Conservation des grains en r�gions chaudes - Caract�ristiques des grains

Les graines (comme le haricot) sont en g�n�ral recouvertes de deux t�guments.

Certains grains comme les c�r�ales dites �nues� (bl�, ma�s, sorgho...) sont en fait de v�ritables fruits. La paroi ovaire est rest�e intimement soud�e au t�gument propre de la graine. L'enveloppe est ici un p�ricarpe, parfois riche en glucides (tanins), qui prot�ge la graine, ralentit les �changes avec l'ext�rieur mais qui peut cependant �tre facilement travers� par les micro-organismes (moisissures) et par les gaz. Par la mouture on �limine ce p�ricarpe qui devient alors le son, produit riche en prot�ines (pr�sence de l'assise prot�ique). Enfin d'autres grains poss�dent encore certaines enveloppes (glumes et glumelles) provenant de la fleur, qui am�liorent la protection de la graine. On parle alors de c�r�ales �v�tues� (riz paddy, orge,...

C'est l'organe de r�serve, il est constitu� de grosses cellules gorg�es de r�serves sous forme de grains d'amidon. L'assemblage de ces grains entre eux par des prot�ines conf�re au grain une structure vitreuse ou farineuse.

Chez certaines l�gumineuses (haricot, pois) l'albumen est rapidement dig�r� par les cotyl�dons qui grossissent et deviennent ainsi l'organe de r�serve. On a alors des grains sans albumen.

Parfois les r�serves ne sont pas sous forme glucidique (amidon), mais prot��que ou lipidique, on parle alors de graines prot�agineuses (soja) ou ol�agineuses (arachides).

N. B.: La pr�sence des �vides� rend les albumens farineux plus fragiles d'o� risque de brisures des grains lors des manutentions. Lors de la mouture les albumens vitreux (�dent�) donneront des produits du type semoule alors que les albumens farineux (�flint�) donneront des farines,

La taille relative du germe par rapport au grain est variable suivant les produits. Petit dans le riz (4 % du grain entier), il est relativement gros dans le ma�s (11 %) et le sorgho (10 %), ce qui lui conf�re une certaine fragilit�. D'autre part, lors de la transformation des produits, on cherchera � r�cup�rer ces gros germes (riches en lipides) pour, premi�rement, �viter un rancissement rapide des �farines� et deuxi�mement, comme dans le cas du ma�s, extraire les mati�res grasses qu'ils contiennent (huile de germe de ma�s).

Une masse de grains constitue un mat�riau poreux o� 30 % � 40 % du volume est occup� par des �vides� (air interstitiel). Ce pourcentage de �vide�est fonction de la taille des grains; il sera plus r�duit si les grains sont petits... Ces �vides� permettront de faire traverser la masse de grains par un courant d'air (ventilation).

Une masse de grains freine la transmission de la chaleur et agit souvent comme un isolant thermique. Une variation de temp�rature � la surface d'un lot ne sera ressentie que longtemps apr�s et fortement att�nu�e � l'int�rieur du lot.

Une masse de grain freine la transmission de la chaleur et agit souvent comme un isolant thermique. Une variation de temp�rature � la surface d'un lot ne sera ressentie que longtemps apr�s et fortement att�nu�e en profondeur.

Mis en mouvement, les grains se comportent comme un mat�riau fluide. Au repos, la masse de grains prend une position d'�quilibre d�finie par l'angle du talus naturel. j .

Les grains sont constitu�s d'eau et de mati�re s�che. La mati�re s�che se d�compose elle-m�me en mati�re min�rale (macro-�l�ments, silice, chlorures, phosphate, sulfate... et oligo-�l�ments: cuivre, fer, mangan�se, iode...) et en mati�re organique dans laquelle on distingue: les glucides, les lipides, les protides (�l�ments principaux) et les vitamines.

