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| Figure 1. Les rendements fromagers en fonction de variation de la température de coagulation. |
| Livestock Research for Rural Development 27 (5) 2015 | Guide for preparation of papers | LRRD Newsletter | Citation of this paper |
La transformation du lait en fromage est une technique de préservation très utilisée pour conserver le lait de dromadaire, mais l’opération est réputée délicate en raison des difficultés rencontrées pour réaliser la coagulation. L’extrait enzymatique de la couche de kaolin du gésier de poulet semble être un succédané de la présure adéquat, vu le développement notable du secteur aviaire et la disponibilité de plus en plus assurée d’une matière première non encore bien valorisée en Algérie, représentée par les déchets d’abattage. Nous avons étudié l’amélioration de l’aptitude à la coagulation et l'influence de l'immobilisation d’un extrait enzymatique coagulant de la couche de kaolin des poules sur la coagulation du lait de dromadaire.
L’immobilisation permet de conserver l’activité coagulante de l’enzyme. Après amélioration, l’optimum a été obtenu à une température de 42°C et avec 2 g de CaCl2 par litre. Ces résultats contribuent à augmenter le rendement fromager qui a atteint 11,72% pour un rendement théorique de 11,77%. Nous avons également obtenu des fromages qui présentent de bonnes caractéristiques physiques et organoleptiques.
Mots-clés: amélioration, couche de kaolin, immobilisation, lait de dromadaire, valorisation
The transformation of milk into cheese is a preservation technique widely used to preserve the virtues of camel milk , but the operation is deemed difficult because of the difficulties to achieve coagulation. The enzyme extract from kaolin layer seems to be an adequate substitute for rennet, given the significant development of poultry sector and the availability of increasingly assured of a raw material represented by slaughter waste. In our work, we were interested to study the improvement of coagulation skills and the influence of immobilization of a coagulant enzyme extract from kaolin layer of chickens on camel milk coagulation.
According to the experimental results, we can see that improvements have helped to improve cheese yields; the optimum was obtained at a temperature of 42° C and 2 g of CaCl2 per liter, these improvements contribute to increase the cheese yield, which reached 11, 72% for a theoretical yield of 11, 77% then the immobilization keeps the coagulant activity of the enzyme; we also got cheeses that have good organoleptic characteristics.
Keywords: camel milk, immobilization, improvement, kaolin layer, valorization
Le dromadaire est un animal qui s’adapte mieux que n’importe quel autre animal d’élevage aux conditions désertiques. Son lait est un pur nectar, il présente l’actualité du jour pour ses bénéfices pour la santé: laxatif, avec une teneur en vitamine élevée, il soigne les maux de ventre et les diarrhées. Il est bon contre l'obésité, les rhumatismes et contribue à arrêter l'évolution du goitre, il traite aussi le diabète. Konuspayeva et al (2004) ont montré que le lait de chamelle ayant des propriétés antibiotiques et un certain nombre d'effets prophylactiques est utilisé en particulier dans le traitement de la tuberculose, de la gastroentérite et des ulcères gastriques.
Même si le lait de dromadaire se conserve plus longtemps que celui de vache, il a tout de même une durée de conservation limitée. Sa transformation en fromage est une technique de préservation très utilisée, mais l’opération est réputée délicate en raison des difficultés rencontrées pour coaguler ce lait. Bien que la présure soit encore l’enzyme coagulante la plus utilisée en fromagerie, sa production connaît une pénurie mondiale croissante; cette pénurie est due essentiellement à une augmentation croissante de la production et la consommation du fromage et l’impossibilité d’augmenter en parallèle la production de présure ce qui a provoqué des fluctuations très importantes de son prix (Cuvellier 1993). Ces raisons ont fait que de nombreuses recherches ont été entreprises afin de trouver des succédanés efficaces et compétitifs utilisables industriellement. Parmi ces succédanés, les plus anciens sont des protéases d'origine végétale employées dans des préparations traditionnelles. Pour pallier le déficit en présure, d'autres enzymes ont été envisagées telles que les protéases d'origine fongique synthétisées ainsi que des succédanés d'origine animale tels que les pepsines porcines ou bovines, les protéases gastriques d'animaux marins et les pepsines extraites des proventricules de volailles telles que le poulet et le canard.
