Etude des mécanismes d'agglomération du gluten au cours du pétrissage de suspensions farine-eau

par Frédéric Auger

Thèse de doctorat en Sciences des aliments

Sous la direction de Stéphane Guilbert.

Soutenue en 2008

à Montpellier SupAgro .

mots clés

• Pétrissage
• Agrégat protéique
• Gluten
• Meunerie
• Viscosité

Résumé

Le pétrissage de la farine de blé en présence d’eau est une opération unitaire fondamentale pour les boulangers et les amidonniers car elle assure la formation du réseau visco-élastique de gluten au sein de la pâte. La formation d’un tel réseau, très rapide dans le cas de la pâte à pain, repose sur des mécanismes physiques et chimiques qui n’ont pas encore été clairement identifiés. Afin d’étudier ces mécanismes, notre approche s’est focalisée sur le pétrissage de pâtes diluées. La dilution, qui diminue la probabilité d’interactions et la contrainte de cisaillement, affecte la cinétique de développement du réseau de gluten. Contrairement à la pâte à pain, la courbe de développement d’une pâte diluée présente une phase de latence précédant la montée au pic caractéristique du développement optimal de la pâte (tpeak). L’étude a été réalisée dans un pétrin planétaire selon différentes conditions de pétrissage (hydratation et vitesse) pour trois variétés de blé différentes. La viscosité de la pâte pendant cette phase de latence est un paramètre important dans le contrôle de tpeak. Elle a pu être déterminée à partir de la mesure de la consistance de la pâte dans le pétrin en s’appuyant sur l’approche proposée par Metzner-Otto. L’ajout d’un colorant spécifique des protéines dans la pâte a permis de suivre in situ leur agglomération, qui repose sur deux processus successifs. Le premier induit la formation d’agrégats protéiques de taille croissante au cours de la phase de latence, tandis que le second induit leur transformation en de fins filaments de gluten. A l’échelle moléculaire, cette agglomération s’accompagne de la dépolymérisation des gluténines. Celle-ci, induite par la contrainte de cisaillement, est contre-balancée par une réaction antagoniste, inhibée par un agent bloqueur des thiols. Deux autres réactions contribuant à cette dépolymérisation ont par ailleurs été identifiées. L’une est spécifique à la variété tandis que l’autre, de portée générale, impliquerait une oxydation des gluténines par l’oxygène de l’air. Par la caractérisation rhéologique des glutens extraits de différentes pâtes, nous avons mis en évidence la relation qui unit le taux de dépolymérisation des gluténines et l’élasticité du gluten. La confrontation de l’ensemble de nos résultats avec les données de la littérature concernant la pâte à pain nous permet de proposer un mécanisme général rendant compte de la percolation du réseau de gluten dans n’importe quelle pâte, et cela quelle que soit sa teneur en eau. Cette étude démontre que l’utilisation de pâtes diluées offre de nouvelles possibilités de compréhension des mécanismes de formation du gluten.

Titre traduit

On the mécanisms of gluten network development during flour-water batter mixing

Résumé

Mixing wheat flour with water is a fundamental unit operation for the breadmaking and starch industries because it ensures the formation of the viscoelastic gluten network. The formation of such a network, very fast in the case of bread dough, relies on physical and chemical mechanisms which were not clearly identified yet. In order to unravel these mechanisms, our approach focused on the mixing of batters. Dilution, which decreases the probability of interactions and the applied shear stress, affects the kinetic of gluten network development. In contrast to bread dough, the batter mixing curve shows a lag phase preceding the rise to peak related to the optimal batter development (tpeak). The work was carried out with a planetary mixer, for various mixing conditions (hydration and mixing speed) and for three wheat cultivars. The batter viscosity during the lag phase was revealed to be a control parameter of tpeak. It was deduced from the measured batter consistency by following the Metzner-Otto approach. By using a specific protein stain, we showed that gluten agglomeration relies on two successive events. The first induces the formation of large gluten lumps during the lag phase, while the second induces their transformation into fine gluten strands. At the molecular scale, gluten agglomeration coincided with glutenin depolymerization. The glutenin breakdown is induced by the shear stress and counterbalanced by an antagonistic reaction, inhibited by a thiol blocker reagent. Two other reactions acting on depolymerization were also identified. One is specific of the wheat cultivar, while the other would imply the oxidation of glutenin by oxygen species. From the rheological characterization of the glutens extracted from several batters, we highlighted a relation linking the extent of glutenin depolymerization to gluten elasticity. The confrontation of our results with the published data on bread doughs allows us to propose a general mechanism accounting for the percolation of the gluten network in mixed doughs, whatever their water content. This study shows that using batters offers new possibilities to understand the mechanisms of gluten network development.