Domaine technique de l'invention

La présente invention concerne un procédé de production de levure. Elle concerne en particulier un procédé de production de levure biologique comprenant l'utilisation de substrats d'origines biologiques en particulier un substrat biologique permettant de compléter les besoins nutritionnels de la levure en phosphore. Le procédé de la présente invention permet l'obtention de levure et extraits de levure biologiques conforment a u REGLEM ENT (CE) 834/2007 de l'Union Européenne. Arrière-plan technologique / problème à résoudre

Pour se multiplier la levure a besoin de sources de carbone et d'énergie, tél un mélange de sucres glucose, fructose et saccharose. Elle a aussi besoin d'azote, de phosphore, d'oxygène et d'autres oligoéléments dont entre autres le magnésium, le sodium, le potassium, le zinc, le cuivre ou encore le manganèse et facteurs de croissance dont la biotine, l'inositol, l'acide pantothénique, la thiamine, la pyridoxine, l'acide nicotinique voire l'acide para-amino benzoïque. Dans le cadre de la production classique de levures, on utilise en général des mélasses de canne à sucre ou de betterave comme source combinée de carbone et d'énergie. Ces mélasses apportent à la levure l'essentiel de ses besoins en carbone, en minéraux, en oligoéléments et en vitamines. Le taux d'azote de la levure va rie de 6 à 9% de la matière sèche de la levure soit de 37 à 56% de protéines. Or, l'apport azoté des mélasses est largement insuffisant. Par conséquent l'apport d'azote dans le milieu de culture se fait habituellement sous forme d'hydroxyde ou autres sels d'ammonium ou encore d'urée.

La mélasse manque de phosphore. La composition en phosphore de la levure exprimée en P ₂ 0 ₅ est, de manière générale, le tiers de celle de l'azote, soit de 2 à 3% de la matière sèche. Le phosphore est, en général, ajouté sous forme d'acide phosphorique ou de ses sels.

La réglementation européenne impose des règles strictes pour la fabrication de levure biologique, qu'elle soit destinée à l'alimentation humaine ou à l'alimentation animale et quelle que soit l'application à laquelle la dite levure est destinée (panification, extraits de levures, vinification etc.).

Ainsi, seuls les substrats produits selon le mode biologique sont utilisables (REGLEM ENT (CE) N" 834/2007). Toutefois et à titre dérogatoire (REGLEMENT (CE) N" 889/2008 après modification par le REGLEMENT (CE) N°1254/2008), 5% d'extrait ou autolysat de levure (EXL) non biologique calculé sur la base de la matière sèche des substrats biologiques sont autorisés tant que les opérateurs ne sont pas en mesure d'obtenir de l'extrait ou de l'autolysat de levure issu de la production biologique. Cette dérogation d'utilisation d'EXL non biologique a été introduite par le législateur afin de compléter les apports en azote, phosphore, vitamines et minéraux absolument nécessaires à la production de levure biologique.

En effet, la fabrication industrielle de levure n'est envisageable que si les besoins nutritionnels de la levure sont parfaitement couverts.

Lorsque les substrats biologiques utilisés pour la fabrication de levure biologique sont les mélasses de canne et de betterave ainsi qu'une source de protéines isolée d'un produit agricole issu de l'agriculture biologique, ces substrats apportent en quantité suffisante le sucre, l'azote et une partie des minéraux et vitamines nécessaires à la croissance. Par contre, le besoin en phosphore n'est pas satisfait. Dans ce cas, l'utilisation de l'autolysat de levure permet de le couvrir. Cependant, même en sélectionnant un autolysat particulièrement riche en phosphore, la limitation pondérale de son emploi ne couvre qu'imparfaitement les besoins d'une fabrication industrielle et de fait en limite la qualité et la régularité. La fourniture d'un substrat riche en phosphore produit selon le mode biologique permettrait de résoudre le problème cité précédemment et de produire ainsi des levures et extraits de levures biologiques conformément aux Règlements de l'Union Européenne.

La demanderesse a trouvé que certains produits d'origine biologique riches en acide phytique sont, après solubilisation et hydrolyse, une source en phosphore assimilable efficacement par la levure.

Résumé de l'invention

Un premier objet de l'invention est un procédé de production de levure biologique comprenant l'utilisation des sources de carbone, d'azote et de phosphore d'origines biologiques. La source de phosphore d'origine biologique selon l'invention est une solution purifiée riche en phosphore obtenue par un procédé comprenant au moins une étape de solubilisation et d'hydrolyse d'un substrat ou d'un mélange de substrats d'origine biologique riche(s) en acide phytique.

