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ENZYMES
EN
AGROAUMENTAIRE
V . LARRETA-GARDE
Coordonnateur
COLLECTION
SCIENCES ET TECHNIQUES
AGROALIMENTAIRES
A
lavoisier
TEC
co bo c COLLECTION
SCIENCES & TECHNIQUES
AGROALIMENTAIRES
Président du Directoire : J.- L MULTON
ENZYMES
EN AGROALIMENTAIRE
Coordonnateur
Véronique LARRETA-GARDE
lut ttisivr
TEC
-DO C LONDRES NEW YORK
PARIS
11, rue Lavoisier
F 75384 Paris Cedex 08 DANGER
PHOTOCOPILUGE
TUE LE LIVRE
© TECHNIQUE & DOCUMENTATION, 1997
ISSN : 0243-5624
ISBN : 2-7430-0210-7
Toute reproduction ou représentation intégrale ou partielle, par quelque procédé que ce soit, des
pages publiées dans le présent ouvrage, faite sans l'autorisation de l'éditeur ou du Centre Français
d'Exploitation du droit de copie (3, rue Hautefeuille - 75006 PARIS), est illicite et constitue une
contrefaçon. Seules sont autorisées, d'une part, les reproductions strictement réservées à l'usage
privé du copiste et non destinées à une utilisation collective, et, d'autre part, les analyses et courtes
citations justifiées par le caractère scientifique ou d'information de l'œuvre dans laquelle elles sont
incorporées (Loi du 1" juillet 1992 - art. L 122-4 et L 122-5 et Code Pénal art. 425) . COLLECTION
Au service de l'industrie SCIENCES & TECHNIQUES
et de la recherche
AGROALIMENTAIRES
depuis plus de 20 ans...
Le s industries agroalimentaires sont à la rassemblée , et don c peu accessibl e au
foi s u n secteu r traditionnel s'appuyant su r momen t o ù l'o n voudrai t s'en servir.
u n savoir-faire historique et de s industries
d e pointe faisant appel à de s technolo­ L e but d e cette collection est, à travers
gie s nouvelles, à l'ensembl e des science s un e série d'ouvrages traitant, d'une part,
et techniques de l'ingénieur, à de s trans ­ de s problèmes communs à l'ensemble ou
fert s technologiques provenant d'autres à plusieurs branches d e l'industri e agroali-
secteur s industriels, et créant des pro­ mentaire , d'autre part, des problèmes
duit s nouveaux. spécifiques , d e mettr e à la dispositio n de s
chercheurs , des enseignants , des scienti­
fiques , des technologues , des écono ­Cett e industrie agroalimentaire est très
miste s et de s industriels , une information diverse , structurée en branche s particu­
maîtrisée, analysée et accessible à lière s et liée à un e matièr e première ou à
u n ensemble de matière s premières agri­ tous.
cole s :
L e principe retenu est celu i de traité s col­
• industries d'amont ou d'aval, ou fabri­ lectif s placés sous la responsabilité d'un
can t d e produit s intermédiaires ; coordonnateur . Ce systèm e présente un
•industrie s puissantes, diversifiées, doubl e avantage, celui de la meilleure
moyenne s ou petites, ayant des activités compétence , chaque chapitre étant
internationales , nationales o u régionale s ; écrit par un spécialiste confirmé, et
• industries au contac t des zone s de pro­ celu i d e la rapidit é d e l a réalisation.
ductio n ou a u contraire des zone s de
consommation . L a collection STAA est placé e sous la
responsabilit é scientifique d'un directoire
Toute s ces industrie s ont e n commu n la d'éminent s spécialistes, et le s directeurs
nécessit é de : de la collection peuvent être pour vous
de s interlocuteurs privilégiés.
• mieux connaître les matières premières
qu'elle s traitent et leur évolution a u cours
Historiquement , l'espoir et le dési r du
de s processus technologiques ;
directoir e de cett e collection étaient qu'elle
• maîtriser leurs approvisionnements ;
soi t lue tou t d'abord dans le mond e fran­
• assure r leur rentabilité et optimise r leurs cophone , en Europe , en Afrique , en Asie,
coûts de production ; e n Amérique, mais également dans les
•satisfair e une clientèl e très diversifiée pay s de langues latines voisines, et tout
a u niveau des type s de consommation, particulièremen t dans les nombreu x pays
e n respectant une qualit é nutritionnelle, d u su d partiellemen t ou entièremen t de
hygiéniqu e et parfois diététique ; ca r langu e française. Tout en respectant cet
l'objecti f qualité santé est l'u n de s objecti f initial, la tendanc e est d'accentuer
grand s axes d e leu r développement. plu s encore le caractère international d e
la collection, aussi bien par l a participation
L a France, pays de tradition, mais aussi d e spécialistes de toute s nationalités, qu e
pay s d'avant-garde dans le domaine pa r la traduction d e nombreu x ouvrages.
agroalimentaire , est particulièremen t bien À ce jour , certains titres ont ains i été éga ­
placé e géographiquement pour dévelop­ lemen t publiés e n anglais , espagnol, por­
pe r une politiqu e dynamique dans ce tugais , italien o u russe.
domaine , non seulemen t sur u n plan
national , mais aussi à travers le monde L a collection STAA s'adresse donc à u n
o ù elle se trouv e historiquement enga­ trè s vaste public scientifique et technique
gée . Le progrès , s'il s e réalise dans les à qui il es t primordia l d e fair e connaître la
centre s d'enseignement et d e recherche, science et la technologie agroalimen­
dan s les entreprises , doit, pour se divul­ taires françaises, dont la collection qui
guer , passer par l'information . Or, trop port e ce titre veut être l'un de s vecteurs
souven t cette information est diffuse , ma l le s plus performants. G. CORRIEU F.-M. LUQUET
Le directoire Né en 1937. Docteur ès sciences. Né en 1946. Ingénieur Insa
(Toulouse) - Docteur-ingénieur. Diplômé de l'Institut d'études
supérieures d'industrie et
Directeur de recherches à l'Inra. de la d'économie laitière et de l'Institut
Responsable du laboratoire d e Pasteur de Lille.
génie et microbiologie des
Directeur du Centre international d e collection procédés alimentaires. Professeur
recherches Daniel Carasso (groupe consultant à l'INA-PG (Institut
Danone). Expert international. national agronomique Paris-
Expert près du TGI de Paris, expert Grignon).
en cassation. Membre du Conseil
INA-PG - Inra supérieur d'hygiène publique de
CBAI-LGMPA France. Lauréat de l'Académie de
F 7885 0 Thiverval-Grignon médecine.
J.-L. MULTON Tel : +3 3 (0) 1 30 81 54 88
Re-Vivre (entreprise humanitaire)
PRÉSIDEN T DU DIRECTOIRE 8, rue du 8 mai 1945
F 91440 Gif-sur-Yvette Né en 1938. Ingénieur Ensia
Docteur ès sciences. Tél. : + 33 (0) 1 69 07 12 73 J. FLANZY
Directeur de recherches à l'Inra Né en 1929. Ingénieur Ensia
Professeur consultant à l'Ensia
Directeur de recherches à l'Inra.
(École nationale supérieure Ph. MANGÉ Ancien directeur du Cnerna -
des industries agricoles et
Centre national de coordination des Né en 1943.
alimentaires).
études et recherches sur
Ingénieur en chef du Gref Expert agréé par la Cou r de
la nutrition et l'alimentation.
(Génie rural, des eaux et des cassation.
forêts). Chargé des formations Cnerna
Inra supérieures et de la recherche à la 11, rue Jean-Nicot
Direction des relations Direction générale de F 75007 Paris
internationales l'enseignement et d e la recherche, Tél. +3 3 (0) 1 42 75 93 24
147, rue de l'Université du ministère de l'Agriculture, de la
75338 Paris cedex 0 7 Pêche et de l'Alimentation.
Tél. : 01 42 75 92 50 Direction générale de
Fax : 01 42 75 93 77 V. LARRETA - GARDE l'enseignement et de la recherche.
