On appelle enzymes un groupe de protéines chargées de catalyser (déclencher, accélérer, modifier, ralentir, voire arrêter) diverses réactions chimiques, à condition qu'elles soient thermodynamiquement possibles. Autrement dit, ce sont des substances régulatrices au sein de l'organisme des êtres vivants ; elles agissent généralement en réduisant l'énergie initiale nécessaire pour amorcer la réaction.
Les enzymes sont essentielles à la vie et catalysent plus de 4 000 réactions chimiques connues, à condition que les conditions de pH, de température et/ou de concentration chimique restent stables ; en effet, en ce qui concerne les protéines, elles peuvent se dénaturer et perdre leur efficacité.
Aujourd'hui, les enzymes sont bien connues et utilisées dans divers secteurs industriels, comme l'agroalimentaire, la chimie, l'agriculture, l'industrie pétrolière, etc.
COMMENT AGISSENT LES ENZYMES
Les enzymes peuvent fonctionner de différentes façons, mais elles agissent principalement en réduisant l'énergie d'activation d'une réaction chimique donnée, facilitant ainsi son déroulement.
Voici les principaux modes d'action :
- CRÉER UN ENVIRONNEMENT FAVORABLE. L'énergie d'activation est réduite, ce qui favorise l'apparition de la réaction. Cela se produit par la modification des propriétés chimiques du substrat.
- FAVORISER LA TRANSITION. L'énergie de transition est réduite sans modification du substrat.
- OFFRIR UNE VOIE ALTERNATIVE. Dans ce cas, les enzymes réagissent avec le substrat pour former un complexe qui permet de sauter certaines étapes du processus réactionnel, réduisant ainsi le temps nécessaire à sa réalisation.
- AUGMENTER LA TEMPÉRATURE. Dans certaines limites, l'action de l'enzyme peut être accélérée par une augmentation du niveau d'énergie grâce à la chaleur produite par des réactions exothermiques parallèles.
LES ENZYMES DANS LA DÉGRADATION DE L'AMIDON
Les enzymes interviennent à tout moment du processus de panification, dans toutes ses phases, chacune faisant appel à des enzymes spécifiques. On peut ainsi distinguer quatre processus fondamentaux dans la fabrication du pain :
PÉTRISSAGE :
Lors de cette première étape, la farine, l'eau et les levures sont mélangées. Durant ce processus de pétrissage, les principales enzymes agissant sur l'amidon de la farine sont les alpha-amylases et les bêta-amylases. Voyons comment chacune d'elles agit :
- Alpha-amylases :
- Elles sont naturellement présentes dans la farine de blé et d'autres céréales.
- Elles attaquent les liaisons alpha-1,4 des chaînes d'amylose et d'amylopectine de l'amidon.
- Elles produisent du maltose, des maltodextrines et des dextrines comme produits finaux.
- Elles commencent à agir dès l'hydratation de la farine.
- Leur activité est favorisée par le travail mécanique et le frottement liés au pétrissage.
- Bêta-amylases :
- Également présentes naturellement dans la farine de blé et d'autres céréales.
- Elles attaquent les extrémités non réductrices des chaînes d'amylose et d'amylopectine.
- Elles produisent principalement du maltose comme produit final.
- Elles entament leur activité pendant le pétrissage, conjointement avec les alpha-amylases.
- Leur activité culmine à des températures entre 50 et 65 °C.
- La synergie de ces deux enzymes durant le pétrissage permet une première dégradation de l'amidon en sucres plus simples, comme le maltose. Ainsi, lors de l'ajout de la levure, les sucres sont disponibles pour amorcer le processus de fermentation.
- Bien que leur activité soit limitée durant cette première phase de pétrissage, les amylases continuent d'agir lors des phases ultérieures de repos et de fermentation de la pâte.
