I. EXPLORATION D’UN DOMAINE DE COMPOSITION ETENDU
Comme évoqué dans l’introduction de ce manuscrit, le terme de produits céréaliers alvéolaires déformables regroupe un nombre important de produits de panification et de pâtisserie. Le choix du produit modèle a porté sur une formule de « pain de mie enrichi » (eau + farine + saccharose + huile de colza + levure), composition intermédiaire entre les produits de panification relativement « pauvres » (farine + eau + sel + levure) et les produits de pâtisserie contenant des œufs, dont l’élaboration est plus difficile à maîtriser. Dans une première approche, un domaine de composition assez large cohérent par rapport aux produits céréaliers de cuisson est balayé. Divers formules standards (baguette, pain de mie, petit beurre…) sont incluses dans ce domaine. Les teneurs des ingrédients du domaine peuvent être exprimées par rapport :
A la masse totale (MT) : l’eau varie de 30 à 60 %, l’huile de colza de 0 à 15 %, le
saccharose de 0 à 20 % et la farine de 35 à 60 %.
A la masse de la farine humide (MF) : l’eau varie de 50 à 140 %, l’huile de colza de 0 à
35 % et le saccharose de 0 à 45 % (cf. annexe 1).
En technologie de panification, il est plus usuel d’exprimer les teneurs des ingrédients par rapport à la masse de la farine. Nous avons donc retenu cette convention pour l’ensemble de l’étude. Les teneurs en levure et en sel sont respectivement égales à 3 et 2 % (MF).
Les différentes formules sont représentées sur les diagrammes ternaires complémentaires de la figure 80. Dans le premier ternaire, chacun des points correspondant à une formule est positionné par rapport à sa teneur en saccharose, en huile de colza et en matière sèche de la farine, calculées par rapport à la matière sèche totale (MS) de la pâte. Le second diagramme ternaire donne les teneurs en saccharose, en eau et en matière sèche de la farine exprimées par rapport à la matière hydrophile totale (MH) (matière totale sans l’huile ajoutée) de la pâte. Les points placés sur les ternaires correspondent aux 30 formules testées et fabriquées jusqu’au stade final (produit de cuisson). La lecture des proportions se fait par projection des points sur les côtés des ternaires parallèlement aux côtés suivants dans le cas d’une rotation dans le sens des aiguilles d’une montre.
Pâte A : 62% eau ; 7,7% saccharose et 4,8% huile de colza (MF)
Pâte B : 120% eau ; 7,2% saccharose et 4,8% huile de colza (MF)
Figure 81 : Effet de l’augmentation de la teneur en eau sur la structure alvéolaire des produits de cuisson (images scannées à une résolution 150 dpi).
Pâte C : 60,5% eau ; 2% saccharose et 2% huile de colza (MF)
Pâte D : 60,5% eau ; 20% saccharose et 2% huile de colza (MF)
Figure 82 : Effet de l’augmentation de la teneur en saccharose sur la structure alvéolaire des produits de cuisson (images scannées à une résolution 150dpi).
Par exemple les coordonnées de la formule 12 :
Sur le premier ternaire (MS) : 32,27 % pour le saccharose, 3,76% pour l’huile de colza et
63,97% pour la matière sèche de la farine.
Sur le second ternaire (MH) : 21,05 % pour le saccharose, 37,21% pour l’eau et 41,73%
pour la matière sèche de la farine.
Ces coordonnées sur les diagrammes ternaires complémentaires permettent de retrouver pour chacune des formulations les teneurs en ingrédients exprimées par rapport à la masse de la farine (MF) ou la matière totale (MT).
II. DELIMITATION DU DOMAINE DE L’ETUDE
Les pâtes, relatives aux 30 formules du domaine, montrent des différences de comportement dés l’étape de pétrissage où elles atteignent des consistances variant dans la gamme comprise entre 100 et 300 UB. Le suivi du comportement des pâtes tout au long du processus de fabrication permet de délimiter le domaine de concentration en eau, saccharose et huile de colza pour l’obtention de produits de cuisson à structure alvéolaire. Les critères de délimitation concernent les propriétés visuelles de la pâte (aspect, homogénéité…), le volume des produits cuits et l’aspect des mies.
