REVUE
Optimisation des qualités des protéines de soja
Hwei-Ming BAU1, Christian VILLAUME2 *, Francesco GIANNANGELI1
SUMMARY Optimization of soybean protein qualities.
There are a number of antinutritional factors present in soybean; among those factors, the major part are heat-labile. Raw ripe seeds are not edible for humans and animals, and have low nutritional value for use as foods or feeds.
Soybean protein resources require moist heat treatment to inactivate protease inhibitors, phytohemagglutinins and other heat-labile antinutritional consti- tuents, as well as to transform raw proteins into more readily digestible forms.
Although thermal treatment of soybean is necessary, overheating will cause a loss in nutritional quality by reducing the Protein Efficiency Ratio (PER); it adversely affects also the functionality of soy proteins in food manufacture.
Heat processing of soybean needs not to be aimed to total deleterious compo- nents inactivation; heat treatment should be based on inactivation of the most heat-resistant factors referred to as the “limiting factors” of the process. In general, the degree of improvement of nutritive value of soy proteins parallels the inactivation of antinutritional factors. Moisture content, type and heating intensity, heating temperature, pH and ionic strength of the solution and the particle size of soybean products play a very important role influencing the inactivation of antinutritional factors and increasing the nutritional value. Extra- ction of oil by non-polar solvents, elimination of solvents from defatted flakes at low temperature and specific processes of drying such as freeze-drying, spray drying, rotative vacuum drying, etc. can improve the Protein Dispersion Index (PDI) of the defatted soybean proteins. The defatted soybean flakes for human food use have to keep a high PDI. The development of soy food protein industry has been driven primarily by the ability of soy products to meet func- tional needs in processed foods at lower cost than animal-origin ingredients.
From the industrial point of view, the functional properties of soybean proteins are very important for increasing the versatility and utility in the system of food and feed manufacture.
Key-words: heat processings, soyabean, nutritional value, fonctional value optimization.
1. Inserm U.308, Rue Lionnois, 54000 Nancy, France
2. Ifremer, URM.20, Faculté de Médecine, Avenue de la Forêt de Haye, Vandoeuvre-lès-Nancy, France
* Correspondance
RÉSUMÉ
Les graines de soja contiennent de nombreux facteurs antinutritionnels dont la plupart sont thermolabiles. Les graines mûres de soja sont impropres à la consommation humaine et animale. Elles ont une faible valeur nutritionnelle.
Les produits à base de protéines de soja exigent un traitement thermique humide pour éliminer les inhibiteurs de protéases, les phytohémaglutines et autres composés antinutritionnels thermolabiles, ainsi que pour transformer les protéines brutes en des formes plus facilement digestibles. Bien que le traite- ment thermique des graines de soja soit nécessaire, un chauffage excessif pro- voquera une perte de qualité nutritionnelle, en réduisant le Coefficient d’Efficacité Protéique (CEP), et en diminuant les qualités fonctionnelles, notam- ment le profil de solubilité des protéines. Le traitement thermique du soja ne doit pas nécessairement viser la destruction complète des composés indési- rables, mais l’inactivation des facteurs les plus thermorésistants connus comme « facteurs limitants du procédé ». En général, le degré d’amélioration de la valeur nutritive des protéines de soja est fonction de l’inactivation des facteurs antinutritionnels. L’humidité des produits, le type et l’intensité du chauffage, la température du chauffage, le pH et la force ionique du milieu et la taille des particules des produits du soja sont les facteurs majeurs influençant l’inactivation des facteurs antinutritionnels et l’augmentation de la valeur nutri- tionnelle. L’extraction de l’huile par solvants non-polaires, l’élimination à basse température des solvants des flocons, et les procédés particuliers de séchage comme la lyophilisation, l’atomisation, le chauffage rotatif sous vide, etc., peu- vent améliorer l’Indice de Dispersion Protéique (IDP) des protéines de soja déshuilé. Les flocons de soja déshuilés destinés à la fabrication d’aliments pour l’homme doivent conserver un IDP élevé. Aujourd’hui, le développement moderne de l’industrie alimentaire du soja repose sur la capacité des produits à base de soja à répondre aux besoins fonctionnels des produits alimentaires industriels à un coût moindre que les ingrédients d’origine animale. D’un point de vue industriel, les propriétés fonctionnelles des protéines de soja sont aussi, voire même plus importantes, que les propriétés nutritionnelles. Pour cette rai- son, les industries agroalimentaires ont mis l’accent sur la recherche d’un com- promis entre l’inactivation de facteurs antinutritionnels et la conservation de la qualité nutritionnelle d’une part, et la conservation des propriétés fonction- nelles des protéines de soja d’autre part, afin d’utiliser ces protéines en alimen- tation humaine.
