Brevet FR2661317A1 — publié le 19911031

La présente invention a trait au domaine alimentaire ; elle concerne plus particulièrement l'obtention d'un produit nouveau à base d'amidon, destiné notamment à être utilisé comme ingrédient dans des recettes alimentaires. L'amidon est contenu dans de très nombreux végétaux , notamment les céréales, les légumineuses et les tubercules, où on le trouve sous forme de chaînes, en boule, associé à des lipides et protéines . I1 se présente sous la forme de grains de masse volumique d'environ 1,5 g/cm3 dont la dimension et la forme varient en fonction de l'espèce végétale . Les grains d'amidon natifs, tels qu'ils se présen- tent dans le végétal, sont constitués d'un mélange de deux polysaccharides : l'amylose (de 0,1 à 64,5% du poids sec environ ) et l'amylopectine (35 à 99,7% du poids sec environ); ils sont également constitués de lipides ( à raison de 0,01 à 1,5% du poids sec environ)et de protéines ( à raison de 0,03 à 0,6 % du poids sec environ). L'organisation du grain d'amidon résulte des associations par liaisons hydrogène entre les chaînes d'amylose et d'amylopectine orientées radialement par rapport aux grains Suivant la force et le nombre de ces liaisons, les chaînes peuvent être alignées, définissant ainsi des zones cristallines, ou au contraire relativement désorganisées (zones dites amorphes). L'existence de zones cristallines confère aux grains d'amidon une très forte cohésion à l'état natif; ainsi les grains d'amidon natifs sont quasiment inertes et dépourvus de propriétés fonctionnelles . Ils sont notamment insolubles dans l'eau froide, ce qui empêche l'expression des propriétés fonctionnelles des macromolécules qui les composent Excepté quelques applications très particulières où il est utilisé à l'état de grains natifs (gants chirurgi caux, coffrage en confiserie ....), l'amidon est utilisé de façon quasi systématique après transformation du grain. Différents types de traitements industriels peuvent être envisagés ; il s'agit de traitements chimiques, enzymatiques ou physiques. Les traitements physiques de modification des amidons mettent généralement en oeuvre l'action, combinée ou non, de l'eau, de la température, de la pression et du cisaillement Un premier type de technologie est celui du séchage de l'amidon sur cylindres chauffants . On obtient alors des amidons entièrement pré-gélatinisés (avec disparition de l'ensemble des grains d'amidon). Dans ce procédé, les amidons sont appliqués à l'état hydraté, à la surface d'un rouleau chauffant pour détruire la totalité des grains.Ces amidons subissent un phénomène de cisaillement; ils se caractérisent notamment par une viscosité élevée à froid, par une très faible dégradation macromoléculaire et par une faible viscosité au cours du chauffage par désenchevêtement des chaînes Un second procédé consiste en une technique de cuisson-extrusion, laquelle conduit également à des produits entièrement gélatinisés (avec disparition des grains d'amidon), très hydrosolubles à froid, mais de faible pouvoir épaississant en raison de la rupture des chaînes d'amylose et d'amylopectine . Ces amidons subissent un ché- nomène de cisaillement ; leur viscogramme Brabender est caractérisé par l'absence de pic de gélatinisation au cours du chauffage, en raison d'une dépolymérisation des chaînes . De plus, ils sont dépourvus de propriétés gélifiantes. I1 existe également des procédés de traitement thermique en humidité contrôlée . Dans les produits obtenus par de tels procédés, la structure granulaire de l'amidon est conservée et les grains, isolés, sont plus ou moins modifiés ; ces produits sont difficilement dispersibles à haute température. Les procédés de traitement chimique transforment et modifient profondément la molécule d'amidon natif, ce qui peut présenter des inconvénients pour des applications alimentaires . Le produit obtenu doit alors souvent être considéré comme un additif alimentaire et soumis de ce fait à une réglementation spécifique en vue de son utilisation pour l'alimentation humaine. Cet inconvénient n'existe pas avec les amidons modifiés par voie physique. L'invention appartient aux techniques de transformation des amidons par voie exclusivement