Teneur en eau : pour les formules à teneur en eau élevées (>70% (MF)), le protocole de
fabrication (figure 53a) ne permet pas d’obtenir des pâtes homogènes avec un aspect lisse. A la fin du pétrissage, les pâtes présentent des grumeaux plus au moins importants en taille et en nombre. En conséquence directe de cette hétérogénéité (due à un excès d’hydratation) l’augmentation du volume de la pâte au cours de la fermentation est très faible. En fin de cuisson, les produits présentent une mie gélatineuse dans laquelle la présence de grumeaux peut être décelée. Dans certains cas, le produit présente un gradient d’eau dans la partie inférieure. La figure 81 montre deux produits, à mêmes teneurs en saccharose et en huile de colza mais à des teneurs en eau différentes. Lorsque la teneur en eau augmente de 62 à 120% (MF), le produit ne s’expanse quasiment plus et ne cuit plus (évaporation d’une quantité d’eau insuffisante).
Teneur en saccharose : les pâtes relatives aux formules à forte teneur en saccharose
(>15%.(MF)) sont collantes en sortie pétrissage. L’augmentation du volume au cours de la fermentation est d’autant plus faible que la teneur en saccharose est importante. L’augmentation de la pression osmotique provoquée par l’ajout de saccharose, est
Pâte E : 65% eau ; 10% saccharose et 2% huile de colza (MF)
Pâte F : 65% eau ; 10% saccharose et 10% huile de colza (MF)
Figure 83 : Effet de l’augmentation de la teneur en huile de colza sur la structure alvéolaire des produits de cuisson (images scannées à une résolution 150dpi).
Figure 84 : Représentation des familles des produits finis classées selon la masse volumique: (•) 0,23 ≤ ρ (g/cm3) < 0,3 ; (•) 0,3 ≤ ρ (g/cm3) < 0,35 ; (•) 0,36 ≤
ρ (g/cm3) <0,4 ; (•) 0,48 ≤ ρ (g/cm3) <1,22. Le trait discontinu en rouge
délimite le domaine de concentration de l’étude.
probablement à l’origine d’une baisse de performance de la levure boulangère et donc d’un dégagement gazeux moins important. Cet effet se répercute aussi sur la structure alvéolaire du produit fini qui présente globalement des alvéoles très fines (phénomène de grossissement des bulles atténué). La figure 82 montre deux produits, à mêmes teneurs en eau et en huile de colza mais à des teneurs en saccharose différentes. Le produit à 20%.(MF) de saccharose est plus dense avec une levée au four moins importante que celle enregistrée pour le produit à 2%.(MF) de saccharose. L’augmentation de la teneur en saccharose induit aussi une formation de croûte assez rapidement et plus importante empêchant le produit de s’expanser d’avantage conduisant à un produit plus dense.
Teneur en huile de colza : L’addition de l’huile de colza implique une baisse immédiate
de la consistance de la pâte allant jusqu’à 150 UB pour 20% (MF). La consistance de la pâte ré-augmente au cours du pétrissage mais n’atteint pas sa valeur sans ajout d’huile. Cet ingrédient joue le rôle de lubrifiant au cours du pétrissage. Au-delà d’une teneur de 35% (MF), la quantité d’huile incorporée au mélange n’est pas complètement absorbée par la pâte et deux phases sont clairement observées. En revanche, l’augmentation de la teneur en matière grasse entre 2 et 10% (MF) ne semble pas avoir de répercussion particulière sur la structure alvéolaire du produit fini (figure 83).
Dans cette gamme de composition, les masses volumiques des produits cuits (avec ou sans structure alvéolaire) varient entre 0,23 et 1,2 g/cm3. Selon cette valeur, les produits peuvent être classés en 4 familles répertoriées par différentes couleurs sur les ternaires de la figure.84. Le tableau 11 résume la correspondance des formules et les 4 familles de masse volumique :
Tableau 11 : Classement des formules en 4 familles de masse volumique N° de famille Limites masse volumique Formules correspondantes
1 0,23 ≤ ρ (g/cm3) < 0,29 13, 15, 21, 23, 24, 28, 29, 30
2 0,3 ≤ ρ (g/cm3) < 0,35 3, 8, 9, 16, 19, 20, 26, 27
3 0,36 ≤ ρ (g/cm3) < 0,4 18, 25
4 0,48 ≤ ρ (g/cm3) < 1,22 1, 2, 4, 5, 6, 7, 10, 11, 12, 14, 17, 22
Les produits finis présentant une structure alvéolaire appartiennent aux trois premières familles de masse volumique (< 0,4 g/cm3). Les produits de la famille 4, ayant une masse volumique plus élevée (> 0,48 g/cm3) correspondent aux produits dont au moins l’une des teneurs en eau, en saccharose ou en huile de colza est élevée. Ils n’exhibent pas de structure alvéolaire et/ou possèdent une mie gélatineuse.