Mots clés : traitements thermiques, valeur nutritionnelle, valeur fonctionnelle, optimisation.
1 - INTRODUCTION
De nombreux produits à base de soja utilisés comme ingrédients sont appa- rus sur le marché. Ils se différencient par les enzymes ajoutées, la valeur nutri- tionnelle et les propriétés fonctionnelles. Ces produits sont incorporés dans des aliments consommés quotidiennement provenant de charcuteries, boulangeries et crémeries industrielles. Les technologies de fabrication sont de plus en plus sophistiquées et complexes. La qualité nutritionnelle et les propriétés fonction- nelles des produits développés sont directement liées aux traitements technolo- giques utilisés.
Les graines de soja contiennent de nombreux facteurs antinutritionnels dont la plupart sont thermolabiles (LIENER, 1994 ; BAUet al., 2000). Le chauffage est toujours le traitement le plus employé dans la fabrication industrielle des pro- duits à base de soja. L’application d’un traitement thermique modéré provoque la dénaturation des protéines en modifiant leur structure tertiaire par déplisse- ment et a généralement un effet bénéfique sur la valeur nutritionnelle en facili- tant l’accessibilité aux enzymes. Il modifie les protéines réfractaires du soja en protéines digestibles. Il est très vraisemblablement une nécessité absolue, si l’on veut que les nutriments essentiels du soja soient pleinement utilisés par l’homme et la plupart des animaux (DUTRA DE OLIVEIRA et DOSANTOS, 1981 ; RACKISet al., 1975 ; EWEEDAHet al., 1997). Néanmoins, un chauffage excessif provoque une perte de valeur nutritionnelle en réduisant le coefficient d’effica- cité protéique (CEP) (FUKUSHIMA, 1980) et affecte négativement la qualité fonc- tionnelle, notamment les Indices de Dispersion des Protéines (IDP) (SAVAGEet al., 1995).
La cuisson au four (BADENHOPet HACKLER, 1971), la cuisson aux infrarouges (FABER et ZIMMERMANN, 1973), le chauffage diélectrique (WANG et TOLEDO, 1987 ; PEYREet al., 1997 ; BORCHERSet al., 1972), améliorent la valeur nutrition- nelle et détruisent l’activité des inhibiteurs trypsiques. Le chauffage par micro- ondes et la cuisson-extrusion ont été développés récemment (CHEN et al., 1986 ; DZIEZAK, 1989 ; SHUKLA, 1996).
Aujourd’hui, la mise en place d’une industrie moderne des protéines de soja est motivée principalement par la capacité des produits à base de soja à répondre aux besoins fonctionnels des produits alimentaires industriels, à un coût moindre que les ingrédients d’origine animale. Ceci rend les propriétés fonctionnelles des protéines de soja aussi, voire même plus, importantes que les propriétés nutritionnelles.
Il faut donc trouver un compromis entre l’inactivation des facteurs antinutri- tionnels et la conservation sans perdre de la qualité nutritionnelle d’une part, et la conservation des propriétés fonctionnelles d’autre part. Le but de ce travail est d’étudier et analyser les données disponibles concernant les traitements thermiques industriels dans la fabrication des produits à base de graines de soja afin de déterminer les conditions de chauffage optimales qui garantissent la valeur nutritionnelle et les propriétés fonctionnelles tout en inactivant les fac- teurs antinutritionnels.
2 - LES TRAITEMENTS THERMIQUES AU COURS DES PROCÉDÉS INDUSTRIELS
2.1 Déshuilage et élimination du solvant
Le déshuilage sous pression et l’élimination du solvant à haute température insolubilisent souvent les protéines de tourteaux. Pour conserver un indice de dispersion élevé, l’industrie réalise des procédés de déshuilage à basse tempé- rature à l’aide de solvants non polaires. Le choix des solvants d’extraction pour l’huile et le tourteau de soja est basé en premier lieu sur la facilité avec laquelle
l’huile est éliminée des tourteaux. Le déshuilage par solvant non polaire, dans des conditions sèches et à température modérée, n’a pas d’effet dénaturant sur les protéines (WOLF et COWAN, 1971). Aux États-Unis, un mélange d’hydrocar- bures, composé essentiellement d’hexane (point d’ébullition de 66 °C à 69 °C), est largement utilisé (HUTCHINS, 1976).
Un mélange similaire composé essentiellement d’heptane (point d’ébullition de 89 °C à 98 °C) est quelquefois utilisé dans les régions où la température extérieure est élevée, de façon à réduire les risques d’explosion. L’éthanol et le trichloréthylène (ELDRIDGE, 1969) ont été aussi utilisés commercialement.
