Contexte
L’approvisionnement en farine de blé adaptée à la production de biscuits est un défi auquel sont régulièrement confrontées les entreprises biscuitières. Les fluctuations naturelles des récoltes de blé et la tendance à l’enrichissement protéique peuvent conduire à des taux de protéines parfois très élevés et à une force de farine inadaptée à la production de certains biscuits (Manley, 2011). Actuellement, plusieurs solutions sont à la disposition des fabricants pour remédier à ce problème : l’ajout d’enzymes de type protéases pour affaiblir le réseau de gluten, l’incorporation d’amidon afin de réduire de manière artificielle la teneur en protéines ou encore l’utilisation d’additifs comme le sodium métabisulfite (SMS). Ces techniques nécessitent alors des ajustements dans le processus de production (temps d’action pour les enzymes), engendrant parfois des coûts ou un recours à des ingrédients ou additifs supplémentaires (utilisation de sodium métabisulfite par exemple). Le procédé de turbo-séparation de la farine pourrait représenter une alternative clean label simplifiant le processus de production. Cette technologie permet d’obtenir à partir d’une farine des fractions respectivement enrichie et appauvrie en protéines. Majoritairement développée pour valoriser la fraction enrichie (farines à destination de la panification), elle peut s’avérer être une source intéressante de farine plus pauvre en protéines sans avoir recours aux blés biscuitiers, donc potentiellement attractive pour la fabrication de biscuits.
Qu'est-ce que la turbo séparation ?
La turbo-séparation, ou classification par air, est un procédé physique utilisé pour séparer les particules présentes dans la farine de blé en fonction de leur densité et de leur taille. Les grains d’amidon et les protéines de blé ne présentent pas la même densité ni la même granulométrie. En moyenne, celles-ci sont respectivement de 20 μm et 0,9 g.cm-3 pour l’amidon et de 7 μm et de 0,6 g.cm-3 pour les protéines de blé (Dijkink, Speranza, Paltsidis & Vereijken, 2007). La turbo-séparation permet donc de produire une fraction fine et une fraction grossière, qui sont respectivement enrichie en protéines et enrichie en amidon (Le Guerroue, 1991) par rapport à la farine initiale avec un différentiel pouvant aller de 2 à 7 points. Avec ce procédé initialement développé dans les années 1960, la fraction enrichie en protéine a été rapidement valorisée pour corriger des farines panifiables, où un taux de protéines élevé est recherché pour favoriser le développement du réseau de gluten. A l’inverse, la fraction appauvrie en protéines est peu considérée pour sa valeur technologique.
Aujourd’hui, la fraction enrichie en protéines continue d’être exploitée mais le contexte actuel autour de l’approvisionnement et de la maîtrise de la variabilité du taux de protéines en biscuiterie remet un coup de projecteur sur l’intérêt de la fraction appauvrie pour un usage en biscuiterie-pâtisserie. En effet, la tendance est depuis plusieurs années à l’augmentation du taux de protéines dans les blés à travers la sélection variétale
et la maîtrise des pratiques culturales, conduisant à des teneurs aujourd’hui de moins en moins compatibles pour la fabrication de certains produits dans les gammes de biscuiterie : 75% de la campagne 2023/2024 affiche un taux de protéines supérieur à 12%, hors blés de force et blés biscuitiers, et une moyenne à 12,4% MS (Arvalis, 2024).
Dans cet article de blog, AGIR vous présente quelques-uns de ses travaux menés sur les farines issues de la turbo-séparation afin d’évaluer leurs caractéristiques, leurs propriétés et les impacts sur produits finis (biscuit sec laminé).
Comment s'opère la turbo-séparation ?
La turbo-séparation repose sur deux étapes principales : une première étape de broyage (micronisation) et une étape de séparation à proprement parler (classification par air).
- Étape de micronisation : Cette première étape consiste à broyer la farine pour réduire la granulométrie des particules. Au cours de cette phase, un «point de coupure» est défini et vise une limite de taille entre les deux fractions. Dans les débuts de la turbo-séparation (années 50-60), deux séparations successives étaient nécessaires en raison des limites des broyeurs. Trois fractions étaient ainsi obtenues à partir des deux points de coupure, d’un enrichissement variable : une fraction grossière, une fraction moyenne et une fraction fine. Les broyeurs actuels, plus performants, permettent aujourd’hui de n’utiliser qu’un seul point de coupure, simplifiant ainsi le processus. (Lundgren, 2011). L’intensité de broyage est un paramètre fondamental dans la turbo-séparation. Plus la micronisation est poussée, plus le rendement à la séparation est élevé mais aussi plus l’endommagement de l’amidon est conséquent, impactant potentiellement les propriétés pastières de la farine.
