Aliments riches en protéines issus de résidus de bière et de pommes Les protéines végétales, substituts de viande de demain

Drêches de bière, marc de pomme et lupins amers : le Centre pour la nutrition et les technologies alimentaires transforme ces résidus inutilisés en produits protéiques de haute qualité. Trois projets de recherche explorent de nouveaux substituts de viande et de fromage riches en protéines et démontrent l'utilité des analyseurs modernes d'acides aminés pour la technologie alimentaire.

Presque tous les Allemands ont déjà consommé des légumineuses – beaucoup y sont initiés dès leur plus jeune âge, mais rares sont ceux qui le savent. Ce qui pourrait sans problème passer pour le nom d’une affection cutanée désagréable est en réalité le terme technique désignant les légumineuses. Parmi celles-ci, on trouve des espèces bien connues telles que les pois, les lentilles, les haricots et le soja, mais aussi des variétés à petits grains, comme le trèfle et la luzerne. Ces plantes sont, à bien des égards, de véritables champions botaniques. D’une part, les légumineuses sont non seulement capables d’absorber le CO₂ de l’air, mais aussi de fixer et d’enrichir l’azote atmosphérique. À proprement parler, ce ne sont pas les plantes elles-mêmes qui accomplissent cette tâche, mais des bactéries dites « rhizobiennes » présentes sur leurs racines, qui vivent en symbiose avec la plante. Lorsque les agriculteurs intègrent des légumineuses dans leur rotation des cultures, cela peut réduire les besoins en engrais azotés.

D'autre part, les légumineuses produisent des protéines de haute qualité et constituent une source importante de protéines pour l'alimentation humaine et animale. Les légumineuses jouent notamment un rôle central en tant que source de protéines dans les régimes végétariens ou végétaliens.

Analyse des acides aminés pour des aliments optimisés

Malgré ces caractéristiques avantageuses, la culture régionale des légumineuses en Allemagne a fortement reculé par le passé. Pour y remédier, le ministère fédéral de l'Agriculture, de l'Alimentation et des Territoires (BMLEH) a lancé fin 2012 la Stratégie pour les protéagineux. Cette initiative vise à promouvoir la culture et la valorisation des protéagineux en Allemagne. Les premiers résultats sont déjà visibles : alors qu’en 2012, la part des légumineuses ne représentait que 3 % de la superficie cultivée totale en Allemagne, en 2025, 5,9 % des terres arables étaient déjà consacrées à la culture de légumineuses.

Cependant, la stratégie du ministère fédéral en matière de protéines végétales ne se limite pas à l'intensification de la culture des légumineuses ; elle encourage également de nouvelles approches en matière d'extraction des protéines. Parmi celles-ci figurent des procédés durables qui exploitent des résidus jusqu'ici peu utilisés comme ressource pour produire des protéines végétales comestibles de haute qualité. C'est dans cette optique que le Centre pour la nutrition et la technologie alimentaire (ZELT gGmbH) a étudié, dans le cadre de trois projets, les matières premières et les protéines présentes dans les substrats végétaux. L’analyseur d’acides aminés Aracus de la société Membrapure GmbH a constitué la base technologique de ces travaux. L’entreprise développe sa propre technologie d’analyse et fournit des systèmes de laboratoire et d’analyse destinés à des applications dans les domaines de la recherche, du diagnostic, de l’analyse environnementale et alimentaire, ainsi que dans l’industrie pharmaceutique et l’industrie en général.

Alors que les analyses protéiques classiques déterminent souvent la teneur en azote total ou en protéines brutes, l'analyse des acides aminés permet une approche plus nuancée. Elle révèle quels acides aminés sont présents dans le substrat et dans quelles proportions. Cette information est essentielle, notamment pour le développement de substituts végétaux à la viande ou au fromage, car la valeur biologique d’une protéine dépend directement de sa composition en acides aminés. Les acides aminés essentiels, que le corps humain ne peut pas synthétiser lui-même, jouent ici un rôle décisif.

Substitut de saucisse à griller à base de drêches de bière

Le premier projet de ZELT, intitulé « Malt-Fungi-Protein », porte sur la valorisation des drêches de bière. Dans ce cadre, les chercheurs ont testé, en collaboration avec la brasserie Störtebeker de Stralsund et de nombreux autres partenaires, comment produire un substitut végétal à la viande à partir de drêches de bière, un sous-produit de la brasserie. Les drêches de bière servent ici de substrat pour la culture du mycélium fongique. Les champignons forment un mycélium riche en protéines et y produisent de grandes quantités de protéines fongiques à haute valeur nutritionnelle. L’un des objectifs du projet était d’améliorer la biodisponibilité des acides aminés et d’augmenter la teneur en acides aminés essentiels de grande valeur.