L’éthanol améliore les propriétés sensorielles (RACKIS et al., 1975) mais il est susceptible de dénaturer les protéines de soja (FUKUSHIMA, 1991).
Les procédés de déshuilage comportent en général l’épluchage et craquage des graines de soja, l’enlèvement des pellicules par aspiration, le floconnage en lamelles d’une épaisseur de 0,25 à 0,30 mm et l’extraction de l’huile par l’hexane à 0,5-1 % (FULMER, 1989 ; KANZAMARet al., 1993 ; MILLIGAN, 1981).
L’huile des graines de soja apparaît sous forme de sphérosomes dans les cel- lules du cotylédon. Le floconnage rompt les sphérosomes et permet à l’huile de s’écouler. Elle devient ainsi accessible aux lipases et particulièrement aux lipoxygénases en présence de chaleur et d’humidité. Des progrès significatifs ont été réalisés pour réduire l’odeur de fève des graines déshuilées de soja en envoyant rapidement les flocons dans l’extracteur et en préchauffant les graines de soja avant le dépelliculage ou le floconnage de manière appropriée pour maintenir l’objectif souhaité pour l’Indice de Dispersion des Protéines (IDP) du produit spécifique.
La principale différence entre le tourteau destiné à la production d’aliments du bétail et celui destiné à la production de farine de soja, ou tout autre produit plus élaboré destiné à la consommation humaine, se situe au niveau du pro- cédé de déshuilage et d’élimination du solvant. Le tourteau destiné à la prépa- ration d’aliments pour l’homme doit conserver un indice de dispersion élevé.
Les tourteaux de graines de soja destinés à l’alimentation animale sont passés à la vapeur pour enlever le solvant résiduel et fournissent des produits avec des IDP de 10 à 50. Les flocons blancs destinés à l’alimentation humaine sont trai- tés par un flash d’air chaud et ont des IDP élevés de l’ordre de 95. L’élimination rapide des vapeurs d’hexane surchauffées, suivie d’application du vide, est utili- sée pour vaporiser le solvant et empêcher la condensation d’eau sur la surface des flocons (VAVLITISet MILLIGAN, 1993).
2.2 Séchage
Le séchage des produits à base de soja (farine, jus de soja, concentrats, iso- lats, etc.), peut également s’accompagner de conséquences néfastes pour leur valeur nutritionnelle et leurs propriétés fonctionnelles, selon les conditions utili- sées (type et intensité du chauffage, humidité de départ des produits, pH et force ionique du milieu) (FULMER, 1989 ; BAUet al., 1985).
Lors du séchage des produits à base de soja, toutes les données montrent que la valeur nutritionnelle n’est affectée que par l’intensité du traitement ther- mique. La plupart des travaux sur le séchage des produits du soja concernent la déshydratation du lait de soja en vue d’obtenir de la poudre instantanée. Ceci est réalisé habituellement par atomisation, mais aussi par d’autres méthodes.
Le séchage par atomisation est préférable du fait qu’il minimise les dégrada- tions thermiques en raison du très court temps de contact et du taux élevé de l’évaporation. Pour toutes les différentes techniques d’atomisation, le facteur critique qui influe sur la qualité des protéines est la température d’arrivée de l’air (ANGet al., 1978). En général, les valeurs de CEP du jus de soja séché par ato- misation, dans des conditions adéquates, sont peu différentes de celles du jus de soja liquide.
JOHNSONet SNYDER(1978) et VAN BURENet al. (1964), ont fait des recherches approfondies sur l’effet des différents types de séchage sur la valeur nutrition- nelle du jus de soja : tambour rotatif sous vide, séchoir à cylindre sous pression atmosphérique, lyophilisation. Ils ont trouvé pratiquement les mêmes valeurs de CEP et de taux de lysine disponible pour tous les produits. Cela prouve que lors du séchage, le degré du traitement thermique seulement, et non la méthode de séchage, détermine la valeur nutritionnelle du produit final. Néanmoins, les diffé- rents types de séchage peuvent provoquer des modifications de l’aspect et des propriétés fonctionnelles des produits finaux ; ainsi, le séchage par tambour rotatif sous pression atmosphérique provoque une diminution de plus de 50 % de la solubilité de l’azote par rapport au séchage par atomisation.