Nous ne reviendrons pas sur la mati�re min�rale (cendres) dont les �l�ments (parfois qualifi�s de secondaires) ont cependant une certaine importance dans le r�gime alimentaire; leur carence (ou leur exc�s) peut entra�ner des troubles de l'organisme. Nous parlerons de la mati�re organique et notamment des �l�ments principaux que sont les glucides, les lipides et les protides.

Constitu�s de carbone (C), d'hydrog�ne (H) et d'oxyg�ne (O), ils sont parfois appel�s �sucres�. Ils se distinguent des lipides, �galement compos�s de C, H et O par leur solubilit� dans l'eau.

On distingue des isom�res selon la forme des mol�cules, ainsi le glucose (sucre simple des c�r�ales et des viandes) et le fructose (sucre simple des fruits) ont la m�me formule chimique C₆ H₁₂ O₆ mais des mol�cules de formes diff�rentes reconnues et dos�es par polarim�trie dans les jus sucr�s. Le fructose d�vie la lumi�re polaris�e vers la gauche (�Levogyre�) alors que le glucose la d�vie vers la droite (�Dextrogyre�), ce qui explique son autre d�nomination de �Dextrose�.

Les oses sont les seuls sucres directement assimilables par l'organisme. Leur �pouvoir sucrant� est li� � la forme des mol�cules. Ainsi, la r�f�rence �tant le saccharose (pouvoir sucrant = 100), le glucose a un pouvoir sucrant de 60 seulement alors que celui du fructose est de 140.

Ils sont form�s de l'association de plusieurs mol�cules d'oses reli�es entre elles par des liaisons glucidiques. Ces liaisons peuvent �tre d�truites par hydrolyse. Le plus important est l'Amidon, constitu� d'une longue cha�ne (simple ou dicotome) de mol�cules de glucose (300 � 1000 monom�res de glucose).

L'amidon est une substance �nerg�tique pr�sente en grande quantit� dans les c�r�ales. Nous avons vu qu'il �tait pr�sent sous forme de granules dans les cellules de l'albumen, organe de r�serve qui forme l'essentiel de la masse du grain. Le pourcentage d'amidon dans un grain � 12 % d'humidit� est d'environ 66 % (ma�s), 63 % (sorgho), 65 % (riz paddy), 81 % (riz blanchi).

L'hydrolyse de l'amidon en sucres simples est tr�s facile en milieu acide. L'acide chlorhydrique � chaud est classiquement utilis�. Par ce proc�d� l'amidon de ma�s se transforme en un gel de mol�cules de glucose et d'eau que l'on concentre pour obtenir un jus sucr� (sucre liquide). L'obtention de cristaux solides identiques � ceux obtenus � partir de la canne � sucre ou de la betterave serait co�teuse, c'est pourquoi le sucre est conserv� sous forme liquide et utilis� directement en p�tisserie, boissons sucr�es, etc.

La cellulose est un autre holoside, principal constituant des parois cellulaires. Elle est surtout importante au niveau du p�ricarpe. Comme l'amidon, c'est un haut polym�re du glucose (2 000 � 10 000 monom�res de glucose) qui en raison de sa structure en r�seau complexe peu accessible aux enzymes est difficilement hydrolysable (la fibre de coton est compos�e presque exclusivement de cellulose). Les h�micelluloses, �galement pr�sentes dans le grain au niveau du p�ricarpe, sont des polym�res de pentose (5 carbones).

Les h�t�rosides sont form�s par l'association d'holosides avec d'autres groupements. Ainsi rencontre-t-on dans le manioc des h�t�rosides contenant de l'acide cyanhydrique (CNH) que l'on �limine par hydrolyse (rouissage et cuisson).

Les tanins contenus dans les enveloppes du sorgho et du mil sont �galement des h�t�rosides qui renferment des compos�s cycliques du type benz�ne ou ph�nol qui ne sont pas digestibles et peuvent m�me �tre antinutritionnels. Ceci explique la n�cessit� du d�corticage pr�alablement � la mouture.