RÉPOS :
Durant les périodes de repos entre les fermentations, les levures consomment les sucres libérés grâce à l'action coordonnée des amylases. Cela permet à la pâte de gonfler grâce à la production de CO2, ce qui lui donne du moelleux. Ainsi, les enzymes assurent un apport constant de sucres fermentescibles aux levures pendant le repos de la pâte, favorisant un développement optimal du pain. Au cours du repos de la pâte, après le pétrissage initial, les principales enzymes agissant sur l'amidon sont :
- Alpha-amylases :
- Elles continuent de dégrader lentement les chaînes d'amylose et d'amylopectine.
- Elles produisent des quantités croissantes de maltose, de maltodextrines et de dextrines.
- Amylases bêta :
- Elles continuent d'exercer leurs activités aux extrémités des chaînes.
- Elles libèrent graduellement plus de maltose.
- À cette activité enzymatique s'ajoute la contribution des enzymes produites par la levure elle-même :
- Maltases :
- Fournies par les levures (*Saccharomyces*).
- Elles décomposent le maltose en deux molécules de glucose.
- Le glucose est le sucre que les levures peuvent consommer.
- Invertases :
- Également produites par les levures.
- Elles dégradent les sucres présents en glucose et en fructose.
- Elles fournissent des sources additionnelles de sucre fermentescible.
- Maltases :
FERMENTATION :
Pendant que les levures se développent et se multiplient pendant la fermentation, elles ont besoin des sucres libérés par l'action combinée de leurs propres enzymes et des amylases de la farine. Le glucose et les autres monosaccharides ainsi obtenus sont métabolisés par les levures pour produire l'énergie nécessaire, générant du CO2 qui fait gonfler la pâte. Cette synergie enzymatique est essentielle pour permettre une fermentation optimale de la pâte à pain et obtenir le volume, la texture et les saveurs souhaités. Durant le processus de fermentation de la pâte, les principales enzymes à l'œuvre sont :
- Les α-amylases et les β-amylases continuent de dégrader lentement l'amidon résiduel en maltose et en d'autres sucres.
- Leur activité est favorisée par les températures optimales de fermentation (25 à 30 °C).
- Enzymes apportées par la levure (*Saccharomyces cerevisiae*) :
- Maltases :
- Elles décomposent le maltose produit par les amylases en deux molécules de glucose.
- Le glucose est le sucre que les levures peuvent consommer comme source d'énergie.
- Invertases :
- Elles décomposent le saccharose en glucose et en fructose.
- Les levures peuvent métaboliser ces monosaccharides.
- Glucoamylases :
- Elles peuvent rompre les liaisons α-1,4 et α-1,6 de l'amylose et de l'amylopectine restantes.
- Elles ne libèrent que des molécules de glucose comme produit final.
- Maltases :
CUISSON :
Une fois que la température dépasse 80 à 90 °C, la plupart des enzymes sont définitivement inactivées. Cependant, durant la brève phase initiale de la cuisson, l'activité enzymatique — stimulée par la chaleur — joue un rôle crucial en fournissant des précurseurs qui confèrent au pain son apparence, son arôme et son goût si appréciés. Les principales enzymes impliquées dans ce processus de cuisson sont :
-
- Les amylases de la farine :
- Les alpha-amylases et les bêta-amylases présentes dans la farine jouent un rôle initial bref mais important lors de la cuisson.
- Dans les premières minutes de la cuisson au four, à des températures avoisinant les 60 à 70 °C, les alpha-amylases s'activent.
- Elles dégradent plus rapidement l'amidon résiduel en maltose, en maltodextrine et en d'autres dextrines.
- Cette action libère plus de sucres qui participent à la réaction de Maillard.
- Les glucoamylases de la levure :
- Aussi appelées amylases fongiques.
- Elles s'activent brièvement au début de la cuisson.
- Elles brisent les liaisons alpha-1,4 et alpha-1,6, libérant seulement du glucose.
- Ce glucose participe aussi à la réaction de Maillard.
- La réaction de Maillard est essentielle au développement de la coloration brune caractéristique de la croûte et de ses arômes :
- Les sucres réducteurs, comme le glucose, réagissent avec les groupes aminés des acides aminés ou des protéines.
- Cela génère les molécules responsables de la couleur brune ainsi que les arômes typiques de la croûte croustillante du pain, tant appréciée.
- Les amylases de la farine :