Mai 2000 - n°48

La Chaire de Biochimie Industrielle et Agro-Alimentaire

Conservatoire National des Arts et Métiers, Paris

Elle compte parmi les plus anciennes chaires scientifiques du CNAM et a été l'instigatrice de travaux incontournables pour la connaissance actuelle des plantes et de la nutrition animale.

A sa tête se sont succédés des scientifiques de renommée internationale : depuis son fondateur, le Pr BOUSSINGAULT ­ célèbre pour ses recherches sur le cycle de l'azote ­ jusqu'à son titulaire actuel : le Professeur NICOLAS.

Créée en 1839, elle a tout d'abord été intitulée Chaire de " Chimie Agricole ", puis en 1887 Chaire de " Chimie Agricole et Biologique " avant de se voir attribuer en 1977 le nom qu'elle porte toujours aujourd'hui. Il s'agit de la Chaire de " Biochimie Industrielle et Agro-Alimentaire ", basée dans les locaux du CNAM à Paris. Son Laboratoire, animé par une équipe de 25 personnes (enseignants-chercheurs, ingénieurs, techniciens, étudiants en DEA, doctorants...), est reconnu Equipe d'Accueil par le Ministère de la Recherche et de la Technologie, depuis 1999...

Du cycle de l'azote à l'enzymologie appliquée à l'agro-industrie

D'abord spécialisée sur l'étude du cycle de l'azote, pour une meilleure compréhension de la croissance des végétaux et de leurs besoins, la Chaire de Biochimie Industrielle et Agro-Alimentaire conduit également ses premiers travaux en matière d'alimentation animale, puis étend progressivement son domaine d'expertise à l'enzymologie.

" L'enzymologie appliquée aux industries agro-alimentaires " : tel est aujourd'hui la thématique phare du Laboratoire.

" Parmi les enzymes, nos recherches s'intéressent principalement aux enzymes d'oxydo-réduction, en parallèle d'une activité forte centrée sur l'étude des lipides et les conséquences de leur oxydation sur la qualité des aliments ", souligne Jacques POTUS, Professeur des Universités. " Et, en ce qui concerne l'agro-industrie, ce sont tout particulièrement le secteur céréalier (panification et brasserie / malterie) et celui de la transformation des fruits et légumes sur lesquels portent nos travaux... "

La connaissance et la parfaite maîtrise des réactions enzymatiques s'avèrent en effet primordiales... que ce soit pour l'industrie céréalière, où l'enzyme s'impose comme un élément indispensable au process de fabrication, ou pour le secteur Fruits et Légumes, où les réactions enzymatiques d'oxydation, à l'origine de la dégradation des denrées, doivent souvent être évitées.

Soulignons l'intérêt essentiel suscité par les préparations enzymatiques en tant qu'alternatives aux additifs chimiques, dont l'utilisation est largement remise en cause en raison des risques toxicologiques qu'ils présentent (c'est le cas notamment du bromate en panification et du sulfite pour les fruits et légumes) ou, tout simplement, en raison des exigences des consommateurs (c'est le cas de l'acide ascorbique en panification).

L'industrie de la meunerie, les levuriers et les fabricants d'enzymes constituent les principaux collaborateurs de la Chaire " Biochimie Industrielle et Agro-Alimentaire " du CNAM. Les partenariats, développés pour la plupart sous la forme de contrats CIFRE, sont généralement de longue durée ; certains ayant débuté il y a près de 10 ans.

A noter, toutefois, l'intervention du Laboratoire pour des opérations également plus ponctuelles, dans le cadre d'analyses à façon sur son domaine d'expertise : la mesure d'activités enzymatiques...

De l'HPLC au Pétrin ­ Bioréacteur : un parc instrumental des plus performants...

" Notre parc instrumental et l'ensemble des méthodes qui y sont utilisées trouvent un lien direct avec deux étapes clés pour l'avancée de nos recherches : la purification d'enzymes et la mesure de leurs activités ", explique le Pr Jacques POTUS.

Ainsi, en terme de purification d'enzymes, quatre techniques majeures sont exploitées :

- l'HPLC pour laquelle le Laboratoire dispose de cinq appareils aux systèmes de détection variés : spectrophotométrique, électrochimique, diffusion de lumière, barrette de diodes...

