Interactions macromolécules-métabolites pour l’étude de la stabilité colloïdale de boissons à faibles teneurs en éthanol

- description du projet 

Les boissons produites à partir de végétaux, fermentés ou non, sont naturellement riches en macromolécules telles que polysaccharides et protéines, et en métabolites secondaires dont les polyphénols sont des représentants emblématiques compte tenu de leurs rôles fondamentaux dans les propriétés organoleptiques et/ou de santé de ces boissons.

La nature des composés est variable en fonction de la source végétale utilisée et des procédés technologiques qui sont utilisés pour leur obtention. Les polyphénols proviennent exclusivement des sources végétales utilisées pour la production des boissons (fruits ou céréales), tandis que les polysaccharides et les protéines peuvent provenir de la matière première ou des ferments utilisés pour la production des boissons. Toutefois, les traitements réalisés lors de l’élaboration des boissons peuvent également modules les concentrations en ces composés, notamment au travers de l’ajouts de produits de collage et/ou de stabilisation (mannoprotéines, gommes..).

Dans les milieux hydroalcooliques, les macromolécules, seules ou en interaction entre elles, forment des structures supramoléculaires métastables. La formation de ces structures supramoléculaires et leur évolution conditionnent les caractéristiques physico-chimiques et sensorielles telles que la couleur, l’amertume ou l’astringence, qui sont par ailleurs intimement liées à la composition polyphénolique. Cependant, sous l’effet de modifications physico-chimiques (pH, température, teneur en éthanol) ces structures solubles peuvent facilement devenir instables, en provoquant l’apparition de troubles, de dépôts et de modifications organoleptiques (Zanchi et al., 2008).

Or, les boissons alcooliques sont actuellement dans une forte démarche d’adaptation aux demandes des consommateurs, que ce soit en relation avec la santé, ou en réponse à des influences environnementales telles que le changement climatique. La réduction de la teneur en alcool des vins est emblématique de cette démarche (Geffroy et al., 2022 ; Feilhes et al., 2023), et de gros efforts sont fournis actuellement par les industriels pour le développement de procédures technologiques qui permettent de réduire partiellement ou totalement les teneurs en éthanol (Sekhorn et al., 2024). Cependant, l’impact de ces modifications sur les caractéristiques physico-chimiques de stabilité colloïdale, de couleur ou de capacité antioxydante des boissons alcooliques reste largement inexploré à ce jour.

Ce projet a pour ambition de caractériser les mécanismes responsables de l’apparition d’instabilité colloïdale dans les vins rouges dont la teneur en éthanol est modifiée par procédé physique (technologies membranaires) après fermentation alcoolique, afin d’identifier des paramètres physico-chimiques indicateurs de risque d’apparition de troubles. Pour cela, nous envisageons l’étude d’édifices supramoléculaires colloïdaux d’une pat en systèmes modèles contrôlés et d’autre part en systèmes réels représentatifs (vins rouges de différents cépages et différents millésimes). Une originalité de ce travail reposera sur l’intégration de stratégies analytiques aux échelles moléculaires et macromoléculaires ainsi qu’à leurs interactions avec notamment : (i) HPLC-SEC avec détecteur de type MALS pour l’analyse ciblée des mécanismes d’association protéines/polyphénols et polysaccharides/polyphénols, et (ii) métabolomique non ciblée pour l’identification de la diversité moléculaire (dont polyphénolique) potentiellement impliquée dans ces édifices supramoléculaires.

Nous tenterons ainsi de répondre à des questions scientifiques telles que : (i) est-il possible d’identifier des paramètres structuraux et de composition, qui sont responsables de l’instabilités d’associations macromolécules-polyphénols dans les vins à des teneurs naturelles en éthanol ? (ii) à parti de ces critères, est-il possible de rationnaliser l’impact d’un traitement de réduction de la teneur en éthanol sur le devenir de ces associations ?

Pour cela, le déroulé de la thèse sera le suivant :

Année 1 : systèmes modèles

Extraction/purification de macromolécules représentatives (polysaccharides, protéines) et polyphénols d’origines variées (raisin, vins, levures) pour produire des milieux modèles représentatifs.

Production et analyse de systèmes simples avec des caractéristiques physico-chimiques contrôlées (nature de la macromolécule et du polyphénol, pH, teneur en éthanol) sur la base.