Un autre objet de l'invention est une solution purifiée d'origine biologique riche en phosphore assimilable par la levure.

Un autre objet de l'invention est l'utilisation de la solution purifiée d'origine biologique riche en phosphore pour la production de levure biologique.

Un autre objet de l'invention est une levure biologique conforme aux règlements de l'Union Européenne. L'invention a aussi comme objet un extrait de levure biologique conforme aux règlements de l'Union Européenne.

Description détaillée de l'invention Le premier objet de la présente invention est un procédé de production de levure biologique comprenant l'utilisation de substrats d'origines biologiques aptes à apporter tous les nutriments nécessaires à la croissance de la levure.

Ces substrats sont, de manière préférentielle, de la mélasse comme source de sucres, une source de protéines biologiques hydrolysées comme source d'azote et au moins une solution purifiée riche en phosphore comme source de phosphore.

Le procédé de l'invention comprend en outre l'utilisation d'autres substances nécessaires à la croissance de la levure choisies parmi celles autorisées par la réglementation européenne telles que le carbonate de sodium, les acides lactique ou citrique et les huiles végétales.

Le procédé de l'invention met en œuvre de la mélasse d'origine biologique comme source de sucre. Selon une forme de l'invention, la mélasse utilisée est choisie parmi la mélasse de canne et la mélasse de betterave. Afin de mettre à profit leurs compositions différentes en termes de minéraux et vitamines, il est préférable selon l'invention d'utiliser conjointement les mélasses de canne et de betterave dans un rapport compris entre 50/50 et 80/20. Selon une forme préférée de l'invention le rapport mélasse de canne/mélasse de betterave est compris entre 65/35 et 75/25, et plus préférentiellement proche de 70/30.

Selon l'invention, la source biologique d'azote est une source de protéines biologiques hydrolysées, choisie parmi les protéines de riz, de pois, de pomme de terre, de blé, de soja, de luzerne, de spiruline et du gluten.

Selon une forme préférentielle de l'invention, la source biologique d'azote est le gluten hydrolysé.

L'hydrolyse de la source biologique d'azote peut être opérée par un cocktail enzymatique permettant d'avoir un taux de solubilisation de la matière sèche proche de 80% et un rendement en azote de 80 à 85%. Ce cocktail enzymatique comprend un mélange d'endoprotéases et d'exopeptidases, préférentiellement tout ou partie du mélange Neutrase, Alcalase, Cristalase et Flavourzyme. Ces enzymes, non OGM, sont autorisées pour la fabrication d'hydrolysats de protéines.

Selon l'invention, l'apport en phosphore est couvert par l'utilisation d'une solution, d'origine biologique, purifiée et riche en phosphore. Cette solution est obtenue par solubilisation et hydrolyse d'un substrat végétal d'origine biologique riche en acide phytique, le phosphore étant libéré sous forme de phosphate inorganique après solubilisation et hydrolyse de l'acide phytique.

Selon l'invention, par substrat biologique riche en acide phytique on entend un substrat végétal d'origine biologique comprenant de 2 à 18g de phosphore par KG de substrat dont de 60 à 80% sont sous la forme d'acide phytique.

Le substrat riche en acide phytique selon l'invention est choisi dans le groupe de végétaux listés dans le tableau I, suivant :

Tableau I : Teneurs en phosphore total, ratio phosphore phytique sur phosphore total et activité phytasique de différentes matières premières (selon Sauvant 2002).

Comme indiqué dans le tableau ci-dessus, certains substrats riches en acide phytique présentent une activité phytasique plus ou moins marquée. Le substrat d'origine biologique riche en acide phytique selon l'invention sera choisi soit selon : sa teneur importante en phosphore (groupe d'intérêt 1) ;

- sa teneur importante en phosphore et sa richesse en activité phytasique (groupe d'intérêt 2) ;

sa richesse en activité phytasique (groupe d'intérêt 3).

Outre le phosphore, essentiellement présent sous la forme d'acide phytique, ces composés contiennent aussi des protéines voire de l'amidon, composés très utiles pour la croissance de la levure.

Par exemple, la composition moyenne du son de blé et du tourteau de soja est : pour le son de blé : teneur en matière sèche 87% sur produit tel que (TQ.)

phosphore : environ 1% (TQ.), soit environ 10g de phosphore par Kg de produit, sous forme d'acide phytique à 80%. Activité phytasique 1770 U/kg protéines : 15 à 18% (TQ)

amidon : 20% (TQ) pour le tourteau de soja: teneur en matière sèche : 88 à 93% (TQ.)

