. Suitable flour choice (composition, components quality) and aeration management are critical factors for the elaboration of a product to be perceived the softest as possible. Also, regarding evolution of texture, it is possible to state on the selection of a product whether than another at early development stages allowing anticipate on consumer acceptance

Les fluctuations hydriques influencent l'activité et la viabilité des microorganismes. L’humidité relative de l’air est ainsi un paramètre potentiellement efficace pour maîtriser le développement et la persistance de microorganismes pathogènes. Cependant, l’efficacité de ce paramètre reste peu connue par rapport à d’autres facteurs environnementaux comme le pH ou la température. Le séchage est l'étape finale des procédures de nettoyage et de désinfection en industrie agroalimentaire. Cependant, il est aujourd'hui utilisé de façon empirique alors qu'il pourrait permettre d'améliorer la décontamination des surfaces dans les ateliers et diminuer la persistance des microorganismes. Malgré les procédures de nettoyage et de désinfection, la bactérie Listeria monocytogenes est fréquemment retrouvée dans l'industrie agroalimentaire et y persiste pendant de longues périodes. Evaluer et comprendre l'impact des fluctuations hydriques sur la survie de L. monocytogenes afin d'en optimiser la destruction sur une surface, constituent ainsi les principaux objectifs de cette thèse.Dans un premier temps, 30 souches de L. monocytogenes isolées de différents environnements de transformation des aliments et présentant différents sérotypes et niveaux de virulence ont été exposées à un stress hyperosmotique et à un séchage. Cette approche a permis d'analyser les différences de résistance entre les souches et de sélectionner quatre souches présentant différents profils de résistance pour poursuivre les travaux.Afin de définir les conditions de fluctuations hydriques les plus létales pour les souches de L. monocytogenes, différents paramètres ont été étudiés tels que la vitesse de déshydratation, le niveau d’humidité relative, la vitesse de réhydratation, l’application de cycles successifs de déshydratation-réhydratation et le milieu de séchage.Enfin, les mécanismes cellulaires induisant la mort de L. monocytogenes lors des fluctuations hydriques ont été explorés par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, microscopie à force atomique, cytométrie en flux et par séchage en anaérobiose. Ces différentes méthodes ont permis de révéler qu'un stress mécanique et structural sont majoritairement responsables de la mort de L. monocytogenes.L’ensemble de ce travail démontre que la maîtrise du niveau et des variations de l’humidité relative de l’air est un moyen efficace pour détruire L. monocytogenes et offre de réelles perspectives d’application pour améliorer l’hygiène des ateliers de production alimentaire. / Environmental hydration fluctuations influence microorganism viability and activity. The air relative humidity (RH) is a potentially effective parameter to control the development and the persistence of pathogenic microorganisms. However, efficiency of this parameter remains not well characterized compared to others environmental factors such as pH or temperature. Drying is the final step of cleaning and disinfection processes used in the food industry. However, if this process is empirically used, it could also be used to improve the decontamination of surfaces in premises and reduce the persistence of microorganisms. Despite cleaning and disinfection, Listeria monocytogenes is commonly found in the food industry and persists during long periods. Thus, the main objective of this thesis is to evaluate and understand the impact of hydric fluctuations on L. monocytogenes survival to optimize its destruction on a surface.First, thirty L. monocytogenes strains, isolated from different food processing environment and belonging to different serotypes and levels of virulence, were exposed to hyperosmotic stress and drying process. Differences in resistances among the strains were analyzed and four strains with different resistance to hydric stress were selected to continue this study.To define the most lethal hydric fluctuation conditions for L. monocytogenes strains, various parameters, such as the dehydration kinetic, relative humidity level, the rehydration kinetic, the application of successive dehydration and rehydration cycles and drying medium, have been studied.Finally, cellular mechanisms inducing the cell death during hydric fluctuations were investigated by Fourier transform infrared spectroscopy, atomic force microscopy, and flow cytometry and anaerobic drying. These different methods revealed that mechanical and structural stresses are primarily responsible for the death of L. monocytogenes.This work demonstrates that the control of RH level and variation is an effective means for the destruction of L. monocytogenes and offers real perspectives to improve hygiene in food production premises.