Sont principalement dosés par cette technique les composés rédox : acide ascorbique, acide férulique, vitamines A et E, phénols... ; l'apparition et/ou la disparition de substrats oxydés permettant de souligner la consommation d'oxygène et, par conséquent, d'étudier les phénomènes d'oxydo-réduction.

" Les composés ­thiol et ­disulfure nous intéressent tout particulièrement, car ils sont caractéristiques des ponts disulfures liant les molécules de protéines ", ajoute M. POTUS.

- l'électrophorèse, pour la séparation d'enzymes et le contrôle de leur pureté ;

- la CPG, pour l'étude des lipides :

" Les lipides oxydés sont à l'origine d'odeurs désagréables et leurs précurseurs, les acides gras polyinsaturés, sont des substrats des lipoxygénases ", commente M. POTUS.

- la chromatographie sur colonne, préparative et semi-préparative.

Sur le plan de la mesure des activités enzymatiques sont utilisés :

- des spectrophotomètres ;

- 4 oxygraphes dont le principe est de suivre l'évolution de la concentration en O2 au cours du temps ; la vitesse de cette évolution étant proportionnelle à l'activité enzymatique.

- des pHstats pour mesurer l'activité des lipases et phospholipases ;

- un Pétrin ­ Bioréacteur ... conçu et optimisé en interne.

" L'idée était de pouvoir étudier la pâte à pain comme pourrait l'analyser un chimiste par le génie des procédés ", nous confie M. Jacques POTUS. " Ainsi, avons-nous placé dans un réacteur de chimie classique des contrepales fixes pour éviter que la pâte ne glisse sur la paroi et obtenir, au contraire, son pétrissage... "

Etanche et équipé d'un moteur rotatif travaillant à vitesse constante, ce pétrin-bioréacteur offre un suivi en continu de la consistance et la consommation d'O2. Il a notamment permis de déterminer que, pendant les dix premières minutes, la consommation d'O2 est de 1,7 µmol.g-1.m.s. ; majoritairement due à des réactions enzymatiques d'oxydation catalysées par le système lipoxygénasique.

Entre autres résultats

... les travaux du Laboratoire ont permis de suivre l'évolution des activités enzymatiques extractibles sur le blé, par l'étude des différentes oxydoréductases endogènes du blé (lipoxygénase, peroxydase, catalase, glutathion déhydrogénase...) ainsi que des enzymes exogènes susceptibles d'être ajoutées à la farine : lipoxygénase, glucose oxydase et sulfhydryles oxydase...

" Dans le cas de l'orge, il a pu être établi que les qualités organoleptiques de la bière (apparition de goût de carton, notamment) sont influencées par les réactions enzymatiques catalysées par les lipoxygénases et les peroxydases ", ajoute M. POTUS. " Les activités de ces enzymes ayant été suivies au cours du maltage de 12 variétés d'orge brassicole... "

Chaque année en moyenne, ce sont ainsi 4 DEA et thèses de doctorat que soutient le Laboratoire de Biochimie et Agro-Alimentaire du CNAM tandis qu'une dizaine de publications sont diffusées dans des revues à comité de lecture international, parallèlement à la rédaction d'ouvrages spécialisés.

A noter, pour la première fois cette année : non seulement la rédaction, mais également l'édition d'un livre à destination des scientifiques comme du grand public : " Notre pain quotidien ".

" Le sous-titre de cet ouvrage pourrait être : L'aventure humaine du blé et du pain ", nous confie Jean ADRIAN, Professeur honoraire du CNAM, Membre de l'Académie d'Agriculture de France.

" Il s'agit, en effet, d'un livre étonnant et passionnant qui englobe l'histoire de ces produits sur une période de 10 000 ans, depuis les tentatives de domestication des céréales en Mésopotamie jusqu'au développement actuel des industries céréalières. Ce n'est cependant pas un simple livre d'histoire et de sociologie ; il décrit et justifie l'évolution technologique et les progrès de la mouture du blé, du blutage de la farine et des opérations de panification. Cet aspect débouche sur un exposé très clair de la biochimie céréalière, démontrant les mécanismes responsables de la qualité optimale du pain traditionnel que le bon boulanger peut et doit nous offrir... "

Pour en savoir plus sur ce livre particulièrement original ou, tout simplement obtenir des renseignements complémentaires sur le Laboratoire de Biochimie et Agro-Alimentaire du CNAM, n'hésitez pas à contacter :

M. POTUS