Dr V. Lullien-Pellerin (INRA) UMR Ingénierie des Agropolymères et Technologies Emergentes

1. Les sources de variabilité des produits céréaliers (focus sur l’impact des techniques de fractionnement) 1ère transformation : voie sèche Fractionnement Dr V. Lullien-Pellerin (INRA) UMR Ingénierie des Agropolymères et Technologies Emergentes 2 Place Viala 34060 Montpellier Cedex 01 E-mail : lullien@supagro.inra.fr 2ème transformation : Mise en forme en présence d’eau

2. Les points abordés dans cet exposé : Quelle place des céréales pour les besoins nutritionnels actuels ? Vitamines ? Antioxydants ? Où sont les constituants d’intérêt ? Quel impact du fractionnement sur la valeur nutritionnelle ? ? Pistes et quelques résultats de recherche

3. Quelles céréales dans le monde et en France ? Maïs production 2010 autour de 800 M de tonnes Blé 660 MT Riz 440 MT Orge 150 MT Blé 39 MT (6% Mond.), 6ème rang mondial, 3ème exportateur Maïs 16MT (2%) - 3 ème exportateur Orge 10 MT (6%) - 1er exportateur Source : FAOSTAT

4. Source d’apport énergétique ! Lipides 2-5% 2% Minéraux : P, Mg, Zn, Fe Qualité des lipides ? Insaturés/saturés OK • Vitamines liposolubles • (vit. E) • Vitamines hydrosolubles • (vits B3, B6, B9 ) Protéines 8-14% Antioxydants Acides phénoliques Qualité des protéines ? Peu de Lysine Glucides Mais aussi de composants d’intérêt pour la santé Fermentescibles Assimilable Fibres 7-18 % Amidon 50-80 % Les Céréales : base de l’alimentation H2O Les céréales devraient constituer 35 % de l’apport nutritionnel

5. Complexé à l’A. phytique (antioxidant/antinutriment ?) + Activités enzymatiques Activités enzymatiques, pb oxydation Une distribution des composés d’intérêt nutritionnel complexe et des composés à effet controversé Albumen amylacé (80-85%) : Protéines de réserve (Gln, Asn) + Amidon (amylose-amylopectine) Couche à aleurone (6-9%) : Protéines (Lys), Minéraux, fibres solubles (b-glucanes) ou non (arabino-xylanes), Vitamines (B3, B9, tocotrienols), A. phenoliques Farines de type 55-65 Testa (1%) : Alkylresorcinols Péricarpe (4-5 %) : Fibres insolubles (lignine, cellulose, AX), A. phenoliques Germe (2-4%) : Lipides, Minéraux, Protéines, Tocopherols Astringence, disponibilité, digestibilité !

6. pour 100 g % AJR couverts (JO 2010) B1 (thiamine) : 1,6 mg 145 B3 (PP, niacine) : 24-90 mg 150-560 B6 (pyridoxine) : 0,3-4 mg 22-285 B9 (A. folique) : 0,2-0,8 mg 100-400 E (tocotrienols) : 1-2 mg 0,8-17 P : 1,2-2,5 g170-360 Mg : 0,5-1 g 120-250 Mn : 0,01-0,1 g500-5000 Fe : 10- 30 mg 70-500 Zn: 8- 14 mg 80-140 La couche à aleurone contient la majeure partie des micronutriments 15 % des Protéines du grain (30 % de Lysine totale), 45 % des Fibres , 45 % des Minéraux (P, Mg, Mn, Zn, Fe), Vitamines (groupe B, B3 et B9) 85 % phytates chez blé Composés phénoliques/Phyto-oestrogènes (lignanes) Sources : Pomeranz, Wheat Chem. & Technol. 1988 Antoine et al. Sci des aliments 2002, Brouns et al., Crit. Rev. In Food Sci & Nutrition 2010

7. Des différences de quantité et de distribution en fonction des céréales 86% dans couche à aleurone 87% dans embryon Ex: b-glucanes 1 % dans grain de Blé (30% albumen, 70 % aleurone) 2-17 % dans grain d’Orge (75 % albumen amylacé, 25 % aleurone) Blé Maïs Sources: Evers et al, Aust. J. Agric. Res. 1999; Tiwari et Cummins Cereal Chem. 2009

8. Variabilité des quantités fonction des variétés et de l’environnement • Blé : • Mg 0,6-1,4 mg. g-1(1,9 dans certaines variétés) • Zn 13-35 µg. g-1 (43) • Fe 20-60 (88) µg. g-1 • A. Phytique 11-17 mg.g-1 dans grains Fe Amélioration possible par sélection 28 ZnSO4 + N 58 Zn • A. Phenoliques totaux de 300-1200 µg.g-1 (A. Ferulique 200-900 mg. g-1, 98 % estérifié aux parois) • Alkylresorcinols totaux : 310 to 780 µg.g-1 • Folates totaux : 320 to 890 ng.g-1 Tocols µg.g-1 2005 2006 2007 cultivars Sources: Oury et al.Europ. J. Agronomy 2006 ; Zhao et al., J. Cereal Sci. 2009; Cakmak et al., 2010 ; Li et al. J. Agric Food Chem. 2008; Andersson et al. JAFC 2010 ; Barron et al. J. Cereal Sci. 2011 ; Shewry et al. JAFC 2010; Kariluoto et al., 2010