Dans notre travail, nous nous sommes intéressés a étudier l’amélioration des aptitudes à la coagulation et l'influence de l'immobilisation d’un extrait enzymatique coagulant de la couche de kaolin des poules sur la coagulation du lait de dromadaire dans le but de caractériser les conditions optimales de coagulation de cette nouvelle technique fromagère et d’évaluer la qualité du fromage camelin obtenu.
La couche de kaolin est la couche cornée et plissée tapissant la face interne du gésier, cette couche est mince et semi-transparente, de couleur jaune-verte avec des bandes rides notables. Des couches de kaolin ont été prélevées au niveau de l'abattoir communal puis transportées, lavées, séchées à 40°C et broyées en poudre au laboratoire.
Les échantillons de lait utilisés ont été des laits de petit mélange de dromadaires femelles en bonne santé de la race de la steppe élevées en extensif, localisées dans la région de Djelfa du sud de l’Algérie. Le lait a été recueilli proprement en nettoyant les mamelles avec un désinfectant. Les échantillons de lait ont été conservés à 4°C et transportés aussitôt au laboratoire où ils ont été analysés. A l’arrivée, une mesure de pH a été réalisée, ensuite un double écrémage de 2500 tours/min pendant 15 min a été appliqué aux échantillons de lait.
L’extraction de l’enzyme a été réalisée selon la méthode de Valles et Furet (1977). Des échantillons de couche de kaolin en poudre de poids P (en g) chacun ont été macérés à 42°C dans un volume (V = 5 x P) d’une solution d’acide chlorhydrique 0.2 M pendant 60 minutes. Après filtration de chaque mélange nous avons obtenu des extraits enzymatiques bruts. Ces derniers ont subi alors une clarification par addition d’1% (V/V) d’une solution de sulfate d’aluminium (AlSO4) 1M et de 5 % (V/V) d’une solution de sulfate de sodium (Na2SO4) 1M chauffée à 42°C. Après une deuxième filtration, nous avons obtenu un filtrat auquel nous avons fait subir une concentration par addition d’une solution saturée de NaCl additionnée à 1% (V/V) d’une solution de HCl (d=1,19). Après un repos d’une heure suivi d’une centrifugation (2100 G /20 min) nous avons obtenu un précipité humide que l’on a fait dissoudre dans un minimum d’eau distillée. Le pH de ces extraits enzymatiques gastriques clarifiés a été ajusté à 5,5 par une solution de phosphate dissodique 1 M. Ensuite leur conservation a été réalisée par réfrigération à 4°C jusqu'à utilisation.
L'alginate est l'un des polymères le plus fréquemment utilisé pour l'immobilisation par inclusion non seulement grâce à ses propriétés mais aussi grâce à sa non-toxicité (Betigeri et Neau 2002; Won 2005). L’utilisation de l’alginate de sodium permet de préserver l’agent coagulant en évitant la dénaturation des protéines après inclusion car ce polymère se gélifie à des basses températures en présence d’une solution de chlorure de calcium. Dans le but d’immobiliser l’enzyme coagulante une quantité de 3 g d'alginate de sodium a été dissoute dans 100 ml d’eau distillée, puis agitée pendant 24 heures afin d’homogénéiser le gel. Ensuite un volume de 6 ml d'enzyme est mélangé avec 100 ml de la solution d'alginate de sodium préparée sous agitation pendant 4 heures pour assurer l’inclusion de l’enzyme dans le gel. Après une préparation d’un bain de chlorure de calcium 0,2 mol/l, les perles ont été constituées en égouttant la solution de polymère avec une seringue dans un excès de la solution préparée. La mise en contact des perles avec la solution CaCl2 a provoqué une gélification de l’alginate formant ainsi des billes qui contiennent l’enzyme coagulante. Enfin les billes ont été trempées dans la solution de calcium pendant une demi-heure.
