Publié le 06 Août 2018

Analyse de l’état de l’art – Difficultés techniques

  I.Etat de l’art lié au projet

A.     Périmètre du projet et connaissances accessibles

1. Présentation des objectifs technologiques du projet innovant

Les objectifs du projet d’innovation de la minoterie Kircher consiste à améliorer la qualité nutritionnelle des farines produites. Au-delà de la préservation des micronutriments, l’entreprise a engagé une réflexion poussée sur la qualité des farines pour répondre aux problématiques de santé publique actuelles dont notamment l’explosion du nombre de cas de diabète de type 2. En effet, les farines sont les composantes centrales de notre alimentation par le pain, les biscuits, les pâtisseries ou de par leur utilisation dans de nombreux produits alimentaires pour leur fonctionnalité de liaison et d’épaississement, etc… Cependant, la plupart des farines ont des indices glycémiques (IG) élevés. Il est maintenant connu qu’une alimentation riche en aliments à haut IG favorise l’apparition de l’insulinorésistance, des diabètes de type 2 et également de l’obésité, comme ce sera discuté par la suite.

Des travaux ont été réalisés pour optimiser les procédés de fabrication du pain afin d’en réduire l’indice glycémique mais très peu ont porté à ce jour sur l’optimisation de la matière première : la farine. Pourtant beaucoup d’évolutions peuvent être réalisées sur le procédé et sur le stockage des farines pour en améliorer la qualité nutritionnelle et fonctionnelle. Si les données de la littérature permettent d’identifier des relations très intéressantes entre préservation des granules d’amidon, tailles des particules de son, activité enzymatique résiduelle dans la farine et impact sur la santé des farines, beaucoup de données restent à accumuler ces points. Des procédés bien établis et calibrés prenant en compte ces paramètres manquent dans l’industrie meunière actuelle.

Le moulin Kircher souhaite se positionner en pionner dans cette démarche d’amélioration de fond de la qualité de la farine en développant des procédés plus doux qui respectent la graine. L’échauffement des grains est ainsi limité pour obtenir une teneur vitaminique supérieure par rapport aux farines modernes. De plus, la faible la déstructuration des grains d’amidon permet de mieux contrôler l’indice glycémique de la farine « in fine ».

Une réflexion est également menée sur l’optimisation des propriétés fonctionnelles de la farine, en travaillant sur le stockage de celle-ci pour permettre d’améliorer les caractéristiques du réseau de gluten. Dans ce but et sur la base scientifique des évolutions du réseau de gluten au cours du temps, un temps de repos supérieur à la moyenne des autres minoteries sera appliqué à la farine.

En parallèle de ces aspects, l’optimisation du broyage et du stockage de la farine permet de limiter sa dégradation au cours du temps mais aussi de limiter la détérioration accélérée des produits élaborés avec celle-ci. En effet, ces dégradations reposent principalement sur des phénomènes de rancissement des lipides. Dans la minoterie Kircher, les parties sensibles du blé comme le germe, contenant des lipides et des enzymes, sont préservées, ce qui limite ces phénomènes d’oxydation.

La production de la farine et son stockage s’accompagnent de changements physiques et biochimiques complexes qu’il convient de comprendre et de maîtriser afin de produire une farine optimale sur le plan nutritionnel et fonctionnel. Les connaissances actuelles sur ces phénomènes vont être présentées dans ce document mais il existe de nombreuses lacunes, que le travail d’innovation effectué par la minoterie Kircher pourra aider à combler.

2. Présentation des technologies disponibles / état de l’art

1. Processus de fabrication de la farine

Les deux grandes techniques de broyage des grains sont le passage des grains sur des meules de pierre ou sur des cylindres métalliques lisses ou cannelés.

Les moulins à pierre utilisent simultanément la compression, le cisaillement et l’abrasion, ils dégagent beaucoup de chaleur due à la friction. Cela peut engendrer des dommages sur l’amidon, les protéines les vitamines et les acides gras insaturés. L’aspect « moulin en pierre » reste cependant un argument marketing fort pour le public (exemple : www.moulindevencimont.be) si bien que certains moulins sont équipés d’une meule de pierre uniquement pour fendre le grain et que le reste de la mouture est réalisée avec des meules à cylindres, ce qui limite l’échauffement du grain.