Bureau des formations supérieures
Née en 1955. Ingénieur UTC
et de la recherche.
Docteur ès sciences
1 ter, avenue de Lowendal
Professeur
F 75349 Paris 07 S P CM . BOURGEOIS
Université de Cergy-Pontoise Tél. : +3 3 (0) 1 49 55 59 44
Né en 1936. Ancien élève de
Département de biologie Fax : + 33 (0) 1 49 55 42 65 l'École normale supérieure
2, avenue Adolphe-Chauvin Saint-Cloud.
F95302 Cergy-Pontoise cedex Agrégé de l'université.
Tél. : + 33 (0) 1 34 25 66 05 Docteur ès sciences.
Ch. MERCIER Fax : + 33 (0) 1 34 25 65 20
Professeur émérite à l'université de
Née en 1934. Docteur ès sciences.
Bretagne occidentale.
Directeur de recherches à l'Inra.
12, rue Albert Camus
Directeur scientifique du groupe J.-Y. LEVEAU 29000 Quimper
Danone.
Tél. : 02 98 90 04 32 Né en 1943. Ingénieur Ensia
Docteur-Ingénieur Groupe Danone
7, rue de Téhéran
Professeur de biotechnologie et
F 75008 Paris
d'hygiène alimentaire au
Tél. : + 33 (0) 1 44 35 24 50 J. BRICOUT département de microbiologie
industrielle de l'École nationale Né en 1940. Ingénieur insa (Lyon).
Docteur ès sciences. supérieure des industries agricoles
et alimentaires. M. MOLL Directeur de recherches Pernod
Ricard. Moll international Ensia
Partenaire de l'Université Département de microbiologie Centre de recherch e Pernod
Henri-Poincaré, Nancy I alimentaire
Ricard
1, avenue des Olympiades
120, avenue du Maréchal Foch 1, allée Chaptal
F 91305 Massy
F 94015 Créteil cedex F 54630 Richardménil
Tél. : + 33 (0) 1 69 93 50 64
Tél. : + 33 (0) 1 49 81 50 38 Tél. : + 33 (0) 3 83 25 67 66
Fax. :+3 3 (0)3 83 26 12 45
G. LINDEN
P. COLONNA Né en 1941. Docteur ès sciences.
R. ROSSET
Né en 1953. Ingénieur agronome INA- Professeur à l'université Henri
PG. Docteur ès sciences physiques. Né en 1925. Docteur vétérinaire. Poincaré - Nancy I. Responsable
Licencié ès sciences. Diplômé de du laboratoire de biosciences de Directeur de recherches à l'Inra.
l'Institut Pasteur de Paris.
l'aliment-associé à l'Inra (faculté Chef de département-adjoint,
des sciences). Contrôleur général honoraire Département de technologie
des Services vétérinaires. des glucides et de s protéines
Université de Nanc y I Directeur honoraire du Cneva-à l'Inra.
Laboratoire de biochimie appliquée Lerpac. Expert consultant.
Inra - Centre de recherche s de BP 239 Membre de l'Académie vétérinaire.
Nantes. F 54506 Vandceuvre-lès-Nancy
10, avenue de Bry cedex BP 1627. F 44316 Nantes cedex 03
Tél. : +3 3 (0) 3 83 91 22 30 F 94170 Le Perreux Tél. : + 33 (0) 2 40 67 50 00
Fax. : + 33 (0)3 83 901 5 11 Tél. : +3 3 (0) 1 43 24 07 18 Fax : + 33 (0) 2 40 67 50 06 Tome 2 : 544 p., 2" éd. , 1996 Volume s parus
ISBN 2-7430-0080-5
dan s la collection
• TECHNOLOGI E DE LA VIANDE
Science s et techniques ET DES PRODUIT S CARNÉS
Coord. J.-P. GIRARD. 296 p. 1983. 2e tirage 1990,
agroalimentaire s ISBN : 2-85206-725-0
• EMBALLAGE DES DENRÉE S ALIMENTAIRES
DE GRANDE CONSOMMATION • TECHNIQUE S D'ANALYSE ET D E CONTRÔL E DANS
Coord. : G. BUREAU. J.-L. MULTON • 850 p., 1998.
LES INDUSTRIES AGROALIMENTAIRES
ISBN : 2-7430-0208-5
Tome 1 : Le contrôle de qualité : principes généraux et
• LA CONSERV E APPERTISÉE aspects législatifs.
Coord. :J -L MULTON - 392p.. 2e éd. 1991. Aspects scientifiques, techniques et économiques
ISBN : 2-35206-597-5 Coord. :J. LAROUSSE. 896 p.. 1991.
ISBN : 2-85208-603-3 Tome 2 : Principes des techniques d'analyse
Coord. : G. LINDEN - 528 p.. 2e éd. 1991
• BIOTRANSFORMATION DES PRODUIT S CÉRÉALIERS
ISBN 2-85206-596-3
Coord. : B. GODON. 240 p.. 1991.
Tome 3 : Le contrôle microbiologique ISBN : 2-85206-687-4
Coord. : C.-M. BOURGEOIS. J.-Y. LEVEAU • 480p..
2e éd. 1991. ISBN : 2-85206-599-1 • IONISATION DES PRODUIT S ALIMENTAIRES
Coord. :J-P VASSEUR. 432 p. 1991. Tome 4 : Analyse des constituants alimentaires
ISBN : 2-85206-776-5 Coord. :J-L. MULTON • 472p.. 2e éd. 1991.
ISBN : 2-85206-601-7
• BIÈRES ET COOLER S
Coord. M. MOLL. 528 p.. 1991. • CONSERVATION ET STOCKAG E DES GRAIN S ET
ISBN : 2-85206-752-8
GRAINE S ET PRODUIT S DÉRIVÉS (2 volumes)
Céréales, oléagineux, protéagineux, aliments pour animaux
• ÉPICES ET AROMATE S
Coord. J.-L. MULTON - 1 216 p.. 1982.
Coord. : H. RICHARD. 352p. 1992.
ISBN : 2-85206-169-4
ISBN : 2-85206-774-9
• PROTÉINES ANIMALES • LE SUCRE , LES SUCRES , LES ÉDULCORANTS
Extraits concentrés et isolats en alimentation humaine ET LES GLUCIDE S DE CHARG E DANS LES IA A
Coord C.-M. BOURGEOIS. P LE ROUX • 384 p. 1982. Coord. :J.-L. MULTON, 840p. 1992,
ISBN : 2-85206-162-7 ISBN : 2-85206-702-1
• GUID E PRATIQUE D'ANALYSE • LES EAU X CONDITIONNÉES
DAN S LES INDUSTRIE S DES CÉRÉALES Coord. : Ph. HARTEMANN. M. MOLL, 192 p., 1992,
Coord : B GODON. W. LOISEL -804p..2< éd. 1997. ISBN : 2-85206-801-X
ISBN: 2-7430-0123-2
' LES ARÔME S ALIMENTAIRES
Coord. : H. RICHARD. J.-L. MULTON. 480p.. 1992. • ADDITIFS ET AUXILIAIRE S DE FABRICATIO N DANS
ISBN : 2-85206-613-0 LES INDUSTRIES AGROALIMENTAIRES
Coord. : J.-L MULTON - 832p.. 2e éd 1992.
' MICROBIOLOGIE INDUSTRIELLE
ISBN : 2-8206-606-8
Coord. J.-Y. LEVEAU. M. BOUIXOOSp, 1993.
