Étude des facteurs physiques et des composants bioactifs qui influent sur la qualité des grains
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.
| Total des gruaux (%) | Gruaux brisés (%) | Glumes (%) | Grains décortiqués (%) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Variété | Année | Moyenne | ETFootnote 1 | Moyenne | ET | Moyenne | ET | Moyenne | ET |
| CS Camden | 2020 | 73,5 | 1,5 | 0,8 | 0,8 | 26,4 | 1,5 | 4,2 | 2,9 |
| 2021 | 71,8 | 1,9 | 1,9 | 1,2 | 27,9 | 1,9 | 5,1 | 3,0 | |
| Summit | 2020 | 76,3 | 3,1 | 1,8 | 1,6 | 23,7 | 3,1 | 1,2 | 1,3 |
| 2021 | 74,8 | 1,7 | 2,5 | 1,2 | 25,2 | 1,7 | 1,1 | 0,6 | |
Table 1 Notes
| |||||||||
Données des graphiques
| Variété | Largeur du grain (mm) | Longueur du grain (mm) | Rondeur du grain | ||||||
| Moyenne | ETFootnote 2 | Moyenne | ET | Moyenne | ET | ||||
| CS Camden | 2,76 | 0,12 | 11,2 | 0,4 | 0,453 | 0,012 | |||
| Summit | 2,76 | 0,09 | 10,4 | 0,3 | 0,466 | 0,010 | |||
Table 2 Notes
| |||||||||
Données du graphique
| CS Camden | Summit | ||
| Poids de mille grains (g) | Poids spécifique (kg/hl) | Poids de mille grains (g) | Poids spécifique (kg/hl) |
| 31,1 | 51,0 | 31,5 | 51,4 |
| 34,1 | 51,2 | 29,8 | 51,8 |
| 33,9 | 51,4 | 30,5 | 52,0 |
| 32,5 | 51,4 | 31,2 | 52,0 |
| 34,8 | 51,8 | 33,9 | 53,0 |
| 32,8 | 52,4 | 31,7 | 53,0 |
| 36,7 | 53,4 | 39,2 | 53,6 |
| 33,4 | 53,6 | 31,0 | 54,8 |
| 35,9 | 53,6 | 35,8 | 55,0 |
| 37,3 | 54,8 | 35,9 | 55,6 |
| 38,9 | 54,8 | 36,7 | 56,1 |
| 34,9 | 55,0 | 34,5 | 56,3 |
| 36,7 | 56,1 | 30,5 | 48,4 |
| 40,5 | 56,3 | 30,4 | 51,0 |
| 42,3 | 57,3 | 29,9 | 51,0 |
| 40,4 | 58,3 | 30,5 | 52,2 |
| 30,0 | 48,0 | 30,9 | 53,0 |
| 30,5 | 48,0 | 33,0 | 53,0 |
| 28,7 | 48,0 | 29,7 | 53,0 |
| 33,3 | 48,2 | 32,8 | 53,2 |
| 33,5 | 49,6 | 36,5 | 53,4 |
| 33,2 | 49,6 | 35,8 | 54,8 |
| 30,7 | 49,8 | 33,7 | 55,9 |
| 35,6 | 51,0 | 32,5 | 55,9 |
| 35,7 | 51,0 | 34,8 | 57,7 |
| 33,5 | 51,0 | ||
| 32,7 | 51,0 | ||
| 33,2 | 51,2 | ||
| 34,0 | 51,4 | ||
| 31,7 | 51,8 | ||
| 37,8 | 53,0 | ||
| 36,1 | 53,0 | ||
| 31,9 | 53,4 | ||
| 38,2 | 53,6 | ||
| 33,5 | 54,0 | ||
| 29,0 | 54,2 | ||
| 32,7 | 56,3 | ||
Données du graphique
| CS Camden | Summit | ||
| Longueur du grain (mm) | Gruaux (%) | Longueur du grain(mm) | Gruaux (%) |
| 11,5 | 71,9 | 10,3 | 79,9 |
| 10,8 | 74,2 | 10,4 | 78,6 |
| 11,8 | 73,7 | 10,8 | 75,0 |
| 11,2 | 73,7 | 10,2 | 77,2 |
| 10,6 | 75,1 | 10,1 | 78,9 |
| 11,0 | 73,3 | 10,3 | 75,1 |
| 11,0 | 73,2 | 10,4 | 73,2 |
| 11,3 | 70,7 | 10,6 | 78,2 |
| 10,5 | 72,8 | 10,1 | 80,6 |
| 11,0 | 70,5 | 10,2 | 73,5 |
| 11,1 | 75,3 | 10,1 | 75,5 |
| 11,0 | 75,1 | 10,6 | 73,7 |
| 11,2 | 74,1 | 10,4 | 73,5 |
| 10,8 | 74,5 | 10,6 | 74,5 |
| 10,9 | 73,5 | 9,9 | 77,6 |
| 11,0 | 75,1 | 10,6 | 76,9 |
| 11,8 | 72,6 | 10,7 | 75,9 |
| 11,3 | 68,6 | 10,7 | 71,0 |
| 11,5 | 72,2 | 10,6 | 73,8 |
| 11,5 | 69,6 | 10,2 | 74,5 |
| 11,9 | 68,9 | 10,5 | 76,6 |
| 10,6 | 74,1 | 10,1 | 75,3 |
| 11,5 | 71,7 | 10,8 | 75,2 |
| 11,5 | 72,4 | 10,6 | 74,3 |
| 11,5 | 74,4 | ||
| 11,6 | 72,6 | ||
| 11,2 | 69,1 | ||
| 10,9 | 69,5 | ||
| 10,9 | 74,9 | ||
| 10,7 | 71,5 | ||
| 11,5 | 71,6 | ||
| 11,0 | 74,5 | ||
| 11,8 | 74,0 | ||
| 11,1 | 72,5 | ||
| 11,3 | 72,9 | ||
| 12,0 | 72,3 | ||
| 11,4 | 72,1 | ||
Données du graphique
| Échantillon de moût | Bêta-glucanes (mg/l) | Arabinoxylanes (mg/l) |
| G1 | 1529 | 770 |
| G2 | 612 | 1 045 |
| G3 | 150 | 1 050 |
| G4 | 79 | 1 060 |
| G5 | 60 | 1 150 |
Données des graphiques
| Masse molaire (daltons) | ||
| Échantillon de moût | Bêta-glucanes | Arabinoxylanes |
| G1 | 179 000 | 162 000 |
| G2 | 147 000 | 152 000 |
| G3 | 41 000 | 179 000 |
| G4 | 50 000 | 189 000 |
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.