L’un des objectifs du programme de recherche Opticook est d’équiper les fours avec des capteurs spectroscopiques qui permettront de piloter de façon non intrusive la cuisson de viande et de poisson. Le développement de ces capteurs est basé sur l’hypothèse que les protéines de ces aliments sont de bons marqueurs du degré de cuisson. Dans ce contexte, dans un premier temps, plusieurs outils ont été mis en œuvre pour caractériser l’effet de différents barèmes de cuisson sur les propriétés macroscopiques (texture, couleur) d’échantillons de bœuf, de poulet et de dos de cabillaud. Puis, pour étudier les transformations que subissent ces échantillons à l’échelle moléculaire, nous avons utilisé la calorimétrie et différentes spectroscopies. La spectroscopie dans le domaine du visible nous a permis d’observer la dénaturation des hémoprotéines grâce à l’évolution de l’état (oxy à met ). Ces protéines sont responsables du changement de couleur observé entre 50 et 75 °C. Les spectroscopies dans le moyen infrarouge et de fluorescence ont été utilisées pour suivre les changements de structures associées à la dénaturation des protéines fibrillaires. La myosine, purifiée à partir du blanc de poulet, a été étudiée en fonction de la température par fluorescence. Les résultats nous ont montré que des évolutions de la structure protéique se produisent dès 50 °C. À l’échelle microscopique, nous avons réalisé des expériences sur des échantillons de bœuf par RMN bas champ (séquences d’impulsion et gradient de champ), et par tomographie de neutrons pour rendre compte de la contraction des fibres et de la libération du jus selon le degré de cuisson. L’analyse des images 3D enregistrées par tomographie de neutrons et le traitement des données de RMN montrent des changements importants de la morphologie et de la densité de fibres des échantillons après la cuisson à haute température. Pour associer les deux approches (moléculaire et microscopique) des mesures couplées de spectroscopie et d’imagerie de neutrons ont été menées dans le four Opticook pendant la cuisson de tranches de bœuf. Ce couplage nous a permis de suivre l’évolution de la morphologie due à la contraction des fibres, la migration du jus, ainsi que le changement de couleur associé à la dénaturation des hémoprotéines. Nous en concluons qu’il est en effet possible de suivre le degré de cuisson de viande et de poisson à l’aide de différentes spectroscopies (la fluorescence et le visible) grâce aux signatures spectroscopiques de plusieurs marqueurs internes à ces matrices : la myosine, le collagène et les hémoprotéines. / One of the purposes of the Opticook project is to install spectroscopic sensors in ovens, so equipping them with non intrusive tools allowing following cooking process of meat and fish. The hypothesis on which sensors were developed was: are muscular proteins proper probes to discriminate among several cooking degrees? Thus, at the beginning of the project several tools were used to characterise effect of several cooking degrees on macroscopic properties (texture and colour) of beef, chicken and cod fillet samples. Following, calorimetry and spectroscopic techniques were used to study transformations at molecular scale. In particular, visible spectroscopy followed denaturation of haemproteins observing their evolution from oxy to met state. Colour change was observed between 50 and 75 °C. Middle infrared and fluorescence spectroscopies were used to observe evolution of fibrillar proteins which are associated with meat texture changes. One of myofibrils, myosin, was purified from chicken breast and was studied depending on temperature by fluorescence spectroscopy. Observations showed evolution of protein structure occurred around 50 °C. At microscopic scale, low field NMR (spin echo and gradient field configurations) and neutron tomography were used to observe morphology changes and juice release on beef samples according to cooking degree. 3D image analysis and NMR data showed morphology and fibre density changes at high temperature.We associated the two approaches (molecular and microscopic) in the last part of the research. So coupled measures were realised by combining neutron imaging and spectroscopy techniques during cooking process on beef slices by Opticook oven. Coupled measures allowed following morphology evolution because of fibre contractions, juice migration and colour modification as well associated to haemprotein denaturation. In conclusion, it is possible to follow cooking process of meat and fish by following several spectroscopic signatures (fluorescence and visible ones) of matrix own probes: myosin, collage and haemproteins.

L’arille de Momordica cochinchinensis (gac), un fruit de la famille des Cucurbitacées, est la source végétale la plus riche en lycopène et β-carotène. Ces deux composés ont, respectivement, un rôle de puissant antioxydant et de provitamine A, intéressant les compléments santé. Tout d'abord, un procédé d’extraction fractionnée douce a été développé pour extraire ces caroténoïdes naturels en gardant leur qualité originale. Puis, le lycopène et le β-carotène extraits ont été caractérisés et analysés. Au moins 95 % des extraits sont composés de l’isomère all-trans. Ils ne sont pas dégradés pendant le traitement thermique représentant les procédés de formulation. Leur stéréo-mutation thermique a été évaluée. Le lycopène est plus antioxydant et donc plus rapidement isomérisé que le β-carotène à haute température. L’isomérisation augmente leur activité antioxydante, qui a été évalué par test chimique TEAC et sur l’hémolyse des cellules sanguines (KRL) in vitro. Les deux caroténoïdes de l’arille de gac sont beaucoup plus antioxydants que le Trolox contre l’hémolyse. En comparant avec d’autres sources de β-carotène, les caroténoïdes extraits de gac dans ces conditions douces restent antioxydants même à des concentrations plus élevées contrairement à ceux extraits dans des conditions classiques qui deviennent prooxydants. Ces résultats permettent de discuter la bioactivité des caroténoïdes d'après leur qualité et de leur origine, c’est à dire leur source et leur procédé d’extraction. D’un point de vue applicatif, outre le procédé de fractionnement qui est industrialisable, le traitement thermique appliqué permet de contrôler la fonctionnalité des produits riches en caroténoïdes. / The aril of Momordica cochinchinensis (gac), plant from the Cucurbitaceae family, is the richest source of lycopene and β-carotene, which are a strong antioxidant and a pro-vitamin A, respectively, interesting for health-complements. First, a process of soft extraction-fractionation was developed for extracting effectively the natural carotenoids from gac without loss of their original quality. Then, the lycopene and β-carotene extracted from gac were analyzed and characterized. At least 95% of the extracts were composed of the all-trans isomer. They were not degraded during the heat-treatment mimicking formulation processing. Their thermal stereo-mutation was evaluated. Lycopene is more antioxidant, it is thus isomerized more rapidly than β-carotene at high temperature. The isomerization of carotenoids increases their antioxidant activity that was evaluated by the chemical test TEAC and through the hemolysis of red blood cells (KRL) in vitro. The lycopene and β-carotene from gac are notably more antioxidant than Trolox. By comparing with other sources of β-carotene, carotenoids extracted from gac in these soft conditions keep their antioxidant properties, even at high concentration, contrasting with extracts obtained in classical conditions that become prooxidant. From these results, the bioactivity of carotenoids is discussed from their quality and their origin that is their source and extraction process. For application, in addition to the fractionation process which is easily transferable to the industry scale, the heat-treatment used in this study is interesting for controlling products rich in functional carotenoids