2.3 Cuisson par micro-ondes
Le traitement par micro-ondes a un effet considérable sur la lipoxygénase, les inhibiteurs trypsiques et les inhibiteurs de la lipase des téguments de riz, de germes de blé, ou de graines de soja. Au cours de la cuisson par micro-ondes, la chaleur pénètre profondément dans les aliments de façon uniforme en activant toutes les molécules d’eau et autres molécules polaires en même temps ; par conséquent, la surface de l’aliment n’est ni brunie ni grillée à cause d’un chauf- fage excessif et surtout non uniforme (BEMUSSI et al., 1998 ; ROSENBERGand BOGL, 1987 ; MULLIN, 1995). Après 4 min de traitement, environ 70 % des inhibi- teurs de lipase sont dégradés, tandis que la lipoxygénase est complètement détruite (VETRIMANI et al., 1992). Le trempage préalable accélère la destruction de la lipoxygénase et des inhibiteurs trypsiques des graines et diminue le temps de traitement. En outre, le chauffage par micro-ondes a un effet bénéfique : celui d’augmenter le taux d’absorption de l’eau des graines (ESAKAet al., 1987). Dans un four à micro-ondes (0,5 kW à 2 450 MHz), la lipoxygénase est complètement inactivée après 1,5 min et 1 min de traitement dans les milieux ayant respective- ment un taux d’humidité de 32 % et 55 %. Quant à l’inhibiteur trypsique, il est plus résistant au chauffage. Il a besoin de 3 min de traitement pour être détruit complètement dans un milieu avec un taux d’humidité de 32 %.
L’humidité du milieu favorise la destruction des enzymes, mais empêche l’augmentation de la température. Une humidité trop élevée empêche une élé- vation de température suffisante pour inhiber les enzymes (HEDDLESON et DOORES, 1994) ; c’est la raison pour laquelle l’inhibiteur trypsique ne peut pas être complètement détruit dans un milieu avec un taux d’humidité de 55 %, même après 4 min de traitement (ESAKA et al., 1986), ce qui le rend inadapté.
De plus, l’humidité du milieu favorise l’insolubilisation des protéines lors des traitements thermiques.
HAFEZet al. (1989) ont rapporté que le phosphore inorganique augmente de façon significative tandis que les phospholipides et les phytates diminuent lorsque les graines de soja sont chauffées par micro-ondes pendant 9 min ou
plus. L’augmentation du phosphore inorganique est due principalement à la dégradation de l’acide phytique et de l’inositol phosphate. Le chauffage par micro-ondes est préférable pour la dégradation des phytates, car l’acide phy- tique est particulièrement stable à la cuisson en particulier, au traitement tech- nologique en général. Il peut augmenter la biodisponibilité des minéraux tels que le zinc, le fer, le cuivre, etc., car la plupart des minéraux des graines de soja sont sous forme de phytate. De fait, la valeur nutritionnelle des graines est amé- liorée.
En conclusion, l’efficacité de la destruction des inhibiteurs trypsiques et de la lipoxygénase des graines de soja dépend grandement de la température du milieu, de la durée du traitement et de l’humidité de ce milieu. C’est pourquoi, il faut trouver un compromis entre la destruction des facteurs antinutritionnels et les conditions du traitement. En outre, le traitement thermique par micro-ondes dans des conditions appropriées peut dégrader les phytates du soja et libérer le phosphore inorganique.
2.4 Cuisson-extrusion
La technologie de la cuisson-extrusion offre aux industriels de l’alimentation des avantages de coût en combinant plusieurs opérations : mélange, cuisson, transfert, mise en forme, soufflage, et séchage. De plus, le procédé d’extrusion lui-même apporte plusieurs effets positifs sur les ingrédients alimentaires bruts, à savoir : la destruction et/ou l’inhibition de micro-organismes pathogènes et de pourrissement, l’inactivation de facteurs antinutritionnels, tels que les inhibiteurs trypsiques, la dénaturation d’enzymes responsables de la détérioration de la qualité des aliments et la gélatinisation de l’amidon (DZIEZAK, 1989 ; HARPER, 1986 ; SHUKLA, 1996).
