Y. KAYSI,
J-P. MELCIONINRA Laboratoire de
Technologie Appliquée
à la Nutrition
BP 527 - 44 026 Nantes cedex 03
Traitements
technologiques des protéagineux pour
le monogastrique :
exemples
d’application à la graine de féverole
Un traitement technologique peut
sedéfinir
commel’application de facteurs
physiques et/ou mécaniques, chimiques
oufermentaires à
unsubstrat déterminé. En alimentation animale,
sonobjectif est d’accroître
l’ingestibilité et la digestibilité des aliments par augmentation de
l’accessibilité des composants, modification de la fraction amylacée,
inactivation
ouélimination des facteurs antinutritionnels.
Les traitements
potentiels
sont nombreux : leur choix sera fonction dusubstrat,
de samorpholo- gie,
de satexture,
de sacomposition,
de la locali- sation descomposants
et de la sensibilité de cesderniers aux différents facteurs
physico-chimiques pouvant
être mis en oeuvre. Dans cequi suit,
nous décrirons leprincipe
des traitementsphysiques
etmécaniques usuels,
lesprincipaux paramètres
misen
jeu
et leursvaleurs,
en nousappuyant
surl’exemple
d’unegraine protéagineuse,
la féverole.1 / Composition de la graine
La féverole
(Vicia faba L.)
est unelégumineuse appartenant
à la famille desPapilionacées.
Sagraine,
de formegrossièrement
ovale(grand
axesur diamètre = 11 à 14 mm sur 7 à 9
mm),
estconstituée en
première approximation,
d’untégu-
ment
("la coque"),
et decotylédons ("l’amande").
La
proportion
de coques varie de12,5
à14,7
% parrapport
à lagraine
entière selon les cultivars(Wang
etUberschàr 1990).
La
composition
moyenne de lagraine
est don-née dans le tableau 1. Riche en matières azotées et en
amidon,
elle contient un certain nombre de facteurs antinutritionnels. La localisation des dif- férentséléments,
leur sensibilité aux traitementstechnologiques
et leursparticularités
nutrition-nelles sont décrits dans un
premier temps.
1.i / Facteurs antinutritionnels
a)
TaninsLes
tanins,
étudiés dans la féverole par Martin-Tanguy
etal 1977 ; Marquardt
etal 1977,
sont descomposés polyphénoliques
relativement thermo- stables définis par leuraptitude
à se combiner auxprotéines
pour former descomplexes
insolubles.Ils réduisent la rétention de la fraction azotée de la ration chez le
monogastrique
avec pour consé- quence une réduction de la vitesse de croissance et de l’efficacité alimentaire(Carré
et Brillouet1986 ;
Garrido et al1988)
ainsi que dupoids
del’ceuf
(Martin-Tanguy
et al1977).
Leur effetdépressif
sembledépendre
de leurdegré
depoly-
mérisation. Ils sont
présents
surtout dans letégu- ment,
à la différence des autres facteurs antinutri- tionnels(Lacassagne 1988).
Les teneurs s’échelon-nent de
7,1
à 149mg/g
detégument
selon lesvariétés,
soit0,8
à 24mg/g
degraine (Wang
etUberschâr 1990).
Résumé ,
D’une manière
générale, les
traitementsmécaniques, hydrothermiques
etthermiques
sont utilisables pour éliminer les
composants
indésirables desprotéagineux
et/ouaccroître l’accessibilité de certains nutriments.
La
morphologie
de lagraine,
la localisation descomposants
et leur sensibilité auxfacteurs
physico-chimiques
conditionnent les traitements àappliquer.
Dans le cas dela
féverole,
lestanins,
contenus dans lestéguments, peuvent
être éliminés par décor-ticage,
les facteursantitrypsiques
et les lectines contenus dans l’amandepeuvent
être inactivés par la chaleur. Deplus,
lebroyage,
mais aussi les traitements ther-miques
ethydrothermiques (toastage, floconnage, infranisation, extrusion, agglomé- ration)
sontcapables
de modifierprofondément
l’accessibilité et lespropriétés
descomposants majeurs
de lagraine (amidon, protéines).
Lacomposition
de lagraine peut
être modifiée par laturboséparation.
L’efficacité nutritionnelle et industrielle des traitements
technologiques
est liée auxvaleurs des
paramètres
de commande desprocédés.
Desprocédés,
deprincipe
diffé-rent, peuvent générer
des résultatssimilaires ;
àl’opposé,
des résultats très diffé- rentspeuvent
être obtenus à l’aide d’une mêmetechnique.
Les
graines protéagineuses
contiennent de nombreux
facteurs
antinutritionnels
dont la teneurpeut
être réduite pardifférents
traitements.
b)
Facteursantitrypsiques
Les inhibiteurs
trypsiques
etchymotrypsiques
sont des inhibiteurs de
protéases (et d’a-amy- lases).
Leuringestion s’accompagne
chez lerat,
leporc
et,
dans une moindre mesure, chez lepoulet,
d’une
perte
accrue deprotéines endogènes,
sousforme d’un
complexe inhibiteur-enzyme,
riche enacides aminés
soufrés, qui
est excrété (Liener1979).
Cephénomène
accentue la carencedes
graines
delégumineuses
en ces acides aminés et la croissance de l’animal est alors ralentie. La baisse de la concentrationd’enzyme
dans l’intestingrêle
conduit en mêmetemps
à unehyperactivité
et à une
hypertrophie
dupancréas.