ISBN : 2-85206-850-8
• PROTÉINES VÉGÉTALES
Aspects biochimiques, technologiques, nutritionnels • LA PANIFICATIO N FRANÇAISE
et économiques
Coord. B. GODON. M. GUINET. 544 p.. 1994.
Coord B GODON - 888 p.. 2-éd.. 1996.
ISBN 2-85206-902-4
ISBN: 2-7430-0110-0
• L'ŒUF ET LE S OVOPRODUITS
• ÉVALUATION SENSORIELLE Coord :J.-L THAPON. C. M. BOURGEOIS. 368 p.. 1994
Manuel méthodologique ISBN : 2-85206-903-2
Coord. : S.S.H.A. - 352p.. 2- éd.. 1997
ISBN : 2-7430-0124-0 • LA CUISSON-EXTRUSION
Coord. : P. COLONNA. G. DELLA VALLE. 560p. 1994
• LA QUALIT É DES PRODUIT S ALIMENTAIRES ISBN : 2-85206-904-0
Politique, incitations, gestion et contrôle
e • SÉCURITÉ ALIMENTAIRE DU CONSOMMATEU R Coord. J.-L. MULTON - 832 p.. 2 éd. 1993.
Coord. : M. MOLL. N. MOLL, 320p.. 1995 ISBN : 2-B52O6-840-0
ISBN. 2-85206-994-6
• LAITS ET PRODUIT S LAITIERS
• ENZYMES EN AGROALIMENTAIRE Vache - Brebis - Chèvre
Coord. : V LARRETA-CARDE. 416 p.. 1997 Coord F -M. LUOUET
ISBN : 2-7430-0210-7
Tome 1 : Les laits - De la mamelle à la laiterie
Nelle éd. en prép. • CACA O ET CHOCOLA T
Coord. J. PONTILLON, 656p.. 1997 Tome 2 : Les produrts lailiers - Transformations et technologies
ISBN : 2-7430-0174-7 656 p., 2e éd. 1990, ISBN : 2-85206-587-8
Tome 3 : Qualité. Énergie et Tables de composition •
• MOISISSURES DES ALIMENT S PEU HYDRATÉS
460 p. 1986, ISBN : 2-85206-286-0 Coord. : B. CAHAGNIER. 256 p.. 1997
ISBN : 2-7430-0209-3
• MICROBIOLOGIE ALIMENTAIRE
Coord. : C-M. BOURGEOIS. J-F. MESCLE, J. ZUCCA. ' LES SÉPARATION S PAR MEMBRANE S DANS LES
J.-P. LARPENT
PROCÉDÉ S DE L'INDUSTRI E ALIMENTAIRE
Tome 1 : 704 p., 2" éd., 1996 Coord. : G. DAUFIN. F. RENÉ. P. AIMAR, 700p.. 1998
ISBN 2-7430-0037-6 ISBN : 2- 7430-O228-X
TECHNIQU E & DOCUMENTATIO N Lavoisier
11 , rue Lavoisie r - F 7538 4 Paris cedex 08
Tél . : 0 1 4 2 6 5 3 9 9 5 - Fa x : 0 1 4 7 4 0 6 7 0 2 - Téle x : TD L 63 2 02 0 F - Minitel : 361 4 Lavoisier
We b : http://www.Lavoisier.fr - E-mail : edition@Lavoisier.fr LIST E DES
AUTEUR S
G. BARBIER R. DRAPRON
Responsable du laboratoire Caractérisation Professeur biochimie industrielle
des micro-organismes marins et agroalimentaire Cnam
Ifremer Centre de Brest 75141 Paris cedex 03
29280 Plouzané
P. DUCROO
J.-M. BELIN Directeur
Professeur Ens.bana Secobio
Laboratoire de biotechnologie 81360 Montredon-Labessonié
Campus universitaire
21000 Dijon
P. DURAND
Responsable du laboratoire
P. BESANÇON Biochimie et molécules marines
Professeur à l'université de Montpellier II Ifremer Centre de Nantes
Président du Croupe enzymes du CSHPF 44035 Nantes cedex 03
34095 Montpellier cedex 05
J. GRAILLE
P. BOIVIN Directeur du Laboratoire de lipotechnie
Directeur scientifique Cirad
IFBM 34032 Montpellier cedex 1
54512 Vandœuvre-les-Nancy cedex
F. HUSSON
E. BONNIN Maître de conférences Ens.bana
Ingénieur de recherche Inra Laboratoire de biotechnologie
Laboratoire de biochimie et technologie Campus universitaire
des glucides 21000 Dijon
44316 Nantes cedex
V. LARRETA-GARDE
M . CHOPPLET Professeur à l'Université de Cergy-Pontoise
Secrétaire général du Biopôle végétal Responsable du Département biologie
80026 Amiens cedex 95302 Cergy-Pontoise cedex
M. DESMAZEAUD P. MONSAN
Directeur de recherche Inra Professeur à l'Insa de Toulouse
Unité de recherche laitière Centre de bioingénierie G. Durand
78352 jouy-en-josas cedex 31077 Toulouse cedex ENZYMES EN ACROAUMENTAIRE VIII
E. SPINNLER A. OUALI
Professeur à l'Institut national agronomique Directeur de recherche Inra
de Paris-Crignon Station sur la viande
Technologie alimentaire 63122 Saint-Cenès-Champanelle
78850 Thiverval-Crignon
J.POTUS
J.-F. THIBAULT Professeur
Biochimie industrielle et agroalimentaire Directeur de recherche Inra
Cnam Laboratoire de biochimie et technologie
des glucides 75141 Paris cedex 03
44316 Nantes cedex 03
C. RENARD
Chargé de recherche Inra
D.THOMA S Laboratoire de biochimie et technologie
Professeur à l'université de technologie des glucides
de Compiègne 44316 Nantes cedex 03
Technologie enzymatique
60205 Compiègne cedex
P. ROY
Cadre de recherche Ifremer
B. THOMASSET Biochimie et molécules marines
Chargé de recherche CNRS Ifremer
Université de technologie de Compiègne 44035 Nantes cedex 03
Technologie enzymatique
60205 Compiègne cedex
P. SICARD
Directeur des relations scientifiques
R.-M. WILLEMOT Roquette Frères
Maître de conférences à l'Insa de Toulouse 62136 Lestrem
Centre de bioingénierie G. Durand
31077 Toulouse cedex
j . SOUPPE
Responsable du laboratoire
de biochimie appliquée
Cist Brocades
59113 Seclin AVANT-PROPOS
Il y a tout juste 100 ans, naissait Penzymologie.
En 1897, Eduard Buchner réussit à purifier les premières enzymes à partir
de cellules de levures, mettant en évidence que ces catalyseurs sont capables
de fonctionner seuls, en dehors de la cellule. Cette découverte, à la base de
l'enzymologie, allait modifier profondément la compréhension des phénomènes
observés dans le monde vivant et donner un nouvel essor à toute la biologie.
Quelques travaux plus anciens méritent cependant d'être mentionnés. En
1833, Payen et Persoz montrent que l'avoine contient une « diastas e » capable
de produire des composés sucrés à partir d'amidon. En 1857, Pasteur attribue
à des « ferment s », c'est-à-dire à des cellules vivantes, les capacités de transfor­
mation des sucres. 20 ans plus tard, Kuhne introduit le nom d'enzyme (« dans
la levure » ) pour désigner les principes actifs à l'origine de ces réactions.
Quelques années plus tard, Fischer démontre que les enzymes sont dotées
de spécificité dans la reconnaissance de leurs susbtrats; Henri en 1906, puis
Michaélis et Menten en 1913 posent les bases de la cinétique enzymatique et
dès 1926, Sunner découvre la nature macromoléculaire et protéique des
enzymes.
