Les enzymes utilisées pour la transformation des céréales sont-elles actives en milieu peu hydraté ?

Quel est le rôle des enzymes dans la transformation des céréales ?

Les céréales, telles que le blé, l’orge, le seigle, sont les aliments de base dans le monde entier, et sont utilisées pour l'alimentation humaine et animale. Le blé est la première céréale produite au monde, avec une production annuelle de plus de 788 millions de tonnes (FAO, 2023), dont 69 % est destiné à l’alimentation humaine. Les propriétés nutritionnelles et technologiques du blé reposent principalement sur ses deux composants majeurs : l'amidon et les protéines. La transformation du blé commence le plus souvent par la mouture du grain, qui le sépare en deux fractions : la farine, riche en amidon et protéines, et le son, riche en glucides, ou polysaccharides, qui composent les parois cellulaires des tissus végétaux. Dans le blé, les principaux polysaccharides de la paroi sont appelés arabinoxylanes, parce qu’ils sont composés d’une chaine principale de xylose et de chaines latérales d’arabinose.

En alimentation animale, en particulier pour la volaille, les parois cellulaires des grains de céréales peuvent être considérées comme un facteur antinutritionnel. Elles contiennent des polysaccharides solubles dans l’eau, qui augmentent la viscosité du contenu digestif, ce qui peut ralentir la croissance des animaux.

En alimentation humaine, en particulier pour la fabrication du pain, ces mêmes polysaccharides solubles jouent au contraire un rôle favorable : ils contribuent à l’élasticité de la pâte, améliorent le volume du pain et permettent d’obtenir une mie finement alvéolée. Ainsi, pour l’alimentation des volailles, l’objectif est de dégrader ces polysaccharides pour limiter leur effet épaississant, tandis qu’en panification, on cherche à conserver voire valoriser leur effet pour améliorer la texture du pain. Dans les deux cas, un procédé enzymatique est exploité, en utilisant des xylanases, enzymes qui ciblent spécifiquement les arabinoxylanes.

Les procédés de transformation des céréales sont réalisés à des teneurs en matière sèche très élevées, allant de 40-45% en panification à 70% en alimentation animale. Or, la grande majorité des études scientifiques ciblées sur le fonctionnement des xylanases est menée en conditions très diluées, c’est-à-dire en présence de quantités importantes d’eau, ce qui ne reflète pas la pratique industrielle.

Pour cette raison, des scientifiques de BIA ont étudié le comportement de deux xylanases différentes en conditions peu hydratées, sur les fractions de mouture du blé (farine blanche, farine complète et son). Avec des teneurs en matière sèche variant de 20 à 70%, ils ont étudié en parallèle la solubilisation des arabinoxylanes, leurs modifications structurales et la distribution de l’eau dans ces fractions.

Comment se comportent les enzymes en présence d’une faible quantité d’eau lors de la transformation du blé ?

Les résultats montrent que les deux xylanases étudiées, l’une d’origine fongique, l’autre d’origine bactérienne, conservent une activité jusqu’à 70% de matière sèche. Un taux d’hydratation de 50% semble optimal pour la solubilisation des arabinoxylanes. La spécificité des enzymes est également influencée par la faible hydratation, en particulier sur le son de blé. La xylanase issue de champignon est plus tolérante à des structures plus complexes d’arabinoxylanes, même quand la teneur en eau diminue.

L’eau interagit plus ou moins fortement avec les composés du blé. Une technique de Résonance Magnétique Nucléaire montre que cette interaction est fonction de la porosité des farines et du son. L’hydrolyse enzymatique est particulièrement efficace lorsque la taille des pores correspond au diamètre des enzymes, soit de 7,5 à 15 nm.

Ces travaux permettent de mieux comprendre l’action des xylanases dans des conditions similaires aux procédés industriels, et d’identifier le niveau d’hydratation optimal pour que les enzymes agissent efficacement sur les céréales.