Étude des facteurs physiques et des composants bioactifs qui influent sur la qualité des grains

Marta S. Izydorczyk, Ph. D.

Marta S. Izydorczyk, Ph. D.
Chercheuse et gestionnaire de programme
Mouture et maltage - Recherche sur l’orge et d’autres grains
marta.izydorczyk
@grainscanada.gc.ca

Dans le cadre du programme Mouture et maltage - Recherche sur l’orge et d’autres grains, nous menons de la recherche pour identifier, caractériser et quantifier les facteurs et les mécanismes moléculaires responsables de la qualité, de la fonctionnalité et de la performance de l’orge et d’autres grains canadiens, comme l’avoine et le sarrasin. Nous mettons au point de nouvelles technologies de mesure de la qualité et étudions des façons innovantes d’utiliser l’orge et d’autres grains. Nous contrôlons la qualité de l’orge destinée à l’exportation et évaluons les nouvelles lignées d’orge et la qualité de l’orge brassicole produite dans l’Ouest canadien.

Effet de la forme du grain sur le poids spécifique et le décorticage de l’avoine

Nous avons récemment réalisé une étude pour comprendre comment les facteurs physiques influent sur le poids spécifique et l’efficacité de décorticage des variétés d’avoine Summit et CS Camden, couramment cultivées dans l’Ouest canadien.

Une comparaison des variétés d’avoine Summit et CS Camden de 2020 et de 2021 a montré qu’elles avaient des grains de largeur semblable, mais que les grains de la variété Summit étaient plus courts, ce qui leur donnait une forme plus petite et plus arrondie (figure 1). Bien que la taille plus petite des grains de la variété Summit coïncidait avec leur poids plus faible, ces grains avaient tendance à présenter un poids spécifique plus élevé que les grains de la variété CS Camden lorsque des poids équivalents étaient comparés (figure 2). Cette constatation suggère que les grains plus petits et plus arrondis de l’avoine Summit se tassent plus efficacement que ceux de l’avoine CS Camden. Du fait de leur forme allongée, les grains de la variété CS Camden ont des glumes plus longues qui sont plus susceptibles d’emprisonner de l’air lorsqu’elles se chevauchent, ce qui se traduit par une efficacité de tassement et un poids spécifique plus faibles.

La forme des grains a également influé sur l’efficacité de décorticage des grains des variétés Summit et CS Camden. Les grains plus courts et plus arrondis de l’avoine Summit ont donné un pourcentage plus élevé de gruaux après le décorticage que ceux de l’avoine CS Camden (figure 3). Les glumes plus longues des grains de la variété CS Camden semblaient protéger les gruaux contre les bris durant le décorticage, mais elles ont donné lieu à un moins grand nombre de grains décortiqués (tableau 1). Les gruaux de l’avoine CS Camden étaient cependant légèrement plus gros et plus denses que ceux de l’avoine Summit. Nous n’avons trouvé aucune différence significative dans les teneurs en protéines et en huile entre les deux types de gruaux, mais les gruaux de l’avoine CS Camden contenaient plus de β-glucanes et moins d’arabinoxylanes que ceux de l’avoine Summit.

Effet de la durée de germination sur la structure et la masse de β-glucanes et d’arabinoxylanes dans le moût d’orge

Dans le cadre d’une autre étude récente, nous avons étudié les effets de la durée de germination sur la concentration, la masse moléculaire et la structure des β-glucanes et des arabinoxylanes dans le moût d’orge. Ces composés sont les principaux types de polysaccharides non amylacés présents dans les parois cellulaires des grains d’orge. Au cours du maltage, le procédé de germination contrôlée les décompose. Or, si les β-glucanes ne sont pas suffisamment décomposés, ils peuvent nuire au brassage et à la qualité de la bière en augmentant la viscosité, en formant des gels et en rendant la bière trouble. On ne comprend pas tout à fait le rôle des arabinoxylanes dans ces phénomènes ni le mécanisme précis par lequel ils y contribuent. Nous avons échantillonné différentes variétés d’orge à grains nus et d’orge à grains vêtus cultivées au Canada, avons fait tremper les grains à 13 °C durant 48 heures (h), puis les avons fait germer à 15 °C. Nous avons ainsi comparé cinq durées de germination : 24 h (G1), 48 h (G2), 72 h (G3), 96 h (G4) et 120 h (G5).

