Mesure en continu de la consommation d’oxygène de la pâte de farine de blé tendre au cours
du pétrissage
Véronique AMEILLE, Sylvie DAVIDOU, Roger DRAPRON, Jacques POTUS, Jacques NICOLAS*
SUMMARY Continuous measurement of oxygen consumption during mixing of unyeasted wheat flour dough.
A mixer-bioreactor has been developed. Its instrumentation allows continuous measurement of the torque and of oxygen consumption during mixing of unyeasted wheat flour dough. The oxygen consumption corresponds to 1.7µmol.g–1d.m. after 10 min and 3.3µmol.g–1d.m. after 1 h of mixing. Oxido- reductase activities are responsible for this consumption since it largely declines following treatment which denatures enzymes. Conversely, oxygen consumption increases when exogenous oxidoreductases are added to the flour. In addition, measurements of polyunsaturated fatty acids in aliquots of dough allow to show the link between their losses and the amount of oxygen consumed. An oxygen balance can be calculated. Thus, after 10 min of mixing, half of the oxygen uptake can be ascribed to the lipoxygenase system. Whe- reas, after 1 h, this enzyme activity explains only one third of oxygen consump- tion.
Key words: mixing, oxygen, consistency, oxidoreduction, wheat flour dough.
RÉSUMÉ
Un pétrin-bioréacteur a été conçu et instrumenté pour mesurer en continu, au cours du pétrissage, la consistance et la consommation d’oxygène d’une pâte de farine non levurée. Au cours des 10 premières minutes, la consommation d’oxygène est de 1,7µmol.g–1m.s. et elle atteint 3,3µmol.g–1m.s. après 1 h de pétrissage. Cette consommation est majoritairement due à des réactions enzy- matiques d’oxydation puisqu’elle est fortement diminuée lorsque la farine a subi un traitement altérant son bagage enzymatique et qu’elle est augmentée en présence d’oxydoréductases exogènes. Parallèlement, le dosage, sur des prises aliquotes de pâte, des acides gras polyinsaturés permet de relier leurs évolutions de concentration à la quantité d’oxygène consommé. Il est ainsi possible de réaliser des bilans d’oxygène : au cours des 10 premières minutes
Chaire de biochimie industrielle et agroalimentaire, Conservatoire national des arts et métiers, 292 rue Saint-Martin, 75141 Paris Cedex 03, France.
* Correspondance nicolasj@cnam.fr
de pétrissage, plus de 50 % de l’oxygène consommé est utilisé par le système lipoxygénasique, alors qu’après 1 h ce système n’explique qu’un tiers de la consommation d’oxygène.
Mots clés : pétrissage, oxygène, consistance, oxydoréduction, blé tendre.
1 - INTRODUCTION
En technologie de la panification, l’importance des réactions d’oxydoréduc- tion qui se produisent au cours du pétrissage est largement reconnue, notam- ment en ce qui concerne le couple disulfure-thiol et ses conséquences sur les propriétés rhéologiques des pâtes (GROSCH, 1986 ; BLOKSMAet BUSHUK, 1988 ; GROSCH et WIESER, 1999), ou en ce qui concerne l’oxydation des acides gras polyinsaturés et ses répercussions sur les qualités organoleptiques du pain (DRAPRONet al., 1974 ; NICOLASet DRAPRON, 1983). Cependant, l’étude de ces réactions est difficile pour plusieurs raisons. Tout d’abord, elles ne sont pas indépendantes les unes des autres : il existe des phénomènes de compétition entre celles se partageant des substrats communs et des phénomènes d’inhibi- tion ou d’activation par certains substrats ou produits de réaction affectant le déroulement d’autres réactions (NICOLASet POTUS, 1994 et 1997). Ensuite, dans un milieu pâteux – peu diffusant et relativement rigide – leurs cinétiques peuvent largement différer de celles que l’on observe dans des solutions aqueuses diluées. Enfin, les conditions de pétrissage – intensité du travail mécanique, composition de l’atmosphère environnant la pâte, hydratation de la farine, tem- pérature de la pâte – modifient considérablement les équilibres et les cinétiques en modulant les possibilités de rencontre entre les réactants (POTUS et al., 1994 ; CASTELLOet al., 1999) et en influençant la vitesse de dénaturation de cer- taines enzymes (DELCROSet al., 1998).