Outils pertinents : chromatographie flash, électrophorèse, HPLC-SEC-MALS

Année 2 : Vins rouges (partenariat IFV pour les technologies membranaires)

Application/optimisation des méthodes développées en systèmes modèles

Approches analytiques non ciblées pour l’identification de fractions moléculaires complexes impliquées dans la stabilisation/déstabilisation d’édifices macromoléculaires selon la nature du cépage et/ou du millésime

Développement d’outils de caractérisation des interactions molécules-macromolécules dans les troubles et précipités

Outils pertinents : HPLC-SEC-MALS, métabolomique (spectrométrie de masse à très haute résolution), techniques préparatives

Année 3 : Synthèse et modélisation

Finalisation des développements de l’année 2

Constitution de bases de données métaboliques et macromoléculaires associées à la stabilité colloïdale de vins rouges

Intégration des données pour l’élaboration de modèles d’évolution de la stabilité colloïdale en fonction de la teneur en éthanol

Outils pertinents : gestion de bases de données, statistiques

• Feilhes ,C., Davaux, F., Gervbaux, V. (2023). https://www.vignevin.com/article/desalcoolisation-un-enjeu-face-a-la-surmaturation-des-raisins/
• Geffroy, O., Pasquier, G., Pagès, M., & Violleau, F. (2022). Exploring the response to a new range of ethanol reductions in Chardonnay and Syrah wines using a Consumer Rejection Threshold approach. OENO One, 56(4), Article 4. https://doi.org/10.20870/oeno-one.2022.56.4.7112
• Kassara, S., Norton, E. L., Mierczynska-Vasilev, A., Lavi Sacks, G., & Bindon, K. A. (2022). Quantification of protein by acid hydrolysis reveals higher than expected concentrations in red wines: Implications for wine tannin concentration and colloidal stability. Food Chemistry, 385, 132658. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.132658
• Marangon, M., Marassi, V., Roda, B., Zattoni, A., Reschiglian, P., Mattivi, F., Moio, L., Ricci, A., Piombino, P., Segade, S. R., Giacosa, S., Slaghenaufi, D., Versari, A., Vrhovsek, U., Ugliano, M., De Iseppi, A., Mayr Marangon, C., & Curioni, A. (2024). Comprehensive analysis of colloid formation, distribution, and properties of monovarietal red wines using asymmetrical flow field-flow fractionation with online multidetection. Food Research International, 187, 114414. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2024.114414
• Marassi, V., Marangon, M., Zattoni, A., Vincenzi, S., Versari, A., Reschiglian, P., Roda, B., & Curioni, A. (2021). Characterization of red wine native colloids by asymmetrical flow field-flow fractionation with online multidetection. Food Hydrocolloids, 110, 106204. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2020.106204
• Millet, M., Poupard, P., Le Quéré, J.-M., Bauduin, R., & Guyot, S. (2017). Haze in Apple-Based Beverages: Detailed Polyphenol, Polysaccharide, Protein, and Mineral Compositions. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 65(31), 6404–6414. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.6b05819
• Romanet, R., Bahut, F., Nikolantonaki, M., & Gougeon, R. D. (2020). Molecular Characterization of White Wines Antioxidant Metabolome by Ultra High Performance Liquid Chromatography High-Resolution Mass Spectrometry. Antioxidants, 9(2), Article 2. https://doi.org/10.3390/antiox9020115
• Sekhon, K., Sun, Q., Sekhon, K., & Sun, Q. (2024). Opportunities and Challenges for Low-Alcohol Wine. In Global Warming and the Wine Industry—Challenges, Innovations and Future Prospects. IntechOpen. https://doi.org/10.5772/intechopen.1004462
• Tongkanarak, K., Loupiac, C., Neiers, F., Chambin, O., & Srichana, T. (2024). Evaluating the biomolecular interaction between delamanid/formulations and human serum albumin by fluorescence, CD spectroscopy and SPR: Effects on protein conformation, kinetic and thermodynamic parameters. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 239, 113964. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2024.113964
• Zanchi, D., Poulain, C., Konarev, P., Tribet, C., & Svergun, D. I. (2008). Colloidal stability of tannins: Astringency, wine tasting and beyond. Journal of Physics: Condensed Matter, 20(49), 494224. https://doi.org/10.1088/0953-8984/20/49/494224

Université de Bourgogne Europe - DIJON

Laboratoire d'accueil : PAM

- connaissances et compétences requises

Le sujet proposé intègre à la fois de la chimie analytique et de la physico-chimie des aliments et du vin. Teodor MILOSEVIC, le candidat proposé sur ce projet, possède la formation nécessaire pour assurer le bon déroulement du projet. Il est actuellement en deuxième année de master MP² (Microbiology and Physicochemistry for food and wine processes), sur l’option physico-chimie, qui s’adapte parfaitement au projet à développer. Actuellement il réalise son stage de M2 (30ECTS) sur le projet LANCET (stabilité colloïdale des vins à teneur en alcool réduite), financé par un Carnot Qualiment (POC), et qui est préliminaire au projet décrit ci-dessus. Teodor MILOSEVIC est un étudiant qui possède les compétences en chimie analytique, physico-chimie et statistiques nécessaires. Son travail montre de la rigueur scientifique et il est attiré par la recherche fondamentale et par l’explication des phénomènes sous-jacents aux observations à échelle macroscopique, essentiels pour la réussite dans le développement du projet.