La température optimale d'activité des enzymes coagulantes se situe pour la plupart au voisinage de 40-45°C; au-dessus de cette valeur, se produit une dénaturation progressive de l'enzyme qui devient complète vers 65°C. D'après les travaux de Ramet (1993), la correction de température admissible est en général assez étroite et comprise entre +3 et +5; dans le présent travail nous avons adopté cette règle pour déterminer la température optimale de coagulation en débutant la gamme de températures par une valeur égale à 32°C.
Pour obtenir le meilleur rendement fromager, nous avons procédé à la détermination du pH optimal de coagulation. La modification des valeurs du pH d’emprésurage a été effectuée par l’ajout de concentrations croissantes d’un sel de calcium CaCl2 tout en suivant la variation des valeurs du pH des laits. La présence de calcium ionisé est indispensable à l'accomplissement de la phase secondaire de la coagulation qui conduit après protéolyse spécifique de la κ-caséine par l'enzyme coagulante à l'agrégation des micelles pour former un réseau constituant le coagulum (Webbet al 1974; Ramet 1985). Pour permettre une répartition homogène du sel de calcium dans toute la masse du lait et pour assurer la modification souhaitée de l'équilibre salin, nous avons ajouté le sel de calcium, au minimum 30 minutes avant l'apport de l'enzyme coagulante.
La coagulation du lait de dromadaire est confrontée à des difficultés ayant pour origine une teneur réduite en κ -caséine et une aptitude limitée à l’acidification due aux différents systèmes antimicrobiens susceptibles de limiter la prolifération microbienne plus fortement que les laits d'autres espèces domestiques; ces systèmes sont probablement à l'origine des propriétés réputées fortifiantes et thérapeutiques du lait de dromadaire (Yagil 1982; Ramet 1987). Le lait écrémé a été additionné de l’extrait coagulant (libre ou immobilisé) puis placé sur un agitateur chauffant à la température réactionnelle optimale jusqu’a coagulation; dans le cas de l’extrait coagulant immobilisé, les billes ont été récupérées après chaque coagulation, rincées deux fois par l’eau distillée ensuite réutilisées dans d’autres coagulations successives.
Le rendement en fromage correspond à la quantité de fromage obtenue pour une quantité donnée de lait. Par exemple un rendement de 11% signifie que 11 kg de lait sont obtenus avec 100 kg de fromage.
Afin d’évaluer l’efficacité de la pratique fromagère nous nous somme référés à la comparaison entre les deux rendements fromagers réel et théorique; le premier correspond au poids fromager obtenu après égouttage alors que le deuxième est une valeur calculée par une formule dépendante de deux paramètres biochimiquesreprésentés par les taux protéique et butyreux du lait préalablement mesurés. Cette équation est donnée par Cuvillier (2005): rendement théorique = K x (0,093 TB + 0,38 TP) Où TB représente le taux butyreux; TP désigne le taux protéique et Kest le coefficient d’ajustement: K= rendement réel/ (0.093 TB + 0.38 TP).
Si le rendement théorique est largement supérieur au rendement réel cela nécessite de revoir la pratique fromagère.
La caractérisation de l'efficacité de l’enzyme coagulante consiste en la mesure du rendement fromager. Les propriétés organoleptiques mettent en jeu des récepteurs sensoriels, définissent ainsi l’ensemble des caractéristiques sensitives, visuelles et olfactives du fromage. Dans le présent travail les propriétés retenues sont la couleur relevant de la vision et la texture relevant du touché.
Dans notre travail nous avons adopté une analyse de la variance à un facteur rendement fromager à plusieurs niveaux comportant le rendements du témoin (enzyme libre) comparé au premier lieu avec celui obtenu par l’enzyme immobilisée ainsi que ceux des dérivés de coagulation par l’agent immobilisé, ensuite comparé avec les rendement obtenus par les traitements d’amélioration apportées. Cette analyse est attestée par une comparaison multiple des moyennes pour évaluer l’efficacité et l’intérêt que peuvent apporter les traitements appliquées à la transformation fromagère.