Depuis, les recherches intensives sur leur mécanisme fonctionnel, leurs
propriétés catalytiques et leur structure ont permis d'identifier près de 2 500
enzymes. Il est ajourd'hui admis que les enzymes catalysent la quasi-totalité,
sinon toutes, les réactions biochimiques du monde vivant. En effet, les réac­
tions, aussi bien exergoniques qu'endergoniques, incapables de se réaliser i n
vitro , ont lieu i n viv o grâce à la présence de ces catalyseurs biologiques
capables de fonctionner dans des conditions « modérée s » de température
- 10 °C-40 °C - et de pression -1 atm.
Les lois de la thermodynamique sont évidemment conservées lors de l'utili­
sation d'enzymes et celles-ci ne provoquent pas de changement de l'équilibre
de la réaction. En revanche, les enzymes accélèrent les réactions par des fac­
6teurs exceptionnels de l'ordre de 10 et peuvent exprimer ce pouvoir cataly-
tique dans les deux sens de la réaction lorsque celle-ci est réversible, c e qui est
généralement le cas. Les enzymes répondent bien à la définition de cataly­
seurs, elles ne sont pas modifiées par la réaction de façon permanente, mais
contrairement aux autres catalyseurs, ce sont des macromolécules. La néces­
sité d'une structure protéique complexe pour catalyser la transformation de
substrats souvent de petite taille n'est pas encore comprise et la recherche sur
les relations structure - fonction des enzymes est aujourd'hui particulièrement
active. ENZYMES EN AGROALIMENTAIRE X
De plus, grâce au développement des techniques du génie génétique et des
méthodes de fermentation et de purification des protéines, les biochimistes se
sont dotés des outils nécessaires pour isoler ou créer des enzymes nouvelles.
On peut donc attendre dans un avenir proche de grands progrès sur la
compréhension du fonctionnement des enzymes.
Le fait que les premières enzymes observées, puis extraites aient été celles
permettant la transformation des sucres n'est pas le fruit du hasard. Le
domaine agroalimentaire est en effet le premier où l'homme a exploité la cata­
lyse enzymatique.
En absence de connaissance sur le mécanisme des enzymes, voire sur leur
existence, l'emploi de ces biocatalyseurs pour l'élaboration d'aliments a
d'abord été empirique, essentiellement via les transformations microbiolo­
giques. Puis, leur utilisation a été optimisée par l'addition volontaire d'extraits
végétaux ou animaux contenant des enzymes.
Mieux maîtrisées, les réactions enzymatiques interviennent désormais à
tous les niveaux des procédés agroalimentaires. Comme dans l'ensemble du
monde vivant, elles sont responsables des réactions « naturelles » de transfor­
mation des ingrédients végétaux ou animaux et de leur mélange en un aliment.
D e plus elles sont aujourd'hui ajoutées volontairement lors des procédés agroa­
limentaires pour orienter ces transformations.
Cet ouvrage a pour ambition de décrire le rôle des enzymes utilisées
aujourd'hui dans les transformations agroalimentaires et les potentialités nou­
velles de ces biocatalyseurs.
Dans une première partie, après avoir fait le point sur la place des enzymes
dans les industries agroalimentaires et les différents rôles qu'elles peuvent y
jouer, les bases de la législation régissant leur utilisation dans ce domaine sont
rappelées. Ensuite, les principes de la catalyse enzymatique en milieux com­
plexes sont décrits afin d'aborder la relation entre réactions et environnement.
Sont ensuite exposées les diverses interventions des enzymes dans la fabri­
cation des aliments d'origine végétale et animale à travers les transformations
du lait et la fabrication des produits laitiers, la maturation des viandes et la
valorisation des sous produits carnés, l'élaboration d'aliments à base de pro­
duits de la mer, les industries de cuisson, la brasserie, le traitement des fruits et
des légumes. Pour chacun de ces secteurs, l'action des enzymes endogènes et
des catalyseurs ajoutés est détaillée.
Dans une troisième partie, sont présentées la synthèse et la transformation
enzymatiques d'additifs et d'ingrédients alimentaires. L'obtention, au moyen
d'enzymes, de nombreux produits dérivés de l'amidon est détaillée. L'utilisation
de réactions enzymatiques, parfois non conventionnelles, pour la transforma­
tion des lipides est envisagée. L'emploi d'enzymes est également considérée
pour la production de sucres de synthèse et de molécules aromatiques.
La dernière partie de l'ouvrage est consacrée aux enzymes elles-mêmes. Avant propos XI
D'abord, sont exposées les stratégies de production des enzymes actuellement
disponibles sur le marché ou en cours de développement pour des applications
agroalimentaires. Pour répondre à des objectifs nouveaux, les potentialités des
enzymes d'organismes extrêmophiles sont décrites. Enfin, la préparation des
matières premières végétales pour le procédé de transformation alimentaire par
introduction de nouvelles activités enzymatiques est envisagée. TABL E DES
MATIÈRE S
PARTI E I
Utilisation et fonctionnemen t des enzymes
1 . La place des 1 Rôles des enzymes en agroalimentaire 6
• Les enzymes pour corriger des déficiences naturelles de enzymes en
matières premières • Les enzymes, outils technologiques des
agroalimentaire
transformations • Les enzymes, outils de valorisation de
V. Larreta-Garde
matières premières naturelles • Les enzyme s pour améliorer les
qualités du produit • Les enzymes pour valoriser les sous-
produits des IA A
2 Stratégies de choix des enzymes pour les industries
agroalimentaires 8
• Activité • Spécificité • Facilité d'obtention • Législation
3 L'avenir des enzymes dans l'agroalimentaire 10
Références bibliographiques 12
2. Les principes de la 1 L'arrêté du 5 septembre 19894
• Critères de pureté • Enzymes autorisées réglementation sur
l'utilisation
2 Nouvelles enzymes autorisées 16
des enzymes dans les
industries alimentaires
3 Procédure d'autorisation de nouvelles préparations
P. Besançon
enzymatiques — 18
• Demandesn • Évaluation toxicologique de nou­
velles préparations enzymatiques • Cas des enzymes issues
d'organismes génétiquement modifiés
Conclusion 23
Références bibliographiques 25 XI V ENZYMES EN ACROALIMENTAIRE
1 Enzymologie hétérogène artificielle 29 3 . Principes de base
• Intérêts de l'immobilisation • Supports d'immobilisation • Im­de la catalyse
mobilisation par adsorption • Immobilisation par liaison cova-
enzymatique
lente • Immobilisation par inclusion • Exemples d'utilisation
en milieux complexes
dans les industries agroalimentaires
D. THOMAS
2 Principes cinétiques de base dans les systèmes hété­
V. LARRETA-GARDE
rogènes 35
• Système monoenzymatique irréversible • Systèmes multienzy-
matiques
3 Contraintes et applications propres aux industries
agroalimentaires 40
• Enzymes et activité thermodynamique de l'eau • Enzymes et
viscosité
Conclusion3
Références bibliographiques4
PARTI E II
Les enzymes dans la fabricatio n des aliments
1 . Laits 1 Les enzymes coagulantes 48
• Définitions des principales enzymes coagulantes • Propriétés et produits laitiers
générales des enzymes coagulantes • Conditions d'utilisation en
M. DESMAZEAUD
industrie laitière • Rôle des agents coagulants au cours de l'affi­
E. SPINNLER
nage des fromages
2 La plasmine 54
• Propriétés générales • Rôle dans les produits laitiers
3 Utilisation de proteases exogènes 55
• Accélération de l'affinage des fromages • Modifications des