Cesmolécules,
de nature
protéique,
sont relativement thermola- biles.c)
Lectines(ou phyto-hémagglutinines)
Ce groupe de
composés, répandu
dans lerègne végétal,
est trèspolymorphe.
Ce sont desglycopro- téines,
dont lacaractéristique
commune est leuraffinité pour les sucres,
expliquant
leursproprié-
tés
d’agglutination
des hématies du sang in vitro(les
lectines se combinent aux résidusglycosyl pré-
sents sur les
parois
desglobules rouges),
à desdegrés
variables selon la lectine etl’espèce
ani-male considérées
(Liener 1986).
Leuringestion
setraduit par des retards de
croissance,
malexpli- qués
à cejour.
Les lectines sont des moléculesgénéralement
thermosensibles.d)
a-GalactosidesCe sont de
petits polymères
de naturegluci- dique,
constituésschématiquement
deglucose
etde saccharose liés en a 1-6 à N molécules de
galac-
tose
(Cerning
et al1975).
Ces molécules sont ther-mostables. Les
organismes supérieurs
nepossè-
dent pas
d’a-galactosidase,
enzyme nécessaire àl’hydrolyse
de la liaison entre legalactose
et leglucose
ainsiqu’entre
deux molécules degalac-
tose. Ces molécules ne traversent pas la
paroi
intestinale et se retrouvent donc intactes au
niveau du colon où elles sont métabolisées par les
microorganismes présents.
La fermentationqui
enrésulte se traduit par une
gêne
au niveaudigestif (flatulences,
diarrhées)susceptible
de ralentirl’ingestion
d’aliment.e)
Vicine et convieineLa vicine et la convicine sont des
glycosides (Marquardt
et Ward 1984) constitués d’une molé- cule deglucose
liée à un radical divicine(pour
la vicine) etiso-uramyl (pour
la convicine). Leurpré-
sence dans les aliments se traduit surtout chez la
pondeuse
par une réduction dupoids
moyen de l’œuf et une baisse de l’intensité deponte (Muduuli
et al1981),
restaurée par laprésence
devitamine E et
A,
ou de chélatants du fer. Ces molécules seraient thermostables (Muduli etal 1982).
1.
2 / Les composants majeurs
La
composition globale
nepermet
pastoujours
de
prévoir
la valeur alimentaire de lagraine,
même
lorsque
sa teneur en facteurs antinutrition- nels a été réduite à la suite d’un traitement tech-nologique.
Laqualité
de laprotéine
et la valeurénergétique
de la fractionglucidique pourraient
être liées à la structure
intrinsèque
desprotéines
d’une
part,
à celle deshydrates
de carbone d’autrepart,
voire à l’association des deux (Van der Poel 1988). Cescaractéristiques peuvent expliquer
les différences de valeur alimentaire de féveroles
d’origines génétique et/ou agronomique
diffé-rentes,
etjustifier
la mise en œuvre de traite- mentsadaptés.
a)
Amidon etcomposés pariétaux
Les
composés pariétaux
sont caractérisés parun forte
hygroscopicité,
due à laprésence
de pen-tosanes,
ougénérateurs
defurfural, capables
d’absorber 20 à 50 fois leur
poids
d’eau. Lagraine
en contient
4,6
à6,9
% selon les variétés(Cerning
et al
1975),
essentiellement contenus dans lesenveloppes (13,5
% de la matièresèche).
La féverole contient
plus
de 60 %d’hydrates
decarbone,
essentiellementcomposés
d’amidon(42
%MS). L’homogénéité
de la taille desgranules
d’amidon (17 à 40 !m ; Colonna 1984) en font une
matière
première
bienadaptée
à laséparation
par voie sèche(turboséparation),
laséparation
par voie humide étantgênée
par la rétention d’eau due auxpentosanes.
Sa teneur en
amylose
est de 30-33%, supé-
rieure à celle des amidons &dquo;normaux&dquo; de céréales
(23-28 %),
et a fortiori des amidons de tubercules(20-25 %).
Lestempératures
degélatinisation
s’échelonnent de 61 à 69° C. La
caractéristique
del’endotherme de
gélatinisation
est de3,8 cal/g,
intermédiaire entre les valeurs obtenues pour les amidons de céréales
(2
à3)
et celui de pomme de terre (4 à 5). Celasignifie
que,quelque
soit saforme
d’apport, l’énergie thermique
nécessairepour transformer l’amidon de la féverole est
supé-
rieure à celle nécessaire pour transformer l’ami- don des céréales.
b)
ProtéinesLa déficience en acides aminés soufrés et en
tryptophane
de la féverole est bien connue. Deplus,
certains acides aminés semblentprésenter
une faible
disponibilité qui pourrait
être liée à la structure même desprotéines (Guéguen
etBaniel
1990).
Eneffet,
lesglobulines
detype
11Set 7S
présentent
des structuresquaternaires glo- bulaires,
trèscompactes,
peu accessibles aux enzymes et résistantes à laprotéolyse
in vitro. Un traitementthermique,
en favorisant l’ouverture deces
structures, peut
rendre accessibles les sites declivage.
L’utilisation nutritionnelle des
protéines
de féverole est liée étroitement à laprésence
desinhibiteurs de
protéases,
des lectines et surtout destanins, qui
interfèrent avec ladigestibilité
etl’absorption
des nutriments.Ainsi,
ladigestibilité
des
protéines
d’une féverolegénétiquement dépourvue
de tanins(Blandine)
est notablementsupérieure (82,6
%) à celle(68,2
%) degraines
riches en tanins
(Alfred, Soravi),
pour une teneuren facteurs
antitrypsiques équivalente (Lacassagne
etaL 1988).