Les processus sur cylindres impliquent la séparation de l’endosperme du germe et du son, suivie d’une réduction graduelle de la taille de l’endosperme. Le grain est passé sur une série de cylindres cannelés et lisses avec un tamisage à différentes étapes. L’avantage de cette technique est qu’elle soit flexible : le nombre de cycles, la finesse du broyage, la vitesse peuvent être adaptés pour diminuer les forces compressives et de cisaillement ce qui permet de réduire l’échauffement du grain et la destruction des composés biochimiques le constituant (Prabhasankar & Rao, 2001). Pour faire une farine complète, le son et le germe sont réincorporés à la farine d’endosperme finale dans des proportions identiques à celles du grain d’origine. Dans ce processus, le son et le germe étant séparés de l’endosperme, il est alors possible et facile de leur appliquer séparément des traitements comme le broyage fin ou le chauffage sans endommager l’endosperme (Doblado-Maldonado et al., 2012).

A l’heure actuelle, l’ensemble des procédés de broyage de la farine semblent encore peu adaptés à la préservation des composés biochimiques du grain. En effet, les petits moulins en mouture sur meule de pierre, encore assez nombreux en France, travaillent tous de façon assez brutale: la farine est produite sur un ou deux passages. Et comme cité précédemment, le phénomène de l’échauffement est très important. De façon relativement similaire, les minoteries modernes travaillent toutes sur des diagrammes courts donc à forte intensité de mouture (les grands moulins comme Paris, Strasbourg, Soufflet mais aussi les moulins de taille moyenne comme Moulins Bourgeois, Moulin Peterschmitt, …), ce qui amène également un échauffement du grain et une déstructuration de l’amidon.

Il y a très peu de procédés publiés ou brevets qui sont optimisés pour la préservation du grain. Ces équipements ou procédés ne sont pas encore présents dans les parcs machine des minoteries. A titre d’exemple, le brevet CN107081189A (2016) décrit un moulin basé sur l’induction. Cette machine permet de répondre aux problématiques qui existent pour les processus basés sur des moulins qui moulent les grains mécaniquement à l’aide d’un moteur et électriquement. Ces derniers processus engendrent en effet un échauffement du grain, qui ne semble pas intervenir avec l’invention décrite dans ce brevet.

1. Impact sur la structure de l’amidon et influence sur l’indice glycémique

L’indice glycémique (IG) se mesure comme le rapport de l’aire sous la courbe de la glycémie sanguine pendant les 2h suivant l’ingestion de l’aliment étudié sur celle d’un aliment de référence (le glucose ou le pain de mie blanc). Les aliments avec un indice glycémique inférieur à 55 sont classifiés à faible indice glycémique, ceux avec un indice compris entre 56 et 69 sont dits à IG moyen et ceux avec un indice supérieur ou égal à 70 sont à IG élevé.

La plupart des études portant sur l’indice glycémique se basent sur le pain comme aliment de référence fabriqué à partir de la farine, beaucoup de facteurs influencent l’indice glycémique du pain, comme la teneur en fibres, la présence d’amidon résistant et d’amylose, la façon de fabriquer le pain, l’inclusion de particules plus grosses de céréales et la teneur en eau. Très peu d’études portent sur l’impact du procédé de fabrication de la farine et son stockage sur l’indice glycémique final des aliments. Il est simplement connu que la granulométrie de l’amidon impacte l’IG car plus le broyage est fin, plus l’hydrolyse enzymatique de l’amidon sera complète.

La structure de l’amidon est modifiée à chaque étape du broyage de la farine. Toutes les données de la littérature se rejoignent sur le fait qu’il est important que le processus de broyage soit lent pour chauffer et déstructurer le moins possible la granule d’amidon (US2013129891 (A1), 2013) ; US2013064926 (A1), 2013). Cela permet in fine de diminuer la vitesse de digestion de l’amidon ce qui diminue l’indice glycémique. La structure finale de l’amidon conditionne sa digestion via l’action des α-amylases et donc l’indice glycémique final. Plus la granule d’amidon est déstructurée, plus sa digestion sera complète.

Une étude a porté sur l’impact du procédé de broyage sur les propriétés physico-chimiques de la farine de sarrasin selon trois différentes techniques : un broyeur haute vitesse universel, un broyeur humide ou une meule de pierre. Le broyage humide conduit à de plus petites particules corrélées à une dégradation importante de l’amidon et de la teneur en flavonoïdes (Yu et al., 2018) tandis que les deux autres méthodes semblent équivalentes. Des données plus précises sont présentées dans le brevet US2013064926 (A1) (2013) qui décrit une méthode de broyage des grains de blé et de préparation du pain permettant d’obtenir des pains avec un indice glycémique inférieur à 40. Leur broyage des grains de blé doit se faire dans des conditions précises de vitesse (≤ 0.9 m/s) et de température atteinte par le grain (≤30°C).

