Donner un nouveau potentiel à une vieille céréale : mouture de l’orge à grains nus favorisant les fractions riches en fibres pour la fabrication d’un pain bon pour la santé

Regain d’intérêt pour l’utilisation de l’orge dans l’alimentation humaine

L’orge est depuis longtemps utilisée dans l’alimentation humaine et, dans l’Ancien Monde, on cultivait cette céréale surtout comme denrée de première nécessité. De nos jours, on consomme moins d’aliments à base d’orge, si l’on excepte l’orge entrant dans la fabrication de boissons alcooliques, notamment la bière. Récemment toutefois, on s’est de nouveau intéressé à l’orge comme céréale pour l’alimentation humaine, car les consommateurs sont plus conscients de l’importance d’une bonne nutrition et recherchent davantage les aliments et les ingrédients alimentaires riches en fibres (Izydorczyk et Dexter, 2008). Le grain d’orge est une excellente source de fibres alimentaires solubles et insolubles et d’autres composantes bioactives comme la vitamine E (y compris les tocotriénols), les vitamines du complexe B, certains minéraux et certains composés phénoliques. Les béta glucanes (β-glucanes), principaux constituants des fibres de l’orge, ont été liés à la baisse du cholestérol plasmatique, à l’amélioration du métabolisme des lipides et à la réduction de l’indice glycémique. Aux États-Unis, la Food and Drug Administration (FDA) a récemment permis que l’étiquette de l’orge entière et des produits renfermant de l’orge porte une mention indiquant qu’ils réduisent le risque de maladies coronariennes (FDA News Release, 2005). La valeur nutritive des autres composantes des fibres de l’orge, et plus particulièrement des arabinoxylanes, n’a pas été étudiée autant que celle des β-glucanes. Toutefois, de récents travaux ont permis de mettre en évidence les effets bénéfiques des arabinoxylanes hydrosolubles du maïs, du blé et du seigle sur la fermentation cæcale, la production d’acides gras à chaîne courte, la réduction du cholestérol sérique et l’adsorption du calcium et du magnésium.

Ces dix dernières années, on a créé de nombreux génotypes d’orge canadienne, dont des orges à grains nus et à amidon cireux comme les cultivars CDC Alamo, CDC Fibar et CDC Rattan (Agence canadienne d’inspection des aliments) et des lignées à grains nus riches en amylose : expressément destinées à des utilisations alimentaires plutôt que pour le maltage et le brassage, elles contiennent des quantités plus élevées de β-glucanes que les variétés d’orge brassicole classiques.

Fraction riche en fibres de l’orge à grains nus

Comme la distribution des composantes nutritives et fonctionnelles n’est pas uniforme dans le grain d’orge, le fractionnement par des moyens mécaniques donne des produits de compositions différentes. On peut moudre l’orge sur cylindre (en utilisant les mêmes machines que pour le blé) pour produire de la farine d’orge et une fraction grossière qui serait appelée « remoulages » (son fin résultant de la réduction) s’il s’agissait de blé. La farine d’orge est riche en amidon, tandis que la fraction grossière, constituée principalement des parois des cellules de l’albumen, contient d’importantes quantités de β-glucanes, d’autres composantes bioactives et des composantes de fibres alimentaires. En meunerie, la désignation exacte de cette fraction de l’orge est « fraction riche en fibres ». Comme la fraction riche en fibres pourrait avoir une plus grande valeur que la farine d’orge comme ingrédient d’aliment fonctionnel, le principal but de la mouture sur cylindre de l’orge destinée à des fins alimentaires devrait donc logiquement être de maximiser le rendement en produits riches en fibres.

Diagramme simplifié de mouture sur cylindre produisant une fraction riche en fibres

Une fraction riche en fibres peut être tirée de l’orge entière avec le diagramme de mouture relativement simple (figure 1) que les équipes du programme Recherches fondamentales sur l’orge et de l’unité de mouture du Laboratoire de recherches sur les grains ont récemment mis au point et optimisé (Izydorczyk et al., 2003). Ce procédé consiste à broyer l’orge en la faisant passer dans quatre jeux de cylindres cannelés aux cannelures de plus en plus nombreuses. Après le quatrième passage (B4), le produit broyé est passé dans deux tamis d’ouvertures de mailles différentes. La partie obtenue après le passage dans les deux tamis est la farine de broyage; les particules grossières (> 600 μ) et intermédiaires (> 180 μ), qui sont retenues dans les tamis sont acheminées vers une brosse à son pour être traitées séparément.

