Effet du traitement thermomécanique

La susceptibilité à l’hydrolyse par des enzymes amylolytiques de l’amidon de la farine de maïs native et des matériaux extrudés-injectés a été comparée (figure 61).

0 20 40 60 80 100 0 5 10 15 20 25 Temps (h) S u cr es r édu ct eu rs s o lub le s ( % )

farine de maïs matériau extrudé

farine de maïs +enzymes matériau extrudé+ enzymes

Figure 61 : Evolution du pourcentage de sucres réducteurs libérés pendant 24h de séjour dans un tampon acétate (pH 5,5 et à 50°C) sous agitation avec ou sans enzyme. Les hydrolyses enzymatiques sont effectuées par une préparation enzymatique commerciale Hazyme® DCL (5-amylase et amyloglucosidase à 50 U.mL^-1) d’une suspension à 30g.L^-1 de la farine de maïs et du matériau extrudé (92% de farine de maïs et 8% glycérol) broyés et tamisés à 0,2mm.

Les résultats obtenus révèlent que le traitement thermomécanique d’extrusion a un effet marqué sur le comportement de la farine de maïs dans un milieu liquide. Avant extrusion, peu de sucres réducteurs sont hydrosolubles dans la farine (5,8 ±0,2% de sucres réducteurs solubles) après 24 h dans un tampon acétate à pH 5,5 et à 50°C, alors qu’après extrusion, une augmentation importante de sa solubilité (32,6 ±1,0% de sucres réducteurs solubles après 24 h dans les mêmes conditions) est observée. En présence d’enzymes, la vitesse initiale d’hydrolyse enzymatique passe de 0,22±0,04g.L^-1.min^-1 à 1,84±0,06g.L^-1.min^-1 (soit une multiplication par un facteur 8) après extrusion-injection de la farine de maïs. De plus, après 6 heures, le taux d’hydrolyse enzymatique passe 42% pour la farine de maïs à 74% pour le matériau. Ces résultats montrent que le traitement thermomécanique (extrusion-injection) accélère significativement l’hydrolyse de l’amidon de la farine de maïs. Ceci est probablement à relier au fait que l’amidon de la farine de maïs est alors plus amorphe donc plus sensible à l’action des enzymes amylolytiques.

Il a été montré que le stress mécanique permet de réduire la taille des particules (augmentation de l’aire spécifique), de changer la morphologie des granules et de diminuer la cristallinité de l’amidon (Wu et al., 2004), ce qui facilite l’érosion mécanique et augmente la disponibilité du substrat aux sites actifs des enzymes amylolytiques (Azevedo et al., 2003). Selon Timmins et al. (1994), les régions cristallines sont 20 fois moins sensibles à l’hydrolyse enzymatique que les régions amorphes.

III. 1. Identification des produits d’hydrolyse enzymatique par HPLC

Dans le but d’identifier les composés solubles libérés dans le tampon en présence et en absence d’enzymes amylolytiques à partir du matériau extrudé-injécté composé de 92% de farine de maïs et 8% de glycérol, une analyse par HPLC a été effectuée (figure 62).

Glycérol Glucose DP2 DP3 DP4 DP5 DP6 DP7 DP8 DP9 DPC9 Glycérol Glucose DP2 DP3 DP4 DP5 DP6 DP7 DP8 DP9 DPC9

Figure 62 : Les chromatogrammes HPLC (séparation des sucres sur colonne PL HI-Plex Na) du matériau extrudé-injecté (92% farine de maïs et 8% glycérol) avant et après hydrolyse par une préparation enzymatique commerciale Hazyme® DCL (5-amylase et amyloglucosidase à 50 U.mL^-1) d’une suspension à 30g.L^-1 dans un tampon acétate pH 5,5.à 50°C.

Le chromatogramme obtenu en absence d’enzymes présente un pic intense pour des DP >9, des pics de faible aire pour des DP situés entre 9 et 5 et une absence quasi-totale des DP 4, 3, 2 et 1 (Figure 62a). En revanche, après 5 minutes d’hydrolyse enzymatique, le glucose (DP1) est le produit majoritaire détecté, accompagné d’une faible quantité de maltose (DP2) et du maltoheptose (DP7) (Figure 62b). Les deux chromatogrammes révèlent la présence d’une quantité faible de glycérol qui augmente après hydrolyse enzymatique. Ceci suggère que, bien que le glycérol soit soluble dans l'eau, l'érosion enzymatique du matériau accélère sa diffusion et donc sa sortie du matériau (Azevedo et al., 2003).