III. Influence de la granulosité des particules de son dans la farine complète sur ses propriétés fonctionnelles et son indice glycémique

L’analyse de l’état de l’art montre sans ambiguïté que l’utilisation de farine complète est beaucoup plus intéressante que la farine blanche au niveau de la diminution de l’indice glycémique. Il existe de grandes variabilités de tailles de particules pour la farine complète. Une étude portant sur 5 marques nationales aux Etats-Unis a révélée de très grandes disparités de taille de particules. Ceci est d’autant plus surprenant que la taille des particules de son a une influence cruciale sur les propriétés fonctionnelles de la farine. De grandes tailles de particules (taille moyenne supérieure à 500 µm) conduit à une grande absorption d’eau par la farine et un volume de gonflement important en comparaison des particules de taille inférieure à 500 µm.

Une étude récente a porté sur l’effet de la taille des particules de son sur l’indice glycémique (mesure effectuée in vivo) et a montré que des particules de son (500 µM comparé à 100 µM de diamètre médian) plus grandes induisant un plus faible indice glycémique (Papakinstantinou et al., 2018). Ces particules ont été produites par moulin à jet (jet milling), ce qui semble être plus avantageux que la micronisation. Il est connu que l’ajout de son dans la farine conduit à des pains de qualité inférieure car la présence de particules de son perturbent physiquement la formation de la matrice gluten-amidon. Les auteurs expliquent le résultat obtenu sur l’IG par le fait que, comme la réduction de la taille des particules a un effet négatif sur le réseau de gluten (Noort et al., 2010) et que le gluten protège partiellement l’amidon des enzymes digestives (Fardet et al., 2006), la réduction de la taille des particules peut entrainer une accélération de l’hydrolyse enzymatique de l’amidon. Il a en effet été montré que le degré d’accessibilité à l’amidon par l’enzyme alpha-amylase diminuait de 26,8 g/kg d’amidon tous les 100 μm de diamètre des particules (Blasel et al., 2006). Cet effet de la taille des particules de son sur l’indice glycémique a été confirmée par deux études cliniques (Jenkins et al., 1988 ; Holt & Miller, 1994). De plus, la taille des particules de son influence la vitesse de la vidange gastrique, ce qui impacte également l’indice glycémique (Gopirajah et al., 2016).

Des étude réalisées avec de la farine de millet ou de riz amènent les mêmes conclusions sur l’influence de la taille des particules de grain sur l’indice glycémique (Jayasinghe et al., 2013 ; Farooq et al., 2018). L’influence de la méthode meunière (meule à pierre ou moulin à cylindres industriel) sur l’indice glycémique du pain a été étudiée. La mouture de millet obtenue sur meule de pierre a un indice glycémique de 45 ± 5 alors que la mouture obtenue sur moulin à cylindres est de 59 ± 7. Cela provient simplement de la taille du grain produit qui est plus grande sur meule de pierre (Jayasinghe et al., 2013).

En conséquence des tailles de particules de son de 400 – 500 µm semble être la taille idéale (Doblado-Maldonado et al., 2012). Il est tout de même à noter qu’un travail de formulation du pain est requis pour maintenir les qualités organoleptiques originelles du pain avec une farine comprenant des particules de grand diamètre.

1. Stabilité au stockage de la farine

L’évolution de la farine pendant sa durée de vie est composée d’une multitude de changements biochimiques qui impactent sa fonctionnalité. La farine complète est plus sensible aux évolutions durant son stockage que la farine blanche car elle est plus riche en micro et macronutriments. Sa durée de vie est considérablement plus courte (3-9 mois en moyenne) que celle de la farine blanche (9-15 mois en moyenne). Les durées de vie varient selon la température et l’humidité pendant le stockage.

1. a) Dégradation lipidique durant le stockage

Même s’ils constituent les composés minoritaires de la farine, les lipides sont les composés le plus instables présents dans la farine. Il est à noter que la farine complète en est naturellement plus riche. Les lipides endogènes de la farine apportent beaucoup à la qualité de la farine et des pains. En effet, quand l’eau est mélangée à la farine, les lipides endogènes ont la particularité de se lier aux protéines de gluten ce qui est essentiel au bon développement du gluten (Goesaert et al., 2005). L’ajout de matières grasses externes ne peut pas remplacer cette fonctionnalité.

Dans la farine complète, les lipides sont dégradés dans un premier temps par un processus de rancissement hydrolytique puis par un processus de rancissement oxydatif.