propriétés fonctionnelles des protéines • Préparation d'hydroly-
sats de protéines
4 Enzymes microbiennes et dégradation des protéines
lors des fabrications fromagères 56
• Dégradation des protéines par les bactéries lactiques • Dégra­
dation des protéines par les champignons de l'affinage
•n des protéines par les bactéries de l'affinage
5 Utilisation de lipases exogènes 60
6 Lipases produites par la microflore des produits lai­
tiers 61
• Activité lipolytique des champignons • Activité lipolytique des
bactéries d'affinage
7 Utilisation de lactases 6 3
• Problèmes généraux posés par le lactose • Avantages résul­
tant de l'hydrolyse du lactose • Types d'enzymes
utilisées • Limitations au développement des procédés XV Table des matières
8 Le système lactoperoxydase - thiocyanate - peroxyde
d'hydrogène 66
• Propriétés générales • Applications du système LPS en indus­
trie laitière
6 8 9 Les autres enzymes exogènes utilisées
• Le lysozyme • La glucose-oxydase • La catalase • La sulfhy-
dryle-oxydase • La superoxyde-dismutase
Références bibliographiques 71
2 . Enzymes 1 Enzymes protéolytiques et tendreté de la viande 78
• Action des enzymes endogènes • Attendrissage artificiel des et produits carnés
viandes
A. Ou AU
2 Les enzymes dans l'obtention des arômes de V. LARRETA-GARDE
viande 87
• Arômes naturels de viande • Arômes de synthèse
3 Les enzymes pour valoriser les sous-produits de la
viande 90
• Les enzymes dans la fabrication du cuir • Les enzymes pour
valoriser le sang
Conclusions2
Références bibliographiques 93
3 . Les enzymes 1 Les hydrolysats de poissons et de crustacés — 98
• Les produits • Contrôle de la production d'hydrolysats dans la fabrication
d'aliments à base 2 Autres applications des enzymes 111
• Écaillage • Pelage • Caviars de poisson et succédanés de produits de la mer
• Attendrissement • Protection des aliments par les enzymes
P. ROY
3 Nouveaux produits et perspectives4 P. DURAND
• Utilisation des enzymes pour l'extraction des protéines algales
•n des s immobilisées • Utilisation de nouvelles
enzymes • Diététique et santé
Conclusion 116
Références bibliographiques 117
4 . Les enzymes dans les 1 Les hydrolases 122
• Les amylases • Les pentosanases • Les proteases • Les ester industries de cuisson
hydrolases
des céréales
2 Les oxydoréductases9 j . POTUS
R. DRAPRON • La lipoxygenase • Autres oxydoréductases
Conclusions 133
Références bibliographiques 134
1 Les enzymes endogènes8 Les enzymes
• Action des enzymes au maltage • Action des enzymes du malt en brasserie
au brassage
P. BOIVIN
2 Les enzymes exogènes 147
• Lesss en malterie • Les enzymes exogènes
en brasserie
3 Précautions d'utilisation des enzymes exogènes 163
Références bibliographiques 164 XVI ENZYMES EN ACROALIMENTAIRE
1 Les polymères pariétaux et la paroi végétale — 169 6 . Les enzymes
• Structure des constituants pariétaux • Organisation de la paroi de dégradation
des parois végétales : 2 Enzymes impliquées dans l'hydrolyse des polysaccha­
mode d'action et rides pariétaux • 176
• Les glucanases • Les enzymes de dégradation des hétéroxy-utilisations alimentaires
lanes • Les enzymes pectolytiques E. BONNIN
C. RENARD 3 Application à l'industrie des fruits et légumes - 185
j.-F. THIBAULT • Enzymes d'aide au pressurage • Macération et stabilité des
nectars • Liquéfaction • Clarification • Autres enzymes utilisées P. DUCROO
• Utilisation des enzymes endogènes
4 Applications à la valorisation de sous-produits végé­
taux 194
• Alimentation animale • Production de « bioéthanol » • Pro­
duction de molécules à forte valeur ajoutée
Conclusion6
Références bibliographiques 197
PARTI E III
Les enzymes pour la synthèse
d'additifs alimentaires ou d'ingrédients
1 . Valorisation 1 Glycoenzymologie, bref rappel historique 204
enzymatique
2 Transformation enzymatique de l'amidon et de ses
des glucides dérivés 205
d'origine agricole • Produits d'hydrolyse traditionnels • Produits d'isomérisation
P. SlCARD dérivés de l'amidon • Les produits de transglycosylation • Les
produits d'oxydation • Le trehalose
3 Valorisation enzymatique du saccharose 220
• Importance économique due • Le sucre inverti
• Palatinose et Palatinit®
4 Production de fructose à partir d'inuline 221
5 Hydrolyse du lactose 223
6 Conclusions - perspectives techniques et écono­
miques 224
Références bibliographiques5
2 . L'utilisation 1 Les édulcorants intenses8
• L'aspartame • Le sucralose des enzymes
dans la production 2 Les oligosides à usage nutritionnel 233
• Les glucooligosides • Les fructooligosides • Les galactooligo-des sucres de synthèse
sides
P. MONSAN
Conclusion 240 R.-M. WlLLEMOT
Références bibliographiques 242 Table des matières XVII
1 Huilerie 246 3 . Les enzymes
en lipotechnie 2 Raffinage8
J. GRAILLE 3 Transformation 250
• Interestérification • Triglycérides à chaînes moyennes • Hydro­
lyse • Estérification
Conclusion4
Références bibliographiques6
4 . Les enzymes 1 Glycosidases 26
• [3-glycosidases • p-thioglycosidases pour la synthèse
d'arômes alimentaires 2 Lipases5
• Hydrolyse d'esters du glycerol • Estérification • Résolution de j.-M. BEUN
mélanges racémiques • Lactonisation
F. HUSSON
3 Proteases 271
4 Lipoxygenases et hydroperoxyde lyases 272
5 Alcool deshydrogénases7
Perspectives9
Références bibliographiques 280
PARTI E IV
Les « nouvelles » enzymes pour l'agroalimentaire
1 . La production 1 Production d'enzymes microbiennes pour l'agroali­
mentaire 286 d'enzymes pour
• La souche • La fermentation principale • L'extraction • La for­
l'agroalimentaire
mulation
J. SOUPPE
2 Production d'enzymes végétales pour l'agroalimen­
taire 298
• La papaïne • Le malt
3 Production d'enzymes animales pour l'agroalimen­
taire 300
• La présure animale • Le lysozyme
Conclusion1
Références bibliographiques 303
2 . Les enzymes des 1 Les milieux extrêmes8
micro-organismes
2 Les micro-organismes thermophiles 31
« extrêmophiles » :
• Définitions • Habitats • Phylogénie • Taxonomie et physiologie
une nouvelle source
3 Les enzymes thermostables des micro-organismes
en cours d'exploration
thermophiles 31
G. BARBIER
• Définitions de la thermostabilité • Stabilité des enzymes ther­
mophiles • Applications biotechnologiques effectives et poten­
tielles des enzymes thermostables ENZYMES EN ACROALIMENTAIRE XVIII
Conclusion 339
Références bibliographiques 340
1 Transfert de gènes et production d'hydrates de 3 . Introduction
carbone 353 et expression de
• Biosynthèse du saccharose • Biosynthèse de l'amidon
nouvelles activités
•e du fructane
enzymatiques
2 Transfert de gènes et lipides 357 chez les végétaux
• Augmentation des acides gras saturés • Réduction des acides
B . THOMASSET
gras saturés dans les huiles'diététiques
M. CHOPPLET
3 Protéines et enzymes •— 360
• Enrichissement en protéines et acides aminés • Production
d'enzymes
4 Arômes, colorants et autres composés 361
5 Conditions particulières d'application3
Conclusion 364
Références bibliographiques 367
375 Index PARTI E I
Utilisation
et
fonctionnement
des enzymes 1
LA PLACE DES ENZYMES
EN AG RO ALIMEN T AIR E
V . LARRETA-CARDE M e marché mondial des enzymes a connu une croissance rapide, passant
m de 2 à 6 milliards de francs au cours des 15 dernières années. Les diffé-
m m rents secteurs industriels représentent des parts variables de marché en
volume et en valeur {figure 1). C e marché est encore en expansion et on attend
une croissance de 70% dans les dix prochaines années.
