L’orge est la céréale la plus utilisée pour la production de la bière. L’orge de brasserie doit donner un bon rendement d’extraction pour les moûts de brasserie, de grandes concentrations d’enzymes actives (α-amylase, β-amylase, protéases et β-glucanases), être libre de contaminations fongique et bactérienne et avoir un taux de germination supérieur à 95%. Un taux inférieur cause des problèmes pendant la production de la bière. La réduction du taux de germination peut être attribuée à l’invasion de mycélium dans le grain et/ou la présence de mycotoxines qui peut inhiber la germination.
L’orge peut être contaminée par des micro-organismes fongiques (Fusarium, Aspergillus, par exemple) pendant la croissance de la plante au champ, lors du transport ou du stockage. Par conséquent, la contamination fongique a pour conséquence la réduction du rendement, de la taille des grains et de la quantité de nutriments disponibles, ainsi qu’une perte de couleur et des changements dans l’odeur et le goût.
L’élaboration de la bière comprend plusieurs étapes, le maltage, le brassage, la fermentation et le conditionnement (Figure 13). Le maltage est l’étape critique où les problèmes de contamination et de production de toxines (T-2 et HT-2) à partir de Fusarium sont observés. Cette étape se déroule en trois étapes principales : le trempage, la germination et le touraillage.
49 - Lors du trempage, l’humidité de l’orge est augmentée jusqu’à 45% grâce aux immersions. Cette étape dure entre 36-52 heures à 15-20° C. Plusieurs étapes d’immersion dans de l’eau aérée sont suivies par des étapes de repos en présence d’air. - La germination est la période où l’orge est transformée en malt, obtenu grâce à la régulation de la température et l’humidité. Le malt est la source des enzymes amylases qui dégradent l’amidon du grain. La germination des grains a lieu à 15-20° C pendant 6-8 jours.
- Après la germination, l’orge germée (ou malt vert) est ensuite séchée jusqu’à 4-5% pendant l’étape de touraillage. Les températures de touraillage et l’humidité sont contrôlées pour éviter l’inactivation des enzymes souhaitées. Les températures restent au dessous de 90° C. Durant cette étape, plusieurs réactions chimiques se développent dans l’orge qui affectent la qualité finale de la bière comme le goût, la couleur, l’odeur et la texture.
Figure 13. Etapes de maltage.
Dans le brassage, les grains sont broyés pour obtenir de la farine et une extraction avec de l’eau chaude est faite. Dans cette étape la température est augmentée jusqu’à 70° C, les enzymes protéolytiques de l’orge sont alors plus actives et rendent des bonnes concentrations d’acides aminés, peptides et protéines dans l’extrait de malt. Ces composants azotés solubles participent au métabolisme des levures pendant la fermentation, à la couleur et au goût de la bière. Après cette étape, la partie liquide (ou moût) est séparée des grains épuisés/utilisés. Le moût est cuit (64-72° C) pour éliminer les micro-organismes, après il est refroidi et aéré avant l’inoculation de la levure. Lors de cuisson, les micro-organismes fongiques contaminants sont éliminés mais les mycotoxines thermostables comme la T-2 et HT-2 résistent (Wolf-Hall, 2007). Trempage 12-22° C 36-52h Germination 15-22° C 4-6 jours Touraillage 50-85° C 24-48h
50 La production des toxines commence après la croissance de Fusarium pendant le trempage et la germination où les conditions d’humidité et de température (15-20° C) sont optimales pour les moisissures, et potentiellement pendant le touraillage avec l’augmentation de la température.
Grâce au trempage, les concentrations des toxines solubles dans l’eau sont diminuées et restent dans les eaux de trempe. Par contre, lors de la germination la croissance de Fusarium et la production des toxines comme la T-2/HT-2 peut augmenter en comparaison aux concentrations initiales de l’orge infectée au début de la germination. De plus, l’augmentation de la température pendant les premières étapes du touraillage peut stimuler encore l’augmentation de la production des mycotoxines de certaines espèces de Fusarium.
Les conditions de maltage (humidité et température) peuvent activer les spores de champignons du type Fusarium qui sont présentes dans l’orge contaminée et favoriser la croissance fongique ainsi que la production des toxines. Les spores qui poussent avant ou après le maltage et qui arrivent à produire de mycotoxines peuvent provoquer :
- l’inhibition de la germination de grains d’orge - l’augmentation de l’activité α-amylase
- l’hydrolyse des protéines d’orge
- le jaillissement ou gushing (sortie de mousse incontrôlé) - le changement de couleur
- la présence de gouts désagréables dans la bière
Grâce à leur stabilité thermique, les trichothécènes peuvent rester pendant tout le procédé de maltage, jusqu’au produit fini, la bière. La croissance de moisissures du type Fusarium et la présence des toxines T-2/HT-2, pendant le maltage et les autres étapes sont affectées par plusieurs facteurs comme les caractéristiques des grains d’orge (humidité et disponibilité des nutriments), le type de souche présent dans l’orge, la viabilité du champignon (étape de latence, exponentielle, ou stationnaire), la concentration initiale de moisissure dans l’orge, la localisation du mycélium ou des spores dans ou sur le grain, l’effet d’interaction entre les espèces de la population microbienne, et les paramètres du procédé (la température, l’aération, l’addition des autres composants…).
Les changements de couleur peuvent être attribués à la production des pigments par les champignons ou l’augmentation de la concentration des composants solubles à base
51 d’azote dans le moût grâce à l’activité protéolytique des moisissures sur les protéines de l’orge.
Le jaillissement ou gushing est défini comme une sortie de mousse excessive de manière spontanée et non contrôlée au moment de l’ouverture d’une bouteille ou canette de bière (Amaha and Kitabatake, 1981). La formation et la stabilisation de grandes quantités de microbulles dans la bière sont attribuées à la croissance des moisissures dans le grain comme Fusarium et d’autres micro-organismes comme Aspergillus et Penicillium mais les espèces de Fusarium sont les plus problématiques. En effet, les moisissures excrètent des protéases qui peuvent extra-digérer les protéines dans le malt et le moût en affectant ainsi la texture et la mousse.
La fermentation par les levures peut aussi être affectée par la présence de métabolites fongiques. Le pH de la fermentation et de la bière sont augmentés à cause de la présence de molécules d’azote (Wolf-Hall, 2007). Lafont et al. (1981) ont trouvé que la fermentation par S. cervisiae est réduite de 58 à 80% à cause de la présence de la toxine T-2 à une concentration de 10-50 µg/g. Koshinsky et al. (1992) ont suggéré que la toxine T-2 inhibe les fonctions mitochondriales, à cause de cette inhibition l’utilisation d’oxygène est réduite par les levures et la phase de latence est allongée.