Quoi qu’il en soit, l’oxygène moléculaire joue un rôle essentiel dans ces réactions car il constitue le seul substrat oxydant renouvelable (FREILICH et FREY, 1947 ; SMITHet ANDREWS, 1957 ; POTUS, 1997). C’est une notion intuitive pour tout technologue de la panification qui sait empiriquement moduler l’ap- port d’oxygène à la pâte par la maîtrise des conditions de pétrissage. Cepen- dant, à notre connaissance, cet apport n’a jamais été quantifié malgré quelques tentatives (SMITHet ANDREWS, 1957 ; SMITHet al., 1957).
Le suivi de la concentration d’oxygène dissous dans la pâte étant pratique- ment irréalisable, il a été remplacé par le suivi de la concentration d’oxygène dans la phase gazeuse environnant la pâte après avoir réalisé un pétrin dont l’intérieur de la cuve est isolé de façon hermétique de l’atmosphère du labora- toire. Ce paramètre a été retenu de façon prioritaire car il donne des indications sur l’activité globale des enzymes utilisant l’oxygène moléculaire que leur ori- gine soit endogène (lipoxygénase, polyphénol oxydase, acide ascorbique oxy- dase) ou exogène (glucose oxydase, sulfhydryle oxydase, etc.).
Parallèlement, une seconde approche consiste à suivre l’évolution de la consistance de la pâte. Celle-ci représente globalement la répercussion de l’en- semble des réactions d’oxydoréduction. Il est effectivement possible, en suppo-
sant en première approximation que les liaisons de faible énergie unissant les macromolécules évoluent peu une fois que la pâte est formée, de considérer une augmentation de consistance (raffermissement) comme le résultat d’une prédominance de réactions d’oxydation conduisant à une réticulation accrue entre macromolécules, et une baisse de consistance (affaiblissement) comme la conséquence d’une dépolymérisation des macromolécules à la suite de réac- tions de réduction.
Enfin, grâce d’une part à la mesure de l’oxygène consommé par la pâte depuis le temps zéro du pétrissage et d’autre part au dosage, à partir de prises aliquotes de pâtes, des principaux composés oxydables (les acides gras polyin- saturés), il devient possible de relier la baisse de concentration de ces derniers à la quantité d’oxygène consommé et donc de réaliser des bilans d’oxygène, c’est-à-dire de déterminer l’importance relative du système lipoxygénasique dans la consommation globale d’oxygène.
2 - MATÉRIEL ET MÉTHODES
La farine boulangère utilisée est exempte d’additif et d’auxiliaire de fabrica- tion. Elle provient des Moulins Soufflet (Nogent-sur-Seine, France). Ses teneurs en cendres et en protéines (N×5,7) sont respectivement de 0,61 et 9,7 % de la matière sèche. Sa teneur en eau est de 15,3 % de la matière humide. La farine inactivée est obtenue après un étuvage de 3 h à 115 °C afin de dénaturer les enzymes. La farine reconstituée l’est à partir de gluten vital et d’amidon (Roquette, France) mélangés dans un rapport massique 10 / 70 (gluten / ami- don). La lipoxygénase (EC 1.13.11.12) de soya (type I-S) provient de la société Sigma (Saint Louis, MO, USA).
