Les protéines alternatives et la manière dont elles pourraient remettre en cause le statu quo du système alimentaire

Rouyu Wu s'engage à connecter les technologies propres aux marchés pour un avenir durable et a commencé à faire du bénévolat pour la Fondation Solar Impulse en 2020. Elle est actuellement directrice de l'innovation et de l'investissement chez Dao Foods Inc, un investisseur et un incubateur en phase de démarrage axé sur l'industrie des protéines alternatives en Chine, pour soutenir les entreprises investies et les opérations de l'incubateur en matière d'innovation, de financement, d'investissement et de financement, et d'activités industrielles.

Fournir à la population croissante une alimentation suffisante et de qualité est une tâche urgente. Les systèmes alimentaires sont responsables de 23 à 42 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre et les aliments d'origine animale sont considérés comme les principaux responsables. D'autre part, l'insécurité alimentaire et la malnutrition restent très répandues : plus de 188 millions d'enfants de moins de cinq ans sont trop petits pour leur âge ou trop minces pour leur taille. Un changement de régime alimentaire en faveur d'une alimentation plus durable peut atténuer le changement climatique, apporter des avantages pour la santé et soutenir les ODD, comme le préconise le dernier sixième rapport d'évaluation du GIEC. Une partie de ce changement peut être soutenue par le développement de produits protéiques alternatifs.

Les trois principaux piliers de la technologie des protéines alternatives

Les produits protéiques alternatifs sont ceux qui reproduisent l'expérience sensorielle et les avantages nutritionnels de la consommation d'aliments d'origine animale. Les produits vont des produits laitiers aux œufs, en passant par la viande, le poisson et les fruits de mer. Les formats de produits sont variés, y compris, mais sans s'y limiter, les produits frais, les produits 3R (prêt-à-manger, prêt-à-chauffer et prêt-à-cuire), les aliments fonctionnels, les snacks et les ingrédients et additifs alimentaires commerciaux ou domestiques d'origine animale. Les différents produits et applications nécessitent des innovations et des développements technologiques différents. Dans l'ensemble, les trois principaux piliers de la technologie des protéines alternatives sont reconnus dans ce secteur naissant mais à croissance rapide : les protéines végétales, les protéines issues de la fermentation microbienne et les protéines cultivées sur cellules.

Protéines d'origine végétale

Les ingrédients végétaux proviennent de cultures et sont traités par des moyens mécaniques, chimiques ou biologiques pour remplacer les composés fonctionnels ou nutritionnels des produits animaux, tels que les protéines, les lipides, les fibres, etc. Le développement des cultures, l'optimisation des ingrédients, et la formulation et la fabrication du produit final, sont les trois étapes générales où se joue la R&D.

Le soja, les pois, le riz, le blé, les haricots mungo sont plus couramment utilisés comme matières premières en raison de leurs caractéristiques nutritionnelles, fonctionnelles et de transformation. Les scientifiques et les entrepreneurs sont à la recherche de nouvelles sources de protéines dans le règne végétal, comme les fèves, les lentilles d'eau et les graines de colza. L'ingrédient super héros de Sustainable Planet Ltd, la protéine de lentille d'eau, est l'un de ces nouveaux ingrédients très attendus. Dans le même temps, toute une série de techniques de sélection sont utilisées ou en cours de développement, des méthodes de sélection conventionnelles aux méthodes modernes de génie génétique, pour optimiser la teneur en protéines, la qualité et la fonction des cultures. Par exemple, les graines de soja sans saveur de banane inhérente peuvent économiser le travail de transformation en aval et augmenter l'acceptation des consommateurs.

La recherche et le développement jouent également un rôle une fois que ces cultures ont été produites. Les plantes sont broyées, extraites et transformées en fractions d'ingrédients purifiés et concentrés, généralement sous deux formes, concentrés ou isolats de protéines. À ce stade, certaines protéines végétales subissent encore d'autres transformations, comme l'hydrolyse, afin d'améliorer leurs propriétés fonctionnelles pour des applications spécifiques.

Enfin, pendant l'étape de formulation et de fabrication du produit, de l'eau, de l'huile, des liants alimentaires, des additifs, des arômes et d'autres formulations sont ajoutés aux ingrédients de base reconstitués pour obtenir la texture et les attributs sensoriels souhaités. Ensuite, le mélange d'ingrédients est structuré et façonné en produits finis par diverses méthodes, telles que l'étirage, le formage à la presse, le pliage, la superposition, l'extrusion, l'impression 3D, etc. Les produits alimentaires 3R à base de plantes de Garden Gourmet, notamment les hamburgers, les saucisses et bien d'autres, sont disponibles pour que les consommateurs puissent y goûter.