Ce sont �galement des compos�s de C, H et O mais ils sont insolubles dans l'eau et solubles dans les solvants organiques (hexane, essence, benz�ne, etc.). Cette solubilit� est utilis�e dans les huileries pour extraire la fraction d'huile demeur�e dans les graines ol�agineuses apr�s pressage m�canique (l'hexane est classiquement utilis�).

On distingue deux grandes classes de lipides: les saponifiables et les insaponifiables.

- Les lipides saponifiables sont ceux avec lesquels il est possible de fabriquer du savon par hydrolyse en glyc�rol et acide gras, puis r�action de cet acide avec une base (soude).

Lipide + eau (r) glyc�rol + acide gras.
Acide gras + base (soude) (r) savon + eau.

Exemple: la cire des bougies est un lipide qui ne permet pas de fabriquer de savon alors que l'huile d'arachide le permet.

Comme dans les glucides on retrouve dans les lipides saponifiables la classification entre lipides simples et lipides complexes. Les lipides simples sont les plus abondants. Chimiquement ils sont form�s par est�rification, c'est-�-dire �limination d'une mol�cule d'eau, entre un alcool: le glyc�rol, et un acide gras.

Cette r�action d'est�rification est r�versible. La dissociation en alcool et acide gras par addition d'eau est l'hydrolyse, r�action de base du m�tabolisme des denr�es stock�es.

Dans les lipides simples, selon que une seule, deux ou les trois fonctions alcool (CHOH) du glyc�rol sont est�rifi�es par un, deux ou trois acides gras, on parlera de mono, di ou triglyc�rides.

Les huiles (palme, olive, arachide) sont des lipides simples compos�s � partir d'acides gras � faible nombre d'atomes de carbone (14 C: Acide palmitique, 22 C: Acide arachidonique, etc.), au-del� (25 � 35 C) on entre dans le domaine des graisses.

Parmi les acides gras on distingue ceux dont chaque atome de carbone est li� � 2 atomes d'hydrog�ne et ceux o� certains atomes de carbone ne sont li�s qu'� un seul. Dans la cha�ne des atomes de carbone existe alors une double liaison entre 2 atomes et apparition d'un �accident� dans la cha�ne r�guli�re en zig-zag de l'acide gras.

Cet �accident� entra�ne une moins bonne fluidit� de la mol�cule qui se lie plus difficilement aux 3 fonctions alcool du glyc�rol.

Les acides gras insatur�s qui pr�sentent 3 �accidents� de ce type sont souvent nocifs car leur mol�cule a une forme compliqu�e qui ne permet pas aux enzymes de les hydrolyser ais�ment. Il s'ensuit une accumulation de graisse parfois nocive dans l'organisme, il en est ainsi pour l'acide �rucique (contenu dans certaines vari�t�s de colza) qui provoque des d�p�ts graisseux dans l'organisme (particuli�rement dangereux au niveau du coeur).

Ce sont des lipides dans lesquels l'une des fonctions alcool du glyc�rol est est�rifi�e par un acide autre qu'un acide gras. Ainsi les phospholipides, abondants dans les poissons et crustac�s, et n�cessaires � la constitution des cellules nerveuses du cerveau et de la moelle �pini�re, en particulier chez les enfants, sont des triglyc�rides comportant un radical acide phosphorique.

- Les lipides insaponifiables sont constitu�s non plus avec du glyc�rol mais avec d'autres acides gras. Exemples: le carot�ne; le cholest�rol (obtenu � partir du st�rol); les cires: les terp�nes (lipides du latex).