2 / Définition et facteurs de variabilité d’un processus
technologique
Un processus est commandé par des caractéris-
tiques d’entrée,
souventappelées paramètres
decommande ;
lescaractéristiques
de sortie (ou encoreperformances)
sont laréponse
à la miseen œuvre du processus.
Les
caractéristiques
d’entréeprises
encompte
sont
généralement
desgrandeurs
continues oudiscontinues relatives :
- à la matière
première : texture,
structure gra-nulométrique, humidité,
- aux
caractéristiques géométriques
des maté-riels utilisés : dimensions de
grilles
debroyeurs
oude filières de presses,
longueur
et structure de visd’extrudeur,
hauteur etprofil
des cannelures decylindres
defloconneurs,
- aux
réglages
des matériels : débit d’alimenta-tion,
vitesse derotation, température
de chauf-fage,
écartement descylindres
etc.Ces
paramètres
de commande sont des gran- deurs aisémentaccessibles,
maisqui
nereprésen-
tent pas les variables internes du processus, sou- vent
plus
difficiles àappréhender
etauxquels
ilssont liés :
champs
depression,
detempérature,
decisaillement, temps
deséjour
moyen ouplus
exac-tement distribution des
temps
deséjour (figure
1).Les
caractéristiques
de sortiecomprennent
d’unepart
les critères de rendement propres à la machine(débit horaire, énergie spécifique),
d’autre
part
les critères dequalité
duproduit (caractéristiques physico-chimiques, organolep- tiques
ounutritionnelles).
La variation d’un
paramètre
de commande serépercute
demultiples
manières sur les variablesinternes du traitement en raison des interactions existantes. Le
produit,
à la sortie del’appareil,
esten
quelque
sorte laréponse
à une variation don-née,
mais cetteréponse
est d’autantplus
aléatoireque le nombre de
paramètres
de commande et les valeursqu’ils peuvent prendre
sontplus
élevés. Lasolution idéale est de
pouvoir optimiser
les condi-tions de traitement selon des critères
qui peuvent
être d’ordre
biochimique
etnutritionnel,
maisaussi d’ordre
économique : débit,
consommationénergétique,
investissement.Or,
les essais effec- tuésprennent
souvent encompte
unemodalité,
fixée sans
optimisation préalable,
d’un ouplu-
sieurs
types
de traitement dont lesprincipes
peu- vent être très différents. Ceci est enpartie
à l’ori-gine
de la variabilité des résultats obtenus.Qu’il
soitmécanique
ouhydrothermique,
untraitement
s’applique
à une matièrepremière complexe
considéréeglobalement.
Lescomposants
de lagraine
sont modifiés à desdegrés divers,
dans un sens favorable ou
défavorable,
et la résul-tante nutritionnelle est une
réponse
desynthèse parfois
difficile àinterpréter.
Le traitements’applique
à desgraines
souvent variables dans leur texture et leurcomposition
selon les culti- vars, à l’intérieur d’une mêmeespèce végétale,
etce
qui
est valable pour l’un ne l’est pas nécessaire- ment pour l’autre. Les conditions de traitement sont donc àpréciser
et àadapter
àchaque grand phylum génétique.
3 / Les traitements mécaniques
3.i / Broyage simple
Au
plan technologique,
lebroyage
a pour but de réduire lescomposants
de lagraine (ou
d’un ensemble de matièrespremières)
enparticules
degranulométrie
désirée afin depermettre
unmélange plus homogène
etplus
stable et une miseen
granulés plus
aisée.Les traitements
modifient
lastructure
de
certainscomposés, protéines
etamidon,
et leur utilisation
nutritionnelle.
Le
broyage permet
d’améliorer l’accessibilité de l’amidon et d’accroître sadigestibilité.
L’augmentation
de surface due à lafragmenta-
tion des
grains
en finesparticules
estsusceptible d’augmenter
leur &dquo;réactivité&dquo;(physique, chimique,
ou
enzymatique)
etaussi,
par la cassure des struc- turescellulaires,
d’accroître ladisponibilité
de cer-tains
composants
nutritionnels. Du fait de l’éléva- tion detempérature,
dûe àl’énergie
d’arrache-ment des
molécules,
certainescaractéristiques physico-chimiques peuvent
êtreégalement
modi-fiées
(protéines, amidon).
Le
broyage peut
s’effectuer par écrasement-fric- tion(broyeur
àmeule), compression-cisaillement (broyeur
àcylindres)
ou parimpact (broyeur
àmarteaux),
ce dernier étant de loin leplus
utiliséen alimentation animale
(figure 2,
David1985).
Le rendement del’appareil (débit
horaire eténergie spécifique)
et lescaractéristiques granulomé- triques
duproduit
sont fonction de nombreuxparamètres (tableau 2)
dont lesplus significatifs
sont le diamètre des trous de la
grille
et la vitessede
percussion
des marteaux. Lesparticules
defarine sont d’autant
plus
fines que les trous de lagrille
sont depetit
diamètre et la vitessepériphé- rique
des marteauxplus
élevée. Letemps
deséjour
moyen d’unproduit
à l’intérieur d’unbroyeur
à marteaux est de l’ordre de 3 s, certainesparticules
neséjournant
que0,5
s, d’autres au contraire étant retenuesjusqu’à
7 s(Hnilica
etal
1986).