Protéines issues de la fermentation microbienne

L'homme utilise depuis longtemps la technologie de la fermentation. La fermentation est le processus de production de biomasse à cellules entières ou de fractions précieuses de celle-ci, basé sur la croissance de toute espèce microbienne dans un environnement contrôlé. La fermentation est très attendue en raison de sa capacité à produire des aliments de manière ultra-efficace. Il existe trois types de fermentation utilisés dans le secteur des protéines alternatives : la fermentation traditionnelle, la fermentation de la biomasse et la fermentation de précision.

Certains de nos aliments préférés, comme le vin, la bière, le pain et le yaourt, sont basés sur la fermentation traditionnelle. L'utilisation de micro-organismes actifs d'origine naturelle, comme la levure, sur des matières premières telles que la pâte de farine confère des propriétés organoleptiques et nutritionnelles uniques aux produits obtenus. L'aliment traditionnel indonésien, le tempeh, en est un bon exemple. Les haricots sont fermentés par le champignon Rhizopus et comprimés en gâteaux denses et moelleux à la texture de viande. C'est aujourd'hui une alternative à la viande végétalienne très tendance. Bien que le processus utilisé pour la fermentation de la biomasse soit similaire à la fermentation traditionnelle, il repose sur la prolifération de micro-organismes qui ont eux-mêmes une forte teneur en protéines. Les champignons et les algues sont deux types de micro-organismes couramment utilisés dans la fermentation de la biomasse. Dans cette vague microbienne, la protéine à base d'Euglena gracilis de Noblegen et la protéine à base de Chlorella d'Alver ne sont pas en reste. Contrairement aux deux autres méthodes, la fermentation de précision utilise des micro-organismes comme usines cellulaires pour produire des molécules cibles. Au cours du processus, un fragment d'ADN de la molécule cible est inséré dans un micro-organisme hôte, qu'il s'agisse d'une levure, d'une bactérie, d'une microalgue ou d'un champignon, selon ce qui convient le mieux à la molécule cible. La fermentation de précision n'est pas nouvelle dans l'industrie biopharmaceutique. L'insuline synthétique est le premier produit issu de cette méthode de production. Très attendue par l'industrie alimentaire, elle peut être utilisée pour fabriquer des protéines, des graisses, des arômes, des vitamines, des pigments colorants, etc.

Image par Chokniti Khongchum de Pixabay

Les micro-organismes jouant un rôle clé dans la fermentation, le développement de souches est une priorité pour l'innovation. On estime que plus de 99 % des billions de micro-organismes présents sur Terre n'ont pas encore été découverts. Les méthodes de criblage à haut débit, le génie génétique avancé et l'apprentissage automatique sont quelques-unes des technologies prometteuses dans ce domaine. L'optimisation des substrats et la conception des bioprocédés sont d'autres priorités clés en matière d'innovation. Elles sont étroitement liées au coût et à l'évolutivité. Les entreprises utilisent des sous-produits agroalimentaires comme l'okara comme substrats de fermentation. Cela permet non seulement de réduire le coût d'achat des matières premières, mais aussi de créer une économie circulaire. Le BioSolar Leaf d'Arborea est une technologie de bioréacteur respiratoire® à membrane qui permet un transfert de gaz et un contrôle de la température hyper efficaces tout en maintenant des conditions de croissance optimales pour la culture de microalgues.

Protéines cultivées sur cellules

Cette méthode repose sur le prélèvement de cellules souches à partir d'une biopsie de l'animal cible, puis sur le développement de lignées cellulaires reproductibles prêtes à proliférer. Les cellules sont ensuite cultivées à des densités et des volumes élevés dans des bioréacteurs contrôlés. Les cellules sont alimentées par une solution riche en nutriments afin de proliférer et de se différencier, puis de former les muscles, la graisse et le tissu conjonctif qui constituent la viande.

Le développement de lignées cellulaires, l'optimisation des fonctions et la réduction des coûts des milieux de croissance, ainsi que les technologies d'échafaudage rendues possibles par l'ingénierie tissulaire et la science des matériaux sont essentiels au développement de produits issus de la culture cellulaire.