2.1 Pétrin-bioréacteur
Un pétrin bioréacteur a été conçu et instrumenté pour cette étude (AMEILLE, 1998). Il comprend (figure 1) :
– un réacteur d’une capacité de 1,5 l, en verre Pyrex afin de faciliter les observations visuelles. Il est muni d’une double enveloppe permettant d’assurer la régulation thermique à l’aide d’un cryostat. Il comporte deux contre-pales fixes solidaires de sa paroi interne, l’une verticale et l’autre oblique, afin de faciliter l’homogénéisation de la pâte et d’éviter les phéno- mènes de « cavitation » résultant de l’enroulement de la pâte autour de l’axe du fraseur. Pour assurer une bonne répétabilité des mesures de la consistance des pâtes, le réacteur est solidement fixé au moyen de deux colliers de serrage amovibles et reliés à des supports fixes par l’intermé- diaire de barres dont l’écartement est réglable afin d’assurer la verticalité de l’ensemble ;
– un fraseur constitué d’une tige en acier inoxydable (qualité Z2 CN 18-10) d’un diamètre de 10 mm dont la partie inférieure est en forme de U biaisé ; – un couvercle en Plexiglass muni de plusieurs orifices autorisant le passage
de la tige du fraseur, l’adjonction de gaz ainsi que l’introduction d’une
sonde à oxygène et d’une sonde de température. Il assure l’étanchéité à l’air du bioréacteur. Celle-ci est réalisée à la périphérie par un joint torique pressé contre le réacteur à l’aide de deux clips de serrage, et autour de l’axe du fraseur, par un joint liquide dans lequel plonge un manchon fixe en PCV relié au moteur et entourant le fraseur (figure 1) ;
Figure 1 Le pétrin-bioréacteur The mixer-bioreactor
– un mélangeur-mesureur de couple (IKAVISC-MR-D1, Bioblock) compre- nant un bloc moteur, une unité de commande électronique et une interface DC1 reliée à un micro-ordinateur muni du logiciel IKAVISC. Il mesure en continu le moment moyen de la force (exprimé en N.cm) avec laquelle la pâte résiste à l’entraînement du fraseur animé d’une vitesse de rotation constante. Une macro-fonction EXCEL a été conçue pour transférer les données ASCII en données EXCEL et pour comprimer les fichiers (AMEILLE, 1998) ;
– une sonde de température (Eirelec Ltd., Prolabo) reliée à l’interface ainsi qu’une sonde à oxygène (électrode de Clark, Yellow Spring International) branchée à un polarographe IC-OXY (GILSON, Villiers-le-Bel) lui-même relié à l’interface. Les deux sondes sont placées dans l’atmosphère du pétrin-bioréacteur.
2.2 Exploitation des données du polarographe
La réponse de l’électrode de Clark est proportionnelle à la concentration en oxygène ([O2] en mmol·l–1) dans l’atmosphère du bioréacteur mais elle évolue en fonction de la température et du temps. Une relation permettant de calculer la concentration en oxygène à partir des données délivrées par le polarographe et par la sonde de température a été établie (AMEILLE, 1998).
2.3 Préparation des pâtes
L’eau distillée (306 ml) puis la farine (450 g), préalablement amenées à la température de consigne du pétrin (30 °C), sont introduites dans le bioréacteur.
Après hydratation de la farine et mise en place du couvercle étanche, le pétris- sage est démarré à une vitesse de rotation du fraseur de 75 rpm pendant les deux premières min puis de 150 rpm pendant 58 min. Sont alors enregistrées en continu les évolutions du couple, de la température et de la concentration en oxygène dans la phase gazeuse environnant la pâte.
Il convient de signaler que l’hydratation de la pâte (68 ml d’eau / 100 g de farine humide) est supérieure à celle d’une pâte boulangère (60 ml d’eau / 100 g). Cette forte hydratation a été imposée par la puissance limitée du moteur d’agitation qui serait incapable d’assurer une vitesse de rotation constante de 150 rpm du fraseur en présence d’une pâte moins hydratée.
Dans le cas de manipulations nécessitant des prélèvements, autant de pétrissages que de prélèvements sont pratiqués. Après différentes durées de pétrissage (10, 20, 60 min), le moteur est arrêté, un échantillon de 25 g de pâte est prélevé puis immédiatement congelé dans de l’azote liquide, il est ensuite concassé et conservé à – 20 °C.