1. i) Rancissement hydrolytique

La dégradation hydrolytique intervient par l’action de l’enzyme lipase qui hydrolyse les triglycérides en acides gras libres, en mono et diglycérides et en glycérol. Ce processus repose donc sur l’activité de l’enzyme lipase qui se situe dans la fraction du son du grain. Les lipases présentent une activité maximale pour 17% d’humidité. Pour l’humidité habituelle de la farine pendant le stockage (10-14%), les lipases conservent 50 % de leur activité (Fig. 1).

Figure 1 : activité des lipases en fonction du taux d’humidité dans le son de blé (Rose & Pike, 2006)

A l’inverse, des taux d’humidité élevés protègent les lipides par une réduction de l’activité enzymatique. Les conséquences de la dégradation hydrolytique conduisent à une diminution de la qualité sensorielle et des propriétés fonctionnelles de la farine (Gaillard, 1994). La présence d’acides gras non-estérifiés apportent des gouts de rance et de moisi et de l’amertume (Heino et al., 2002). Cela affecte la qualité des pains et de la pâtisserie réalisés avec ces farines. A des faibles concentrations, la présences d’acides gras non estérifiés ont un effet positif sur le volume de gonflement via une co-oxydation des groupes sulfhydriles des protéines de gluten mais à des hautes concentrations, cela affecte la capacité de liaison des lipides au gluten et ainsi diminue l’élasticité due au gluten et la capacité de rétention du gaz (Carr et al., 1992). Les acides gras non estérifiés forment également des complexes avec l’amylose de l’amidon qui tendent à augmenter la viscosité des farines et pâtes après 12 mois de stockage (Salman & Copeland, 2007).

1. ii) Rancissement oxydatif

Un autre effet se cumule : ces acides gras non estérifiés sont également des substrats pour l’enzyme lipoxygénase qui génère des produits d’oxydation qui diminuent de la même façon la qualité et l’acceptabilité de la farine et des aliments préparés avec (Loiseau et al., 2001). La lipoxygénase se trouve dans le son et le germe du grain. L’oxydation des lipides peut également intervenir sans activité enzymatique, il s’agit de l’auto-oxydation. Ce processus d’auto-oxydation requière la présence d’oxygène pour former des hydroperoxides et des composés volatiles responsables de l’odeur de rance. Le processus d’oxydation lipidique est bien plus lent que la dégradation hydrolytique au cours du stockage (Gaillard et al., 1994), venant du fait que contrairement aux lipases, les lipoxygénases ont une activité très faible à des taux d’humidité faibles et que la farine complète contient naturellement des antioxydants (Adom et al., 2005).

Même si le processus est plus lent, l’oxydation lipidique contribue de manière substantielle à la perte de la qualité des produits préparés avec la farine. En effet, la lipoxygénase redevient plus active quand la farine est mélangée avec de l’eau. Tous ces processus d’oxydation amènent une diminution de la qualité nutritionnelle et de l’acceptabilité par les consommateurs des farines et des produits en contenant. En plus de la perte des acides gras essentiels et des antioxydants contenus dans la farine, les radicaux libres générés dégradent les protéines et les acides aminés essentiels présents dans la farine (Pokorny & Velisek, 1995). Il y a une perte globale de la qualité nutritionnelle.

1. b) Dégradation des protéines durant le stockage

Les protéines de blé ont la capacité unique de former une pâte viscoélastique. Les peptides du gluten, c’est-à-dire les gliadines (qui donnent la cohésion de la pâte) et gluténines (qui donnent l’élasticité de la pâte), contiennent des ponts disulfures intra et intermoléculaires qui contribuent à leur fonctionnalité. Juste après le broyage, les protéines de farine contiennent une proportion élevée de groupements sulfhydriles (-SH), qui donne une mauvaise qualité de farine pour la réalisation du pain. Le vieillissement sur une courte durée (quelques semaines/mois) ou un blanchiment chimique améliore la fonctionnalité de la farine via la formation de liaisons sulhydriles/disulfures (-S-S-) entre les peptides du gluten (Goesaert et al., 2005). Cependant, pendant le stockage à long terme, la fonctionnalité de protéines est réduite. Il se produit une augmentation de la fraction de gluténines à haut poids moléculaire qui conduit à la formation de liaisons intermoléculaires disulfures entre les molécules de gluten mais aussi avec des molécules comme le glutathion (antioxydant présent dans toutes les cellules) et ainsi diminue l’élasticité de la pâte (Msi, 2003 ; Wilkes & Copeland, 2008). Le degré de polymérisation augmente avec la durée de stockage.