Perspectives du marché des protéines alternatives

Les ventes au détail mondiales de substituts de viande et de fruits de mer d'origine végétale (réfrigérés, congelés et de longue conservation) sont estimées à 5,6 milliards de dollars, soit une hausse de 17 % par rapport à l'année dernière, selon Euromonitor et le Good Food Institute. L'Europe occidentale et l'Amérique du Nord figurent parmi les régions les plus matures, avec des ventes de 2,6 milliards de dollars et 2,1 milliards de dollars, respectivement. Selon la même source, le marché mondial de la viande est estimé à 1,7 trillion de dollars. La viande d'origine végétale (marché de détail) représente moins de 0,5 % de la consommation mondiale.

Le potentiel de croissance du marché est énorme. Bien que de nombreuses études de marché donnent des prévisions différentes, on observe globalement une tendance à la hausse cohérente. Barclays prévoit que le marché mondial des substituts de viande pourrait atteindre 140 milliards de dollars de chiffre d'affaires d'ici 2029, tandis qu'Ernst & Young estime que la taille totale du marché pourrait atteindre 153 milliards de dollars d'ici 2030 et que BCG prévoit que le marché pourrait même atteindre 290 milliards de dollars d'ici 2035.

Les produits d'origine végétale dominent les ventes actuelles de protéines alternatives. Les produits dérivés de la fermentation sont à un stade de commercialisation relativement précoce, car la biomasse et les pratiques de fermentation de précision nécessitent une autorisation préalable à la mise sur le marché. Lorsque de nouvelles souches sont utilisées pour la fermentation de la biomasse, de nouvelles réglementations alimentaires s'appliquent. Certains pays ont adopté des réglementations plus strictes en ce qui concerne les méthodes de génie génétique (fermentation de précision). Par exemple, l'hème de l'Impossible Burger n'est autorisé qu'aux États-Unis, au Canada, à Hong Kong, à Singapour, aux Émirats arabes unis, en Australie et en Nouvelle-Zélande. En ce qui concerne les produits issus de la culture cellulaire, Singapour reste à ce jour le seul pays à avoir approuvé la mise sur le marché d'un produit à base de viande cultivée. Cependant, à mesure que les produits issus de la culture cellulaire se rapprochent de la commercialisation, les pays s'efforcent de développer des voies d'approbation réglementaire.

En plus des approbations réglementaires, l'acceptation par les consommateurs est essentielle à la croissance et à l'échelle de l'industrie des protéines alternatives. La clé de l'acceptation par les consommateurs est la parité en termes de prix et de qualité. L'innovation et le développement technologique sont les seuls moyens d'améliorer la qualité des produits et de réduire les coûts en accélérant l'échelle de production. Une chose est sûre, les aliments sur les rayons des supermarchés seront très différents dans les 5 à 10 prochaines années.

Références

1. https://globalnutritionreport.org/reports/2021-global-nutrition-report/
2. https://www.fao.org/ag/againfo/themes/en/meat/home.html
3. https://www.fao.org/3/cb5332en/Meat.pdf
4. https://www.nytimes.com/2016/05/24/science/one-trillion-microbes-on-earth.html#:~:text=Selon%20une%20nouvelle%20estimation,le%20nombre%20de%20espèces%20d'insectes
5. https://gfi.org/wp-content/uploads/2022/04/2021-Plant-Based-State-of-the-Industry-Report-1.pdf
6. https://gfi.org/wp-content/uploads/2022/04/2021-Fermentation-State-of-the-Industry-Report.pdf
7. https://gfi.org/wp-content/uploads/2022/04/2021-Cultivated-Meat-State-of-the-Industry-Report-1.pdf
8. https://apps.who.int/iris/handle/10665/350965
9. https://provegincubator.com/fermentation-a-quick-guide-for-alt-protein-fans/#:~:text=Biomasse%20et%20précision%20de la fermentation,%2C%20molécules%2C%20d'arômes%20et%20pigments
10. https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg3/
11. https://www.ey.com/en_us/food-system-reimagined/protein-reimagined-challenges-and-opportunities-in-the-alternative-meat-industry
12. https://home.barclays/news/2021/05/the-future-of-food/
13. https://www.bcg.com/press/23march2021-alternative-protein-market-reach-290-billion-by-2035