Résultats de notre étude
  • Avec l’augmentation de la durée de germination, la concentration de β-glucanes dans le moût a significativement diminué, mais la concentration d’arabinoxylanes a augmenté (figure 4).
  • La masse moléculaire des β-glucanes et des arabinoxylanes diminue significativement avec l’augmentation de la durée de germination (figure 5).
  • Dans des conditions favorables à la dégradation des β-glucanes (forte hydratation, longue durée de germination), les β-glucanes qui restaient dans le moût avaient de longues chaînes polymères présentant un rapport unités cellotriosyles/unités cellotétraosyles (DP3/DP4) relativement élevé. Ces propriétés moléculaires contribuent probablement à la tendance des chaînes à se séparer du moût lorsque l’on modifie les conditions du solvant, p. ex. température, concentrations de sucre ou d’alcool et forces de cisaillement.
  • Les arabinoxylanes qui restaient dans le moût résistaient à l’hydrolyse enzymatique en raison de leur structure très ramifiée et de la présence d’autres substituants le long des chaînes de xylane (résidus d’acide férulique).
  • L’hydrolyse ciblée des polysaccharides non amylacés dans le moût a révélé que la masse molaire moyenne des arabinoxylanes du moût était systématiquement plus élevée que celle des β-glucanes (figure 6).

Conclusions

Notre étude a montré que l’augmentation de la durée de germination peut réduire efficacement la concentration et la masse molaire des β glucanes dans le moût, mais que la durée de germination doit être optimisée pour éviter une solubilisation excessive des arabinoxylanes pendant le maltage et l’empâtage.

Tableau 1  Résultats de décorticage des grains CS Camden et Summit en 2020 et en 2021. La catégorie du total des gruaux comprend les gruaux entiers et les gruaux brisés.
Total des gruaux (%)Gruaux brisés (%)Glumes (%)Grains décortiqués (%)
VariétéAnnéeMoyenneETFootnote 1MoyenneETMoyenneETMoyenneET
CS Camden202073,51,50,80,826,41,54,22,9
202171,81,91,91,227,91,95,13,0
Summit202076,33,11,81,623,73,11,21,3
202174,81,72,51,225,21,71,10,6
Table 1 Notes
Footnote 1

ET = Écart type.

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Figure 1  Largeur, longueur et rondeur moyennes en millimètres (mm) des grains des variétés d’avoine CS Camden et Summit cultivées en 2020 et en 2021. Le nombre d’échantillons est de 37 pour l’avoine CS Camden et de 25 pour l’avoine Summit.
Données des graphiques
VariétéLargeur du grain (mm)Longueur du grain (mm)Rondeur du grain
MoyenneETFootnote 2MoyenneETMoyenneET
CS Camden2,760,1211,20,40,4530,012
Summit2,760,0910,40,30,4660,010
Table 2 Notes
Footnote 2