physique. Le procédé de l'invention part de grains d'amidon natifs et aboutit à une substance amylacée constituée d'amidon sous forme granulaire, associé à de l'amidon à l'état amorphe continu. Dans le produit obtenu, les grains d'amidon sont encapsulés ou enchassés dans une matrice continue d'amidon amorphe. Le procédé selon l'invention consiste d'une manière générale à transformer l'amidon par un traitement physique basé sur l'action simultanée de l'eau et de la température. I1 comprend les étapes consistant à -préparer une pâte d'amidon et d' eau à partir de grains d'amidon natifs, -mettre cette pâte sous forme de fragments, -cuire ces fragments en réalisant des différences de cuisson des grains d'amidon, -sécher le produit obtenu, -réaliser son broyage et son tamisage, avec l'obtention d'un produit amylacé constitué d'amidon sous forme granulaire associé à de l'amidon à l'état amorphe continu La pâte d'amidon et d'eau est réalisée, selon l'espèce végétale choisie, à partir d'amidon pour les plantes aériennes ou de fécule d'amidon pour les tubercules Cet amidon, ou fécule d'amidon est retiré du végétal selon les méthodes classiques du domaine technique. Selon une caractéristique du produit obtenu, une partie de la fraction granulaire d'amidon présente une structure granulaire cristalline qui correspond à l'état natif . L'autre partie est sous forme granulaire amorphe dans cet état, la cristallinité native de l'amidon diminue mais la forme et la dimension du grain sont conservées. Le produit alimentaire amylacé issu du procédé selon l'invention peut comprendre: -de 60 à 95% en poids d'amidon sous forme d'amidon granulaire,dont 10 à 50% présentent une structure granulaire cristalline et 50 à 90% présentent une structure granulaire amorphe -de 5 à 40% en poids d'amidon à l'état amorphe continu. De façon avantageuse, l'amidon sous forme granulaire est en proportion comprise entre 80 et 90% en poids et l'amidon à l'état amorphe continu en proportion comprise entre 10 et 20% en poids. Ce produit, à base d'amidon de manioc, pomme de terre, blé, riz, maïs , sorgho ou autre, peut se présenter sous la forme de particules macroscopiques de dimension comprise entre 0,05 mm et 5 mm, obtenues par l'agglomération de grains d'amidon encapsulés dans une phase continue. Le procédé sera plus particulièrement illustré, ciaprès en vue de l'obtention d'un produit à base d'amidon de manioc . Bien entendu un tel procédé peut être appliqué à tout type d'amidon retiré de végétaux notamment de céréales, légumineuses ou tubercules. La description sera faite en référence aux dessins annexés sur lesquels Fig.l est un diagramme illustrant schématiquement la succession des étapes du procédé; Fig.2 est une vue schématique en élévation d'une partie de l'installation de traitement de l'amidon; Figs.3a et 3b montrent respectivement les formes des grains d'amidon natif et d'amidon obtenus selon l'invention; Fig.3c est une vue à échelle agrandie des flocons d'amidon obtenus selon l'invention. Les étapes successives du procédé selon l'invention sont représentées figure 1 1- Préparation du lait de fécule Cette opération est réalisée par mélange de fécule de manioc et d'eau. La fécule de manioc est obtenue à partir du tubercule, après broyage, tamisage et purification, selon des techniques classiques. Le lait de fécule est obtenu en faisant tomber la fécule d'amidon, progressivement et sous agitation, dans une cuve d'eau à température ambiante . Le mélange est réalisé de façon à obtenir des grains saturés en eau. 2- concentration du lait de fécule. Le lait de fécule est dirigé vers les filtres à vide, à tambour rotatif, permettant d'éliminer une partie de l'eau. L'extraction de cette eau est réalisée par aspiration à travers une toile filtrante. Le lait de fécule se sédimente sur la circonférence du tambour et forme ainsi le gâteau d'amidon dont l'humidité comprise entre 35 et 45% environ et de préférence entre 42 et 44%, est maîtrisée par différents paramètres: le niveau de vide dans la cuve, la vitesse de rotation et la puissance d'aspiration. La couche de gâteau d'amidon est progressivement raclée par un couteau et une multitude de petits copeaux sont ainsi récupérés. Le passage forcé de ces copeaux ou flocons au travers de grilles calibrées d'appareils rotatifs les réduit en fragments de taille régulière comprise entre 0,5 et 1,5 cm par exemple. 