Pour finir, comme cité plus haut, les radicaux formés par l’oxydation lipidique modifient le développement du gluten (Pokorny & Velisek, 1995).

1. c) Dégradation des glucides durant le stockage

Au cours du stockage de la farine, un effet additionnel vient diminuer la résistance à l’étirement des pâtes issues de ces farines, il s’agit de la modification de l’amidon via une activité amylolytique endogène. En effet, la proportion de glucides à faible poids moléculaire et de sucres réducteurs augmente au cours du temps de stockage (Marathe et al., 2002). En plus d’impacter les réactions de Maillard, la présence de glucides de faible poids moléculaire et de sucres est susceptible de modifier l’indice glycémique de la farine. Il n’y a cependant pas à l’heure actuelle d’études portant sur l’évolution de l’indice glycémique de la farine au cours de son stockage, celles disponibles portent uniquement sur l’évolution de l’indice glycémique avec le vieillissement des pains.

1. d) Dégradation des vitamines et antioxydants durant le stockage

Les vitamines présentes dans les farines sont fortement dégradées au cours du stockage. Il a été reporté une diminution de 40% de l’activité de la vitamine E pour un stockage à 20°C pendant 12 mois (Wennermark & Jägerstadt, 1992). Ce phénomène est associé à l’oxydation lipidique. Les caroténoïdes et la thiamine sont également oxydés selon la même évolution biochimique (Franz, 1968 ; Arya and Parihar, 1981).

B. Analyse de l’état de l’art

1. Problématique de la préservation des granules/germe et de la granulométrie du son

Toutes les études s’accordent sur le fait qu’il est très important d’éviter le broyage brutal du grain et d’éviter autant que possible l’échauffement de celui-ci pour ne pas endommager les micronutriments et la structure du granule de l’amidon. Un endommagement de la structure de cette dernière conduit à une augmentation de l’indice glycémique de la farine. Il s’avère que les procédures de broyage actuelles, que ce soit avec meules de pierre ou cylindres, ne sont pas satisfaisantes et sont encore trop drastiques. Des consignes de vitesse de broyage et de température maximales à ne pas dépasser ainsi que des alternatives comme des moulins à induction sont proposées dans des brevets mais le développement d’un processus lent et doux requière des procédés/dispositifs performants et l’expertise du meunier.

Au-delà de cet aspect, des résultats récents d’études scientifiques tendent à montrer que – dans le cas des farines complètes – la granulosité des particules de son et leur traitement est de première importante pour les qualités nutritionnelles, fonctionnelles et de stabilité de la farine. Une granulosité assez élevée (400 – 500 µm de diamètre) semble être le compromis idéal entre faible perturbation du réseau de gluten et abaissement de l’indice glycémique. Par contre, il semble que ce paramètre est peu ou pas contrôlé dans les minoteries actuelles. Un autre paramètre qui devrait être étudié plus particulièrement sont les traitements inhibiteurs d’enzymes à faire subir au son qui conditionne la stabilité au stockage de la farine.

Un autre point qui n’est pas documenté dans la littérature scientifique est l’impact du broyage du germe de blé. Il est principalement constitué de protéines et ensuite à proportions égales de lipides et de glucides. Il contient également des lipases qui impactent le rancissement et donc la durée et les qualités organoleptiques et fonctionnelles de la farine. Les traitements à lui faire subir pour inhiber les lipases sans modifier les qualités nutritionnelles des lipides et des protéines ont été peu explorés (cf paragraphe suivant).

De même l’importance de sa préservation lors de la fabrication de la farine n’est pas encore documentée.

1. Amélioration de la stabilité de la farine au cours du stockage

Comme discuté plus haut, la dégradation des lipides notamment dans la farine complète est le contributeur principal de la perte de la qualité de la farine. Le taux de dégradation peut être réduire par un stockage au froid, malheureusement ce procédé aurait certainement un cout prohibitif pour l’industrie par rapport au cout de la farine. Les autres stratégies plus rentables pour stabiliser les lipides sont l’utilisation d’une atmosphère inerte ou d’antioxydants. Cependant leur efficacité est limitée car la dégradation de la farine débute par un rancissement hydrolytique, processus enzymatique qui ne requiert pas d’oxygène. L’addition d’antioxydants a également un effet limité car les acides gras non estérifiés produits au cours du stockage sont très rapidement oxydés par la lipoxygénase quand la farine est mélangée avec de l’eau. Il apparait donc qu’une des approches les plus performantes est l’inhibition de l’activité de la lipase, première étape de la dégradation. Cela inhibe par la même occasion la production de substrats pour la lipoxygénase à l’origine du rancissement oxydatif.