Sous l'action des lipases (est�rases), les lipides shydrolysent en acide gras et alcool. La teneur en acides gras libres est souvent un crit�re de l'activit� enzymatique du milieu (soit m�tabolisme interne de la graisse, soit action des lipases de la microflore pr�sente). En g�n�ral l'activit� des lipases est faible en d�but de stockage puis augmente apr�s plusieurs mois. En pr�sence de l'oxyg�ne de l'air les acides gras libres vont s'oxyder et donner naissance � des produits naus�abonds typiques du rancissement qui d�pr�cie le produit. Ce rancissement demande d'importantes quantit�s d'oxyg�ne, ainsi pour une m�le d'acide ol�ique C₁₆ H₁₂ O₂, dont le poids mol�culaire est de 288 g, il faut une m�le d'oxyg�ne, soit 32 g, ce qui repr�sente 112 l d'air. Dans les c�r�ales, le rancissement s'observera principalement au niveau du germe dans lequel se trouve la plus grande partie des mati�res grasses (riz 1,5 % - sorgho 3 % - ma�s 5 %). L'oxydation est acc�l�r�e par les rayonnements ultraviolets et la temp�rature. Il convient donc de conserver les produits dans un endroit frais, obscur et sans contact avec l'air.

Pour l'huilier l'acidit� grasse libre a deux inconv�nients. Le premier est la n�cessit� d'�liminer les acides gras pr�sents pour �viter le rancissement ult�rieur de l'huile: c'est l'op�ration de neutralisation par la soude (qui entra�ne une perte quantitative d'huile). Le second inconv�nient est la n�cessit� d'�liminer les produits de rancissement. �tant volatils ils sont extraits par barbotage de vapeur � 200� C. Pour �viter le rancissement de l'huile chaude, l'op�ration est conduite en absence d'air.

Ce sont les mati�res organiques azot�es. Outre le carbone, l'hydrog�ne et l'oxyg�ne, elles renferment de l'azote. La teneur en protides est mesur�e par dosage de l'azote (m�thode KJELDAHL) et multiplication du r�sultat par un coefficient conventionnel diff�rent selon les professions pour des raisons historiques. En alimentation humaine le coefficient est de 5,7; en alimentation animale de 6,25. Il est important de savoir � quelle convention il est fait r�f�rence dans les transactions commerciales (dans le commerce des tourteaux d'arachide ou de soja entre autres). Scientifiquement le coefficient 6,25 semble le plus proche de la r�alit�.

Ce sont les Acides Amin�s, ainsi nomm�s car il poss�dent � la fois une fonction acide (radical carboxyde COO^-H⁺) et une fonction amine (NH₂).

- 21 acides amin�s ont �t� r�pertori�s qui diff�rent par la longueur du radical R et la pr�sence d'autres �l�ments. Rappelons que certains d'entre eux sont difficilement synth�tis�s par l'homme (lysine, m�thionine, cystine). Ils sont dits indispensables, c'est-�-dire qu'ils doivent �tre pr�sents en quantit� suffisante dans les aliments. En g�n�ral les c�r�ales contiennent peu d'acides amin�s indispensables et d'autres aliments doivent les accompagner. Les l�gumineuses et la viande en sont plus riches.

Ce sont des associations d'acides amin�s avec �limination d'eau entre un radical acide et un radical amine. Cette liaison peut �tre rompue par hydrolyse sous l'action d'enzymes.

Ce sont des assemblages d'un tr�s grand nombre d'acides amin�s (n x 10 000) dans un ordre sp�cifique ce qui conduit � un tr�s grand nombre de combinaisons et de formes possibles. A titre d'exemple, citons quelques prot�ines connues:

Les prot�ines sont empiriquement class�es selon leur solubilit� dans diff�rents solvants (eau, alcool, eau + base). Dans les c�r�ales on rencontre surtout des prot�ines solubles dans l'alcool et appel�es prolamines: gliadine du bl�; z�ine du ma�s, kaffirine du sorgho. N'�tant pas solubles dans l'eau ces prolamines permettent de pr�parer des p�tes et non pas des soupes. Le bl� contient un assemblage particulier de compos�s solubles dans l'alcool (gliadines) et solubles dans l'eau + base (glut�nines) appel� GLUTEN dont la propri�t� est de �lever� par fermentation, ce qui permet de fabriquer le pain dit �fran�ais� alors que celui obtenu avec les autres c�r�ales ne l�ve pas. Ce gluten est tr�s sensible � la temp�rature, aussi la conservation des farines de bl� est-elle d�licate en zone tropicale.