9. Mouture de blé Albumen amylacé Couche à aleurone Péricarpe externe Albumen amylacé Couche à aleurone Testa Péricarpe externe Germe La composition des produits va dépendre du devenir des tissus au cours des procédés Suivi du devenir des tissus par des marqueurs biochimiques spécifiques (Hemery et al., J. Cereal Sci 49, 2009) • Importance des propriétés mécaniques respectives des tissus • - dépendent de facteurs génétiques (dureté de l’albumen, friabilité des enveloppes) • de facteurs environnementaux (vitrosité de l’albumen) • des paramètres des procédés (teneur en eau, température)

10. Quel impact de la mouture sur la teneur en micronutriments ? 75 % Extraction, Mouture des grains de Blé, farine type 55 Source: Evers et al, Aust. J. Agric. Res. 1999

11. Plusieurs stratégies pour obtenir des fractions enrichies en micronutriments Grain entier broyé ! Complémentation par addition de vitamines ou minéraux Choix de variétés ou de conditions de culture favorisant l’accumulation Transgenèse Isolement et/ou enrichissement avec des tissus riches en ces composés

12. Corrélation linéaire (R2= 0,88) hard soft Les différences d’extensibilité des enveloppes pourraient expliquer ces différences Les farines issues de Blés de type « hard » sont enrichies en A. phytique par rapport à celles issues blés « soft » Quelques résultats récents - sur le devenir des tissus et constituants (fonction facteurs génétiques) hard soft Source: Greffeuille et al. Cereal Chem. 2005 et 2006

13. Testa Aleurone Albumen amylacé - sur la balance Q.sanitaire/Q. nutritionnelle si enrichissement en couche à aleurone Suivi du décorticage du blé dur A. Phytique (mg/g) Alkylresorcinols (mg/g x30) Amidon (mg/g) Mycotoxine DON résiduelle (%) Source: Rios et al.J. Cereal Sci 2009

14. - sur la question de la biodisponibilité ! Elle dépend à minima de l’accessibilité/solubilité du constituant & de la présence d’autres composés dans l’aliment + in vivo de son absorption/métabolisation Fe accessibilité/solubilité dépendante rapport molaire A.Phytique/Fe Zn A.Phytique/Zn A.Phytique*Ca/Zn <0,2 Mais aussi effets des fibres, des tannins Du pH… <10-15 29g fibres, 0,4g eq catechines/100g Source: Lestienne et al. JAFC,2005

15. 500 T° ambiante 450 Cryo Taille moyenne particles (µm) 400 350 300 250 200 150 132 114 100 Introduction de ces fractions dans des pains 49 39 50 30 24 16 tri electrostatique 18 0 Matière 1ère 0 2 4 6 8 Azote liquide Temps Broyage (minutes) Tiny-TIM (TNO) Recyclage N2 Enrichie en Aleurone (60% ctre 45%) Enrichie en Péricarpe (50% ctre 20%) Compartiment gastrique + - Vis (cryogénique) Broyage Dialyse Produit Enzymes Compartiment intestinal Dialysats Quelques nouveautés en matière de fractionnement Broyage Ultrafin de “sons”

16. Comparaison des dialysats issus de différents pains 40 acide sinapique 35 acide férulique 31 (3,4%) 30 26 23 22 25 15 (36%) 18 20 15 Composés bioaccessibles (µg/g DM) 14 12 15 10 6 3 5 0 Farine de grains broyés Farine blanche D50 = 258 mm D50 = 147 mm D50 = 51 mm 1200 14 zinc 1000 magnesium 12 800 10 600 8 Mg Bioaccessible (µg/g pain DM) Zn Bioaccessible (µg/g pain DM) 6 400 4 200 2 0 0 Farine de grains broyés Farine blanche +Sons Cryo- broyés +fraction Aleurone riche +fraction Pericarpe riche Farine blanche + 16% sons broyés T amb Source: Hemery Y. et al. Food Research Intern., 2010 et Thèse Y. Hemery 2009

17. 1ère Transformation : Des effets des opérations unitaires, rôle des propriétés mécaniques des tissus, de la teneur en eau et de sa diffusion Possible de suivre et de contrôler le devenir des tissus et constituants Pré-traitements ? 2ème Transformation Rôle des additifs et conditions opératoires Nécessaire Intégration des connaissances Nécessité de maintenir Q. sanitaire (mycotox, pesticides, métaux lourds) Q. Technologique (volume du pain) Q. Gustative (éviter oxydation) tout en améliorant Q. nutritionnelle Pour résumer… Choix de variété N ! + Enrichissement minéraux du sol Des structures complexes et différentes Une composition spécifique des tissus Des localisations diff. des constituants selon les céréales Des effets des facteurs génétiques et environnementaux sur les teneurs (état physiol)

18. Remerciements Exploiting bioactivity of European cereal grains for human health, Projet Européen FP6, 2005-10 Projet du CGIAR, Groupe consultatif de Recherche pour Agriculture Internationale, 2004-08 BléNNat (2007-2010) Sélection des blés pour l’enrichissement des farines en Mg et amidon résistant