Un grand nombre de procédé ont été explorés pour inhiber l’activité de cette enzyme. Le plus souvent, il s’agit d’un traitement thermique du son, partie dans laquelle se trouve la lipase. Le son peut être chauffé séparément puis qu’il est ajouté ensuite à la farine blanche pour reconstituer une farine complète. Cela permet d’inhiber les enzymes (lipase et lipooxygénase) sans modifier les fonctionnalités de la farine (Rose et al., 2008). Les traitements thermiques peuvent être un chauffage classique, un traitement par micro-ondes ou à la vapeur. Des inhibitions de 74, 93 et 96 % ont été reportés pour un chauffage sec à 175°C pendant 25 min, 60 sec à 1000 W de traitement micro-ondes ou 60 sec à la vapeur, respectivement (Rose et al., 2008).

Les chauffages secs ne sont que partiellement efficaces car les lipases peuvent se rénaturer facilement. Les traitements micro-ondes du germe de blé apportent une stabilisation satisfaisante (Xu et al., 2013). Ce traitement a également l’avantage de pouvoir s’effectuer sur la ligne de production en continu (20 kg/h, 4 kW, 8 min). Sous ces conditions, l’activité de la lipase diminue de 14% et celle de la lipoxygénase est totalement nulle. Cependant, la complexité avec les traitements thermiques est qu’ils peuvent amplifier le phénomène d’auto-oxydation des lipides (Lehtinen et al., 2003). Les traitements à la vapeur semblent être efficaces, des durées de traitements de 90 s permettent de réduite de 81 % l’activité de la lipase et de 63 % l’activité de la lipoxygénase sans affecter ni les propriétés des protéines et du gluten ou d’engendrer de l’oxydation des lipides (Poudel & Rose. 2018). Même si cela ne permet pas d’éviter l’oxydation des lipides dans la farine au cours de son stockage, l’inhibition des enzymes limitent la quantité d’acides gras libres générés dans la farine au cours du temps et empêche ainsi l’apparition précoce du rancissement oxydatif des produits alimentaires élaborés à partir de ces farines stockées. Cependant le traitement à la vapeur nécessite de grands investissements sur la ligne de production et de plus amène beaucoup d’humidité dans le produit.

En conséquence, d’autres approches ont été également étudiées. L’activité de la lipase pouvant être influencée par la présence d’ions métalliques tels que ZnCl₂, NiCl_2, FeCl₃ ou CuCl_2., il a été montré que la vaporisation fine d’une solution de ces sels métalliques sur le son (25-200 µg/g de son) diminuait l’activité enzymatique, mais cette approche est difficile applicable dans un contexte alimentaire. Dans une approche similaire, le traitement de la farine par l’acide chlorhydrique pour en diminuer le pH permettait de diminuer de 80% le taux d’acides gras non estérifiés (Prahakar & Venkatesh, 1986) après 30 j de stockage à 25-30°C à 50-65 % d’humidité relative.

Le traitement par des vapeurs d’éthanol a également un effet de désactivation de l’enzyme. Cependant, cela entraine une extraction des antioxydants qui augmente la sensibilité de la farine à l’auto-oxydation. Ce défaut peut être contré par l’ajout d’acide citrique à l’éthanol (Champagne & Hron, 1994). L’irradiation gamma (0.25 kGy) de farine complète a montré des résultats significatifs après 6 mois de stockage (Marathe et al., 2002).

Toutes les approches testées jusqu’à présent n’ont montré une efficacité marginale, il reste encore à trouver comment préserver et stabiliser au mieux l’ensemble des macro et micronutriments de la farine, sans que la préservation de l’un soit au détriment des autres.

Un autre élément qui a été très peu exploré est l’influence de l’amylase sur l’évolution de l’amidon en oses réducteurs dans la farine, en fonction des dommages subis par le granule d’amidon et des traitements inhibiteurs d’enzymes. Un lien est encore à démontrer entre la production d’oses réducteurs par l’amylase et son impact sur l’indice glycémique de la farine et des aliments en étant issus.

1. Recommandations par rapport au tableau

Dans le tableau de départ, j’ai eu du mal à comprendre et justifier certains termes/relations employés. Je reprends ci-dessous les éléments de réflexion point par point:

1) Technique 3 ou 6. Projet d’une farine moins sucrée.

