La paroi externe :

permettre la synthèse de protéines . Les plus externes sont les cellules à aleurone. Les cellules à aleurone renferment de petits organes subcellulaires riches en protéines, acide phytique et sucres. Elles sont spécialisées dans la synthèse, lors de la germination, d’enzymes hydrolytiques qui vont solubiliser les polymères dans l’endosperme (Allosio-Ouarnier, 1999).

3.2.4. Les glumelles

Les glumelles protègent la plumule qui va se développer au contraire d’autres grains qui n’ont pas d’enveloppes. Les glumelles sont très riches en cellulose et hémicellulose. La glumelle dorsale possède une paroi épaisse alors que la glumelle ventrale a une paroi plus fine.

3.2.5. Le péricarpe testa

Le péricarpe testa est séparé de l’enveloppe par une couche cireuse et est soudé à la testa par une couche de cellules à parois lignifiées. Il est composé majoritairement de cellulose 20% et contient également des protéines 6% et des lipides 0,5%. Le testa est constitué de 2 bandes superposées composées de matériaux cireux et lipidiques. Le péricarpe testa est semi-perméable (semi-perméable à l’eau mais formant une barrière pour de nombreux solutés). Il attribue la capacité sélective de l’absorption de grain. Cette imperméabilité diminue avec le temps de trempage.

3.2.6. La paroi externe :

La paroi externe entoure complètement le grain sauf aux deux extrémités. Elle doit être saine pour permettre une absorption d’eau homogène lors du trempage pour protéger l’embryon des infections pendant la germination. Elle possède une fonction protectrice et assure par capillarité la distribution d’eau sur la surface du grain. (Hariri, 2003). L’étape la plus importante dans le maltage c’est l’imbibition des grains dans l’eau, Il est intéressant de connaitre que l’entrée de l’eau à l’intérieur des grains d’orge est gouvernée par le temps de maltage et en même temps par des autres conditions opératoires et par les caractéristiques de la matière de base.

3.3. Composition biochimique de grain d’orge

La composition du grain d’orge est très important pour la qualité de du malt. Ces compositions déterminent les modifications physico-chimiques du grain au cours du processus de maltage. La composition biochimique est présentée dans le Tableau 2.

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Tableau 2 L a composition chimique du grain d’orge (Guiga, 2006)

Le Figure 5 présente une coupe longitudinale dans un grain d’orge et montre les différents constituants de grain d’orge (Allosio-Ouarnier, 1999).

Figure 5 disposition des différents tissus d’un grain d’orge (Briggs, 1998)

Composition biochimique ^{Orge teneur en}

(% de poids sec) Malt teneur en (% du poids sec) Glucides 78-85 79-88 Amidon 63-65 85-60 Saccharose 1-2 3-5 Sucres réductures 0,1-0,2 3-4 Polysaccharidees solubles

dans l'eau (gommes) ^{1,1,5 2-4}

Polysaccharidees solubles dans les solvants

organiques (hémicelluses) 8-10 6-8 Cellulose 4-5 5 Autres 1 2 Lipides 2-3 2-3 Protéines 8-11 8-11 Albumine 0,5 2 Globuline 3 ‒ Hordéine 3-4 2 Glutéline 3-4 3-4

Acides aminés et peptides 0,5 1-2

Acides nucléiques 0,2-0,3 0,2-0,3

Sels minéraux 2 2,2

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3.4. Indicateurs de qualité de l’orge

L’orge brassicole doit donner un maximum de rendement en extraits solubles (sucres), pouvoir produire un maximum d’enzymes (pouvoir diastasique), avoir un type d’amidon se désagrégeant bien, ne pas contenir de composés indésirables (β-glucanes, tannins et polyphénols, anthocyanogènes, certaines protéines…). De ce fait, des critères définissant la qualité brassicole permettent de comprendre que toutes les orges ne sont pas utilisables pour faire une bière de qualité. Les différents critères de qualité de l’orge de brasserie peuvent être classés en trois familles de facteurs :

1. Facteurs liés à la composition : teneur en humidité, teneur en protéine, teneur en

β-glucan et teneur en Arabinoxylane.