Les microcapsules issues de l’immobilisation de l’extrait coagulant présentent une couleur blanche semi transparente et une forme sphérique avec un diamètre moyen de 5 mm, ce qui permet leur récupération et leur rinçage après chaque coagulation. La couleur des billes et en fonction de la couleur de l’enzyme emprisonnée. Après trois coagulation successives et lavage des billes nous avons constaté l’apparition de petites taches blanches à l’intérieur des billes suite à l’emprisonnement des particules de micelles après le contact avec l’enzyme coagulante à l’intérieur du gel; ce phénomène à provoqué une diminution du rendement des coagulations et pour cela nous avons éliminé les billes après trois coagulations consécutives.
Dans les mêmes conditions et par la même méthode, les coagulations ont abouti à une séparation de deux parties, un coagulum et un lactosérum. Après chaque égouttage nous avons procédé au pesage des coagulums obtenus. L’examen des résultats obtenus fait ressortir que l’immobilisation de l’extrait enzymatique a influencé légèrement l’activité coagulante car les valeurs du rendement fromager obtenues par les extraits de la couche de kaolin libre et immobilisé sont comparables; ce résultat est attesté par la comparaison multiple des moyennes. D’autre part la réutilisation de l’extrait coagulant immobilisé dans trois coagulations successives nous a permi d’enregistrer des taux de régression de l’activité de coagulation de l’ordre de 13% après la deuxième coagulation et un taux plus élevé après la troisième coagulation de l’ordre de 43%. Cette diminution des valeurs des rendements fromagers est due à l’évasion et la fuite des molécules coagulantes à partir de la matrice du gel vers le lactosérum après chaque coagulation, ce qui se répercute sur l’efficacité des billes imbibées d’enzymes et ceci diminue leurs activités coagulantes. En plus la pénétration des particules de micelles de caséine à l’intérieur des billes a diminué le contact du coagulant avec le lait et par conséquent réduit les valeurs des rendements fromagers.
Les résultats des rendements fromagers en fonction de la variation de la température de coagulation sont portés sur la figure 1 qui fait ressortir que l'activité de l’extrait enzymatique de la couche de kaolin varie avec la température. Il paraît que le rendement fromager qui est influencé par les variations de température est proportionnel à ces dernières jusqu’à un seuil; des températures plus élevées dénaturent les protéines du lait et les enzymes coagulantes.
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| Figure 1. Les rendements fromagers en fonction de variation de la température de coagulation. |
L’analyse de la variance montre qu’il existe une différence entre les valeurs du rendement fromager à cause de l’influence de l’augmentation de la température pour l’ensemble des traitements thermiques appliqués, nous avons également enregistré une relation étroite entre la température et le rendement fromager jusqu’à une valeur de température égale à 42°C. On dépassant ce seuil, nous avons noté une diminution de la fermeté du fromage malgré qu’elle fût accompagnée par un maintien des valeurs du rendement fromager.
Dans le but de chercher les meilleures conditions d’activités enzymatiques, nous avons examiné l’effet de l’ajout de CaCl2 à des concentrations croissantes. L’apport d’un sel de calcium a provoqué une nette baisse des valeurs de pH des laits mises en œuvre, cette variation est portée sur le tableau 1.