�l�ments chimiques complexes, les vitamines jouent un r�le important dans la nutrition car elles interviennent au niveau des fonctions essentielles de l'organisme. Une carence en vitamines entra�ne souvent de graves troubles. Dans les grains, les vitamines sont surtout concentr�es au niveau du germe et des enveloppes. Lors de la mouture une partie sera donc perdue dans les sons. Dans le riz cependant l'�tuvage permettra aux vitamines (hydrosolubles) de se r�partir de fa�on plus homog�ne dans le grain et seule une faible part sera perdue lors de l'usinage.

�l�ment indispensable � la vie, l'eau est pr�sente dans les grains sous diff�rentes formes:

L'eau a un r�le physique. Elle maintient les structures cellulaires, elle permet le transport de gaz, de sels min�raux, de collo�des et assure une bonne conductibilit� thermique. Elle a �galement un r�le chimique important en intervenant dans les hydrolyses et surtout en facilitant les r�actions du m�tabolisme. A une certaine teneur dans le grain, elle va favoriser les attaques par les micro-organismes. La teneur en eau du grain peut �tre exprim�e de deux fa�ons diff�rentes:

Par exemple lorsque l'on parle d'un sorgho � 12 % d'humidit� cela signifie que dans 100 g de produit brut il y a 12 g d'eau (par rapport � la mati�re s�che cette humidit� est de:

Ce sont les r�actions de la vie caract�ris�es par des d�gradations de la mati�re organique (catabolisme) en �l�ments simples qui peuvent �tre recombin�s pour synth�tiser une nouvelle mati�re vivante (anabolisme). Ces r�actions qui dans certaines conditions peuvent �tre acc�l�r�es, ralenties, voire bloqu�es, consomment de l'�nergie. Ce sont les glucides, et notamment l'amidon, qui constituent la principale r�serve d'�nergie.

La respiration qui a lieu en pr�sence d'air (milieu a�robic) est une manifestation de l'activit� vitale du grain. Appel�e autrefois �combustion�elle peut �tre sch�matis�e par la r�action suivante

C₆ H₁₂ O₆ + 6 O₂ (r) 6 H₂O + 6 CO₂ + 674 kcal
Amidon + oxyg�ne (r) eau + gaz carbonique + chaleur (�nergie!)

Dans la r�alit�, la r�action est beaucoup plus complexe et se d�roule par �tapes successives.

En l'absence d'oxyg�ne (milieu ana�robie) la d�gradation est due � des fermentations de type alcoolique (parfois lactique ou ac�tique) sch�matis�es par la r�action:

C₆ H₁₂ O₆ (r) 2 CO₂ + 2 C₂ H₅ OH + 23 kcal
Amidon gaz carbonique + alcool + chaleur

Cette destruction incompl�te est donc beaucoup moins productrice d'�nergie, les produits form�s contenant encore une �nergie importante (alcool).

Une hydrolyse des lipides va donner des acides gras libres qui, s'ils sont insatur�s, vont pouvoir s'oxyder en pr�sence d'air. On observera alors un rancissement des produits.

Pour �tre assimil�es, les prot�ines doivent �tre d�coup�es en leurs �l�ments constitutifs de base que sont les acides amin�s. Cette hydrolyse est obtenue par l'action d'enzymes (Prot�ases).