2. Facteurs liés à la structure: dureté vitrosité et porosité

3. Facteurs influençant la qualité : espèce, variété et lieu de culture.

L’influence de la composition chimique de l’orge sur la qualité du malt est détaillée dans le chapitre 4.

En ce qui concerne les facteurs liés à la structure, ce sont des facteurs physiques qui décrivent la structure de l’endosperme, cette dernière a une influence significative sur l’absorption l’eau pendant la trempe (Gamlath et al.2008; Psota et al.2007; Vejrazka et al.2008).

La porosité : est un facteur physique qui exprime la compacité de l’endosperme (Mayolle et al., 2012). Ce facteur est rarement utilisé malgré l’intérêt qu’il peut fournir.

La dureté : est le degré de résistance à la déformation. La dureté a un rôle important dans la

détermination de la qualité de grains. Elle affecte d’une manière significative les propriétés de mouture, la distribution de taille des particules, la dégradation de l’amidon et l’absorption de l’eau par la farine (Williams, 1967 ; Endey et al.2002). Fliedel et al. (1989) ont montré que la dureté influence le rendement des grains, la quantité de brisures (parties éliminés avec les sons) est plus importante pendant le broyage des grains durs. Ce paramètre est sensible aux facteurs génétiques (Turnbull et Rahman, 2002)

La vitrosité : est un facteur physique qui influence les propriétés rhéologiques de

l’endosperme. Les grains vitreux sont translucides et les granules d’amidons sont plus compactés dans la matrice protéique de l’endosperme, tandis que les grains farineux sont opaques avec des espaces vides dans la matrice de protéines-amidon. Elle est contrôlée par des facteurs environnementaux (Vejrazka et al.2008)

Les trois facteurs structurels des grains ont donc une influence significative sur la diffusion d’eau pendant la trempe. Mayolle et al.(2012), Chandra et al.(1999) ont montré que les variétés d’orges dont les grains sont plus durs et plus vitreux ont la diffusion de l’eau la plus lente. La diffusion d’eau augmente quand la porosité des grains est plus élevée (Maylloe et al.2012).

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Dans le chapitre 3, nous avons cherché à exploiter certains de ces indicateurs pour caractériser le malt.

La qualité de l'orge a un effet déterminant sur la qualité du malt et de la bière produite. Dans un premier temps, il est ainsi important de comprendre les facteurs génétiques qui contribuent à la qualité de l'orge afin de sélectionner ou d'orienter vers les meilleures variétés Un taux raisonnable de β-glucanes peut être obtenu en plantant des variétés précises dans des lieux

spécifiquement adaptés (Zhang et al.2002; et Paynter et al.2010). Il est aussi nécessaire d'identifier les facteurs environnementaux qui affectent les différents indicateurs de qualité de l'orge. Si certains d'entre eux peuvent difficilement être maîtrisés (effet météorologique, variations saisonnières). Des études ont déjà montré l'effet de l'arrosage ou du chauffage en plein champs pour améliorer la qualité de l'orge. L'irrigation hebdomadaire augmente le poids du grain, le rendement en grains, et l’extrait de malt (Paynter and Young, 2004). Passarella et al.(2002) ont trouvé que des températures élevées en plein champs augmentent le taux d'azote, diminue le taux de ß-glucanes de l'orge et diminue l’extrait de malt.

Dans un second temps, il est intéressant d'étudier l'effet des variations de qualité de l'orge sur la qualité du malt obtenu (dans des conditions opératoires équivalentes).

3.5. Relation entre la qualité de l’orge et la qualité du malt et de produit

final

L’orge est un système complexe qui est caractérisé par un éventail d'index physiques et chimiques. L'orge est constamment exposée à des facteurs biotiques et abiotiques qui déterminent la fertilité, le rendement ainsi que des indicateurs qualitatifs. Le risque climatique peut inhiber la production des orges de printemps et d'hiver. La qualité est en train de changer d'année en année en fonction de la météo et du temps des semailles. Les malteurs recherchent l'orge qui germera de façon rapide et régulière. Diverses études et analyses ont été effectuées sur les facteurs affectant la qualité d'orge et, en conséquence, la qualité de malt :

1. Effet paramètres qualitatifs (variété, année, lieu…) sur les constituants de grain d’orge.

La structure et la composition d'un grain d’orge sont fortement liées aux paramètres qualitatifs discutés dans la section précédente. Oscarsson et al.(1999) , Tiwari et Cummins, (2008 ) et Dickin et al.(2011) ont montré que la variété d’orge a un effet important sur le teneur en

β-glucanes de l'orge. Les semis d’automne et les fongicides diminuent la teneur en β-glucans.