- Classification par air : La classification par air sépare les particules en fonction de leur densité (et taille). Ce processus repose sur deux forces opposées : la force centrifuge et la force de dragage (traction aérienne). Le flux d’air et la force de dragage remontent et centralisent les particules les plus légères tandis que la force centrifuge, proportionnelle au cube du diamètre des particules, entraînera les particules les plus denses. Cette étape aboutit à la formation des deux fractions (Lundgren, 2011; Jones et al., 1959) :
- Fraction fine, enrichie en protéines, composée en majorité des particules de taille inférieure au point de coupure.
- Fraction grossière, appauvrie en protéines, essentiellement composée des particules de taille supérieure au point de coupure.
Dans le cadre de son étude, Agir a collaboré avec la plateforme PLANET (UMR IATE, Institut Agro Montpellier) et utilisé un sélecteur à air pilote pour ses essais (Turboplex ATP 50 Hosokawa Alpine équipé d’un broyeur à lit fluidisé et jets d’air opposés AFG).
Procédé de turbo-séparation. Schéma adapté d'après Lundgren, 2011.
Impact de la turbo-séparation sur la farine
La turbo-séparation modifie mécaniquement la composition des farines. A chacune des deux étapes, des modifications de composition peuvent s’opérer. Dans le cas du blé, les grains d’amidons sont présents sous deux formes: des granules de type A qui peuvent atteindre 55 μm (minoritaires en nombre mais représentant 80 à 90% en poids) et des granules de type B, beaucoup plus petits (80 à 85% en nombre mais représentant 10-20% en poids). Au cours de la micronisation et selon la granulométrie finale visée, une proportion plus ou moins importante de grains d’amidons peut être altérée physiquement lors de la fracture des particules. Cet endommagement de l’amidon peut entrainer des modifications conséquentes de ses propriétés physico-chimiques, notamment dans sa capacité de fixation de l’eau et dans sa sensibilité à l’action enzymatique (Le Guerroue, 1991). Lors de la classification par air, la séparation des deux fractions se fait par différence de densité. De fait, au-delà de l’amidon et des protéines, chacun des composants de la farine (lipides, fibres..), selon sa propre densité et localisation dans les particules, sera potentiellement déplacé préférentiellement dans l’une ou l’autre des fractions. Ces composants présentant des propriétés physico-chimiques propres, si leur ségrégation n’est pas homogène entre les fractions fine et grossière, les farines résultantes présenteront elles-mêmes des comportements bien distincts une fois mises en application.
Évolution de la composition de la farine
Dans le cadre de travaux sur l’utilisation d’une farine issue de turbo-séparation en biscuiterie, AGIR a analysé les évolution de composition sur la farine ainsi que les impacts sur la pâte et le biscuit. Les résultats obtenus permettent d’apporter des connaissances sur les conséquences de ce procédé. Tout d’abord, comme attendu la composition de la farine évolue au cours du procédé. Les mesures de gluten sec montre effectivement un appauvrissement en protéines du gluten dans la fraction grossière suite à la turbo-séparation de la farine avec un différentiel de presque 4 points par rapport à la farine initiale.
Proportion de gluten sec dans la farine témoin (T) et hypoprotéinée (Hypo) en %. (Source: AGIR)
En revanche, le procédé de turbo-séparation a généré de l’endommagement au niveau de l’amidon. En effet, dès l’étape de micronisation (broyage), on observe une augmentation du taux d’amidon endommagé même si celle-ci n’est pas significative (méthode AACC 76-31.01). Dans la fraction hypo-protéinée finale, ce taux d’amidon est mécaniquement encore plus élevé. Cet enrichissement se produit d’abord à la micronisation, sous l’effet du broyage poussé des grains d’amidon (objectif de granulométrie : d90 à 37 μm). Puis, la classification par air permet un enrichissement en amidon total dans la fraction grossière, et de ce fait un enrichissement en amidon endommagé.
Proportion d'amidon endommagé dans la farine témoin (T), micronisée (Mi) et hypoprotéinée (Hypo) en %. (Source: AGIR)
Dans notre étude, la turbo-séparation n’a pas modifié la répartition des lipides ni celle des sucres par rapport à la farine initiale. Des teneurs similaires se retrouvent dans les farines à chaque étape.