La cuisson-extrusion se déroule comme un processus de cuisson continue ; il permet de transformer les graines de soja en produits alimentaires consom- mables par l’homme et l’animal. À l’heure actuelle, cette technologie est exploi- tée largement au stade industriel pour la texturation des farines, des concentrats ou des isolats de soja. Ce processus de cuisson-extrusion soumet le mélange à de fortes contraintes mécaniques, de température et de pression au cours de son avancée dans un fourreau muni d’une vis sans fin, technique très favorable à l’inactivation des lipoxygénases en milieu relativement sec. Des matériels mono-vis ou double-vis peuvent être utilisés. L’extrusion des pro- téines par extrudeur à simple vis a été pratiquée dans des conditions relative- ment sèches. Par contre, le développement d’extrudeurs à double vis a permis l’extrusion humide avec plus de 50 % de teneur en eau. La cuisson par extru- sion à double vis utilisant des protéines à l’état humide produit un meilleur ana- logue de viande, d’une meilleure texture. Le mélange passe à travers une filière normale aux dimensions déterminées et s’expanse dès qu’il se trouve de nou- veau dans les conditions normales de pression atmosphérique et de tempéra- ture en sortie de filière, en raison de la vaporisation de l’eau, puisque l’eau ne s’évapore que lorsque la pression est diminuée. Un broyeur peut être disposé à la sortie, permettant de choisir la taille des morceaux. Les types de section des vis, leur assemblage, la température, la pression, la durée de chauffage, l’humi- dité dans l’extrudeur, le système de refroidissement des produits en sortie, ainsi que la composition des matières premières, sont les facteurs critiques qui influencent les qualités nutritionnelles et les propriétés fonctionnelles des pro-
duits finis (DZIEZAK, 1989). Dans des conditions appropriées, 2 min de cuisson par extrusion peuvent assurer la destruction des facteurs antinutritionnels ther- molabiles des protéines de soja (HERMANSSON, 1978), ce qui minimise la dété- rioration des qualités nutritionnelles. Cette cuisson par extrusion peut aussi atténuer des goûts et odeurs désagréables suite à la destruction des lipoxygé- nases et favoriser le malaxage homogène des ingrédients et des colorants, des substances chimiques et autres additifs qui peuvent influer sur l’aspect et la texture. De plus, elle peut s’effectuer dans un milieu à faible taux d’humidité sous haute pression avec une courte durée de chauffage, ce qui permet d’inhi- ber des facteurs antinutritionnels thermolabiles dans un milieu à faible humidité et de minimiser la dégradation des matières premières lors du chauffage (NIEL- SEN, 1976).
Toutefois, les effets de l’extrusion sur certains nutriments et sur les protéines en particulier, sont encore mal connus. Certains chercheurs ont rapporté que l’extrusion provoquait des baisses, de modérées à importantes, de la teneur en acides aminés essentiels, de la lysine disponible et des protéines (tests menés sur le rat) (NOGUCHIet al., 1982 ; AGUILERA et KOSIKOUKI, 1978 ; BJORCKet al., 1983). HAMDY(1974) a observé aussi une légère dégradation de la méthionine et de la lysine provoquée par cuisson-extrusion. Les compositions des aliments extrudés à base de soja peuvent être très variées en quantité de protéines, glu- cides, lipides, cellulose et eau. La perte en lysine et en méthionine libre au cours de traitements thermiques à température élevée est strictement liée à la compo- sition des aliments, surtout à la quantité de protéines, de glucides réducteurs et à l’activité de l’eau. Les pertes en ces acides aminés augmentent avec le taux de protéines et de glucides. Par contre, elles diminuent lorsque l’activité de l’eau augmente. Les sels ont une moindre influence sur la perte en lysine et en méthionine libre. Quant aux lipides, leur effet sur la dégradation de ces deux acides aminés n’est pas significatif (WOLFet al., 1981).
Le procédé de cuisson-extrusion bien contrôlé peut modifier les structures des protéines globulaires de soja en leur donnant une texture fibreuse par des moyens mécaniques et chimiques (HAGER, 1984 ; CAMPBELL, 1981). L’état phy- sicochimique des protéines de soja, notamment l’interaction affectée par le pH entre les protéines et l’eau, peut influencer l’expansion des produits texturés, le développement des structures plexilamellaires, et la conformation et l’interac- tion moléculaire (HERMANSSON, 1978 et 1979 ; DAHLet VILLOTA1991 ; NIELSEN, 1976).
Dans certaines circonstances, la cuisson-extrusion peut entraîner des pertes en acides aminés essentiels, mais si elle est effectuée dans des conditions appropriées, elle ne provoque pas de diminution notable du taux d’acides ami- nés indispensables ; il n’y a pas de formation de ponts covalents impliquant les résidus de lysine ; la disponibilité chimique de la lysine ne baisse que légère- ment. On ne doit s’attendre ni à une diminution de la digestibilité protéique, ni à un abaissement de la valeur biologique (CAMIRE et al., 1990 ; MARSMANet al., 1995).
Les interactions protéine-protéine dans l’isolat de protéines de soja extrudé à différentes températures (140 °C-180 °C), et différents taux d’humidité (30 % et 40 %), ont été récemment étudiées. Pendant l’extrusion, peu de modifica- tions ont été observées, sauf pour les acides aspartique et glutamique dont les taux diminuent pendant l’extrusion à 140 °C. Les liaisons peptidiques jouent un
rôle négligeable dans la texturation des protéines de soja extrudées. Si des liai- sons peptidiques sont formées dans les conditions énergétiques de l’extrusion, elles contribuent, plus vraisemblablement, à une phase d’insolubilisation lors de la fonte et non à la stabilisation de la structure (PRUDENCIO-FERREIRAet AREAS, 1993).