Dans la brosse à son (qu’on appelle aussi finisseur à son), des batteurs rotatifs agitent les particules suivant un mouvement en spirale, les projetant contre une tôle perforée et vers la sortie de la machine. Les particules de farine passent dans ce crible, tandis que les particules de fibres de plus grande taille sont dirigées vers une sortie secondaire. Le travail de la brosse a pour effet de nettoyer les fibres en détachant les grains d’amidon des particules de fibres.

Les passages à la brosse donnent de la farine de son et des particules de fibres (> 183 μ) qui sont recueillies pour un raffinage plus avancé. Les dernières étapes du raffinage des fibres comprennent un passage sur claqueurs, un tamisage et un autre passage à la brosse à son. Les remoulages recueillis après cette dernière étape sont la « fraction riche en fibres » de l’orge.

L’énergie de mouture et le rendement en « fraction riche en fibres » sont liés par une relation positive à la teneur en β-glucanes du grain d’orge. Avec le cultivar d’orge à grains nus à revêtement cireux CDC Fibar, le rendement en fraction de fibres est de 38 %. Étant donné que la fraction de fibres se compose principalement de fragments de parois de cellules d’albumen et de particules d’épiderme, elle est très riche en fibres alimentaires et en β-glucanes. Comme on peut le voir au tableau 1, par comparaison à la farine de grain entier, la fraction riche en fibres obtenue avec le cultivar CDC Fibar se caractérise par des teneurs en β-glucanes, en fibres alimentaires solubles et totales, en protéines, en cendres et en vitamines B et E qui sont supérieures dans une mesure significative.

Enrichissement de la fraction de fibres d’orge (facultatif)

Il est possible d’augmenter la concentration de fibres alimentaires totale et de β-glucanes de la préparation de fibres d’orge par l’ajout de quelques étapes de raffinage au diagramme de mouture sur cylindre original. Pour ce faire, on soumet la fraction de fibres originale à un broyage au moulin à broches, puis à un tamisage et à un nouveau passage à la brosse à son (figure 2) De fait, ces étapes additionnelles ont permis d’augmenter de façon significative la teneur en fibres alimentaires totale et en β-glucanes des préparations, en plus de rendre leur couleur plus claire (tableau 1). Comme on peut le voir à la figure 3, la fraction riche en fibres originale est constituée de fragments de grains renfermant principalement les parois des cellules d’albumen et des parties des couches externes du grain (péricarpe, aleurone et tissus subaleuroniques). Certains des plus gros fragments d’albumen contiennent aussi des grains d’amidon, ceux ci étant à l’origine retenus dans les cellules de l’albumen.

Les étapes de raffinage additionnelles réduisent la taille des particules de la fraction riche en fibres, en plus de débarrasser celle ci de la majeure partie des grains d’amidon qui sont retenus dans les cellules. Il s’ensuit que la fraction riche en fibres a l’aspect de petits morceaux de filets composés de parois de cellules d’albumen et/ou d’aleurone. La fraction enrichie en fibres du cultivar Fibar contient des quantités de β-glucanes et de fibres alimentaires solubles et totales supérieures dans une mesure significative à celles de la fraction originale (tableau 1). En outre, les concentrations de Fe, Zn, Mg, Ph et vitamine B3 sont plus élevées dans la fraction enrichie que dans l’originale. La fraction enrichie est aussi d’une couleur légèrement plus claire et présente moins de piqûres (fragments de péricarpes) que l’originale. Par ailleurs, les concentrations de Ca, Mn et de vitamines B2, B6 et E sont légèrement moins élevées dans la fraction enrichie que dans l’originale, mais elles demeurent nettement supérieures à celles du grain entier.

On trouve actuellement sur le marché quelques isolats contenant de 5 à 70 % de β-glucanes, mais ces produits sont généralement fabriqués par des procédés chimiques complexes. La préparation de fibres d’orge par mouture sur cylindre a l’avantage d’être produite par un procédé qui ne fait intervenir aucun produit chimique et qui ne nécessite que le broyage mécanique du grain; en outre, la fraction riche en fibres a une meilleure valeur nutritive que les isolats de β-glucanes parce qu’elle contient d’autres composantes de fibres alimentaires ainsi que des minéraux, des phénols et des vitamines, comme on peut le voir au tableau 1.