Propriétés physico-chimiques des farines
Comme recherché, le processus de turbo-séparation modifie la dispersion de la taille des particules de farine. La farine initiale contient principalement des particules de 50 à 250 μm. Après étape de micronisation, la majorité des particules sont inférieures à 50 μm comme attendu. La micronisation réduit la taille des particules de farine selon la taille de coupe choisie. Après classification par air, les particules les plus grosses se concentrent dans la fraction hypo-protéinée, on observe donc un léger décalage vers la droite de la courbe granulométrique de la farine hypo-protéinée en comparaison de la farine simplement micronisée.
Distribution granulométrique des farines témoin (jaune), micronisée (marron) et hypo-protéinée (bleu). (Source : AGIR).
A l’issue de la turboséparation, les fractions de farine obtenues ont un extrait sec supérieur à la farine initiale. Ce dessèchement peut s’expliquer par plusieurs éléments. La micronisation a augmenté la surface d’échange avec l’air en réduisant la granulométrie moyenne de la farine et a pu par ailleurs échauffer localement les particules. De plus ces dernières sont soumises à un flux d’air sec pendant tout le processus de classification. La farine hypo-protéinée présente par ailleurs une capacité de rétention d’eau accrue, certainement en lien avec un taux d’amidon endommagé supérieur. En effet, l’amidon endommagé est capable d’absorber jusqu’à 4x son poids en eau contre seulement 40% pour de l’amidon intact.
Capacité de rétention d'eau et humidité des farines témoin (jaune) et hypo-protéinée (bleu). (Source : AGIR).
Impact sur les propriétés visco-élastiques des pâtes
Les modifications de la structure et des propriétés de la farine peuvent directement influencer le comportement des pâtes biscuitières formulées, il est bien sûr indispensable d’opérer un réajustement précis de l’humidité pour comparer les caractéristiques rhéologiques. Dans nos essais, les pâtes formulées à partir de farine hypo-protéinée ne présentent pas de différences significatives concernant les modules visqueux (G’) et élastique (G’’) par rapport à la farine classique. A teneur en eau équivalente, le comportement de pâte est identique. De même, la machinabilité des pâtes au laminage était relativement similaire, ne traduisant ni avantage ni désavantage de la farine turbo-séparée sur la farine initiale et ce, malgré un différentiel très net au niveau des protéines du gluten.
Une pâte souple, extensible et cohésive est recherchée pour le laminage afin d’éviter qu’elle ne déchire sous l’étalement. Les analyses de texture par TPA (texture profile analysis) montrent que la pâte avec farine hypo-protéinée est plus ferme et légèrement moins cohésive que la pâte témoin. La réduction des protéines dans la farine hypo-protéinée a fortement limité le développement du réseau gluténique pourtant on ne note pas de différence d’élasticité entre les deux pâtes. Une pâte plus ferme et légèrement moins cohésive demandera davantage d’énergie lors du laminage et présentera un risque plus élevé de déchirement. Dans nos essais, la turbo-séparation de la farine n’a pas spécifiquement amélioré l’élasticité de la pâte à biscuit malgré la modification de composition. Cependant, le biscuit choisi étant laminé relativement épais, il est possible qu’aucune différence significative n’ait pu être mise en évidence si ce procédé de fabrication n’est pas assez contraignant contrairement à une application beaucoup plus fine comme les crackers.
Propriétés rhéologiques des pâtes formulées à partir de farines témoin (jaune) et hypo-protéinée (bleu). (Source : AGIR).
Paramètres de texture des pâtes formulées à partir de farines témoin (jaune) et hypo-protéinée (bleu). (Source : AGIR).
Impact sur la couleur des farines, pâtes et produits
Suite à la turbo-séparation, une légère différence de couleur a été observée entre la farine initiale et la fraction hypo-protéinée. Ces différences sont retranscrites sur les pâtes avec une farine hypo-protéinée, d’une couleur plus claire mais aussi plus terne, légèrement grisée. Cependant ce différentiel de couleur reste léger pour l’œil humain. Lors de la cuisson, la différence observée tend à disparaître sous l’effet de la coloration engendrée par les réactions de Maillard. Le biscuit hypo-protéiné est légèrement plus clair et plus terne mais cette différence mise en évidence instrumentalement au colorimètre n’est pas perceptible à l’œil nu (voir produits ci-dessous). Quelle que soit la farine utilisée, le résultat de cuisson est identique en termes de prise de volume et de dimensions. Les biscuits ont une densité et une porosité identiques. De même en texturométrie, la dureté mesurée par le dispositif de flexion 3 points n’est pas impactée par la turboséparation de la farine. Malgré une teneur en eau ajustée pour être équivalente entre la pâte formulée avec la farine classique et celle avec farine turbo-séparée hypo-protéinée, une légère différence d’humidité est constatée au niveau des biscuits après cuisson. Les biscuits hypo-protéinés ont davantage conservé leur eau au cours de de la cuisson. Il est donc indispensable de bien maîtriser et adapter la cuisson dans le cas où une farine turbo-séparée est utilisée afin de tenir compte de ce différentiel de déshydratation.