2.4 Extraction des lipides et dosage des acides gras
Les lipides sont extraits de la pâte à l’aide d’un mélange ternaire méthanol / chloroforme / eau salée à 1 % (1 / 1 / 1 ; v:v) en présence de butylhydroxyto- luène (BHT) selon la méthode de FOLCHet al. (1957), adaptée par BLIGHet DYER (1959) et appliquée aux céréales par TSENet al. (1962) puis par CASTELLOet al., (1998). Après centrifugation à 6 000 g pendant 10 min à 4 °C, la phase chloro- formique est prélevée et concentrée à l’aide d’un évaporateur rotatif. L’extrait
lipidique obtenu est additionné d’un étalon interne (l’acide heptadécanoïque : C17 : 0) puis fractionné par chromatographie sur couche mince de gel de silice (20 cm ×20 cm, épaisseur de 250µm) en utilisant un solvant de migration ter- naire (éther de pétrole, éther diéthylique et acide formique, 70 / 30 / 0,01 ; v:v) (MANGOLD, 1961 ; DRAPRON, 1997). Après pulvérisation de primuline (0,01 % dans un mélange acétone / eau ; 80 / 20 ; v:v), les acides gras non estérifiés sont révélés (Rf = 0,45) sous UV et récupérés par grattage de la couche mince correspondante. Ils sont ensuite méthylés à l’aide d’une solution de BF3 / méthanol (20 % ; m:v) pendant 15 min à 70 °C. Les esters méthyliques d’acides gras sont alors récupérés après l’ajout de 5 ml d’un mélange pentane-eau (3 / 2 ; v:v). L’extrait pentanique est évaporé à sec sous azote puis repris par 20µl d’heptane. Le dosage des esters méthyliques des acides gras est réalisé par chromatographie en phase gazeuse (Varian 3400 CX, équipé d’un injecteur Split et d’un détecteur à ionisation de flamme) avec une colonne capillaire CP Wax 52 CB (25 m×0,32 mm, épaisseur de phase 0,2µm). Les conditions d’utilisa- tion sont les suivantes : les températures de l’injecteur, du détecteur et du four sont respectivement de 250, 270 et 190 °C et le débit du gaz vecteur (Hélium) en tête de colonne est de 0,7 ml.min–1. La quantification des acides gras est obtenue en comparant la surface de leurs pics à celui de l’étalon interne.
3 - RÉSULTATS ET DISCUSSION
3.1 Détermination de la quantité d’oxygène contenu dans la farine Pour quantifier l’oxygène présent dans la farine, une masse connue de farine (200 à 400 g) est introduite dans le bioréacteur. La farine est agitée par la rota- tion du fraseur et de l’azote U est injecté à un débit constant de 1,3 l.min–1pen- dant 30 min. L’évolution de la concentration en oxygène dans l’atmosphère du bioréacteur en fonction du volume d’azote injecté est représentée figure 2. La surface sous la courbe correspond à la quantité d’oxygène présent initialement dans le bioréacteur. En recommençant la manipulation après avoir remplacé la farine — dont la masse volumique apparente déterminée expérimentalement est de 0,75 kg.l–1— par un volume équivalent d’eau, la quantité d’oxygène contenu dans la farine est calculée à partir de la différence de surface entre la courbe obtenue en présence de farine et celle en présence d’eau. Elle est de 10,5 mmol d’oxygène par kg de farine.
Par ailleurs, considérant que la masse volumique réelle de la farine est de 1,35 kg.l–1(MELCION, 1991), il est possible de calculer la quantité d’air et donc d’oxygène présent dans un kg de farine. À 22 °C, la quantité d’air est de 1,26 l par kg de farine ce qui correspond à 10,8 mmol d’oxygène par kg de farine.
De la concordance entre les valeurs expérimentales et calculées, il résulte que l’oxygène de la farine est l’oxygène contenu dans l’air remplissant les espaces interparticulaires.
Ce résultat indique que dans les conditions classiques de pétrissage (hydra- tation de 60 ml pour 100 g de farine humide), la quantité d’oxygène provenant de la farine (1,08 mmol) est plus de 67 fois supérieure à celle amenée par l’eau
(15,6µmol). Cependant, dans les conditions de pétrissage retenues, où la farine est ajoutée à l’eau et où l’étanchéité du bioréacteur est réalisée après l’hydrata- tion de la farine, l’oxygène de la farine est éliminé dans l’atmosphère du labora- toire avant le commencement du pétrissage et n’apparaît donc pas disponible comme substrat oxydant.
3.2 Évolution de la consistance de la pâte au cours du pétrissage Les courbes d’évolution du couple en fonction du temps traduisent globale- ment les modifications des caractéristiques rhéologiques de la pâte (viscosité, plasticité, élasticité, collant…). Se distinguent (figure 3), les deux phases carac- téristiques du pétrissage : une augmentation rapide de consistance pendant les trois premières minutes de pétrissage suivie d’une décroissance plus lente.
Selon MAACHE-REZZOUGH et al. (1998), la première traduit le passage de la farine de l’état particulaire à celui de pâte, la seconde résulte d’une rhéodes- truction du système pâteux. La répétabilité de la mesure du couple est satisfai- sante puisque le coefficient de variation demeure inférieur à 2 %.