- phosphore : 0,6% (TQ), (soit environ 6g de phosphore par Kg) sous forme d'acide phytique (60%) et de phospholipides. Activité phytasique 20 U/kg

- protéines : 41% (TQ).

Il est nécessaire d'hydrolyser ces composés pour libérer les substances assimilables par la levure, car ni l'acide phytique ni les protéines et l'amidon ne sont assimilables en l'état par la levure.

L'acide phytique, de formule brute C ₆ Hi ₈ 0 _{24 6} , est constitué d'un noyau inositol et de 6 groupements phosphates (lnsP6). Sous l'action d'une phytase, l'acide phytique est hydrolysé sous forme de monophosphate inorganique et de myo-inositols phosphate de degré de phosphorylation inférieur (lnsP5 à InsPl) et en myo-inositol libre dans certains cas comme décrit dans EP 1 910 531 Bl.

La phytase employée pour cette hydrolyse peut être endogène à l'un des substrats riches employé dans le mélange à hydrolyser ou exogène dans le cas où le mélange de végétaux à hydrolyser serait déficient en activité phytasique endogène.

A noter que le son de blé ne nécessite pas l'emploi de phytase exogène. La solubilisation du phosphore du son de blé sans recours à une activité phytasique exogène est particulièrement intéressante car l'approvisionnement en phytase non issue d'OGM (obligation du règlement biologique) est difficile.

Le mélange de végétaux, tels ceux décrits dans le tableau I, peut permettre l'apport d'activité phytasique quand bien même le végétal utilisé ne pourrait être de prime abord qualifié de riche en phosphore (substrats du groupe d'intérêt 3 du tableau I).

La solubilisation et l'hydrolyse de l'acide phytique sont réalisées selon le mode comprenant au moins les étapes suivantes : le broyage du substrat biologique riche en acide phytique,

la mise en suspension dans l'eau et chauffage de la suspension, et

- la désactivation enzymatique.

A titre indicatif, le broyage est réalisé à l'aide d'un broyeur à marteau équipé d'une grille à 800μιη. Mais tout type de broyeur peut être utilisé.

La mise en suspension dans l'eau est opérée à raison de 100 à 250g et de préférence de 160 à 180g de produit broyé par Kg de suspension finale. La suspension est chauffée à une température comprise entre 40 et 50°C durant 5 à 20 heures. Pour la désactivation enzymatique, la suspension est portée à une température de 90°C pendant une durée allant de 15 à 30 minutes, permettant en outre la pasteurisation du substrat.

Il est parfois nécessaire d'ajouter à la suspension une phytase exogène de manière à renforcer ou à compléter l'activité phytasique endogène. Dans ce cas, la phytase exogène est utilisée à raison de 15 à 25g par Kg de produit broyé.

A l'issue de ces traitements, les suspensions sont décantées et/ou clarifiées et/ou filtrées.

Afin de maximiser la récupération de la matière solubilisée, les boues de décantation, les boues de clarification centrifuge ou les gâteaux de filtration peuvent être lavés, les eaux de lavages sont alors rassemblées avec le surnageant initial. L'ensemble des solutés peut ensuite être concentré.

L'analyse des surnageants et eaux de lavages concentrés récoltés montre que 80% à 90% du phosphore contenu dans le substrat initial est solubilisé.

Selon un mode préféré de l'invention, le substrat riche en acide phytique est le son de blé. Dans certains cas, la solubilisation du phosphore peut ensuite être complétée par les traitements plus classiques d'hydrolyse des protéines (mélange d'endo et d'exopeptidases) et de saccharification de l'amidon (utilisation d'un mélange d'amylase et d'amyloglucosidase).

Un autre objet de l'invention est l'utilisation d'une solution purifiée riche en phosphore, telle que décrite précédemment, dans un procédé de production de levure, en particulier dans un procédé de production de levures biologiques comprenant l'utilisation de substrats d'origine biologique.

Le procédé de production de levure de l'invention est mis en œuvre selon les conditions de culture habituellement utilisées pour la production de levure traditionnelles, de même en ce qui concerne les conditions opératoires de récupération, séchage et de conditionnement des levures produites.

La présente invention permet en particulier le découplage des apports des ingrédients principaux nécessaires à la croissance de la levure que sont le sucre, la source d'azote, la source de phosphore et l'air. Ce découplage est recherché afin de maîtriser la composition finale de la levure fabriquée.