Les r�actions du m�tabolisme mettent en relief l'action des mol�cules particuli�res que sont les enzymes. Prot�ines complexes, ce sont des catalyseurs de r�action (�conomiseurs d'�nergie) qui agissent de fa�on sp�cifique vis-�-vis du substrat. L'action enzymatique, relativement complexe, est conditionn�e par l'acidit� du milieu mais �galement par la temp�rature. L'optimum des r�actions se situe vers 40� C. Les faibles temp�ratures (vers 0� C) ralentissent consid�rablement les r�actions alors que de fortes temp�ratures (� partir de 70� C) peuvent entra�ner une d�naturation des prot�ines. Cette d�naturation se caract�rise par l'inactivation des enzymes (perte de pouvoir germinatif des semences) et la coagulation des prot�ines, puis, si elle est plus pouss�e, par leur insolubilisation qui entra�ne une perte de valeur nutritive du produit. Les hautes temp�ratures peuvent �galement �tre � l'origine des r�actions particuli�res que sont les r�actions de Maillard. Ces r�actions sont extr�mement complexes et nous n'en pr�senterons les effets que de fa�on succincte.

La r�action se caract�rise par une liaison pratiquement indestructible entre un sucre r�ducteur et un acide amin�. Elle peut �tre sch�matis�e comme suit:

Les produits de la r�action ont une coloration brune et une saveur caract�ristique de �grill� (� ne pas confondre avec la caram�lisation obtenue par chauffage de sucre pur).

Bien qu'elle puisse se produire dans une gamme tr�s large de temp�ratures, elle appara�tra surtout � partir de 100� C et sera favoris�e par les faibles teneurs en eau (7 % � 15 %).

Cette r�action porte s�lectivement sur les acides amin�s basiques tels que la lysine qu'elle ne d�truit pas mais qu'elle rend indisponible. Cependant, les produits d�riv�s des c�r�ales (pain) ayant une valeur avant tout �nerg�tique, on consid�re g�n�ralement que la perte de valeur nutritive qu'engendre la r�action de Maillard est largement compens�e par l'augmentation de valeur gustative qu'elle apporte.

Diff�rentes causes peuvent �tre � l'origine d'une alt�ration des grains au cours de leur conservation.

L'ensemble de ces alt�rations va modifier la qualit� des produits stock�s. Cette notion de qualit� est essentielle et diff�rents crit�res permettent de l'appr�cier.

Qualit� alimentaire:	(caract�res organoleptiques, absence de toxines et de r�sidus de pesticides).
Qualit� nutritionnelle:	donn�e importante dans la mesure o� les grains restent, dans de nombreuses r�gions, la base de l'alimentation.
Qualit� technologique:	d�finie selon la destination du produit, les crit�res peuvent varier suivant les industries de transformation.
Qualit� germinative:	dans le cas des semences (en brasserie, ce crit�re pourra �tre consid�r� comme technologique).

La valeur de la qualit� des produits est d�termin�e par des analyses, mesures et tests de laboratoire tr�s diversifi�s.

Produits	Angle talus naturel. j . �	Densit� apparente kg/m�
Ma�s	26 � 30	750
Paddy	26 � 30	550
Arachide coque huilerie	26 � 30	370-400
Caf� marchand	24 � 26	715

H�moglobine:	prot�ines du sang sp�cifique du transport de l'oxyg�ne gr�ce � la pr�sence de fer actif passant de l'�tat ferreux ⁺⁺ � l'�tat ferrique ⁺⁺⁺
Chlorophylle:	dans les v�g�taux,
Enzymes:	mol�cules indispensables au m�tabolisme, ce sont des assemblages complexes de cha�nes d'acides amin�s dont la forme va permettre le contact entre les fonctions chimiques, donc les r�actions et en particulier l'hydrolyse (amylases, lipases, etc.) sans exiger la mise en jeu d'�nergies importantes (par exemple l'hydrolyse du saccharose par l'acide chlorhydrique demande 12 kcal/mole alors que 3 kcal/mole seulement sont n�cessaires en pr�sence d'enzymes).