Les courbes s’apparentent à celles obtenues en utilisant un farinographe, appareil de rhéologie empirique servant fréquemment à caractériser l’aptitude boulangère des farines (LOCKEN et al., 1972 ; OLIVER et ALLEN, 1992). Cepen- dant, les valeurs du couple ainsi que l’énergie mécanique cédée à la pâte sont largement inférieures à celles obtenues au moyen du farinographe du fait de
Figure 2
Évolutions de la concentration en oxygène dans la phase gazeuse environnant la farine () ou l’eau () en fonction du volume d’azote injecté
Changes in oxygen concentration in the gaseous phase surrounding the dough (■) or water () during nitrogen stream application
l’hydratation supérieure et de forces de cisaillement réduites. L’énergie spéci- fique instantanée (ESI) exprimée en J·kg–1·s–1calculée par la relation :
ESI (J·kg–1·s–1) = Couple (N·m] ×Vitesse de rotation (rad·s–1) Masse (kg)
est d’environ 12,5 J·kg–1·s–1 au maximum de consistance alors qu’elle est de 427 J·kg1·s1(68 N·m·s–1) pour la consistance standard de 500 Unités Farino- graphe (BLOKSMAet BUSHUK, 1988 ; WILSONet al., 1997). Ainsi, tout se passe comme si, en raison de la faible énergie délivrée au cours du pétrissage par le pétrin-bioréacteur, l’échelle de temps est dilatée par rapport à celle du farino- graphe : les évolutions de consistance sont donc comparables à celles obte- nues au moyen du farinographe mais sont nettement plus lentes.
Par analogie avec le farinographe, la valeur moyenne instantanée du couple est appelée consistance et la différence des valeurs du couple entre deux temps successifs est appelée un affaiblissement si elle est positive et un raffer- missement si elle est négative.
3.3 Détermination de la quantité d’oxygène consommé par la pâte au cours du pétrissage
On peut considérer qu’au temps zéro, correspondant au début de pétrissage, l’oxygène contenu dans le bioréacteur est la somme de celui contenu dans l’at- mosphère de la cuve et dans l’eau distillée servant à préparer la pâte. Disposant à tout instant de la concentration en oxygène ([O2] en mmol·l–1) de la phase gazeuse environnant la pâte et connaissant le volume total de la phase gazeuse (V = 469 ml) ainsi que la quantité de matière sèche de la farine (m = 381,15 g pour 450 g de farine humide), la quantité d’oxygène consommé par gramme de matière sèche pendant un intervalle de temps (t2– t1) est donnée par la relation :
Celle-ci peut être utilisée pour la détermination de la vitesse moyenne de consommation d’oxygène pendant cet intervalle de temps en la divisant par le facteur (t2– t1).
L’évolution de la quantité d’oxygène consommé par la pâte (figure 4) témoigne du fait que de l’oxygène provenant de l’atmosphère environnant la pâte est progressivement transféré à la pâte où il est utilisé. En outre, il est pos- sible de quantifier cet apport. Au cours des trois premières min de pétrissage correspondant à la formation de la pâte, la quantité d’oxygène consommé par la pâte est importante (1,1µmol·g–1m.s.) et représente 8,5 % de l’oxygène dis- ponible initialement dans le bioréacteur ; par la suite, elle augmente progressi- vement atteignant 1,7 µmol·g–1m.s. après 10 min de pétrissage, cependant la vitesse de consommation d’oxygène diminue lorsque le pétrissage se prolonge.
Après 1 h, 3,3µmol.g–1m.s. d’oxygène présent dans l’atmosphère environnant la pâte ont été consommés, ce qui représente 25 % de la quantité d’oxygène disponible initialement.
O mol g m s
O O
m V
t t
t t
2
1 2 2
2 1
1 2
( − )(µ ⋅ − . .)=
[ ]
−[ ]
×
Figure 3
Évolution de la consistance de la pâte au cours du pétrissage (n = 4) Changes in dough consistency during mixing (n = 4)
Figure 4
Évolution de la quantité d’oxygène consommé au cours du pétrissage (pétrissage en continu : ■; arrêt du pétrissage après 20 min : )
Changes in oxygen uptake during mixing (continuous mixing : ■; interruption of mixing after 20 min : )
Par ailleurs, l’arrêt du moteur d’agitation après 20 min de pétrissage conduit à un ralentissement marqué de la consommation d’oxygène (figure 4), confir- mant indirectement l’importance du battage pour favoriser l’incorporation et la diffusion de l’oxygène dans le milieu pâteux.