Untemps
deséjour
élevé estgénérale-
ment indicateur d’un
recyclage
élevé dans la cage dubroyeur qui
se traduit par une finesse departi-
cule et un échauffement accrus. L’élèvation de
température
résultant de lafragmentation (Niedieck 1976), qui peut
atteindreplusieurs
cen-taines de
degrés pendant
destemps
très courts(de
l’ordre de lamicroseconde),
estglobalement
de 7 à18° C selon les conditions.
L’emploi
desappareils
àcylindres
nous amèneà
distinguer
lebroyage proprement dit, qui
met enoeuvre des
cylindres
tournant à vitesse différen- tielle dans unrapport
de2,5
à1,
dulaminage
(ouaplatissage) opération généralement complé-
mentaire d’un traitement
thermique,
et danslaquelle
lescylindres
tournent à vitesseidentique.
Dans le
premier
cas, leproduit
obtenu est unefarine dont la
granulométrie
varie selon l’écarte- ment descylindres
et la forme des cannelures.Dans le second cas, que nous examinerons par la
suite,
ils’agit
d’unflocon, d’épaisseur
variableselon le
degré
d’humidité dugrain, généralement comprise
entre0,3-0,8
mm.Au
plan nutritionnel,
lebroyage
a deux consé-quences : d’une
part,
sur le niveau de consomma-tion, phénomène
bien connu chez les volaillesqui préfèrent
un aliment dont la taille desparticules
se situe autour de 900 pm (Nir et al
1990),
d’autrepart
sur ladigestibilité
descomposants.
Letype
debroyeur utilisé,
marteaux oucylindres,
n’entraîne pas de différence dans lecomportement
alimentaire de l’animal et l’utilisation de l’ali-ment,
dans la mesure où les farines obtenues ontune
granulométrie comparable.
Dans le cas de laféverole chez le
poulet
dechair,
ladigestibilité
del’amidon est accrue de 16 à 20
%,
ainsi que l’éner-gie métabolisable, lorsque
la taille moyenne desparticules
décroît de 500 à 160 (un(Lacassagne
etal
1991 ;
tableau3).
Ladigestibilité apparente
de l’azote est par contre peu modifiée(Totsuka
et al 1977). L’influence d’une élévationimportante
de
température
est sans doute àpréciser.
3.
2 / Décorticage
Le
décorticage
a pour but deséparer
lagraine
de féverole en deux
parties :
une fraction&dquo;coques&dquo;
et une fraction &dquo;amandes&dquo;. Il
permet
d’extraire laquasi
totalité des tanins contenus dans lestégu- ments,
et unegrande partie
des constituantspariétaux.
Ledécorticage
consiste en un concas-sage, le
plus
souvent surcylindres
cannelés tour-nant à vitesse
différentielle,
suivi d’uneséparation
associant souvent
tamisage (séparation
selon lataille des
fragments)
et tridensimétrique (sépara-
tion selon la densité).
Simple
dans sonprincipe,
ledécorticage
est unprocessus relativement
complexe
à mettre enoeuvre. Le
broyage ménagé
donne naissance à unnombre variable de fractions intermédiaires
(figure
3)qui pourront
soit être traitéesséparé-
ment, soit réassociées selon leurcomposition.
Lesproduits
terminaux ne sont donc pas purs, mais contiennent leplus
souvent unepetite part
d’amandes dans lesenveloppes
et inversement.Les
paramètres
de commande dudécortiqueur,
enparticulier
l’écartement descylindres,
la diffé-rence de vitesse entre
cylindres
et la taille des cannelures sont àadapter
en fonction de la taille de lagraine
etpeuvent
êtreoptimisés (Maijer
etMuuse 1988 ). Ainsi à titre
d’exemple,
pour unegraine
(Soravi) dont le diamètreapproché
est de8 mm en moyenne, l’écartement des
cylindres
estde
3,8
mm, lerapport
de vitesse est de 1 à1,25
et la hauteur de cannelures de2,1
mm (Melcion et al 1989). Unpré-traitement thermique
estgénéra-
lement nécessaire : il consiste en un
séchage rapide
del’enveloppe, précédé
ou non d’uneréhy-
dratation de l’amande selon son
degré
de siccitéinitial.
Pour des variétés riches en tanins le décorti- cage accroît de 16 % la teneur en matières azotées totales par
rapport
à la matièresèche,
mais l’éner-gie
brute estlégèrement
réduite. Chez le porc, ladigestibilité
desprotéines
et del’énergie
estaccrue de 8 % et 5 %
respectivement
parrapport
à lagraine
entière(Henry
et Bourdon1973,
tableau 4). Lesperformances d’élevage
sontégale-
ment accrues, l’indice de consommation est réduit de
0,07 points mais,
selonEggum (1980),
la diffé-rence ne
justifie
pas le coût du traitement. Chez lepoulet
de chair(Lacassagne
et al1991,
tableau5),
ledécorticage
de variétés contenant des tanins entraîne de la même manière uneaugmentation significative
de ladigestibilité
desprotéines
et del’énergie métabolisable,
mais ne modifie pas la valeur nutritionnelle de variétés sans tanins. Ladigestibilité
de l’amidon n’est pas modifiée par ledécorticage quelle
que soit la variété.Le
décorticage permet
d’éliminer les tanins contenus dans lestéguments
des variétés colorées et d’accroître la
digestibilité
desprotéines.