Autres
2
Alimentation animale 5 % %
Pharmacie 8 %
Industries de cuisson 5 % Détergents
30 %
Boissons
10 %
Produits du lait 15%
Amidonnerie
15 %
Textile 10°o
• Figure 1 Parts d e march é des différent s secteurs
e n valeur - donnée s 199 6
11 existe aujourd'hui une douzaine de producteurs majeurs dont les enzymes
sont de plus en plus distinctes les unes des autres. Il faut ajouter une soixan­
taine de fournisseurs importants et en tout environ 400 producteurs d'enzymes
dont la plupart ne commercialisent qu'un nombre restreint d'enzymes très par­
ticulières. L'Europe avec les deux plus gros producteurs mondiaux (Novo
Nordisk et Gist Brocades) représente plus de 60 % de la production mondiale
d'enzymes; ces firmes développent de plus des usines den dans
d'autres parties du monde. L'Europe est le principal acheteur d'enzymes euro­
péennes. Les Etats-Unis couvrent 15% de la production mondiale; 2/3 de ces
enzymes étant utilisés sur place pour l'obtention d'alcool ou de sucre inverti. Le
Japon dont les produits sont diversifiés représente 12%à 15% du marché. Les
enzymes produites en Chine et en Russie ne sont pratiquement pas exportées.
La plupart des enzymes utilisées à l'échelle industrielle sont des enzymes 5 La place des enzymes en agroalimentaire
simples, monomériques, catalysant des réactions de dégradation. 75 % sont
des hydrolases employées pour dépolymériser les substances naturelles.
- Les proteases sont les enzymes les plus utilisées en raison de leur emploi
dans les détergents dont elles restent les enzymes majeures et de leur utili­
sation en laiterie où sont exploitées leurs propriétés coagulantes sur le lait.
- Les carbohydrases viennent ensuite en raison de leur emploi dans des
domaines aussi divers que Pamidonnerie, la brasserie, la panification,
l'industrie des alcools, l'industrie textile. La plus forte progression de
consommation d'enzymes au cours des dernières années a été enregistrée
dans les textiles pour le délavage des Blue Jeans par des cellulases.
- Des enzymes plus complexes et plus spécialisées sont cependant utilisées
dans certains domaines de l'agroalimentaire (lipoxygenase du pain par
exemple) .
L'ensemble des domaines dee représente la moitié de la valeur
d'achat des enzymes industrielles pour 40% du volume commercialisé. La
dépolymérisation de l'amidon et l'obtention de produits dérivés reste le
domaine majeur, suivi par le traitement du lait, l'industrie des boissons, la pani­
fication-biscuiterie et l'alimentation animale (figure 2).
Autres
2 %
Textile
13%
Amidonnerie
17 %
Pharmacie
1 %
Produits du lait
10 %
Boissons
5 %
ndustries de cuisson
Détergents 4 %
Alimentation animale
3%
• Figure 2 Parts d e march é des différent s secteurs
e n volum e - donnée s 199 6 6 ENZYMES EN AGROALIMENTAIRE
1
Rôles des enzymes
en agroalimentaire
Dans les industries agroalimentaires, les enzymes peuvent jouer différents
types de rôle à plusieurs niveaux :
- amélioration de la composition des matières premières et/ou de leurs procé­
dés de transformation ;
- obtention de produits nouveaux ou de meilleure qualité.
Elles peuvent intervenir pour corriger des déficiences naturelles de matières
premières et ainsi participer à la standardisation de la transformation.
Les enzymes peuvent aussi intervenir au cours du procédé de transformation
lui mêm e et jouer alors le rôle d'outil technologique.
Elles permettent parfois l'obtention de produits intermédiaires ou finis différents
et sont alors des outils de valorisation des matières premières.
Les enzymes interviennent également pour améliorer les qualités du produit
fini, en particulier au niveau organoleptique.
Les enzymes sont donc utilisées en amont, au cours ou en fin du procédé de
transformation agroalimentaire.
7.7 LES ENZYMES POUR CORRIGER DES DÉFICIENCES
NATURELLES DE MATIÈRES PREMIÈRES
Les matières premières des industries agroalimentaires sont des produits com­
plexes, d'origine végétale ou animale dont l'obtention fait intervenir de nom­
breuses étapes de biosynthèse.
Des variations en fonction de facteurs internes - comme les régulations liées à
l'espèce - ou externes - comme les conditions climatiques de croissance - sont
susceptibles de modifier la composition globale des matières premières et leur
transformation. Des enzymes exogènes peuvent alors être employées en tant
qu'additifs pour palier les manques naturels.
En amidonnerie, glucoserie, panification, brasserie, on ajoute souvent des
amylases aux formules pour compenser la faiblesse diastasique des céréales.
En fromagerie, des lipases et des proteases exogènes remplacent les enzymes
naturelles du lait détruites par la pasteurisation.
7.2 LES ENZYMES, OUTILS TECHNOLOGIQUES
DES TRANSFORMATIONS
Les propriétés des enzymes sont exploitées au cours des procédés de fabrica­
tion en biscuiterie, fromagerie et dans le domaine des boissons. 7 La place des enzymes en agroalimentaire
En brasserie, des tannases et des proteases permettent d'améliorer la filtrabilité
de la bière et augmentent sa stabilité à froid. Les amylases, pectinases et hémi-
cellulases favorisent l'extraction et la filtration des jus de fruits. Les pectinases
sont indispensables en thermovinification pour clarifier le vin. En biscuiterie,
des proteases neutres servent à assouplir le réseau de gluten, améliorent
l'extensibilité des pâtes et la friabilité des biscuits. En fromagerie, l'utilisation
dess pour la coagulation du lait est la première étape de la fabrication.
Des cocktails de proteases et de lipases permettent d'accélérer le processus de
maturation des fromages.
Pour ces applications, l'évolution des enzymes tiendra surtout à la présence
d'activités secondaires utiles et à l'obtention d'enzymes recombinantes. La
chymosine, protease recombinante produite chez Kluyueromyces lactis,
Escherichia coli ou Aspergillus niger, est autorisée en remplacement de la
présure de veau dans certains pays.
7.3 LES ENZYMES, OUTILS DE VALORISATION
DE MATIÈRES PREMIÈRES NATURELLES
Les enzymes peuvent largement participer à diversifier les produits obtenus à
partir de matières premières naturelles. La valeur ajoutée par ces réactions est
élevée.
L'exemple le plus important est la dépolymérisation enzymatique des amidons.
Jusque dans les années 70, le sirop de glucose obtenu à partir de céréales a
été le produit le plus important. Le développement de nouvelles enzymes a
permis l'élaboration de nombreux produits employés comme épaississants,
précurseurs ou exhausteurs d'arômes, édulcorants acariogènes, chélatants,
acidulants, excipients pharmaceutiques. Dans ce type d'application, l'améliora­
tion des performances des enzymes en terme de spécificité et de thermorésis­
tance est à l'origine de productions nouvelles. La production de catalyseurs
encore plus tolérants aux conditions physiques du milieu (température, milieux
biphasiques ou visqueux) et encore plus spécialisés devrait entraîner la diversi­
fication des produits intermédiaires obtenus à partir de matières premières
naturelles.
1.4 LES ENZYMES POUR AMÉLIORER LES QUALITÉS
DU PRODUIT
Dans ce cas, l'enzyme doit intervenir pour modifier directement le produit fini.
Son action va surtout être importante au niveau des qualités organoleptiques
de l'aliment.