| Tableau 1. Variation des valeurs de pH en fonction des doses de sel de calcium ajoutés. | |||||||
| CaCl2 ajouté au lait (g/l) | Lait écrémé (témoin) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| pH du lait à l’emprésurage | 6,56 | 6,33 | 6,2 | 6,04 | 5,99 | 5,92 | 5,54 |
| Fromages obtenus | FR1 | FR2 | FR3 | FR4 | FR5 | FR6 | FR7 |
L'addition du sel avec des concentrations croissantes a contribué à améliorer le rendement fromager qui est passé de 10,54 à 11,72 sous l'effet de l'ajout du chlorure de calcium qui a provoqué une modification et une baisse du pH du lait à l’emprésurage de l’ordre de 6,2 représentant le pH optimum de coagulation qui a pu provoquer la précipitation de la quantité la plus intéressante de caséine et cela nous a conduit a obtenir le rendement fromager le plus élevé; au delà de cette valeur de pH nous avons constaté que les rendements fromagers commencent à régresser à cause de l’influence négative de l’enrichissement progressive du milieu en sel de calcium (figure 2). Parmi les effets négatifs de l’ajout excessif du sel CaCl2 Ramet (1987)a ajouté également que des taux en sels de calcium supérieurs au seuil optimum, provoquent fréquemment l'apparition de goût amer dans le fromage. D'après l'analyse de la variance les valeurs des rendements obtenues sont différentes à cause de l'efficacité des modifications apportées (l'ajout du sel CaCl2).
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| Figure 2. Rendements fromagers obtenus par l’ajout de concentration croissante de CaCl2. |
On se basant sur la composition biochimique du lait utilisé pour la fabrication du fromage camelin nous avons calculé le rendement théorique qui été de l’ordre de 11,77 %. Par ailleurs, après les améliorations apportées sur le lait de dromadaire par la maitrise des conditions de coagulation par l’extrait coagulant de la couche de kaolin nous avons obtenu un rendement fromager réel égal à 11,72 % à partir d’un lait écrémé. La comparaison entre les valeurs réel et théorique montre qu’ils sont comparables avec une légère supériorité pour celle théorique, ce résultat est témoin de l’efficacité de la pratique fromagère et de l’agent coagulant mis en œuvre.
La comparaison de nos résultats avec ceux d’autres auteurs qui ont travaillé sur la transformation fromagère a permi de constaté qu’avec du lait de vache, le rendement pour la fabrication de fromage a été de l’ordre de 10 kg pour 100 kg en moyenne, variant de 6 à 12,5 (Meyer et Denis 1999), ce qui certifie que le rendement de notre technique est comparable à celui obtenu avec du lait de vache.
En 1989, le rendement obtenu avec du lait de dromadaire était seulement de 9,4 % contre 12 à 13 % pour le lait de vache (Ramet 1989). Par ailleurs, les améliorations apportées par Kamoun et Bergaoui (1989) sur l’aptitude fromagère du lait de dromadaire en utilisant 10-14 g de sels de Ca et 30-50 ml de présure de veau par 100 l de lait , ont donné un rendement de 11,7 % moins intéressant que le notre car nous avons obtenu une valeur comparable dece paramètre en employant un lait écrémé.
L’utilisation de l’extrait de la couche de kaolin immobilisé pour coaguler le lait ne provoque aucun changement de la couleur du produit qui reste comparable à la couleur du lait mise en œuvre. L’emploi de l’extrait coagulant immobilisé pour coaguler le lait de dromadaire nous offre des produits de couleur blanche donc cette nouvelle technique ne modifie pas les caractéristiques organoleptiques des fromages.
Pour la texture des coagulums obtenus nous avons constaté après égouttage et une synérèse complète que dans la gamme de température 32°C à 42°C les fromages obtenus sont caractérisé par une pâte onctueuse avec croûte naturelle qui porte des pores, alors que au-delà de 42°C une texture moins ferme caractérise les produits obtenus. D’après Ramet (1993), au dessus de la température optimum d’activité des enzymes coagulantes se produit une dénaturation progressive de l’enzyme; cette dénaturation est peut être à l’origine de la diminution de la fermeté du gel. Le même auteur précédant a rappelé que toute acidification entraîne une déminéralisation de la caséine qui conduit lors de la coagulation à une friabilité du gel et à une diminution de l'aptitude à l'égouttage, pour cette raison l'ajustement du pH doit être conduit de manière définie dans des limites strictes pour chaque type de fromage.
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Received 13 March 2015; Accepted 26 March 2015; Published 1 May 2015