Un autre objet de l'invention est la levure biologique telle que produite par le procédé de l'invention.

Un autre objet de l'invention est l'utilisation de la levure biologique de l'invention dans le domaine de la panification, de la production d'alcool, et plus généralement pour l'alimentation humaine et l'alimentation animale. Les levures de l'invention sont particulièrement utiles pour la production d'extraits de levures biologiques.

Un autre objet de l'invention est un extrait de levure biologique obtenu à partir des levures biologiques de l'invention. Les exemples suivants illustrent l'invention sans en limiter la portée.

Exemples

Exemple 1 : Solubilisation et hydrolyse du gluten

Il est connu qu'une hydrolyse de protéines végétales par une protéase purifiée (type papaïne ou alcalase) peut être améliorée par addition de levure en autolyse (EP0578572A, US201202888587).

Afin de démontrer l'efficacité du cocktail enzymatique proposé par l'invention, la demanderesse a réalisé les trois essais suivants :

Recette 1 : gluten d'origine Blattman, levure biologique de brasserie mise en autolyse, papaïne

- Recette 2 : gluten d'origine Celnat, levure biologique de boulangerie mise en autolyse, papaïne (cristalase), neutrase et alcalase

Recette 3 : gluten d'origine Celnat et/ou Blattman, Neutrase, Alcalase, Flavourzyme.

Dans un premier temps (recette 1) seule de la levure biologique de brasserie mise en autolyse a été utilisée en association avec de la papaïne (cristalase). Ensuite dans un deuxième temps, et afin de compenser la perte des activités protéolytiques des cellules de levures de brasserie, deux enzymes supplémentaires ont été employées (neutrase et alcalase) en association avec de la levure biologique de boulangerie mise en autolyse (recette 2).

Enfin, la papaïne a été remplacée par Flavourzyme (mélange d'endoprotéase et d'exopeptidase) et l'emploi de crème de levure biologique de boulangerie préalablement mise en autolyse a été abandonné.

Les bilans matières de ces 3 recettes d'hydrolyse sont rassemblés dans le tableau II. Tableau II : Résultats globaux des différentes recettes d'hydrolyse du gluten employées au cours des essais levure biologique.

Recette Recette 1 Recette 2 Recette 3

Matières premières en kgMS/T hydrolysat final non clarifié)

Gluten

nature Blattman Celnat Celnat Celnat Blattman teneur en MS 93,9% 93,4% 93,6% 94,1% 92,6% concentration 23 kgMS/T 103 kgMS/T 167 kgMS/T 138 kgMS/T 152 kgMS/T

- ratio MS 50% 90% 100% 100% 100%

Levure

nature Brasserie Boulangère

concentration 23 kgMS/T 10 kgMS/T

- ratio MS 50% 10%

Enzymes (en kgMS/T MS à hydrolyser)

Hydrolyse protéine

Papaïne 3,34 kgMS/T 21,43 kgMS/T

Neutrase 19,10 kgMS/T 3,20 kgMS/T 4,78 kgMS/T 4,85 kgMS/T

Alcalase 17,85 kgMS/T 2,58 kgMS/T 3,86 kgMS/T 3,92 kgMS/T

Flavourzyme 0,11 kgMS/T 0,16 kgMS/T 0,16 kgMS/T

Solubilisation

Matière sèche

- teneur (kgMS/T 43,0 kgMS/T 99,0 kgMS/T 153,3 kgMS/T 128,2 135,5 surnageant) kgMS/T kgMS/T rendement (%

81% 73% 80% 83% 79% de MS engagée)

Azote

rendement (%

86% 82% 80% 84% 85% de N engagé)

Taux de boues après centrifugation labo 4000 G - 10 min (en kgMS/T hydrolysat non clarifié) taux 7 kgMS/T 31 kgMS/T 38 kgMS/T 25 kgMS/T 29 kgMS/T teneur en MS

10% 28% 30% 27% 28% boues

En termes de solubilisation de la matière sèche mise en œuvre, seule la recette 2 a présenté une moindre efficacité (73% contre 80-83%).