En
pratique,
lacomposition
d’une féveroledécortiquée
industriellement varielégèrement (tableau 6).
Ledécorticage
accroît de 2 à 3points
les matières azotées et de 250
kcal l’énergie
méta-bolisable mesurée chez le coq par
rapport
à lagraine initiale,
mais en valeurabsolue, l’énergie
métabolisable du
produit décortiqué peut
différer selon lagraine
dedépart
et le taux dedécorticage (exprimé
par lerapport
coquesextraites/coques
totale en
%).
La teneur en tanins est réduite de2/3
environ. La teneur en facteursantitrypsiques
est accrue de 19 à 20 %. Le rendement industriel admis est de 80 %. En
1990,
l’écart entre leprix
d’intérêt de la féverole
décortiquée
et le cours dela
graine
entière se situait entre0,15
et0,22 F/kg
dans un aliment pourpoulet
dechair,
et entre0,09
et0,13 F/kg
dans un aliment pourdinde,
selon la
conjoncture (Van
Den Horst et Maitre 1990).Le
décorticage
laisse subsister unco-produit,
dont la teneur en
enveloppes
est variable(de
80 à100
%), qui peut
constituer une matièrepremière
de l’alimentation du ruminant
(Edwards
etal 1973 ;
De Monredon etal 1987).
3.
3 / Turboséparation
Fondée sur la différence de taille existant entre les
granules
d’amidon et les corpsprotéiques,
laturboséparation permet
de fractionner lagraine
de féverole en ses
principaux
constituants. Lesprotéagineux
seprêtent
bien à cetteopération
enraison de la taille relativement élevée des gra- nules d’amidon
(17-40 !m).
Enrevanche,
elle neconvient pas pour
séparer
sélectivement les fac- teurs antinutritionnelsprotéiques
de la fraction4.
1 / Etude cinétique
Avant d’étudier directement l’influence d’un traitement à l’échelle
pilote
ouindustrielle,
ilpeut
être utile de
préciser
en laboratoirequelle peut
être l’influence de la chaleur et de
l’hydratation.
L’Analyse Thermique
Différentielle(ATD)
est alors un outilprécieux
d’évaluation : on mesure, en fonction dutemps
ou de latempérature,
laquantité
de chaleur restituée pour une vitesse dechauffage
constante d’un échantillon. Uneabsorp-
tion traduit une transition de
phase
et une trans-formation moléculaire du substrat. Cette tech-
nique, déjà
utilisée pour étudier lagélatinisation
de l’amidon et la dénaturation des
protéines,
pour- rait être étendue à l’inactivation des facteurs anti- nutritionnels(Vooijs
et al 1990). C’est ainsi que l’on a pu montrer que des inhibiteurstrypsiques
extraits étaient
plus
thermosensibles enprésence
de molécules de haut
poids
moléculaire(protéines
ou
hydrates
decarbone) qu’à
l’état pur ;plus
l’humidité est
élevée, plus
ils seraient sensibles à la chaleur.4.
2 / Traitements hydrothermiques
a) Agglomération
L’agglomération
(ou pressage ou encore&dquo;granu- lation&dquo;)
intervient à la fin de la fabrication d’un alimentcomposé.
Cetteopération
a pour but de réduire le volumeapparent
de l’aliment afin d’en faciliter lestockage,
letransport
et la manuten- tion. Lespertes
au sol ou àl’auge,
le tri par les animaux sontégalement
limités.L’opération
consiste àcompacter
dans unepresse un
produit pulvérulent, après
éventuelle- mentinjection
de vapeur vive dans la masse de farine à l’aide d’un conditionneur(David
et Lefumeux 1973). Les rouleaux de la presse forcent lemélange
à traverser les orifices d’unefilière, (figure
4) créant ainsi unepression
à l’intérieur de celle-ci(0,6
à1,2.10 5 kPa) proportionnelle
à la sur-face interne des canaux, à l’élasticité de la matière et à son coefficient de frottement. Les
particules
sont alors
tassées,
déformées et soudées les unes aux autres par différents mécanismes(Rumpf
etHerrmann
1970)
sans que leproduit compacté perde
toutefois sa textureparticulaire.
La vapeura pour but de transformer
superficiellement
lesparticules
et de modifier leurcomportement
&dquo;rhéo-logique&dquo; (plastification)
durant lecompactage.
Il
s’agit
d’un traitementhydrothermique
ausens strict : l’eau est
présente
àl’origine
ou appor- tée par la vapeur(1,5
à 4 % enmasse).