ET = Écart type

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Figure 2  Diagramme de dispersion montrant la relation entre le poids de mille grains en grammes (g) et le poids spécifique en kilogrammes par hectolitre (kg/hl) des variétés d’avoine CS Camden et Summit cultivées en 2020 et en 2021. Le nombre d’échantillons est de 37 pour l’avoine CS Camden et de 25 pour l’avoine Summit.
Données du graphique
CS CamdenSummit
Poids de mille grains (g)Poids spécifique (kg/hl)Poids de mille grains (g)Poids spécifique (kg/hl)
31,151,031,551,4
34,151,229,851,8
33,951,430,552,0
32,551,431,252,0
34,851,833,953,0
32,852,431,753,0
36,753,439,253,6
33,453,631,054,8
35,953,635,855,0
37,354,835,955,6
38,954,836,756,1
34,955,034,556,3
36,756,130,548,4
40,556,330,451,0
42,357,329,951,0
40,458,330,552,2
30,048,030,953,0
30,548,033,053,0
28,748,029,753,0
33,348,232,853,2
33,549,636,553,4
33,249,635,854,8
30,749,833,755,9
35,651,032,555,9
35,751,034,857,7
33,551,0
32,751,0
33,251,2
34,051,4
31,751,8
37,853,0
36,153,0
31,953,4
38,253,6
33,554,0
29,054,2
32,756,3
Figure 3  Diagramme de dispersion montrant la relation entre la longueur des grains en millimètres (mm) et le pourcentage de gruaux obtenus après le décorticage des variétés d’avoine CS Camden et Summit cultivées en 2020 et en 2021.
Données du graphique
CS CamdenSummit
Longueur du grain (mm)Gruaux (%)Longueur du grain(mm)Gruaux (%)
11,571,910,379,9
10,874,210,478,6
11,873,710,875,0
11,273,710,277,2
10,675,110,178,9
11,073,310,375,1
11,073,210,473,2
11,370,710,678,2
10,572,810,180,6
11,070,510,273,5
11,175,310,175,5
11,075,110,673,7
11,274,110,473,5
10,874,510,674,5
10,973,59,977,6
11,075,110,676,9
11,872,610,775,9
11,368,610,771,0
11,572,210,673,8
11,569,610,274,5
11,968,910,576,6
10,674,110,175,3
11,571,710,875,2
11,572,410,674,3
11,574,4
11,672,6
11,269,1
10,969,5
10,974,9
10,771,5
11,571,6
11,074,5
11,874,0
11,172,5
11,372,9
12,072,3
11,472,1
Figure 4  Effet de la durée de germination sur les concentrations en milligrammes par litre (mg/l) des β-glucanes et des arabinoxylanes (AX) dans le moût d’orge AAC Synergy. La durée de germination a été mesurée en heures (h), et les échantillons ont été identifiés comme G1 (24 h), G2 (48 h), G3 (72 h), G4 (96 h) et G5 (120 h).
Données du graphique
Échantillon de moûtBêta-glucanes (mg/l)Arabinoxylanes (mg/l)
G11529770
G26121 045
G31501 050
G4791 060
G5601 150
Figure 5  Effet de différentes durées de germination sur la masse molaire des polysaccharides non amylacés (β-glucanes et arabinoxylanes) dans le moût. La durée de germination a été mesurée en heures (h), et les échantillons ont été identifiés comme G1 (24 h), G2 (48 h), G3 (72 h), G4 (96 h) et G5 (120 h).
Effet de différentes durées de germination sur la masse molaire des polysaccharides non amylacés (β glucanes et arabinoxylanes) dans le moût. La durée de germination a été mesurée en heures (h), et les échantillons ont été identifiés comme G1 (24 h), G2 (48 h), G3 (72 h), G4 (96 h) et G5 (120 h).
Figure 6  Masse molaire moyenne (daltons) des β-glucanes et des arabinoxylanes dans le moût d’orge après différentes durées de germination. La durée de germination a été mesurée en heures (h), et les échantillons ont été identifiés comme G1 (24 h), G2 (48 h), G3 (72 h), G4 (96 h) et G5 (120 h).
Données des graphiques
Masse molaire (daltons)
Échantillon de moûtBêta-glucanesArabinoxylanes
G1179 000162 000
G2147 000152 000
G341 000179 000
G450 000189 000
Membres de l’équipe

Chercheuse et gestionnaire de programme

  • Marta S. Izydorczyk, Ph. D.

Chimistes

  • Tricia McMillan
  • Arzoo Sharma

Techniciens

  • Anna Chepurna
  • Debby Kelly
  • Jerry Kletke
  • Cherianne McClure
  • Shin Nam
  • Shawn Parsons
  • Dave Turnock
Publications récentes
  • Izydorczyk, M.S., A. Badea, et A.D. Beattie. « Physicochemical properties and malting potential of new Canadian hulless barley genotypes ». J. Am. Soc. Brew. Chem., vol. 81, no 2 (2022), p. 299-307.
    https://doi.org/10.1080/03610470.2022.2065453 (en anglais)
  • Chen, W., H.Y.K. Cheung, M. McMillan, T.K. Turkington, M.S. Izydorczyk, et T. Gräfenhan. « Dynamics of indigenous epiphytic bacterial and fungal communities of barley grains through the commercial malting process in western Canada ». Current Research in Food Science, vol. 5 (2022), p. 1352-1364.
    https://doi.org/10.1016/j.crfs.2022.08.009 (en anglais)
  • Izydorczyk, M.S. « Effects of grain hydration and germination time during malting on the molecular structure and mass of β-glucans and arabinoxylans in wort » [résumé]. 23rd North American Barley Researchers Workshop, Davis (Californie), États-Unis, du 21 au 25 sept. 2022.
  • Izydorczyk, M.S. et T. McMillan. Rapport sur la récolte annuelle d’orge en 2022. Production et qualité de l’orge brassicole de l’Ouest canadien.
    https://www.grainscanada.gc.ca/en/grain-research/export-quality/cereals/malting-barley/2022/
  • Izydorczyk, M.S., J. Kletke, A. Sharma, A. Chepurna, et S. Nam. « Effects of grain steaming on the milling performance and physicochemical properties of dietary fibre in hulless food barley » [résumé]. Cereals & Grains 2022, Bloomington (Minnesota), États-Unis, du 9 au 11 nov. 2022.

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2023-08-02