En termes de solubilisation de l'azote, il n'apparaît pas de différence nette entre les trois recettes testées. L'emploi de Flavourzyme semble donc globalement remplacer efficacement l'utilisation de crème de levure (brasserie ou biologique recyclée, préalablement mises en autolyse). La recette 3 permet un rendement en azote proche de 85% ce qui est largement suffisant et un taux de dégradation des protéines de 39% assez satisfaisant, le taux de dégradation étant le rapport entre la teneur de l'hydrolysat en azote aminé (issu de l'hydrolyse) et la teneur de l'hydrolysat en azote total. Exemple 2 : Solubilisation et hydrolyse de son blé et de tourteau de soja

Les conditions opératoires des différents traitements appliqués ainsi que les résultats obtenus sont décrits ci-après :

- son de blé : ■ broyage du son. A titre d'illustration, un broyeur à marteaux équipé d'une grille à

800μιη a été utilisé lors des essais Pilote.

mise en suspension dans l'eau à raison de 165g de son broyé par kg de suspension, chauffage 40 à 50°C durant 5 à 20 heures.

pas d'ajout de phytase exogène, la réaction s'opère grâce à l'activité phytasique endogène du son.

désactivation enzymatique 90°C pendant 30 minutes.

- tourteau de soja : broyage du tourteau. A titre d'illustration, un broyeur à marteaux équipé d'une grille à 800μιη a été utilisé lors des essais Pilote.

■ mise en suspension dans l'eau à raison de 165g de tourteau broyé par kg de suspension.

■ chauffage 40 à 50°C.

ajout de phytase exogène (Sumizyme PHY) à la dose de 20g par kg de tourteau brut mis en œuvre, l'activité phytasique endogène étant quasi nulle.

■ durée du traitement 5 à 20 heures, température régulée.

désactivation enzymatique 90°C pendant 30 minutes.

A l'issue de ces traitements, les suspensions de son ou de tourteau sont décantées, et/ou clarifiées, et/ou filtrées.

Afin de maximiser la récupération de la matière solubilisée, les boues de décantation, de clarification ou les gâteaux de filtration peuvent être lavés, les eaux de lavages sont alors rassemblées avec le surnageant initial. L'ensemble des solutés peut ensuite être concentré.

L'analyse des surnageants et eaux de lavages concentrés récoltés montre que 80% à 90% du phosphore contenu dans le substrat initial est solubilisé.

L'emploi de phytase exogène pour le traitement du son de blé n'améliore pas le rendement de solubilisation/récupération.

La solubilisation du phosphore du son de blé sans recours à une activité phytasique exogène est particulièrement intéressante car l'approvisionnement en phytase non issue d'OGM (obligation du règlement biologique) est difficile. La solubilisation du phosphore peut ensuite être complétée par les traitements plus classiques d'hydrolyse des protéines du son ou du tourteau (utilisation d'un mélange d'endo et exopeptidases) et de saccharification de l'amidon du son de blé (utilisation d'un mélange amylase et d'amyloglucosidase).

A titre d'exemple, la mise en œuvre de ces différents traitements permet la préparation d'hydrolysats clarifiés dont les compositions sont résumées dans le tableau III.

Tableau III : Caractéristiques des différents hydrolysats de son de blé ou de tourteau de soja obtenus après traitements successifs afin d'hydrolyser l'acide phytique puis les protéines puis l'amidon.

Il est particulièrement intéressant de noter que les teneurs en P ₂ 0 ₅ /MS des hydrolysats clarifiés issus du son de blé sont élevées.

Exemple 3 : Production de levure biologique

Les différents hydrolysats issus du traitement du son de blé ou du tourteau de soja (exemple 2) ont été employés pour la production de levure biologique, selon un procédé industriel classique de production de levures pressées.

Dans l'ensemble, les essais se sont très bien déroulés à tous les niveaux du cycle de fabrication testé.

Les rendements de croissance observés lors des stades levure mères sont comparables à ceux notés habituellement avec autolysat de levure.

Aucune carence en P ₂ 0 ₅ n'a été notée ni en préfermentation ni en première génération (Gl levure mère) (tableau IV). Les rendements de croissance sont très bons.

L'activité fermentative de cette série d'essais est globalement très satisfaisante et équivalente à celle des essais de référence. La conservation de la friabilité des levures pressées produites est bonne.

En conclusion, le phosphore issu de l'hydrolyse de l'acide phytique contenu dans le son de blé, ou le tourteau de soja est donc bien assimilable par la levure de boulangerie et permet la fabrication d'une levure de qualité.

Tableau IV : Taux de phosphore noté lors de la production de levure biologique (le taux de phosphore est exprimée en % P ₂ 0 ₅ /matière sèche levure)

Hydrolysat de son de blé Hydrolysat de tourteau de soja

Préfermentation 5,5 4,4

Levure mère (Gl) 1,8 1,8

Levure commerciale (G2) 1,7 à 2,1 1,5 à 1,6