L’intensité du traitement est conditionnée par la chaleurapportée
par la vapeur et la chaleurgénérée
par le cisaillement dans les canaux defilière,
ainsi que par letemps
deséjour
dans le conditionneur (10 à 50sec)
et dans la filière (5 à 18 sec).L’énergie thermique
consommée(16
à 48kWh/t)
varie ensens inverse de
l’énergie mécanique
(37 à19
kWh/t)
selonDuqueroy
1991. Ces facteurs sont reliés directement aux commandes des presses :proportions
etcaractéristiques
de la vapeurinjec- tée, géométrie
des filières caractérisées par leur taux decompression (qui exprime
lerapport
lon-gueur de canal x diamètre de ce même
canal),
etdébit d’alimentation. Le
produit,
dont latempéra-
ture à la sortie de la presse atteint 65 à 98°
C,
doitensuite être refroidi. Dans le cas d’aliments riches
en
liquides (mélasses,
substrats defermentation),
le pressagepeut
êtreprécédé
d’une maturation : l’aliment en farine estporté
parinjection
devapeur à une
température
de 60 à 65° C et brassédurant 20 à 45 minutes de manière à favoriser la
pénétration
duliquide
dans lesmicropores
desparticules
de farine.Le critère
principal
dequalité
duproduit agglo-
méré est sa
cohésion, qui s’exprime
usuellement par sadureté,
ou résistance maximale à l’écrase- ment, et sadurabilité,
ou résistance à l’abrasion etaux chocs. Friedrich
(1980) cependant, signale
quela
température
atteinte dans une couche de0,2
mmd’épaisseur
enpériphérie
dugranulé,
cor-respondant
à une zone de frictionintense, peut
être de 134° Clorsque
latempérature &dquo;moyenne&dquo;
du
produit
est seulement de 95° C à la sortie de la filière.Or, l’importance
en masse de cette couchesuperficielle
est d’autantplus
élevée que le dia- mètre del’aggloméré
estfaible,
toutes caractéris-tiques
conservées par ailleurs. Pourl’animal, l’agglomération peut
constituer unprocédé
de trai-tement des aliments
déja signalé
par Calet(1965),
dont il estparfois
difficile derapporter
l’action à l’influencerespective
des modifications de texture et decomposition biochimique.
L’agglomération
entraîne une modificationphy- sico-chimique
de la fractionamylacée,
montrée surle maïs par Mercier et Guilbot (1974). Dans le cas
de la
féverole,
où l’onpeut
penser que lephéno-
L’agglomération
conduit à une
augmentation
del’énergie
métabolisable et de la
digestibilité
apparente
de l’azote.mène est
identique, l’agglomération
se traduitchez le
poulet
de chair par une amélioration de valeur nutritionnelle : selonLacassagne
etal
(1988),
ladigestibilité
de l’amidon est accrue de10,8
% etl’énergie
métabolisableapparente
de12
%,
confirmant une réduction d’indice de consommation de 8 %signalée
parMarquardt et
al
(1976).
Nos propresexpériences,
menées sur15 essais sur une féverole
décortiquée
de lavariété
Alfred,
confirment uneaugmentation
moyenne de l’EM
apparente
de 15 % mesurée surcoqs
adultes ;
le coefficient d’utilisationdigestive apparent
de l’azote estparallèlement
accru de8,2 %,
sans toutefois modifier l’indice de consom- mation defaçon significative
parrapport
au témoin(tableau 7). L’agglomération
réduit de20 % la
lysine
réactive et de 55 % les inhibiteurstrypsiques
en moyenne parrapport
à cequi
estobservé pour le témoin. Le
pouvoir
degonflement
de la
pâte
formée avec lesproduits agglomérés,
indicateur
grossier
dudegré
de transformation de l’amidon de lagraine
est très faiblement accru.Plus riche
d’enseignements
est la variabilité des résultats(tableau 7) générée
par desjeux
devaleurs
paramétriques
choisies dans un intervalle aussilarge
quepossible,
letemps
deséjour
moyen dans la filière variant de 7 à 39 secondes selon les conditions. Peu sensible pour lalysine réactive, l’amplitude
de la variation intra-traitement estcependant
de 1 à 3 dans le cas des facteurs anti-trypsiques.
L’inactivation des facteursantitryp- siques
est d’autantplus importante
quel’énergie apportée
auproduit
sous forme de vapeur est éle- vée(figure 5).
Chezl’animal,
iln’apparaît
pas de différencessignificatives
entre les échantillonsagglomérés,
sauf dans le cas del’énergie
métaboli-sable, plus
élevéelorsque l’énergie
totaleapportée
par le pressage est
plus importante.
b)
Cuisson-extrusionLe
principe
de la cuisson-extrusion consiste à soumettre aux effetsconjugués
de lapression (jusqu’à
200bars)
et de latempérature (de
90 à250°
C)
durant untemps
court(inférieur
à 30secondes),
une matièrepremière
ou unmélange, hydratés
ou non, et à les mettre enforme par passage forcé au travers d’une ou
plu-
sieurs filières. En raison de la faible diffusivité
thermique
des matièrespremières
et de leur &dquo;vis- cosité&dquo; trèsélevée,
il est nécessaire de travailleren couche mince par l’intermédiaire d’une (extru deur
monovis)
ou deux vis(extrudeur bi-vis)
qu s’emboîtent dans un fourreau(figure
6). Le frottement est obtenu entre vis et fourreau dans le pre mier cas, d’une vis sur l’autre dans le second cas
L’eau,
à l’étatliquide
à hautespression
ettempé rature,
sevaporise
engrande partie lorsqu’elli
passe à
pression atmosphérique
à la sortie de:filières,
créant une structure alvéolaire caractéristique.
Il
s’agit
d’un processuscomplexe.
Il y a simulta némentcuisson, malaxage
et texturation des pro duits à desdegrés
divers selon lesparamètres
d(commande
appliqués :
- nature et structure des matières
premières
traduites par des constantesthermophysiquei (propriétés thermiques,
loi decomportement
rhéologique),
- commandes de l’extrudeur :
température
d.chauffage
dufourreau, proportion
d’eau ou divapeur
ajoutée
à l’entrée del’appareil,
diamètrede la
filière,
débit d’alimentation et vitesse d.rotation de la
/
ou desvis,
-
caractéristiques géométriques :
nombre de visconfiguration
des vis etprofil
deschenaux, dispo
sitifs de restriction
disposés
lelong
du fourreaulongueur
et diamètre de la ou des filières. Ces fac teurspeuvent
varier pour un mêmeappareil
es’avérer différents selon les
types
d’extrudeursqui
constituent une famille très diversifiée de maté- riels.