En revanche ils diminuent la sensibilité aux variations environnementales. Des différences significatives de teneur en β-glucanes ont été soulignées par (Zhang et al.2002; et Paynter et

al.2010). Parmi les facteurs essentiels, la variété avait le plus grand effet sur la teneur en

β-glucanes, suivi par le lieu de culture, et la fertilisation azotée (N) ayant le plus petit effet. Un taux raisonnable de β-glucanes peut être obtenu en plantant des variétés précises dans des

lieux spécifiquement adaptés. Xue et al.2008 ont montré que la teneur en protéines des trois fractions (albumine, hordéine et glutéline) dans les grains d’orge varie d’une variété à l’autre

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et d’un lieu de culture à l’autre. Confirmé par Simic et al.2008 ont confirmé l’effet de variété mais n'ont pas mis en évidence d'effet significatif de l’année ou du lieu de culture. L'effet environnemental et géographique sur la protéine d'orge et le contenu en arabinoxylane respectivement ont été étudiés (McTaggart et al.1992 ; Fleury et al.1997). De saisons courtes et sèches résultent des grains de plus haute teneur en protéines et des moindres teneurs en amidon (Aman et Newman, 1986). L'irrigation hebdomadaire augmente le poids moyen des grains et il diminue en même temps son calibre, conduisant ainsi à des meilleurs rendements (Paynter and Young, 2004). Passarella et al.2002 ont trouvé que des températures élevées en plein champs augmentent le taux d'azote, diminue le taux de β-glucanes de l'orge et diminue

l’extrait de malt

2. Effet des compositions de grain d’orge sur les modifications de l’endosperme, et la qualité de malt final.

Les constituants du grain d’orge sont ainsi influencés par des effets environnementaux et génétiques. Et affectent à leur tour la qualité du malt.

L’orge dure produit moins de masse de racine, plus d'azote aminé et de protéines solubles, et il en résulte un malt d'une structure moins friable. (Holpainen et al.2005 ; Chandra et al.1999).

La teneur en β-glucanes et en protéines est corrélée négativement avec la teneur en amidon

(Oscarsson et al.1998). Les niveaux élevés d’amidon, et faibles de protéines augmentent l’extrait de l'orge brassicole. En parallèle, la matrice de l'albumen de l'orge, essentiellement constituée de β-glucanes et de protéines, doit toujours être bien dégradée pour pouvoir

exploiter ce potentiel d'extraction (Plamer et al.1989).

Les taux élevés en protéines empêchent les modifications de l’endosperme, conduisant à un malt à faible extrait. Inversement, une teneur modérée en protéines augmente l’extrait de malt et diminue le taux de β-glucanes dans le moût. La filtration du moût et de la bière devient plus

rapide (Sottnicova et al.2013, Edney et al.2012, Fox, 2002, Peltonen, 1994, Aman et al.1985,).

Bravi et al. (2012) a étudié l’influence de la variété d’orge et de la réserve de lipides dans l’orge sur la teneur en lipides du malt final. La dégradation de plusieurs variétés d'orge a conduit à des compositions en acides gras dans le malt différentes. L’orge à teneur élevée en lipidse produit un malt de faible friabilité et de faible fermentescibilité.

L’absorption de l’eau et sa distribution pendant le maltage a un important effet sur les modifications de l’endosperme. Le taux élevé des protéines et de β-glucanes freine

l’absorption d’eau dans le grain, d’où les modifications de l’endosperme se ralentissent (Briggs, 1981, Duijnhower et al.1993, Sheehy et al.2009). Une forte teneur en B-Hordéine diminue l’absorption d’eau pendant le maltage, la présence des hordéines de petite taille permet à l’orge de se malter et d’absorber l’eau plus rapidement (Molina-Cano et al.2002 ; Brookes et al. 1976).