3-Cuisson A la sortie des émietteurs, les fragments de gâteau d'amidon tombent sur un cuiseur représenté schématiquement figure 2. Ce cuiseur consiste en une sole 1 immobile, chauf fée en-dessous par un fluide caloporteur du type bain d'huile 2, contenu dans un double fond . La cuisson est réalisée à une température comprise entre 110 et 1400C environ, de préférence comprise entre 125 et 1350C. La sole 1 est en forme de tapis plan ayant des dimensions de l'ordre de 1,5 m de large sur 7 à 8 m de long. Les flocons 3 de produit sont déversés en continu en 4 sous forme des fragments à une des extrémités de ladite sole 1, ils sont alors entraînés par des moyens d'avancement 5 permettant également leur brassage. Ces moyens d'avancement 5 sont montés sur un chariot, non représenté, dont la course est indiquée en pointillés sur la figure 2. Ces moyens 5 sont constitués d'un rateau 6 balayant toute la largeur du tapis et muni de dents espacées d'environ 25 mm; les dents du rateau 6 touchent pratiquement la sole 1 . Devant ce rateau est positionnée une fraise rotative 7 d'un diamètre de 80 cm environ et également munie de dents qui peuvent être en partie montées sur ressort Le rateau 6 et la fraise 7, montés sur leur chariot support, sont déplacés de l'amont vers l'aval de la sole 1, à proximité de la surface de ladite sole, de façon à permettre le transfert du produit 3, par poussée.La fraise rotative 7 assure le brassage des flocons en cours de cuisson et permet leur décollement éventuel de la sole 1 au moyen de ses doigts montés sur ressort; elle assure également en partie l'entraînement du produit vers l'extrémité aval du dispositif de cuisson. Le rateau 6 réalise également l'entraînement des flocons 3 vers l'extrémité de ladite sole; l'écartement de ses dents est calculé de façon à assurer l'évacuation des copeaux 3 cuits et gonflés, au niveau de l'extrémité aval de la sole où ils sont déversés par simple gravité sur un tapis de reprise 8. Lorsque le chariot qui supporte la fraise 7 et le rateau 6 arrive à l'extrémité aval de la sole 1, il est élevé et retourne à son point de départ, en évitant le produit 3 étalé, pour recommencer un nouveau cycle; il réalise ainsi un va et vient constant Le dispositif 5 permet l'étalage, le brassage et l'avancement progressif du produit 3 sur la surface supérieure du cuiseur 1 muni de moyens de chauffage 2. La couche de produit 3 sur le cuiseur 1 peut avoir une épaisseur de 1 à 5 cm. Le dispositif particulier d'avancement 5 à fraise 7 et/ou rateau 6 permet de réaliser une cuisson hétérogène des flocons ou fragments . Cette cuisson est fonction de la position des flocons dans la couche de produit ainsi que du temps pendant lequel ces flocons restent sur le cuiseur. Ce temps est en effet variable en fonction du positionnement des copeaux par rapport aux dents du rateau 6.La vitesse de déplacement du dispositif 5 est établie de telle sorte que chaque flocon de produit soit soumis à la cuisson pendant un temps de l'ordre de 15 à 20 mn selon les paramètres décrits ci-dessus La couche de produit disposée sur le cuiseur plan comporte un gradient thermique et un gradient d'humidité. La cuisson des grains d'amidon est fonction de leur position par rapport à la sole l,et de leur temps de séjour sur le cuiseur : plus les grains constitutifs des flocons seront à proximité de la sole 1J plus leur modification se fera rapidement . Si le grain est éloigné de la sole, il se déshydrate moins rapidement et son évolution sera plus lente voire même quasi inexistante. Cette opération permet la transformation des grains d'amidon sous l'effet d'un gradient thermique et en présence d'eau Les grains d'amidon natifs, soumis à ce traitement, évoluent selon leur propre constitution en allant vers une simple sorption,un empesage ou une gélification. A température ambiante, à saturation,le grain d'amidon peut retenir environ 40 d'eau pour cent de matière sèche . Un équilibre hydrique réversible peut s'établir entre le grain et l'atmosphère environnante; à ce stade