Afin de confirmer que le glucose est le produit principal de l’hydrolyse enzymatique, des comparaisons entre les résultats des dosages des sucres réducteurs et les dosages à l’aide d’un kit de dosage du glucose par la glucose oxydase ont été effectuées. Après 5 minutes d’hydrolyse enzymatique la quantité de glucose libéré est de 28% (pour 30% de sucres

réducteurs dosés à l’acide dinitrosalicyliqye). Ceci indique que le glucose est le produit majoritaire de l’hydrolyse par le cocktail d’enzymes amylolytiques.

III.2. Effet du profil de cisaillement employé pendant l’extrusion sur la

susceptibilité de l’amidon à l’hydrolyse enzymatique

Il a été montré que l’intensité du cisaillement appliqué pendant l’extrusion conduit à une diminution de la taille, à des modifications au niveau de la structure et à la gélatinisation de l’amidon (Willett et al., 1997). Pour évaluer l’impact du profil de cisaillement utilisé lors de l’extrusion, des hydrolyses des matériaux (5G1C, 5G3C, 10G1C et 10G3C) par des enzymes amylolytiques ont été effectuées. Les pourcentages d’hydrolyse (de sucres réducteurs libérés à partir de l’amidon de la farine de maïs) obtenus sont présentés dans le

tableau 8.

Tableau 8 : Pourcentage d’hydrolyse de l’amidon présent dans le matériau à base de farine de maïs par des enzymes amylolytiques des matériaux (broyé et tamisé à 0,2mm) après 6 heures d’hydrolyse par une préparation enzymatique (Hazyme^DCL contenant 50 U.mL^-1 à 50°C pH 5,5.

Matériau* ^{% d’hydrolyse de l’amidon après}

6h d’hydrolyse

5G1C 60±2

5G3C 86±1

10G1C 65±1

10G3C 81±5

* : matériaux à 5% de glycérol obtenus en utilisant un profil de cisaillement avec 1 ou 3 zones de cisaillement sont respectivement 5G1C et 5G3C. Matériaux à 10% de glycérol obtenus en utilisant un profil de cisaillement avec 1 ou 3 zones de cisaillement sont respectivement 10G1C et 10G3C.

Les résultats montrent un pourcentage d’hydrolyse de l’amidon nettement plus élevé pour les matériaux ayant subi 3 zones de cisaillements lors de l’extrusion. Cela met en évidence l’influence du cisaillement sur la sensibilité de l’amidon à l’attaque enzymatique. L’augmentation du taux de cisaillement provoque une meilleure déstructuration de l’amidon en le rendant probablement complètement amorphe (résultat observé dans le chapitre III partie I) et par conséquent une hydrolyse enzymatique plus rapide. Dans ce contexte, il a été montré que l’amidon amorphe est plus susceptible à l’hydrolyse enzymatique que l’amidon cristallin

et 4,03±0,08 g de sucres réducteurs.L^-1.min^-1 respectivement pour les matériaux 5G1C, 5G3C, 10G1C et 10G3C. Le cisaillement accélère donc significativement l’hydrolyse de l’amidon. De plus, la comparaison des matériaux ayant subi le même type de cisaillement montre que les vitesses initiales d’hydrolyse des matériaux à 10% de glycérol sont plus élevées que celles des matériaux à 5% de glycérol. Cela est dû probablement à la différence de structure des deux types de matériaux. Il a été montré que l’augmentation du taux de plastifiant, comme le glycérol, favorise la déstructuration de l’amidon (Carvalho et al., 2003).

D’après les observations en microscopie confocale à balayage laser (chapitre II partie I), l’amidon est entouré d’une phase continue de protéines qui diminue en fonction du taux de cisaillement et du taux de glycérol. Ceci suggère que les protéines pourraient constituer une barrière contre l’attaque enzymatique de l’amidon.

IV. Susceptibilité de l’amidon de la farine de maïs à l’hydrolyse