En définitive, les produits à base de soja obtenus par la cuisson-extrusion sont d’une valeur nutritionnelle élevée. Des études nutritionnelles effectuées chez l’homme et le rat (KINSELLA, 1979 et 1983 ; KORSLUND et al., 1973) ont aussi montré que les produits texturés par cuisson-extrusion n’abaissaient pas la valeur nutritionnelle des protéines de soja. Les nutriments thermolabiles tels que la thiamine et la lysine disponible restent pratiquement inchangés au cours de la cuisson, alors que les facteurs antinutritionnels thermolabiles sont éliminés et le goût de fève (« beany taste ») est atténué. Les produits extrudés présen- tent une capacité de stockage élevée d’au moins un an à température ambiante (MUSTAKASet al., 1970 ; MUSTAKASet al., 1964 ; HARPER, 1986). En général, la valeur du CEP des protéines de soja, extrudées dans des conditions appro- priées, est voisine de celle des protéines de la farine délipidée et chauffée (HAMDY et al., 1969). D’ailleurs, certaines études ont montré que le procédé d’extrusion augmentait la digestibilité des produits à base de soja ; ces produits texturés sont sans effets physiologiques nocifs et sont facilement acceptés par les enfants (MUSTAKASet al., 1964 ; BRESSANIet al., 1967 ; DUTRA DE OLIVEIRAet DOSANTOS, 1981). Compte tenu de ses possibilités multiples et de la facilité de préparation d’aliments nutritifs et de bonne acceptabilité, le procédé de textura- tion par cuisson-extrusion est un procédé souple et fiable en industrie agroali- mentaire.
Actuellement, l’incorporation des produits texturés à base de soja dans les produits carnés est limitée réglementairement à 30 % au maximum en raison de leur arrière-goût de fève et de leur texture fibreuse moins ferme que celle de la viande animale. Par l’amélioration des technologies, ce taux d’incorporation pourrait augmenter. L’avenir de l’utilisation des produits extrudés de soja en ali- mentation humaine est prometteur.
2.5 Préparation du jus de soja et du tofu (caillé de soja)
Le jus de soja, encore appelé tonyu ou lait de soja, mais cette dernière appel- lation n’est pas réglementaire, et le tofu sont les aliments les plus populaires dans la cuisine chinoise et japonaise. Le jus de soja et le tofu sont des produits très voisins, puisque l’étape initiale de la fabrication du tofu est la préparation du jus de soja. Ce dernier est utilisé souvent en confiserie, charcuterie, dans les boissons et entre dans la composition de lait pour les enfants qui sont aller- giques au lait de vache (WITTE, 1995). De nombreux facteurs, depuis la composi- tion des graines séchées, jusqu’au pressage du caillé, peuvent affecter le rendement et la qualité du tofu final. Il existe deux procédés techniques typiques de fabrication du jus de soja : la méthode traditionnelle se caractérise par un broyage des graines hydratées dans une eau froide (SHURTLEFFet AOYAGI, 1979 ; JOHNSON et WILSON, 1984) et une autre méthode qui prépare le jus à partir de graines hydratées dans l’eau froide, mais broyées dans l’eau chaude. Ce dernier procédé fournit un jus de soja avec une flaveur et un goût secondaire moins fort (MCLEODet AMES, 1988), mais avec un rendement de récupération d’extrait sec et du jus de soja plus faible (JOHNSONet SNYDER, 1978).
Lors de la préparation du tofu, le jus de soja doit être préalablement chauffé pour dénaturer les protéines en modifiant leurs structures tertiaires par déplis- sement et en convertissant les protéines naturelles (réfractaires) en des formes dénaturées plus digestibles (BOONVISUT et WHITAKER, 1976). Ceci favorise la réaction chimique de coagulation et la formation du caillé protéique (tofu). Cela a aussi généralement un effet bénéfique sur la valeur nutritionnelle en facilitant l’accès des enzymes digestives et en inactivant les facteurs antinutritionnels.