Pour cette application, il est nécessaire de connaître les acides aminés présents dans le mélange de drêches et de mycélium, ainsi que leurs quantités respectives. « Chaque acide aminé agit différemment dans l’organisme. C’est pourquoi, d’un point de vue nutritionnel, il est important de savoir lesquels sont présents », explique Jörg Reichert, collaborateur du projet au ZELT. L'analyseur d'acides aminés reproduit l'ensemble du spectre de la séquence d'acides aminés. « Par rapport à d'autres méthodes, cela est plus rapide et moins coûteux », précise Nino Beisler, coordinateur de projet au ZELT. L’équipe a donc renoncé aux analyses chromatographiques ou électrophorétiques ainsi qu’aux réactions colorimétriques spécifiques. Ces méthodes auraient nécessité des préparations d’échantillons trop complexes ou auraient fourni des résultats trop peu spécifiques.

À l'aide de l'analyseur d'acides aminés, les chercheurs ont évalué si la fermentation utilisée conduisait effectivement à une amélioration de la qualité des protéines : des aminogrammes détaillés ont été établis et les modifications du profil en acides aminés au cours des différentes étapes du processus ont été documentées. L'équipe du projet a fait varier la température, le pH, la pression ainsi que différentes espèces de champignons, puis a mesuré, à l'aide de l'analyseur d'acides aminés, les effets de ces paramètres sur la composition en acides aminés. Les chercheurs ont ainsi pu définir de manière ciblée des conditions de procédé permettant d'obtenir une qualité optimale des protéines. 

L'analyse a montré que le traitement par fermentation permettait effectivement d'obtenir des profils en acides aminés plus favorables, notamment en ce qui concerne les acides aminés essentiels sur le plan nutritionnel. Dans le cadre du projet, le mélange fermenté de drêches et de mycélium a été transformé en extrudés pouvant être utilisés comme ingrédients dans des substituts de viande d’origine végétale. Les données analytiques ont permis non seulement d’évaluer les propriétés nutritionnelles, mais aussi d’adapter les formulations sur le plan technologique.

En faisant varier différents paramètres tels que la température, le pH et la pression lors de la culture des champignons, ainsi qu’en utilisant divers substrats comme les drêches de blé, d’orge et de bière brune, les scientifiques ont pu déterminer progressivement les conditions optimales pour la croissance du mycélium. Ces recherches se sont étalées sur plusieurs années et se sont achevées en août 2025. « Grâce à l’ajustement des paramètres, nous avons en effet pu obtenir un meilleur rapport quantitatif entre les acides aminés », explique M. Beisler, coordinateur du projet.

La composition, la texture et la durée de conservation du mélange de drêches et de mycélium répondaient aux exigences fixées. Le mélange final a notamment servi à fabriquer des produits extrudés pouvant être utilisés comme ingrédients dans la production alimentaire. Cela permettrait, par exemple, de remplacer partiellement la viande dans une saucisse à griller, afin de réduire les besoins en élevage et de développer des produits plus durables.

Protéines de lupin – sans arrière-goût amer

Dans le cadre du projet de recherche « Leguland », la société ZELT gGmbh a mené, dans le cadre d’un deuxième projet, des recherches sur les possibilités d’exploitation du lupin blanc, une légumineuse. Il présente déjà une teneur élevée en protéines et une forte proportion d’acides aminés essentiels dotés d’une très bonne biodisponibilité, ce qui en fait un produit de substitution intéressant pour les protéines animales. Cependant, au cours de sa croissance, le lupin blanc produit des substances amères, appelées alcaloïdes, qui lui servent de protection contre les prédateurs. En grandes quantités, ces substances sont même toxiques, de sorte qu’au-delà de certaines limites, la plante ne peut être utilisée ni dans l’alimentation humaine ni dans l’alimentation animale. La culture du lupin blanc n’a donc pas rencontré un grand succès auprès des agriculteurs, car il n’existait aucune possibilité de valorisation de la récolte. C’est ce que les scientifiques spécialisés dans l’alimentation ont cherché à changer grâce à leurs travaux.

Ce projet de recherche visait à mettre au point des isolats protéiques exempts de substances amères issus du lupin blanc, afin de créer ainsi de nouvelles possibilités d'exploitation. Pour y parvenir, les chercheurs ont mis au point un nouveau procédé permettant d’éliminer les substances amères de la plante. À cette fin, ils ont utilisé l’analyseur d’acides aminés Membrapure pour étudier l’évolution de la structure protéique au cours du processus.