La cuisson-extrusion entraîne des modifications
profondes
descaractéristiques physico-chimiques
des
produits.
Si elle influelégèrement
sur lateneur en acides aminés de concentrats de féve- role
turboséparés (Jeunink 1979),
elle inactivequasi-totalement
les facteursantitrypsiques
degraines
brutes oupréalablement décortiquées (Melcion
et Valdebouze1977). Parallèlement,
lafraction
amylacée
est fortement modifiée : la frac- tion d’amidon facilementhydrolysable (Fh)
est de 83 à 88 % dans les féveroles extrudées contre2,5
à6,5
dans les féveroles témoins. La solubilité de l’amidon est de 22 et 25 %(Cerning-Beroard 1977).
Contrairement à
l’agglomération,
la cuisson- extrusion est unprocédé
sévère au coursduquel
leproduit perd complètement
sa structureparticu-
laire. Dans nos propres essais
(Kaysi 1991),
oùnous avons étudié l’influence de la variation des conditions de cuisson-extrusion d’une féverole Alfred
décortiquée (tableau 8),
nous avons pu montrer que la réduction des facteursantitryp- siques
étaitbrutale, supérieure
à 95 % dans tousles cas. Par
contre,
les modifications des fractionsprotéiques
etamylacées
s’échelonnent selon lesjeux
de valeursparamétriques
choisies : lalysine
réactive est réduite de 7 à 47
%,
et la solubilitédes
protéines
dans la soude de 3 à 43 % par rap-port
au témoinlorsque
les échantillons sontplus
fortement traités.
Parallèlement,
la solubilité de l’amidon des échantillons dans l’eau à 30° C estaccrue et son
pouvoir
degonflement
passe de1,3
à3,4.
Ces modifications se traduisent par des varia- tions del’aspect
des échantillons : la luminance (unecomposante
de la couleur) des échantillons diminue de68,6
à46,5.
Cettecaractéristique peut
être considérée comme uneréponse globale
auxtransformations
subies,
et constituer un indica- teur d’intensité de traitement.Une
réponse
desynthèse
à cette variabilité estapportée
par l’animal. Chez lepoulet, l’énergie
métabolisable est accrue de 8 à 11 % et la
digesti-
bilité
apparente
de l’azote de 5 %(tableau
8) pourles conditions de traitement les
plus
douces(hydratation
et taux deremplissage
de visélevés)
par
rapport
à la féverole non extrudée. Dans des conditionsdrastiques,
aucontraire, l’énergie
métabolisable n’est pas modifiée mais la
digestibi-
lité de l’azote est réduite de 3 % et l’indice de consommation
significativement plus
élevé.Nous n’avons pas trouvé de relation évidente entre déterminations in vitro d’une
part,
et cri-tères nutritionnels mesurés in vivo d’autre
part.
Cependant,
il est indéniable que la valeur nutri- tionnelle desproduits peut
êtrelargement
influen-cée de manière
positive
ounégative
par les condi- tions de lacuisson-extrusion,
et il convient d’êtreprudent
lors del’interprétation
de résultats zoo-techniques.
D’autrepart,
lacomparaison
avecl’agglomération
montrequ’il
estpossible
d’obtenirdes résultats
identiques,
dans la mesure ou lesplages
de variation serecoupent,
en utilisant ces2
techniques pourtant
trèséloignées
l’une de l’autre(figure 7).
La cuisson-extrusion inactive les
facteurs antitrypsiques
etmodifie
lesfractions protéique
etamylacée,
dans unsens
favorable
oudéfavorable
selon lesparamètres
appliqués.
Apparentée
à lacuisson-extrusion,
une tech-nique
communémentappelée
&dquo;conditionnementhydrothermique&dquo;
ou&dquo;expansion&dquo;
vientd’appa-
raître sur le marché. Il
s’agit
d’un conditionne- mentlong
dans des chauffoirs àétages
où le pro- duitporté
à 90-95° Cséjourne pendant
45 minutesà 1 heure à
pression atmosphérique,
suivi d’unlaminage
dans un&dquo;expandeur&dquo;, appareil
à extru-sion annulaire dérivé des presses utilisées en hui- lerie
(figure 8, Pipa
et Frank1989).
Latempéra-
ture du
produit
en sortie est de 90 à 110° C. Les données concernant cettetechnique, qui
ne doitpas être confondue avec
l’expansion
(ou&dquo;popping&dquo;
en
anglais)
décriteplus loin,
sont encorefragmen-
taires.
Employé seul, &dquo;l’expandeur&dquo; peut
être uti- liséuniquement
pourpré-compresser
une farine àseule fin d’améliorer la cohésion des
agglomérés
issus d’un pressage
ultérieur,
enprésence
de pro-portions
élevées de matière grasse.c) Floconnage
Le
floconnage
est une cuisson à la vapeur à bassepression (&dquo;steam-flaking&dquo;
enanglais) injec-
tée directement dans une colonne de conditionne- ment où le
produit
est brassé à l’aided’agitateurs
horizontaux. Il
séjourne
dans la colonne 10 à 20 minutes àtempérature
de 92 à 96° C àpression atmosphérique (figure
9) : l’humiditéajoutée
sousforme de vapeur est alors de 4 à 6 %. La
graine cuite,
dont l’humidité finale est de 18 à 19%,
est ensuiteaplatie
entre deuxcylindres
cannelés tour-nant à vitesse
identique, puis
les flocons sontséchés, refroidis,
tamisés et ensachés.L’intensité du traitement est liée à la
tempéra-
ture et à la
quantité
de vapeurinjectée,
autemps
deséjour
dans la colonne decuisson,
à la teneuren eau de
produit
et à lagéométrie
descylindres (cannelures,
écartement etvitesse).