Les tofus commerciaux sont généralement classés en tofu tendre, tofu nor- mal et tofu ferme. Le taux d’extrait sec du tofu dépend du taux d’extrait sec du jus et de l’intensité et de la durée de la pression du caillé. Pour être acceptable, le tofu tendre doit posséder une texture douce et fine, avec 88-90 % d’humi- dité. La texture doit être assez ferme pour le maintien de la forme. WANGet HES- SELTINE (1982) ont rapporté que la digestibilité in vitro et la composition en acides aminés indiquent que la valeur nutritionnelle maximale du jus de soja peut être assurée par une ébullition de 10-15 min, mais un chauffage excessif peut avoir une influence négative sur la valeur nutritionnelle. Le fait de faire bouillir le jus de soja pendant plus de 20 min, non seulement réduit la récupéra- tion des substances solides et par là, réduit le rendement du caillé, mais encore affecte sa texture. C’est pourquoi, la cuisson du jus de soja à la température d’ébullition pendant 10-15 min est recommandée.
SHIH et al. (1997) ont rapporté que la qualité du tofu dépend des facteurs essentiels suivants :
– taux d’extrait sec du jus ;
– température du broyage et du mélange ; – concentration du coagulant ;
– durée d’agitation après l’addition du coagulant.
Une combinaison optimale de ces divers facteurs a été proposée pour la préparation du tofu tendre :
– densité du jus : 11,8-12,3° Brix ;
– concentration du coagulant : 0,27-0,32 % (sur ES) ; – température du broyage et du mélange : 85-91 °C ; – durée d’agitation après l’ajout de coagulant : 5-11 s.
NELSONet al. (1975 et 1976) ont déposé un brevet de fabrication de jus de soja à partir de graines entières avec un blanchiment dans l’eau bouillante pen- dant 30 min ; ceci transforme les protéines natives (réfractaires) en des formes dénaturées plus digestibles. Ce traitement thermique inhibe la lipoxygénase et améliore la flaveur du produit, mais il s’accompagne d’une insolubilisation des protéines et d’une diminution du rendement d’extraction du jus de soja.
Pour éviter ces effets négatifs provenant du surchauffage, ce brevet utilise un homogénéisateur puissant pour bien solubiliser (ou suspendre dans le milieu) les protéines dénaturées, augmenter le rendement d’extraction du jus et mettre les téguments des graines en suspension dans le milieu. En conséquence, le rendement d’extraction est augmenté et en même temps, le milieu est enrichi en fibres alimentaires. Ce procédé nécessite l’investissement lourd d’un homo- généisateur ; ceci est un handicap pour la préparation de jus de soja utilisable,
contre la malnutrition protéino-énergétique dans les pays en voie de développe- ment.
Des voies pour réduire le temps de trempage des graines entières ont été cherchées par les fabricants de jus de soja et de tofu (WILSONet al., 1992). Des flocons de soja non dégraissés sont produits par floconnage (dépelliculage) et séchage à 7-8 % d’humidité. Ces flocons sont utilisés traditionnellement pour la production d’huiles de soja, de flocons dégraissés (flocons blancs), de semoules et de farines (WITTE, 1995). Il a été trouvé que des flocons dégraissés produisaient du tofu avec un rendement de récupération plus faible, d’une tex- ture moins fermée que le soja entier (TSAIet al., 1981).
MOIZUDDINet al. (1999) ont comparé le rendement de traitement, la composi- tion et la qualité du tofu obtenu à partir de graines de soja et à partir de flocons de soja non dégraissés. Le tofu a été fabriqué par chauffage indirect à l’aide d’un autocuiseur à double paroi et par chauffage direct à l’aide d’un autocuiseur com- mercial à vapeur injectée. Le temps d’hydratation a été de 10 min pour les flo- cons et de 12 h pour les graines entières. Indépendamment de la variété, un rendement de production de tofu plus élevé a été obtenu avec le chauffage indi- rect. L’utilisation de flocons a demandé 62-65 % d’eau en moins pendant la pro- duction de jus de soja. Indépendamment de la variété, le tofu produit à partir des flocons non dégraissés avait un taux de matières grasses (26 % sur ES) plus faible que le tofu obtenu avec les graines entières (40 % sur ES).
La fabrication de jus de soja et de tofu à partir des flocons de soja a été plus rapide qu’avec les graines entières (10 min d’hydratation au lieu de 12 h pour les graines entières). La suppression d’une hydratation prolongée et du broyage, lors de la production de tofu à partir des flocons, a diminué la quantité d’eau néces- saire. Les tofus produits à partir de flocons de soja, par des méthodes de chauf- fage direct ou indirect, contenaient moins de matières grasses que ceux obtenus à partir des graines entières, indépendamment de la variété de la graine. L’okara (résidu insoluble de fabrication) de flocons de soja, produit par chauffage direct ou indirect, présentait un taux de matières grasses supérieur à l’okara de graines de soja entières. Les testeurs ne différencièrent pas la couleur, la flaveur et la pré- férence de flaveur entre les tofus obtenus avec l’une ou l’autre des méthodes, à partir des graines entières, ou à partir des flocons. Indépendamment de la méthode ou de la matière première, les testeurs préférèrent le tofu à la texture plus ferme. Ainsi, les flocons de soja sont une alternative viable aux graines entières pour la production de jus de soja et de tofu.