Biscuits témoins (gauche) et hypo-protéinés (droite) en coupe transversale. (Source : AGIR).
En conclusion..
D’un point de vue technologique, la turbo-séparation de la farine permet d’obtenir une constance au niveau du taux protéique et permet un étiquetage clean label (étiquetage farine) sans nécessité d’introduire un timing très contrôlé pour une action enzymatique. L’utilisation de farines turbo-séparées simplifie donc à la fois le processus de production et l’étiquetage tout en maintenant une stabilité au niveau de l’approvisionnement. Il est cependant à noter que la turbo-séparation entraîne un surcoût à l’approvisionnement en farine, la balance coût/bénéfice est donc à considérer Dans cette étude, les farines hypo-protéinées issues de turbo-séparation ont permis la production des biscuits globalement similaires à ceux produits à partir de farine classique. Cependant, aucun avantage significatif n’est apparu au cours de nos essais d’un point de vue produit ou machinabilité. L’utilisation de farine turbo-séparée hypo-protéinée a plutôt conduit à des pâtes plus fermes et légèrement moins cohésives, a priori moins favorables pour un procédé en laminage mais il serait intéressant de tester les performances de ces farines dans une application au procédé de fabrication plus contraignant comme le cracker. Toutefois, ces essais exploratoires ont été conduits dans un approche de remplacement total de la farine pour marquer plus facilement d’éventuelles différences. Cependant, à la manière de la fraction hyper-protéinée utilisée pour corriger les farines panifiables, la fraction hypo-protéinée pourrait davantage être utilisée comme une solution clean label de correction des farines utilisées par le biscuitier. Ainsi, la farine turbo-séparée permet au fabricant de travailler sur toutes ses gammes avec une même farine et de ponctuellement corriger lorsque cette dernière ne passe pas pour un produit spécifique de la gamme ou lorsqu’un lot reçu présente une force un peu trop élevée. Cette solution permet alors une plus grande souplesse tout en garantissant un étiquetage identique (pas d'ingrédient supplémentaire contrairement à l'ajout d'amidon). Ces essais ont par ailleurs été conduits à partir de farines turbo-séparées par un équipement pilote et sur une seule matrice biscuitière. Il est possible que l’équipement «abîme» particulièrement la farine, entraînant des défauts au niveau des pâtes produites, ce qui n’aurait pas forcément été le cas avec des farines issues de classificateurs industriels plus performants.
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Sources :
■ ARVALIS/FranceAgriMer (2024) La récolte de blé tendre 2024 : Qualité satisfaisante malgré des poids spécifiques altérés. Qualit@lim N°73. ISSN 1968-0406.
■ Dijkink, B.H., Speranza, L.D., Paltsidis, J.M., Vereijken, F. (2007). Air dispersion of starch-protein mixtures: a predictive tool for air classification performance. Powder Technology 172, 113e119.
■ Jones, C. R., Halton, P. and Stevens, D. J. (1959). «The separation of flour into fractions of different protein contents by means of air classification», Journal of Biochemical and Microbiological Technology and Engineering. Vol. 1, n° 1, pp. 77-98. DOI 10.1002/jbmte. 390010108.
■ Le Guerroue, M. (1991). «Caractérisation de farines de blé tendre turboséparées. Comparaisons du comportement de leurs protéines dans la pâte à celui des protéines du gluten et de farines de force». Thèse. Nantes : Université de Nantes.
■ Lundgren, M. (2011). «Composition of fractions from air-classified wheat flour». Diploma work. Swedish University of Agricultural Sciences : Institutionen för Livsmedelsvetenskap.
■ Manley, D. (2011). Manley’s technology of biscuits, crackers and cookies. 4e ed. United Kingdom : Woodhead Publishing. Technology and Nutrition, 217. ISBN 978-1-85573-543-9.