Figure 1. Diagramme de mouture sur cylindre de l’orge à grains nus.
B1 4 : Jeu de quatre cylindres. Pour tous les broyages, le rapport des vitesses différentielles des cylindres (cylindre rapide/cylindre lent) était de 2/1. L’orientation des cannelures a été réglée pour un broyage dos contre dos (sur la face longue de la cannelure) pour tous les passages.
Diagramme de mouture sur cylindre de l’orge à grain nu.

Figure 2. Diagramme d’enrichissement additionnel par broyage de la fraction riche en fibres originale au moulin à broches, tamisage et nouveau passage à la brosse à son

Diagramme des étapes d'enrichissement additionnelles.
Figure 3a : Fraction riche en fibres originale
Fraction riche en fibres obtenue par mouture du cultivar CDC Fibar suivant le diagramme de mouture sur cylindre court.
Figure 3b: Fraction enrichie en fibres
Fraction enrichie en fibres obtenue par mouture de la fraction originale au moulin à broches, tamisage et nouveau passage à la brosse à son.
3a. Fraction riche en fibres originale.3b.Fraction enrichie en fibres.
Figure 4a : Fraction enrichie en fibres
Figure 4b : Fraction riche en fibres originale (zoomer)
Fractions riches en fibres originale et enrichie au microscope électronique. OL : couche externe; P : péricarpe; A : aleurone; SA : couche subaleuronique; S : grains d’amidon; CW : parois de cellules d’albumen.
4a. Image d'un microscope électronique à balayage des fractions riches en fibres originale4b. Image d'un microscope électronique à balayage des fractions riches en fibres originale (zoomer)
Figure 4c : Fraction enrichie en fibres
Figure 4d : Fraction enrichie en fibres (zoomer)
Fractions riches en fibres originale et enrichie au microscope électronique. OL : couche externe; P : péricarpe; A : aleurone; SA : couche subaleuronique; S : grains d’amidon; CW : parois de cellules d’albumen.
4c. Image d'un microscope électronique à balayage des fractions riches en fibres enrichie.4d. Image d'un microscope électronique à balayage des fractions riches en fibres enrichie (zoomer)
Tableau 1. Composition et propriétés de l’orge entière (cultivar CDC Fibar) et des fractions riches en fibres originale et enrichie
Composition/ Propriétés physiques Orge entière FRF originale FRF enrichie
β-glucane (%, poids sec) 9,2 17,4 27,0
Arabinoxylans (%, poids sec) 5,0 7,1 8,1
Fibre alimentaire totale (%, poids sec) 17,5 35,0 49,0
Fibre alimentaire soluble (%, poids sec) non déterminé 19,8 32,0
Protéines (%, poids sec) 15,8 17,8 15,7
Cendres (g/kg, poids sec) 22,4 32,2 36,6
   Ca (mg/kg) 221 227 224
   Zn (mg/kg) 29,5 37,7 39,6
   Fe (mg/kg) 55,6 79,6 91,8
   Mg (mg/kg) 1500 2330 2700
   Mn (mg/kg) 18,3 22,1 18,7
   P (mg/kg) 4070 6600 7670
Vitamines B (mg/100g, poids sec)
   Thiamine (B1) 0,454 0,508 0,508
   Riboflavine (B2) 0,112 0,150 0,138
   Niacine (B3) 8,16 13,1 15,7
   Pyridoxine (B6) 0,324 0,463 0,449
Vitamine E (mg/100g, poids sec) 0,96 1,32 0,98
Éclat, L* non déterminé 82,8 85,7