La comparaison de l’évolution de la consistance et de la consommation d’oxygène fait apparaître (figures 3 et 4) qu’au cours des trois premières minutes de pétrissage correspondant à la formation de la pâte, la forte augmen- tation de consistance s’accompagne d’une consommation importante d’oxy- gène tandis que par la suite, l’affaiblissement progressif de la pâte prend place alors que la vitesse de consommation d’oxygène est constante. Tout se passe comme si la formation de la pâte s’accompagne non seulement de l’hydratation des particules mais aussi d’un « flash oxydatif ». Il est probable que ce milieu encore partiellement liquide soit favorable à l’expression de réactions enzyma- tiques ou non enzymatiques. Par la suite, une fois la pâte formée, le ralentisse- ment de la consommation d’oxygène pourrait résulter de la diminution de la concentration des substrats oxydables (CASTELLOet al., 1998), de la dénatura- tion d’enzymes (DELCROSet al., 1998), ainsi que d’une vitesse de diffusion de l’oxygène devenant limitante.
Figure 5
Évolution de la quantité d’oxygène consommé au cours du pétrissage (farine témoin : ■; farine inactivée : ; farine reconstituée : ).
Changes in oxygen uptake during mixing (control flour: ■; heated flour: ; re-constructed flour: ).
3.4 Mise en évidence de l’intervention des oxydoréductases dans la consommation d’oxygène
D’un côté, des farines dont les activités oxydoréductasiques ont été réduites à la suite d’un traitement thermique (farine inactivée) ou d’un fractionnement
industriel (farine reconstituée) présentent après 1 h de pétrissage des consom- mations d’oxygène diminuées de moitié par rapport à la farine standard (figure 5). Cependant, au cours des toutes premières minutes, le comportement des farines diffère : la vitesse de consommation d’oxygène de la farine inactivée est élevée, celle de la farine reconstituée est quasiment nulle. Lorsque le pétris- sage se prolonge, la consommation d’oxygène de la farine inactivée est insigni- fiante tandis que celle de la farine reconstituée n’est guère différente de celle de la farine témoin. Cette différence de comportement suggère d’une part que des réactions d’oxydation non enzymatiques contribuent à la consommation d’oxy- gène lors de la formation de la pâte — et cela est vraisemblablement dû à la présence de composés réducteurs s’oxydant spontanément : coenzymes réduits, sucres réducteurs, mais aussi prémélanoïdines formées au cours de la réaction de Maillard intervenant lors du traitement thermique de la farine — et d’autre part que dans la farine reconstituée subsistent des oxydoréductases amenées notamment par le gluten vital.
D’un autre côté, l’addition à l’eau distillée servant à préparer la pâte d’une oxydoréductase utilisant l’oxygène comme substrat oxydant — la lipoxygénase (11,2 nkat.g–1m.s., soit un tiers de l’activité endogène de la farine) — conduit à une augmentation de la consommation par la pâte de l’oxygène atmosphérique principalement en début de pétrissage (figure 6).
Figure 6
Effet de l’addition de lipoxygénase sur l’évolution de la quantité d’oxygène consommé au cours du pétrissage
(farine témoin : ■; farine additionnée de lipoxygénase 11,2 nkat·g–1m.s. : ).
Effect of lipoxygenase addition on oxygen uptake during mixing (control flour: ■; flour with lipoxygenase 11.2 nkat·g–1d.m.: ).
3.5 Bilan de l’utilisation d’oxygène
Les acides gras polyinsaturés (C18:2+ C18:3) sont presque totalement oxydés après 1 h de pétrissage (tableau 1). L’oxydation est rapide pendant les 10 pre- mières minutes (perte de 66 % de la quantité initiale), puis plus lente ensuite (perte de 31 % de la quantité initiale entre 10 et 60 min). En revanche après une diminution initiale d’environ 10 %, les concentrations des acides gras saturés et monoinsaturés (C16:0+ C18:0+ C18:1) n’évoluent pratiquement plus ainsi que l’ont déjà rapporté DRAPRONet BEAUX(1969), MANNet MORRISON(1974) et CASTELLO et al. (1998).