Il est bien établi que si le processus de broyage est brutal, le grain d’amidon est endommagé, ce qui augmente l’accessibilité des macromolécules glucidiques aux enzymes digestives et donc augmente l’indice glycémique de la farine, cependant il ne semble pas que cela produisent des sucres. En tout cas, je n’ai rien trouvé dans la littérature sur ce point. En effet, la définition biochimique des « sucres » est restreinte aux mono et di-oses. Les polymères d’oses de plus de 2 motifs glucidiques entrent dans la catégorie des glucides et non des sucres. Par contre, la dégradation de l’amidon par les α-amylases au cours du stockage de la farine conduit à la transformation des grandes macromolécules en glucides de faible poids moléculaire et des sucres réducteurs, ce qui peut alors être appelé farine plus sucrée. Il n’existe pas encore d’études qui démontre clairement l’impact de cette élévation des oses réducteurs au cours du stockage et une augmentation de l’indice glycémique. Cela semble être logique, mais l’ampleur et la significativité de cet effet dépend des proportions d’oses produits.

Il est également possible de produire de la farine moins riche en glucides et ayant aussi un indice glycémique plus faible en utilisant de la farine complète et semi-complète, la proportion relative plus élevée en fibres, protéines, micronutriments abaisse la proportion relative en glucides et également l’indice glycémique de la farine. Ceci pourrait être mis plus en avant.

2) Technique 5 – le germe n’est pas rance.

Il faudrait être un peu plus précis sur cette explication ou développer un peu plus ce qui est ciblé. Il a été décrit précédemment que l’oxydation des lipides étaient soit induite par la lipooxygénase contenue dans le germe et le son, soit induite par auto-oxydation. Ces deux phénomènes ne peuvent avoir lieu sans la présence de l’oxygène comme réactif. Il y a deux avantages à mettre en avant sur le fait que le germe reste intact : i) la lipoxygénase n’est pas libérée et ne vient pas au contact des lipides hors germe, ii) les lipides du germe ne sont pas en contact direct avec l’oxygène ce qui limite leur rancissement.

3) Fonctionnalité nouvelle -1

Il a été expliqué dans la littérature qu’il est en effet important de laisser le temps au réseau de gluten de former suffisamment (mais pas trop non plus) de ponts disulfures. Cela améliore la cohésion et l’élasticité du réseau sur des temps cours de stockages (quelques semaines), au-delà, la polymérisation prend trop d’importance et conduit à un impact négatif. Cependant, il ne semble pas avoir de lien avec ce phénomène et l’oxygénation de la farine. Tout ce qui a été publié dans la littérature tend plus à montrer les effets délétères d’une exposition à l’oxygène sur le facteur le plus sensible et impactant le plus la qualité de la farine : les lipides.

C’est d’ailleurs pour contrer ce phénomène d’oxydation lipidique que l’acide ascorbique est souvent ajouté. Il est possible que, pour la minoterie Kircher, la technique 5, qui limite la libération la lipoxygénase hors du germe, permet alors d’éviter une oxydation poussée des lipides (mais cela n’élimine pas l’auto-oxydation). En conséquence, l’utilisation de l’acide ascorbique peut être évitée. Mais je n’arrive pas à faire le lien entre oxygénation de la farine, structuration du réseau de gluten et non-utilisation de l’acide ascorbique tel que présenté dans le tableau.

III. Formulation des difficultés technologiques

Enjeu de santé publique : prévenir les risques de diabète et lutter contre les risques d’obésité

La résistance à l’insuline et le diabète se traduisent par l’incapacité du corps à contrôler le glucose sanguin grâce à la production d’insuline à des taux normaux. L’insulinorésistance se définit comme une diminution de la sensibilité à l’insuline et/ou une absence de réponse aux effets métaboliques de l’insuline et conduit rapidement au diabète de type 2. Elle est en effet une caractéristique centrale du diabète de type 2, de l’obésité et des dyslipidémies (Simon et al., 2001). S’il est très difficile d’évaluer la mortalité associée au diabète de type 2 et à l’obésité car les causes sont souvent multifactorielles, une étude britannique a montré que les diabétiques de type 2 ont une mortalité deux fois plus élevée que la population générale, avec des facteurs aggravants comme l’obésité (Mulnier et al., 2006).

