Des chercheurs du Département des sciences de l'alimentation (FOOD) de l'Université de Copenhague au Danemark sont les premiers au monde à avoir analysé des grains entiers avec de longues longueurs d'onde dans le proche infrarouge à l'aide d'un nouveau type de source lumineuse, le laser supercontinuum. La recherche a une importance pour notre connaissance des ingrédients alimentaires et peut, par exemple, finalement conduire à une meilleure qualité du pain et de la bière.

Technologiquement, le laser supercontinuum a connu un développement considérable depuis le début du siècle en raison du développement des fibres à cristaux photoniques sur lesquelles le laser est basé. Le projet Light &Food étudie, entre autres, comment utiliser ce laser super puissant pour analyser les aliments.

« Le laser supercontinuum a permis de mesurer de très petits objets rapidement et à haute énergie. Un instrument supercontinuum peut donc potentiellement être utilisé pour mesurer des grains entiers et ainsi trouver des grains avec, par exemple, attaques de champignons ou d'insectes, ou pour trier les grains par cuisson, paramètres de santé ou de qualité, " dit Tine Ringsted, un post-doctorat au Département des sciences de l'alimentation de l'Université de Copenhague.

En mesurant chaque grain, vous pouvez observer plus précisément la variation qui existe naturellement entre les grains du même champ et même de la même paille. La mesure non destructive et rapide des grains individuels peut donc être utilisée en sélection végétale pour trouver les propriétés souhaitables ou dans le tri industriel des grains pour augmenter la qualité. Une application industrielle possible pourrait être de mesurer la teneur en bêta-glucane des fibres alimentaires. Le bêta-glucane dans l'orge et en particulier l'avoine a des propriétés bénéfiques pour la santé telles que l'abaissement du cholestérol sérique, augmentation de la satiété et stabilisation des taux de sucre dans le sang et d'insuline après les repas. Inversement, dans l'industrie brassicole, ils ne sont pas intéressés par des concentrations élevées de bêta-glucane, car il peut obstruer les filtres et créer un précipité trouble dans la bière finie appelé "toux de grand-mère".

Les mesures sur la farine d'orge et les disques d'orge ont précédemment montré des longueurs d'onde riches en informations, mais il n'a pas été possible de mesurer à travers les grains d'orge à ces longues longueurs d'onde du proche infrarouge en raison du manque d'énergie de la lampe du spectromètre traditionnel.

« Le faisceau lumineux collimaté du laser supercontinuum à haute énergie signifiait que nous pouvions mesurer à travers tout le grain d'orge aux longueurs d'onde riches en informations. En utilisant l'analyse de données multivariée (chimiométrie), nous pouvions générer un modèle de régression mathématique qui pouvait prédire la teneur en bêta-glucane à partir de 3,0-16,8 % dans les grains d'orge avec une marge d'erreur de 1,3 % de bêta-glucane, " explique Tine Ringsted.

Le tri des graines au laser augmente la valeur de la bière et du pain

« Un tri des graines signifie que vous pouvez obtenir des grains qui ont des propriétés bénéfiques pour la santé pour une utilisation dans le pain, par exemple, et quelques grains qui sont très bons pour la bière. Cela donnera aux deux produits une valeur plus élevée sans rien faire, mais trier les grains, " dit Tine Ringsted, qui croit que l'analyse des aliments avec des lasers supercontinuum deviendra une nouvelle percée dans l'industrie alimentaire, mais que cela prendra quelques années car le développement repose en grande partie sur la recherche interdisciplinaire, où les besoins et la technologie doivent s'accorder.

"C'est une chose, par exemple, disposer d'un instrument capable de mesurer très rapidement et d'apporter des réponses précises, mais pour que ce soit pratique, il faut aussi avoir un porte échantillon qui permet de mesurer un grand nombre de grains en peu de temps, " explique Tine Ringsted, ajoutant qu'il existe déjà une société suédoise (BoMill), qui a développé un porte-échantillon pouvant traiter trois tonnes de grains par heure, mais ils mesurent les grains à des longueurs d'onde plus courtes et moins informatives.

De bonnes perspectives d'avenir

La mesure du bêta-glucane dans les grains d'orge n'est qu'un exemple de la façon dont un laser supercontinuum peut être utilisé. En plus des mesures de grain unique, le projet Light &Food a également examiné le laser supercontinuum utilisé dans un nouveau spectromètre robuste qui peut potentiellement mesurer de nombreux endroits dans un système de production alimentaire. Par exemple, cela pourrait être utilisé dans l'industrie laitière ou brassicole pour suivre un produit du début à la fin. En outre, il existe un potentiel théorique d'utilisation du laser supercontinuum pour les mesures rapides de gaz - par exemple, des composés aromatiques ou de l'éthylène qui agissent comme une hormone végétale gazeuse à partir de la maturation des fruits.

Globalement, la spectroscopie proche infrarouge permet de mesurer plus souvent et de manière non destructive par rapport aux analyses chimiques humides traditionnelles.

"Un laser supercontinuum offre encore plus d'options pour les mesures alimentaires, il offre donc un grand potentiel pour améliorer la qualité de notre alimentation à l'avenir, " dit Tine Ringsted.