Laplage
devariation est
cependant restreinte,
dans la mesure où l’efficacité del’opération
est liée à la mise en forme de flocons de texture définie. Bienqu’il
nes’agisse
pas d’essaisoptimisés,
les facteurs anti-trypsiques
de la féverole sont presque totalement inactivés et la fraction d’amidon facilementhydro- lysable
fortement accrue (Melcion etValdebouze
1977 ; Cerning-Beroard
1977 :tableau 9).
4.
3 / Traitements thermiques
L’autoclavage
a souvent été utilisé commeméthode de référence en raison de sa
souplesse.
Ilpermet
d’évaluer la thermosensibilité d’un compo- sant mais sejustifie
peu auplan
industriel.Signalons cependant
l’existence de matériels industriels de cetype (appelés parfois &dquo;toasteurs&dquo;),
fonctionnant sous des
pressions
de vapeur de1,5- 1,8
bar (133’ Cmaximum),
utilisés à notre connaissance pour la détoxification de lagraine
de colza entière(Zmudzinski
1989).a) In franisation
Le
produit (graines prénettoyées), parfois
réhu-midifié
jusqu’à
18-20 %d’eau,
estréparti
en unecouche
monograine
sur untapis
convoyeur. Aucours de ce
transfert,
dont la duréepeut
varier de 40 à 90secondes,
leproduit
est soumis à l’actionde rayons
infrarouges
émis par une série de brû- leurs encéramique
chauffés au gaz ou à l’électri- cité(figure 10).
Cerayonnement
provoque la vibration des molécules en accord avec leur fré- quence de résonance. Le frottement intermolécu- laire entraîne un échauffement internerapide
ainsi
qu’une
élévation de lapression
de vapeur d’eau. L’intérieur dugrain
ou de lagraine peut
atteindre destempératures
de 120 à 135°C,
laperte
d’eau au cours de l’irradiation seule est de 5 à 6 %. Lesgraines
ainsi traitées sont ensuiteapla-
ties dans un
appareil
àcylindres
cannelés pour être transformées en floconsd’épaisseur
voisine de0,8
mm,puis
refroidis.Cette
technique
(enanglais &dquo;micronizing&dquo;)
nedoit pas être confondue avec la micronisation
qui
est un
broyage
réduisant lesparticules
à unetaille de
quelques
microns. D’autrepart,
elle uti- lise des ondesmicrométriques,
delongueur
d’ondecomprise
entre1,8
et3,4 microns,
domaine dis-tinct de celui des &dquo;micro-ondes&dquo; usuelles dont les
longueurs
d’onde sontcomprises
entre 10 et30 cm.
L’intensité de l’infranisation varie selon la vitesse d’avancement de
tapis
convoyeur(durée d’irradiation),
la taille desgraines,
larépartition
de l’eau dans la
graine,
lalongueur
d’onde émise par lesplaques infrarouges (la température
de surface des brûleurs encéramique
varie de 750 à930° C) et la
pression
exercée par lescylindres
flo-conneurs. Il a été montré que l’action
mécanique
due à
l’aplatissage,
connue dans le cas descéréales
(Piva
et al1979),
était étroitement com-plémentaire
de l’actionthermique
sur l’endomma-gement
de l’amidon de la féverole(Cerning-
Beroard
1977,
tableau10).
Ce traitementpermet,
selon les valeurs desparamètres
mis enjeu,
uneinactivation notable des facteurs antinutritionnels thermolabiles
(antitrypsiques
etlectines)
de lagraine (tableau
11). Bienqu’il
nes’agisse
pas d’essaisoptimisés,
la valeur nutritive de lagraine
infranisée est accrue de 10 % environ par
rapport
au témoin non traité chez le
poulet
de chair(Me
Nab et Wilson 1974). Sont de même augmen- tées l’utilisationdigestive
del’énergie (Besle
et al1981)
et ladigestibilité
de l’azote(0,83 :
Toullec et al 1980) chez le veaupréruminant,
sans toutefoisatteindre celle de la
poudre
de lait écrémé(0,95).
b) Expansion
Dans ce
procédé,
la chaleur estcommuniquée
aux
graines
par de l’airporté
à 280-300’ C en lit fluidisé(figure
11). En 90 à 120secondes,
le pro- duit atteint 130 à 150° C et l’eauinterne,
brutale-ment
vaporisée, peut
provoquer l’éclatement de lagraine (&dquo;popping&dquo;
enanglais).
Cet effetmécanique peut
êtrecomplété
par unfloconnage
tandis que l’air chaud estrecyclé (Berthet
1987).c) Toastage
Il
s’agit
essentiellement d’unchauffage
directde la
graine (&dquo;roasting&dquo;
enanglais),
utilisantsimultanément
plusieurs
modes de transmissionLors du
floconnage,
le traitement
mécanique
estétroitement
complémentaire
dutraitement