le grain a subi une simple sorption et reste à l'état granulaire natif Quand on chauffe une suspension aqueuse d'amidon d'eau en excès d'eau (concentration en amidon inférieure à 10%) , les grains subissent dans un premier temps un léger gonflement correspondant à la sorption, puis, lorsque la température critique est atteinte (autour de 55-600C) certains granules gonflent de façon irréversible en fonction en particulier de l'origine botanique de l'amidon. Ce chéno- mène, appelé empesage, est essentiellement dû à une rupture des liaisons hydrogènes interchaînes sous l'effet du traitement thermique.Au cours de l'étape de gonflement du grain, celui-ci absorbe des quantités importantes d'eau, ce qui entraîne de nombreuses modifications au niveau de ses propriétés : - le grain passe à l'état amorphe, - une fraction du grain se solubilise. Lorsque l'empesage est total et qu'il ne reste plus de trace de l'organisation granulaire, les chaînes d'amylose et d'amylopectine forment une dispersion colloldale. Lors du refroidissement, le système gélifie et jusque vers 600C les associations moléculaires restent faibles . Aux températures inférieures, le gel rétrograde et les liaisons hydrogènes intermoléculaires deviennent plus nombreuses. Dans le procédé de fabrication selon l'invention, certains grains d'amidon sont non modifiés (état natif), d'autres gonflent sans éclater et d'autres se solubilisent. Au cours du refroidissement, les fractions solubilisées se solidifient et enchassent ou encapsulent l'amidon qui a conservé un état granulaire. La figure 3b montre schématiquement un flocon 10 obtenu par le procédé selon l'invention, à partir de grains d'amidon natifs 9 représentés figure 3a. Chaque flocon 10, dont une partie agrandie est représentée figure 3c, est constitué de grains d'amidon 11 ayant évolué de façon différente, agglomérés entre eux par une matrice 12 d'amidon solubilisé et gélifié. Pour un même flocon, les variations de cuisson des grains peuvent être importantes: certains conservent une structure cristalline, d'autres évoluent vers une structure amorphe et enfin d'autres se transforment pour aboutir à une structure non granulaire amorphe. En fin de cuisson, le produit obtenu et repris par le tapis 8 et orienté vers un système de séchage, non représenté 4- Séchage Cette opération s'effectue par circulation d'air chaud dans un séchoir rotatif. L'air filtré provoque l'évaporation progressive de l'eau et à la sortie du séchoir la teneur en eau des fragments de produits est de l'ordre de 9 à 14% , de préférence voisine de 12%. Cette phase de séchage peut éventuellement être suivie d'une opération de réssuyage consistant en un stockage en silo des flocons pendant environ 24 heures . Ce réssuyage permet de reposer le produit et réalise un rééquilibrage de l'eau dans les grains. 5 - Granulation. Les flocons séchés sont dirigés vers l'installation de broyage et de tamisage. Ils sont fractionnés et sélectionnés pour obtenir des granularités de l'ordre de 0,05 à 5 mm. Ces grandes tailles de particules peuvent être obtenues par le fait que les grains d'amidon sont réunis et agglomérés entre eux au moyen d'une sorte de "ciment" constitué par l'amidon solubilisé. Les produits amylacés de l'état de la technique comportent généralement des particules ayant une taille de l'ordre de 10 à 30 > n Le produit obtenu se présente sous la forme de particules constituées par l'agglomération de nombreux grains d'amidon . Ces particules sont obtenues par fragmentation d'une phase continue qui encapsule les grains. Ce produit se caractérise par le fait qu'une part importante de chacune de ces particules se présente sous la forme de grains (60 à 95% et de préférence 80 à 90%): certains de ces grains ont con servé une structure native (50 à 90%), d'autres se trouvent à l'état gonflé (10 à 50%) .La fraction non granulaire (5 à 40% et de préférence 10 à 20%) est formée par l'amidon qui s'est solubilisé au cours du traitement de fabrication. Les variations dans les pourcentages sont liées aux conditions opératoires appliquées. Les caractéristiques structurelles du produit amylacé selon l'invention lui confèrent des propriétés particulièrement intéressantes et originales