Tableau 1
Bilan dans l’utilisation de l’oxygène Table 1
Oxygen consumption balance
Durée de Quantité Quantité d’AGL Quantité Oxygène consommé
pétrissage d’AGL saturés et totale d’O2 pour l’oxydation polyinsaturés monoinsaturés consommé des AGL polyinsaturés * (min) (µmol·g–1m.s.) (µmol·g–1 m.s.) (µmol·g–1 m.s.) (en % de l’O2consommé)
0 1,39 0,86 — —
10 0,47 0,79 1,8 51
20 0,29 0,76 2,6 42
60 0,034 0,80 4,1 33
* En considérant que l’oxydation d’une mole d’acide gras polyinsaturé nécessite 1 mole d’oxygène
En admettant que les acides gras polyinsaturés soient oxydés par une acti- vité lipoxygénasique en hydroperoxydes, la stoechiométrie de la réaction est d’une mole d’oxygène consommé par mole d’acide gras polyinsaturé. La confrontation des évolutions des quantités d’oxygène consommé et d’acides gras polyinsaturés fait apparaître qu’au cours des 10 premières minutes de pétrissage, plus de la moitié de l’oxygène consommé est utilisé pour l’oxydation des acides gras polyinsaturés (tableau 1). Ce résultat complète les observations de SMITH et ANDREWS (1957), de GRAVELAND(1970 et 1973) et de TAIT et GAL- LIARD(1986) sur des pâtes et des suspensions de farine. Lorsque le pétrissage se prolonge, la part de l’oxydation des acides gras polyinsaturés dans la consommation en oxygène de la pâte diminue progressivement, probablement en raison de l’épuisement en substrat et de la dénaturation de l’activité lipoxy- génasique (CASTELLOet al., 1998 ; DELCROSet al., 1998).
Par ailleurs, la part d’oxygène consommé pour oxyder les thiols hydroso- lubles de la pâte étant très faible (AMEILLE, 1998), pour équilibrer le bilan de l’uti- lisation de l’oxygène il faut chercher d’autres composés oxydables de la pâte : groupements féruloyls des pentosanes, tyrosyls et thiols des protéines, acides gras polyinsaturés des monoacylglycérols, etc. On peut également supposer une stoechiométrie supérieure à une mole d’oxygène pour une mole d’acide gras polyinsaturés et / ou l’intervention de phénomènes d’oxydation couplée tels qu’ils ont été mis en évidence avec les caroténoïdes et les tocophérols (DRAPRONet al. 1974 ; NICOLAS, 1978).
4 - CONCLUSIONS
À l’aide du pétrin-bioréacteur, il a été observé que l’atmosphère environnant la pâte s’appauvrit en oxygène pendant le pétrissage, montrant ainsi que l’oxy- gène de l’air est progressivement transféré de la phase gazeuse vers la phase semi-solide constituée par la pâte. Ce transfert indique que l’oxygène est utilisé par les réactions d’oxydation. À notre connaissance, c’est la première fois qu’il a été possible de quantifier cet apport d’oxygène à la pâte. Ceci tend de plus à prouver que la disponibilité de l’oxygène est réduite et que sa concentration dans une pâte sans levure, et a fortiori dans une pâte levurée, tend vers zéro : l’oxygène étant consommé au fur et à mesure de son transfert.
Les dosages des acides gras libres polyinsaturés ont permis de déterminer que la part la plus importante de l’oxygène consommé pendant le pétrissage est utilisée pour leur oxydation catalysée par la lipoxygénase. Dans la phase ini- tiale de formation de la pâte, elle représente plus de 50 % de la consommation d’oxygène. Si l’on admet la stoechiométrie d’une mole d’oxygène pour une mole d’acide gras polyinsaturé non estérifié, une part non négligeable de l’oxy- gène consommé est utilisée pour d’autres réactions d’oxydoréduction qui n’ont pas été précisées.
REMERCIEMENTS
Ce travail doit beaucoup à l’expertise technique de Mme L.RAKOTOZAFYet de M.M. G.LE BUZITet A.CHANGARNIERdu Conservatoire national des arts et métiers.
Il a été réalisé en partenariat avec les Moulins Soufflet (Nogent-sur-Seine, France) grâce à l’aide financière du ministère de l’Agriculture (DGAL 94 / 41).
Reçu le 16 juillet 1999, accepté le 15 novembre 1999.
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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