0,29 0,48 0,35 0,28 0,34 0,28 0,38 0,31 0,40 0,51
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
54
56
58
60
62
64
66
Teneur en eau (% (MF))
Masse vo
lu
mi
qu
e (g
/cm3)
2% S 2% H 10% S 2% H 15% S 2% H 20% S 2% HFigure 85 : Evolution de la masse volumique des produits finis en fonction de la teneur en eau de formules à même teneur en huile de colza (2%) et à différentes teneurs en saccharose: (♦) 2% (MF), (
•
) 10% (MF), (▲) 15% (MF) et (■) 20% (MF).
A partir de l’ensemble de ces observations, le domaine de variations des concentrations en ingrédients est réduit entre 50 - 70% (MF) pour l’eau, 0 - 15% (MF) pour le saccharose et 0 - 30% (MF) pour l’huile de colza (zone délimitée en trait discontinu rouge sur la figure 84).
III. CHOIX DES FORMULES POUR L’ETUDE DE L’INFLUENCE DES
INGREDIENTS
L’objectif de ce travail est de comprendre les mécanismes mis en œuvre lors de l’établissement de la structure alvéolaire via l’étude des propriétés rhéologiques et thermiques de la pâte tout au long du processus de fabrication. Cette étude exploratoire montre déjà l’impact de la composition sur les caractéristiques du produit fini (structure alvéolaire et masse volumique). La figure 85 montre que pour un ensemble de pâtes à même teneur en huile de colza (2% MF) et pour une teneur en eau constante, l’augmentation de la teneur en saccharose induit une augmentation de la masse volumique du produit fini. Le maintien des teneurs en saccharose et en huile de colza constants avec l’augmentation de la teneur en eau induit au contraire, une diminution de la masse volumique du produit fini. La dissociation de l’influence de chacun des ingrédients (saccharose, eau, huile de colza) à partir des premiers essais de cuisson est difficile puisque leurs teneurs évoluent simultanément.
La possibilité de faire varier les teneurs des ingrédients séparément a été un des critères de choix des échantillons pour la suite de l’étude. La formule témoin choisie appartient au domaine de composition délimité et aboutit à un produit fini d’une masse volumique de 0,27.g/cm3 (représentée par le point 23 sur les ternaires de la figure 84). A partir de la formule témoin, nous avons fait varier indépendamment les teneurs en saccharose, huile de colza et eau (Tableau 12) à l’intérieur du domaine de concentrations choisi (figure 86).
Tableau 12 : Choix des échantillons de l’étude (pourcentages exprimés en base MF) % MF
Appellation Formule Vignette
farine eau saccharose huile levure sel
Produit A Témoin T 100 54,9 2,0 9,7 3 2 Produit B Eau - E- 100 50,0 2,0 10,0 3 2 Produit C Eau + E+ 100 59,9 2,0 10,2 3 2 Produit D Saccharose + S+ 100 55,3 7,1 10,0 3 2 Produit E Saccharose ++ S++ 100 55,2 14,7 9,8 3 2 Produit F Huile - H- 100 55,2 2,0 2,0 3 2 Produit G Huile + H+ 100 54,5 2,0 19,4 3 2 Produit H Saccharose - S- 100 54,9 0,0 9,7 3 2
Figure 87 Observations en microscopie confocale (x40) d’une pâte à 2% de saccharose, 10% d’huile de colza et 55% d’eau (teneurs exprimées en MF). A : amidon et BG : bulles de gaz.
Figure 88 Observations en microscopie confocale (x10) d’une pâte à 2% de saccharose, 10% d’huile de colza et 55% d’eau (MF) à différents temps de fermentation : (a) 10min ; (b) 30min et (c) 60 min. Formes circulaires : bulles de gaz et forme rectangulaire : grains d’amidon
10 min 30 min 60 min
(a) (b) 200 µm 200 µm (c) 200 µm