notamment au niveau de la solubilité et du gonflement Ce produit est une substance très facile à disperser dans l'eau froide ou chaude. I1 se solubilise légèrement à froid (de 5 à 15% selon la granulométrie à 300C) et comme dans le cas des amidons natifs, cette solubilité augmente rapidement à partir de 60 - 700C . Cependant, contrairement au cas des amidons natifs, cette solubilité n'est pas totale à haute température, même après maintien du milieu sous forte agitation (cette solubilité atteint seulement 50 à 70% selon la granularité ) . Une fraction importante du produit reste à l'état de particules insolubles même après un traitement thermique et mécanique intense (2 heures à 950C sous agitation). Cette substance possède également un fort pouvoir de rétention d'eau. Vraisemblablement par sa richesse en amidon natif, ses particules sont très hydrophiles et leur taux de gonflement dans l'eau, à 95"C, est supérieur à 50g d'eau pour 1 g d'amidon. Utilisé dans un produit alimentaire, le produit obtenu selon l'invention possède, après cuisson, la propriété originale de se présenter à la fois sous la forme de particules gonflées (fraction insoluble des grains) et sous forme d'une phase soluble. Au refroidissement, on obtient en con séquence un empois concentré particulaire (par opposition au gel classique obtenu à partir des autres amidons). La dimension des particules enchassées dans cet empois concentré varie de 100 microns à 10 mm environ. L'humidité du produit est toujours supérieure à 10%, par exemple de 10 à 14% ,le plus avantageusement de l'ordre de 11%. Ce produit peut être utilisé comme ingrédient pour produit alimentaire en raison de ses propriétés liantes (gélification et rétention d'eau), en particulier en charcuterie, biscuiterie, et dans les plats cuisinés et les sauces . Par ses propriétés de solubilité et de gonflement, il peut remplacer tout ou partie de la matière grasse de la formulation en vue de la préparation de produits allégés. En charcuterie par exemple, le fait de disposer de particules de taille importante permet de remplacer de façon appréciable les gras de bordière qui sont également constitués de particules de grande taille. Cet élément permet de contribuer à donner en bouche des caractéristiques comparables . Les particules du produit selon l'invention jouent le rôle de la matière grasse dans sa fonction de rétention d'eau; la fraction solubilisée, qui prend en masse, contribue à lier entre eux les autres éléments de la préparation alimentaire Les exemples suivants illustrent l'utilisation du produit selon l'invention comme ingrédient dans des produits de charcuterie, sans aucune modification des recettes traditionnelles de préparation. EXEMPLE 1 : pâté de campagne Composants (%) Témoin Produit allégé avec le produit amylacé selon l'invention à base d'amidon de manioc Farce fine Foie de porc 4 4 Couenne cuite de porc 5 5 Caséinate 1,25 1,25 Gorges de porc 11 4,5 Oignons 6 6 Eau 8,75 11,75 Matière amylacée de l'invention à base O 1,5 d'amidon de manioc Grain grossier Foie de porc 16 16 Bardière découennée 22 11 Gorges 26 14 Eau 0 17 Matière amylacée de l'invention à base 0 8 d'amidon de manioc + épices + épices La préparation est effectuée par mélange des ingrédients, selon les technologies charcutières classiques. Le produit amylacé selon l'invention est introduit à sec dans le mélange. La comparaison des deux produits montre que les qualités organoleptiques sont conservées et que la valeur calorique du pâté de campagne avec le produit amylacé selon l'invention est abaissée dans une proportion de 20 à 40%. Des résultats identiques ont été obtenus avec des mousses de foie. EXEMPLE 2: Saucisses type Francfort Composants (%) Témoin Saucisse allégée avec le produit amylacé selon 1 invention à base d'amidon de manioc manioc Maigre de porc 36 35 Caséinate 1 1 Gras bardière 19 4 Gorge de porc 15 9 Eau 27 42 Matière amylacée de l'invention à base 0 7 d'amidon de manioc qsp 100 avec épices, qsp 100 avec La préparation est effectuée comme indiqué à l'exemple 1 et les résultats concernant les qualités organoleptiques et la valeur calorifique sont analogues à ceux de l'exemple 1. REVENDICATIONS 1. Procédé d'obtention d'un produit alimentaire à base d'amidon, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : -préparer une pâte d'amidon et d'eau à partir de grains d'amidon natifs, -mettre cette patte sous forme de fragments, -cuire ces fragments en réalisant des différences de cuisson des grains d'amidon, -sécher le produit obtenu, -réaliser son broyage et son tamisage, avec obtention d'un produit amylacé constitué d'amidon sous forme granulaire associé à de l'amidon à l'état amorphe continu 2.Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la préparation de la pâte d'amidon et d'eau est réalisée par mélange d'eau avec une fécule d'amidon ou de l'amidon, selon le cas, jusqu a saturation et en effectuant une concentration du produit obtenu. 3.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la pâte d'amidon et d'eau présente une humidité voisine de 45. 4.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la concentration du lait de fécule, pour l'obtention de la pâte d'amidon et d'eau, est réalisée au moyen de filtres à vide à tambour rotatif, par aspiration à travers une toile filtrante. 5.Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que , après concentration du lait de fécule, on réduit la pâte obtenue en fragments de taille comprise entre 0,5 et 1,5 cm environ, par passage au travers de grilles calibrées d'appareils rotatifs. 6.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la cuisson du produit est réalisée à une température de l'ordre de 110 à 1400C. 7.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la cuisson du produit est réalisée par des moyens permettant des différences de cuisson des grains d'amidon de façon à obtenir un produit hétérogène constitué d'amidon granulaire ayant une forme cristalline, d'amidon granulaire ayant une structure amorphe et d'amidon non granulaire amorphe. 8.Procédé selon la revendication 7,caractérisé en ce que la cuisson du produit est réalisée sur une sole (1) immobile chauffée , le long de laquelle le produit (3) sous forme de fragments est déplacé au moyen d'un dispositif (5) du type à rateau (6 )et/ou à fraise rotative (7). 9.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le séchage du produit est réalisé pour obtenir des fragments dont la teneur en eau est de l'ordre de 9 à 14%. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est réalisé à partir d'amidon de manioc. 11.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est réalisé à partir d'amidon de pomme de terre, d'amidon de riz, ou d'amidon de céréales. 12.Produit alimentaire amylacé obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11. 13.Produit alimentaire amylacé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il est constitué d'amidon sous forme granulaire encapsulé par une phase continue d'amidon amorphe 14.Produit alimentaire amylacé selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce qu'il comporte une fraction granulaire d'amidon dont une partie présente une structure granulaire cristalline et dont l'autre partie est sous forme granulaire amorphe. 15.Produit alimentaire amylacé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comporte une fraction granulaire d'amidon dont -10 à 50% présentent une structure granulaire native, -50 à 90% présentent une structure granulaire amorphe. 16.Produit alimentaire amylacé selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce qu'il est constitué -60 à 95% en poids d'amidon sous forme granulaire, -5 à 40% en poids d'amidon à l'état amorphe continu. 17.Produit alimentaire amylacé selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il est constitué: -de 80 à 90% en poids d'amidon sous forme granulaire, -de 10 à 20% d'amidon à l'état amorphe continu. 18. Produit alimentaire amylacé selon l'une quelconque des revendications 12 à 17, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme de particules macroscopiques de dimension comprise entre 0,05 mm et 5 mm, lesquelles particules sont obtenues par l'agglomération de grains d'amidon encapsulés dans une phase continue. 19.Application du produit selon l'une quelconque des revendications 12 à 18,comme substituant des matières grasses dans des produits alimentaires,notamment en charcuterie ou en biscuiterie.