Du meilleur pain avec l’orge

L’ajout d’une toute petite quantité de la fraction riche en fibres de l’orge peut améliorer la qualité nutritive du pain. C’est ce qu’ont constaté les équipes des programmes de Recherches fondamentales sur l’orge et de Recherches sur le blé panifiable dans les travaux qu’ils ont réalisés ensemble : ils ont en effet déterminé que l’ajout de fractions de fibres d’orge à la farine de blé donne un pain de plus belle apparence et de meilleur goût, qui présente en plus l’avantage d’être riche en β-glucanes. Le pain enrichi en fibres d’orge a été fabriqué par le procédé rapide canadien suivant une recette comprenant de la farine, du petit lait, du shortening, de la levure, du sucre, du sel et de l’acide ascorbique. Pour atteindre la dose de β-glucanes recommandée par la FDA, soit 0,75 grammes par portion de deux tranches de pain, il suffit de remplacer seulement 10 % de la farine de blé par une portion de la fraction riche en fibres de l’orge à grains nus CDC Fibar obtenue avec le diagramme de mouture original. Par ailleurs, comme la fraction enrichie en fibres contient une concentration plus élevée de β-glucanes (tableau 1), la proportion de farine de blé à remplacer peut être réduite à 6 % lorsqu’on utilise la fraction enrichie en fibres de l’orge Fibar. En outre, on a constaté que l’hydratation des pâtes enrichies avec de la fraction riche en fibres d’orge est plus élevée que celle d’une pâte faite avec 100 % de farine de blé et se compare à celle de la pâte faite avec 100 % de farine de blé entier (tableau 2). En raison de l’augmentation de l’absorption au pétrissage, les pains avec fraction riche en fibres d’orge et les pains faits de 100 % de farine de blé entier sont plus lourds que les pains témoins à la farine de blé. Le volume du pain fait de farine enrichie à 10 % avec la fraction riche en fibres a été réduit d’environ 20 % par comparaison à celui du pain de farine de blé et de seulement 7 % par comparaison à celui du pain fait de 100 % de farine de blé entier. La structure de la mie du pain fait de farine enrichie avec la fraction riche en fibres a reçu un meilleur pointage (évaluation visuelle) que celle du pain fait de 100 % de farine de blé entier; elle comprend moins de grandes alvéoles, et, en général, les alvéoles sont plus petites que celles des deux pains témoins à la farine de blé (tableau 2). Le pain fait de farine enrichie à 10 % avec la fraction riche en fibres est légèrement plus foncé que le pain de farine de blé, mais il est beaucoup plus clair que le pain de blé entier. En remplaçant une partie de la farine de blé par des préparations de fraction enrichie en fibres, on a amélioré dans une mesure significative la qualité générale du pain enrichi en fibres. Les améliorations les plus notables concernent le volume du pain, son apparence et sa couleur. Le volume du pain comprenant 6 % de fraction enrichie en fibres est supérieur à celui du pain fait de 100 % de farine de blé entier et n’est réduit que d’environ 6 % par rapport au pain fait de farine de blé. Le pain enrichi avec 6 % de fraction riche en fibres a meilleure apparence, et sa mie a une meilleure texture et une plus belle couleur par comparaison au pain de blé entier. Le pain comprenant 6 % de fraction enrichie en fibres a très belle apparence, une couleur appétissante, et sa mie a une structure uniforme légèrement plus dense que celle du pain témoin de farine de blé (figure 5 et figure 6).

Les résultats de cette étude ouvrent des possibilités très intéressantes pour les consommateurs qui recherchent des produits bons pour la santé, mais qui ne veulent faire aucun compromis sur les qualités organoleptiques.

Figure 5a : Pain renfermant 10 % de fraction riche en fibres de l’orge (préparation originale)
Figure 5b : Pain renfermant 6 % de fraction enrichie en fibres.
Ces deux pains contiennent les 0,75 grammes de β-glucanes recommandés par portion (2 tranches).
5a. Pain renfermant 10 % de fraction riche en fibres de l’orge5b. Pain renfermant 6 % de fraction enrichie en fibres
Tableau 2. Caractéristiques qualitatives des pains de blé et des pains enrichis en fibres d’orge.
Pain Taux d’hydratation % Volume du pain (cm3) Poids du pain (g) Évaluation visuelle Éclat L*
Appearence Crumb texture
Pains témoins
100 % de farine blanche 65 2210 286 7,5 6,5 85,0
100 % de farine de blé entier 73 1910 304 6,0 5,5 72,9
Pains avec fibres d'orge
+ 10 % Fibar FRF (FRF originale) 74 1770 300 5,5 5,8 77,5
+ 6% Fibar FRF (FRF enrichie) 74 2060 302 7,5 5,8 81,7
Figure 6a : Pain témoin fait de farine de blé
Figure 6b : Pain renfermant 6 % de fraction riche en fibres de l’orge (enrichie)
Figure 6c : Pain témoin fait de farine de blé entier
6a. Pain témoin fait de farine de blé6b. Pain renfermant 6 % de fraction riche en fibres de l’orge6c. Pain témoin fait de farine de blé entier

Lecture supplémentaire

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Remerciements

Les auteurs tiennent à remercier Eugene Gawalko (Laboratoire de recherches sur les grains, Commission canadienne des grains) pour l'analyse liée aux minéraux, Franca Beraldin (Laboratoire de recherche sur les aliments et la nutrition, Santé Canada) pour l'analyse liée à la vitamine B, et SunWest Food Laboratory (Saskatoon, Saskatchewan) pour l'analyse liée à la vitamine E.