Au cours du projet, il a finalement été possible d'extraire les substances amères de la protéine végétale tout en respectant les limites fixées dans le secteur alimentaire. La structure naturelle de la protéine a ainsi été préservée et la présence d'acides aminés essentiels a été mise en évidence dans le produit. Il s'est avéré que le procédé envisagé fonctionnait dans la pratique. Le projet s'est achevé en mars 2025.

À partir des résultats obtenus en laboratoire, la prochaine étape consiste à passer à l'échelle technologique, où l'on traite non plus de petites quantités de 100 grammes, mais des lots de l'ordre de 100 kilogrammes. « Nous voulons faciliter le passage à l'échelle industrielle et sommes en mesure d'extrapoler les résultats jusqu'à des lots de plusieurs tonnes », explique M. Beisler, coordinateur du projet ZELT. Pour Leguland, il a mis au point avec son équipe un procédé permettant de produire un isolat protéique de haute qualité à partir de quantités de 50 kilogrammes.

Transformer les déchets de pommes en aliments complets

Dans le troisième projet – Apple –, il s’agissait d’enrichir le marc de pomme en protéines, là encore à l’aide de mycélium fongique et dans le but d’augmenter la teneur en acides aminés biodisponibles. Pour ce faire, les chercheurs du projet ZELT ont identifié le substrat optimal ainsi que le type et la quantité d’acides aminés à inclure dans le mélange. Le résultat, prévu pour décembre 2025 : une matrice de matières premières nouvellement développée, sur laquelle le champignon peut bien se développer et former la structure protéique souhaitée. La qualité des matières premières utilisées ainsi que la technologie de production mise en œuvre se sont avérées être des facteurs décisifs pour ce résultat.

Sans une technologie telle que l'analyseur d'acides aminés de Membrapure, le développement d'aliments à base de protéines végétales de haute qualité ne serait pas possible sous cette forme. « Il est d'une grande aide pour l'évaluation », confirme M. Beisler. Le Centre de nutrition et de technologie alimentaire est très satisfait de l'utilisation de cet appareil. « Au cours du projet, il n’y a eu ni temps d’arrêt prolongés ni erreurs graves. »

Les mesures peuvent être effectuées en continu, 24 heures sur 24, et l'analyseur automatisé d'acides aminés ne nécessite aucune intervention d'un technicien qualifié pendant son fonctionnement. Comparés à d'autres appareils, les temps de traitement, qui peuvent atteindre 75 minutes par analyse, sont certes longs, mais l'analyseur fournit en contrepartie des informations très complètes sur les profils d'acides aminés.

Conclusion

Les projets portant sur la composition et la biodisponibilité des protéines font progresser la technologie alimentaire. « Nous avons ainsi mis en évidence trois voies permettant de transformer diverses matières premières et résidus végétaux en matières premières de haute qualité, riches en protéines, destinées à la fabrication d’aliments durables. Actuellement, ces résidus ne sont valorisés que de manière rudimentaire, c’est-à-dire comme aliments pour animaux ou à des fins énergétiques », résume M. Reichert, collaborateur du projet ZELT. La possibilité de déterminer les profils en acides aminés de manière reproductible et économique revêtait une importance particulière pour les chercheurs. Des méthodes alternatives, chromatographiques ou électrophorétiques, auraient parfois été nettement plus complexes. L’analyseur d’acides aminés a ainsi facilité non seulement l’évaluation scientifique des matières premières, mais aussi le développement pratique des procédés. 

Les projets de recherche menés au Centre de nutrition et de technologie alimentaire montrent que les matières premières végétales biogènes peuvent être transformées en produits protéiques de haute qualité. L'optimisation des procédés et les analyses d'acides aminés permettent d'améliorer à la fois la biodisponibilité et le profil en acides aminés. La société ZELT gGmbH a par ailleurs démontré que les procédés mis au point pouvaient être transposés de l'échelle du laboratoire à des volumes de production plus importants. Les connaissances acquises constituent une base pour de futurs projets de recherche et développement et permettent ainsi d'apporter des solutions tout au long de la chaîne de valeur. L’analyseur d’acides aminés de Membrapure devrait également être utilisé dans le cadre de projets ultérieurs chez ZELT – trois nouveaux projets sont d’ores et déjà en phase d’approbation.

Cet article a déjà été publié sur notre site partenaire www.foodtec-insider.de.