La résistance à l’insuline peut être grandement réduite par la consommation d’aliments à faible indice glycémique. De nombreuses études ont montré que la consommation d’aliments à faible indice glycémique est associée à une amélioration de la prévention et du contrôle des maladies métaboliques et cardiovasculaires, telles que le diabète de type 2 et l’infarctus du myocarde (Frost et al., 1996 ; Salmeron et al., 1997). L’effet glycémique des aliments est un facteur très important pour les personnes présentant des anomalies de régulation du glucose sanguin, telles que le diabète et l’hypoglycémie. De plus, il a été également montré que la consommation d’aliments à faible IG avait un potentiel thérapeutique pour les personnes souffrant de dyslipidémie (Jenkins et al., 1985). De manière plus générale, l’IG des aliments a un réel impact sur la prise de poids car il influe sur le métabolisme des lipides. En effet, un indice glycémique élevé est associé à une production élevée d’insuline chez un sujet bien portant. L’insuline stimule l’activité de la lipoprotéine lipase, qui oriente le stockage des glucides non oxydés sous la forme de triglycérides dans les adipocytes. De plus, l’insuline inhibe l’hydrolyse des triglycérides en acides gras donc le déstockage des matières grasses des tissus adipeux.

La consommation d’aliments à faible IG peut aider à prévenir le surpoids et l’obésité qui constituent des facteurs de risques pour de nombreuses maladies, comme le diabète de type 2, les maladies cardiovasculaires et certains cancers. Ainsi, l’indice glycémique est associé à la qualité nutritionnelle des aliments. Un aliment présentant un faible indice glycémique n’est pas préférable uniquement pour les personnes souffrant de diabète et d’obésité mais est aussi bénéfique pour l’ensemble de la population.

Une amélioration globale de la qualité nutritionnelle est envisageable en travaillant non seulement sur les aliments élaborées mais aussi sur les ingrédients de base. La farine consiste une des bases de notre alimentation, cependant la plupart des farines ont des indices glycémiques élevés. Cela démontre l’importance de travailler à produire des farines ayant un indice glycémique plus faible et contrôlé.

B.     Procédé de fabrication et indice glycémique

La farine la plus intéressante pour son indice glycémique et sa richesse en fibres, protéines, vitamines et minéraux est la farine complète. La meilleure connaissance du grand public de ses bénéfices santé s’est traduite par le fait que la consommation de produits réalisés à base de farine complète a triplé en Europe et aux Etats Unis entre 2002 et 2011 (Sosland, 2011). Cependant la fabrication de la farine complète reste encore un challenge pour l’industrie meunière. Si la procédure de broyage des farines traditionnelle est bien connue et établie, la farine complète est produite par de nombreuses techniques très disparates, conduisant à des farines ayant des granulosités et des fonctionnalités très différentes.

En outre, la farine complète contient plus d’enzymes, de protéines, des lipides, vitamines et d’antioxydants qui influent fortement sur sa stabilité à long terme. Comme discuté précédemment, il reste un nombre importants d’études à mener pour maîtriser finement le traitement de chaque partie du grain de blé pour trouver le meilleur compromis entre propriétés fonctionnelles, faible indice glycémique et stabilité dans le temps. Le procédé idéal doit préserver les granules d’amidon et le germe de blé, contrôler la taille des particules de son et pouvoir inhiber les activités enzymatiques (lipases et amylases) sans dégrader les micro et macronutriments.

A.     Améliorer les connaissances

1. a) Relations entre taille des particules et traitements du son et du germe pour contrôler l’IG et l’évolution au stockage

Comme discuté précédemment, à part pour le granule d’amidon, il y un manque de connaissances réel sur les relations entre les procédés de traitement du son et du germe et l’indice glycémique final.

La relation entre taille des particules de son et indice glycémique commence à être bien documentée même s’il reste des discussions sur ce point. De plus, l’effet de la technique de broyage et du traitement d’inhibition d’enzymes peuvent avoir des incidences importantes encore non maitrisées. A titre d’exemple, la micronisation du son entraîne une redistribution des fibres des fibres insolubles en fibres solubles (Chau et al., 2007; Zhu et al., 2010). Cette modification de profil pourrait impacter les effets de satiété et de l’indice glycémique.

De la même façon, l’effet des traitements sur l’action de l’amylase et ainsi sur l’évolution de l’indice glycémique et les propriétés fonctionnelles de la farine au cours du stockage est encore à étudier.

1. b) Le stockage de la farine

Les qualités de cuisson de la farine sont très grandement affectées par les conditions et la durée de son stockage. Cela est d’autant plus vrai pour la farine complète qui est la plus intéressante de par son faible indice glycémique. Des conditions de stockage optimales, les propriétés rhéologiques de la pâte s’améliorent, sa capacité d’absorption de l’eau augmente, sa capacité de retenir le gaz et le volume du pain augmentent (Wang & Flores, 1999).

A la lumière de tout ce qui été discuté dans ce document, l’impact du procédé de production et de stabilisation de la farine doit être encore mieux connu et maîtrisée pour arriver à cette qualité optimale.

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