Des enzymes sont utilisées pour éliminer des substances naturelles qui nuisent
au caractère attractif des aliments. Par exemple, la naringinase, association de
rhamnasidase et de f3-glucosidase peut hydrolyser le rhamno-glucoside de tri-
hydroflavone qui rend amers les jus d'agrumes.
Les enzymes permettent également l'apparition de saveurs nouvelles. Les
lipases ajoutées au caillé de lait de vache participent pour beaucoup à l'aroma-
tisation des fromages (obtention d'arômes typiques de Romano, Manchego,
Feta, habituellement propres aux laits de chèvre et de brebis - augmentation
de l'arôme de Mozzarella ou Parmesan dû à la libération d'acides gras à 8 ENZYMES EN AGROALIMENTAIRE
chaînes courtes). La spécificité envers la longueur de la chaîne carbonée ou la
position des acides gras sur le glycerol est alors le critère de choix de l'enzyme.
Gn goût supplémentaire peut aussi être obtenu par les enzymes ; c'est le cas
pour le pouvoir sucrant qui peut être généré dans le lait par action de la lactase
ou augmenté lors de l'isomérisation du glucose en fructose par la glucose iso-
mérase.
Les enzymes peuvent aussi participer à l'amélioration de la texture de l'aliment;
les collagénases et la papaïne en hydrolysant les protéines du muscle augmen­
tent la tendreté de la viande, les proteases neutres qui affaiblissent le réseau de
gluten accroissent le caractère craquant des biscuits.
Les enzymes jouent également un rôle sur la couleur du produit alimentaire :
les pectinases aident à l'extraction de la couleur dans les vins rouges primeurs,
les lipoxygenases qui cooxydent les pigments caroténoïdes de la farine rendent
plus blanche la mie du pain, les proteases qui génèrent des acides aminés
libres favorisent les réactions de Maillard responsables de la coloration des pro­
duits cuits, biscuits, viandes, ...
Les potentialités des enzymes dans ce domaine sont nombreuses et de nou­
velles applications devraient apparaître prochainement.
7.5 LES ENZYMES POUR VALORISER LES SOUS-PRODUITS
DES IAA
Les sous-produits des industries agroalimentaires sont encore insuffisamment
valorisés. Des procédés enzymatiques ont été essayés pour palier cette défi­
cience.
En dépit du grand nombre d'études réalisées à ce jour, l'hydrolyse de la cellu­
lose, des protéines du lactosérum ou du sang est restreinte par des coûts
d'investissement, de séparation et d'énergie trop élevés pour une faible marge
bénéficiaire.
Mais l'amélioration des performances des enzymes, leur diversification et la
diminution de leur coût rend enfin envisageable l'utilisation de cellulases et de
pentosanases sur la paille dans les systèmes d'ensilage, l'hydrolyse des poly­
mères rejets de confiserie pour récupérer les sucres, l'emploi de mélibiase pour
augmenter l'épuisement en saccharose des mélasses.
2
Stratégies de choix des enzymes
pour les industries agroalimentaires
Pour certaines applications agroalimentaires, plusieurs enzymes sont dispo­
nibles, il faut hiérarchiser les critères de choix. 9 La place des enzymes en agroalimentaire
2.1 ACTIVITÉ
La relation entre les conditions d'utilisation en IAA et les performances annon­
cées par le producteur est déterminante.
- Le pH du milieu réactionnel doit être compatible avec le pH optimum de
l'enzyme, surtout si celle ci présente une pH-dépendance aiguë.
- La relation à la température est plus complexe. Elle dépend si l'utilisation de
l'enzyme doit être rapide ou prolongée :
- dans le premier cas, si l'enzyme doit être détruite lors du procédé, une uti­
lisation à température élevée est concevable, le catalyseur va agir au
maximum de ses possibilités catalytiques, puis être rapidement dénaturé ;
- dans le second cas, une réaction à plus basse température ou l'emploi
d'enzyme thermostable est conseillée.
- Le rôle de la température sur les croissances microbiennes associées ou
parasites à la réaction doit intervenir dans le choix de l'enzyme
- La présence d'activateurs ou d'inhibiteurs de l'enzyme dans le milieu réac­
tionnel ne doit pas être sous-estimée.
La disponibilité d'effecteurs exogènes bien caractérisés, peu onéreux et utili­
sables dans le process pour accélérer ou interrompre une réaction précise peut
intervenir dans le choix du catalyseur.
2.2 SPÉCIFICITÉ
Les enzymes produites pour les applications agro-industrielles peuvent avoir
des spécificités très étroites (présure) ou au contraire, très larges (papaïne,
proteases fongiques acides), la caractérisation préalable de l'activité souhaitée
est donc essentielle. La spécificité est une des caractéristiques catalytiques
susceptibles d'être modifiées par des variations de microenvironnement ; il est
souhaitable de vérifier laé des enzymes dans des milieux réactionnels
proches au niveau de la composition et de la physicochimie d e ceux réellement
utilisés.
Par ailleurs, les préparations enzymatiques sont riches ou dépourvues d'activi­
tés secondaires; celles-ci peuvent être indésirables ou au contraire valorisantes,
il ne faut pas les négliger.
Il n'y a donc pas de stratégie de choix générale pour les IAA ; la seule solution
est de faire des tests comparatifs de plusieurs enzymes dans les conditions
réelles du procédé.
2.3 FACILITÉ D'OBTENTION
Une fois un ou plusieurs catalyseurs sélectionnés sur des critères de réactivité,
il est indispensable de vérifier leur disponibilité en terme de quantité et de
qualité. Si l'ajout d'enzyme constitue une modification importante du procédé,
nécessitant des installations industrielles nouvelles, la régularité des perfor­
mances de l'enzyme est essentielle.
Le prix des enzymes intervient en général très faiblement dans le coût total du ENZYMES EN AGROAUMENTAIRE 10
procédé. Le rapport prix / «qualité» est plutôt le critère à considérer dans le
choix du fournisseur.
2.4 LÉGISLATION
Un nombre très restreint d'enzymes est aujourd'hui autorisé en agroalimentaire,
la législation dans ce domaine fonctionne par listes positives : « tout ce qui n'est
pas autorisé est interdit». La sévérité de la législation dépend si la production
relève des industries de première ou de deuxième transformation. L'utilisation
d'une matière première contenant l'activité enzymatique recherchée est parfois
employé e comme moyen détourné pour assurer l'apport du catalyseur (lipoxy­
genase en panification).
Il est également possible de demander spécifiquement l'autorisation d'utiliser
une enzyme particulière pour une production donnée, le temps est alors le
facteur limitant.
3
L'avenir des enzymes
dans l'agroalimentaire
Les potentialités très nombreuses des enzymes semblent encore peu exploitées
dans les industries agroalimentaires où seules les hydrolases sont utilisées de
façon significative.
Les raisons sont multiples, mais trois critères représentent les obstacles
majeurs au développement de la technologie enzymatique :
- les enzymes permettant les réactions de synthèse ou de transfert de groupe­
ments nécessitent, pour la plupart, des cofacteurs qu'il n'est pas envisa­
geable de fournir en quantités stoechiométriques des matières premières
pour des raisons de coût ;
- la catalyse enzymatique est perturbée quantitativement et qualitativement
dans les milieux anisotropes des industries agroalimentaires et il est impos­
sible d'y extrapoler les données cinétiques obtenues en milieu « idéal » ;
- la stabilité des enzymes est souvent insuffisante dans les conditions de fonc­
tionnement industrielles.
Les progrès récents, d'une part en enzymologie en milieux non-conventionnels,
d'autre part au niveau de nouvelles sources potentielles d'enzymes devraient
permettre de lever plusieurs de ces limitations.
