Pourquoi un masticateur artificiel?

L’accès à l’intérieur de la bouche n’est pas possible dans des conditions normales pendant la mastication et la collecte d’un bol alimentaire obtenu in vivo n’est que partielle. Cet appareil a été conçu pour simuler la mastication et reproduire la formation d’un bol alimentaire. Il permet un contrôle permanent du déroulement du processus et une collecte de la totalité du bol alimentaire à tout moment de la séquence de mastication.

Le masticateur artificiel AM2 permet de simuler les actions mécaniques intervenant pendant la mastication pour déstructurer l’aliment solide. Il permet de reproduire un bol alimentaire dans différentes conditions physiologiques (température, salive, forces développées…) pour simuler une mastication normale ou déficiente, caractéristiques de la population ciblée (personne âgée, enfant…). L’AM2 permet l’obtention d’informations détaillées sur les modifications de l’aliment en cours ou à la fin de mastication, et permet de s’affranchir des contraintes inhérentes aux études de la mastication chez l’homme.

Principe de fonctionnement

Le principe de fonctionnement de l’AM2 est basé sur l’affrontement de deux mâchoires (disques maxillaire et mandibulaire), l’une fixe, l’autre mobile, chacune porteuse d’une « arcade dentaire ».  Ces « arcades dentaires » présentent une surface masticatoire comparable aux surfaces dentaires utilisées lors de la mastication humaine. Elles ne reproduisent pas l’anatomie humaine mais ont été conçues pour imposer à l’aliment les mêmes types de contraintes de compression et de cisaillement que celles développées in vivo (Peyron & Woda, Current Op Food Sci, 2016).  Ces mâchoires sont actionnées par des moteurs asservis par automate (Woda et al, J Biomechanics, 2010).

Les principaux paramètres contrôlés par l’expérimentateur sont :

• le type de mastication : périodique, mâchouillement (enfant), compression langue-palais (personne édentée)…
• le type de contraintes appliquées à l’aliment par les mâchoires : cisaillement / compression associés au type de mouvements verticaux et latéraux de la mâchoire inférieure
• le nombre de cycles masticatoires, la durée de ces cycles ou la durée de la séquence de mastication
• la gamme de force de mastication à appliquer en fonction de la dureté de l’aliment mastiqué
• l’utilisation d’une salive artificielle, de composition (minéraux, glycoprotéines, enzymes …) et quantité/fréquence d’injection ajustables, ou de salive humaine
• la température de la chambre de mastication  

Validation de l’appareil

La validation du masticateur artificiel AM² a été faite par comparaison des distributions granulométriques de bols alimentaires obtenus in vivo chez des volontaires sains ayant une bonne mastication et in vitro avec l’appareil (Mishellany-Dutour et al, Food Qual Pref, 2011). 

Le bol alimentaire obtenu in vitro possède les mêmes propriétés granulométriques que celles observées après mastication in vivo. Cet outil peut donc produire des bols alimentairescomparables à ceux formés in vivo (Figures 3 et 4). Ce résultat est obtenu par la mise en œuvre de mouvements et forces comparables à celles développées in vivo.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          

Analyse des bols alimentaires et Questions scientifiques ciblées

Le masticateur artificiel est mis en œuvre pour produire des bols alimentaires destinés à divers objectifs scientifiques.

Il peut être programmé pour simuler une mastication normale ou déficiente.

• Caractérisation des propriétés physiques et biochimiques du bol alimentaire au moment de la déglutition : mesures granulométriques et/ou rhéologiques, imprégnation salivaire, digestion enzymatique salivaire…
• Cinétique de formation du bol alimentaire en termes de propriétés physiques et biochimiques…
• Analyse de constituants alimentaires : nutriments libérés de la matrice alimentaire au cours de la mastication (bioaccessibilité), modifications biochimiques des nutriments par la salive (digestion orale…)…
• Production de bols alimentaires pour digesteur artificiel / instrumenté et mesures de digestibilité ou de suivi cinétique de bioaccessibilité intestinale…
• Formulation et texture des aliments (destinés à l’homme ou à l’animal), comportement en bouche…
• Test de comportement des matériaux dentaires en conditions orales (usure…)…
• Libération orale de principes actifs de médicaments (galénique) ou de composés toxiques, polluants alimentaires…

Domaines d’application

La réalisation de ce masticateur est l’aboutissement de notre collaboration sur plus de 20 ans de recherche, nous assurant une large connaissance et une bonne maîtrise de la physiologie de la fonction de mastication, et de sa traduction en un dispositif électro-mécanique asservi. 

Quel que soit l’aliment considéré, la programmation de l’appareil est systématiquement réalisée par comparaison de la granulométrie des bols obtenus in vivo et in vitro, et ajustement progressif des paramètres contrôlés : nombre de cycles masticatoires, type de contraintes, forces à appliquer, mastication normale ou déficiente, type et quantité de salive…etc. Il permet donc la mastication in vitro de tout type d’aliment solide ou semi-solide.

Le masticateur AM² a donc été élaboré pour répondre à des questions scientifiques et des demandes très variées issues des domaines de la recherche fondamentale (physiologie orale, nutrition…), sciences des aliments (formulation de nouveaux produits par exemple), pharmacie/galénique, alimentation humaine et animale, sur des populations spécifiques ciblées (personnes âgées, édentées, appareillées ou non, enfants…), dans le domaine médical et dentaire, des tests d’usure des matériaux…etc