Une méthode pour déterminer la concentration optimale de coagulant au cours de la fabrication du tofu a été récemment rapportée par MOIZUDDINet al.
(1999). Elle est basée sur des mesures de conductivité et de transmittance dans le jus de soja.
3 - CONCLUSION
La valeur économique du soja est liée à sa teneur en protéines, bien équili- brées en acides aminés essentiels, et par conséquent d’une valeur biologique
élevée, et à sa teneur en lipides. Le rendement de production du soja par hec- tare est le plus élevé des oléagineux et des légumineuses. Les graines de soja représentent la source mondiale de protéines la plus importante après le blé.
Par ailleurs, le soja est l’aliment protéique dont le prix de revient de la calorie est le plus faible. Il peut ainsi contribuer à la prévention de la malnutrition pro- téino-énergétique des pays en voie de développement économique et repré- sente aussi une alternative intéressante aux aliments à base de protéines animales dans les pays développés.
La consommation directe des graines de soja et des produits à base de soja par l’homme est très limitée en Europe en raison de la faible diffusion du soja, d’une insuffisante connaissance scientifique des produits et des techniques de préparations industrielles et culinaires, et de l’absence de référence culturelle.
L’acceptabilité des produits à base de soja doit se développer grâce à leurs qualités nutritionnelles, leurs propriétés fonctionnelles qui leur confèrent une grande diversité de débouchés, et des efforts permanents d’information éduca- tive des consommateurs actuels et futurs.
Les graines de soja contiennent de nombreux facteurs antinutritionnels dont les plus importants sont thermolabiles. Le soja cru n’est pas consommable ; le chauffage est absolument nécessaire si l’on veut que les nutriments essentiels du soja soient pleinement utilisés par l’homme et la plupart des animaux. Le soja est une graine alimentaire, non pas une panacée ; sa valeur nutritionnelle et ses propriétés fonctionnelles dépendent grandement des préparations et des transformations en produits alimentaires. Un compromis entre l’inactivation des facteurs antinutritionnels et la conservation de la qualité nutritionnelle et des propriétés fonctionnelles et sensorielles doit être trouvé, bien qu’il soit des plus difficiles à obtenir.
Les traitements technologiques, notamment thermiques, affectent non seu- lement la valeur nutritionnelle des aliments mais aussi leurs propriétés fonction- nelles. La transformation réussie de nouvelles matières premières protéiques dans la filière alimentaire dépendra à la fois de leur valeur nutritionnelle et de leurs propriétés fonctionnelles. Pour cette raison, nous devons faire des choix et définir des traitements technologiques adaptables à un bon usage, à chaque cas particulier et à la préparation de produits courants à base de soja ; ce choix doit être fait en fonction de l’utilisation des produits finis. Les consommateurs ciblés et la formulation des aliments à base de soja doivent être rigoureusement pris en considération.
Un traitement thermique approprié peut améliorer la valeur nutritionnelle, les propriétés fonctionnelles et sensorielles des graines de soja. Les graines de soja pourraient être une aide capitale participant à la résolution tant des pro- blèmes de prévention de la malnutrition protéino-énergétique des pays en voie de développement économique que de ceux liés à la suralimentation dans les pays développés.
L’humidité des produits, la température du chauffage, le pH et la force ionique du milieu jouent un rôle important dans la destruction des facteurs anti- nutritionnels thermolabiles et l’augmentation de la valeur nutritionnelle tout comme la taille des particules.
Les produits développés à base de soja doivent présenter un goût peu pro- noncé et contenir le minimum admissible de facteurs antinutritionnels tels que
les inhibiteurs trypsiques, les lipoxygénases et les lectines. Ils doivent aussi avoir une bonne qualité de conservation et en particulier, garder leur propriétés fonctionnelles et sensorielles. Leurs protéines doivent aussi conserver leur inté- grité structurelle lors des traitements thermiques. Enfin, ces propriétés devraient être accompagnées d’un coefficient d’efficacité protéique (CEP) proche de 2,5 en prenant le caséinate de sodium comme référence. Alors, les traitements technologiques appropriés auront fait de la graine de soja une « magique pépite d’or » qui peut jouer un rôle à la fois de viande, de lait, de fromage, de pain et d’huile dans les plats quotidiens.
REMERCIEMENTS
Les auteurs remercient L. POIRSONpour le savoir-faire et la patience montrés au cours de la saisie de ce manuscrit.
Reçu le 26 juin 2000, accepté le 25 janvier 2001.
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