La catalyse en milieux hétérogènes est largement étudiée et dès à présent mise
en œuvre pour la synthèse de molécules à haute valeur ajoutée. Les procédés
mis au point pour ces applications pourraient être ultérieurement exploités
dans les industries agroalimentaires.
De nouvelles sources d'enzymes aux potentialités différentes sont aujourd'hui à 11 La place des enzymes en agroalimentaire
l'étude. Les enzymes de micro-organismes thermostables et/ou barophiles et
les enzymes obtenues par génie génétique devraient présenter des propriétés
plus en adéquation avec les conditions difficiles d'utilisation propres aux IAA et
offrir de nouveaux débouchés.
Les utilisations des enzymes restent soumises aux conditions du marché. Si les
biocarburants se développent du fait des avantages fiscaux décidés par les
gouvernements, le secteur amidonnerie devrait accroître ses consommations
d'enzymes. Le secteur de l'alimentation animale est supposé se développer for­
tement dans les prochaines années et devrait être demandeur de phytases et
d'hémicellulases.
La place des enzymes dans l'agroalimentaire qui a déjà progressé du fait de la
rationalisation des procédés, de la mise sur le marché de préparations enzyma­
tiques plus actives et plus adaptées aux utilisations, de la variété des produits
obtenus par voie enzymatique à partir d'un même substrat, devrait encore
s'accroître dans un futur proche. Les industries agroalimentaires devraient
émarger pour une part majeure dans les 70 % de progression du marché des
enzymes attendues dans les dix prochaines années. RÉFÉRENCE S
BIBLIOGRAPHIQUE S
Cheetha m P.S., 1988. Recent develop­ Hackin g A.J., 1988 . Economic an d com ­
ment s in enzym e technology as applie d t o mercia l factors influencing th e rol e of bio­
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Cheetha m P.S., eds , p p 11 7-172 , Elsevier Cheetha m P.S., eds, p p 25-58, Elsevier
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Godfre y T. et West S., 1996. Biofutu r « Spécial Enzymes », mai
Introductio n to industrial enzymology 1985 . p 1-110.
dans : Industrial Enzymology, Godfrey T.
dan d West S., eds, 2 edition, pp 1-18, Donnée s économiques 1995-1996.
Stockto n Press. communiquée s aimablement par le
D r Jérôme SOUPPE, Gist Brocades. 2
LES PRINCIPES
DE LA RÉGLEMENTATION
SUR L'UTILISATION
DES ENZYMES
DANS LES INDUSTRIES
ALIMENTAIRES
P. BESANÇON 'emploi d'enzymes dans les industries alimentaires relève d'une régle­
mentation reposant sur le principe d'une liste positive, au même titre que L les additifs et auxiliaires technologiques. Cela veut dire que ne peuvent
être utilisées que les seules préparations enzymatiques qui auront été experti­
sées et expressément autorisées. La liste positive, sans être exclusive, est
cependant évolutive et est donc susceptible d'être remaniée et additionnée de
nouvelles enzymes ou de nouvelles préparations.
L'arrêté principal relatif à l'emploi des préparations enzymatiques dans la
fabrication des denrées et boissons destinées à l'alimentation humaine date du
5 septembre 1989 (JO 1.10.89) et en définit le cadre général d'utilisation en
donnant une liste d'enzymes autorisées. Ce texte abroge un précédent arrêté
du 15 mars 1983.
D'autres textes se réfèrent à l'utilisation d'enzymes :
- l'arrêté du 20 juin 1985 autorisant l'emploi de lactase pour l'hydrolyse du
lactose ;
- l'arrêté du 21 décembre 1988 qui donne une liste de proteases végétales,
animales et microbiennes autorisées pour la préparation d'hydrolysats pro-
téiques destinés à une alimentation particulière ;
- l'arrêté du 24 mars 1993 sur l'emploi des (3-cyclodextrines et qui autorise la
cyclodextrine-glycosyl-transférase de Bacillus macerans et de Bacillus cir-
culans;
er- une série d'arrêtés, datés des 16 juin 1993, 27 août 1993, 1 février 1994 et
18 août 1994, et qui viennent compléter l'arrêté du 5 septembre 1989 en
autorisant de nouvelles enzymes.
Il est à noter que les enzymes d'origine animale (pepsine, présure...) utilisées
en fromagerie font l'objet d'une réglementation particulière française et que les
enzymes utilisées en œnologie relèvent d'une réglementation européenne
(Règlement de la Commission n° 3220-90 du 7 novembre 1990 déterminant
les conditions d'emploi de certaines pratiques oenologiques prévues par le
règlement CEE n° 822-87 du Conseil).
1
L'arrêté du 5 septembre 198 9
Il fait référence à des préparations enzymatiques et non à des enzymes pures
ou cristallisées. Cess sont donc composées d'enzymes d'origine
végétale, animale ou microbienne, éventuellement en mélange avec les consti­
tuants résiduels des organismes d'origine - donc avec d'autres protéines - et
avec des additifs de conservation et des agents diluants ; les enzymes peuvent
être immobilisées sur des supports inertes. Les principes de la réglementation sur l'utilisation des enzymes dans les industries alimentaires 1 5
L'arrêté définit les règles générales permettant de garantir l'innocuité des pré­
parations en précisant les conditions d'obtention, les critères de pureté chi­
mique et biologique, les normes d'étiquetage et les conditions d'emploi.
Les tissus animaux ou végétaux d'où sont extraites les enzymes ne doivent pas
présenter de risque toxicologique et les micro-organismes producteurs doivent
être réputés non pathogènes. Le mode d'obtention de l'enzyme ne doit pas
entraîner la présence de résidus ou de metabolites toxiques ni de substances
néoformées nocives. Les additifs de conservation et les diluants autorisés sont
répertoriés ainsi que les doses maximales d'utilisation et les teneurs résiduelles
admises dans les aliments et boissons traités.
7.7 CRITÈRES DE PURETÉ
Les critères de pureté chimique portent essentiellement sur les métaux lourds :
- moins de 0,5 mg/kg pour le cadmium et le mercure,
- moins de 3 mg/kg pour l'arsenic,
- moins de 10 mg/kg pour le plomb.
Au plan microbiologique les normes portent sur :
- les germes aérobies mésophiles revivifiables : moins de 50 000 /g,
- les salmonelles : absence dans 25 g,
- les conformes : moins de 30 dans 1 g,
- les germes anaérobies sulfitoréducteurs : moins de 30 dans 1 g,
- Staphylococcus aureus : absence dans 1 g.
L'absence de mycotoxines et d'activité antibiotique doit être garantie dans les
préparations.
7.2 ENZYMES AUTORISÉES
L'arrêté du 5 septembre 1989 propose en annexe une série d'enzymes autori­
sées ainsi que des organismes producteurs et des usages autorisés pour
chacune de ces enzymes. Ces préparations enzymatiques peuvent se classer
dans les catégories suivantes :
-enzyme s coupant les liaisons al-4 et al-6 glycosidiques (a-amylases et
enzyme débranchante),
- enzymes coupant les liaisons f31-3 et p*l-4s (fj-glucanases),
- disaccharidase (invertase ou saccharase),
- glucose-isomérases,
- pectinases,
- proteases et chlorhydrate de lysozyme. ENZYMES EN ACROALIMENTAIRE 1 6
2
Nouvelles enzymes autorisées
Cette première liste a été complétée par des arrêtés postérieurs autorisant de
nouvelles enzymes :
- a-amylases, pullulanase, glucose-isomérase,
- cellulase et un complexe cellulase-hémicellulase-P-glucanase,
- inulinase et p-fructofuranosidase,
- pentosanase,
- phospholipase A 2
- a-acétolactate decarboxylase.
Quatre enzymes sont issues d'organismes génétiquement modifiés (arrêté du
e r
1 février 1994) :
- une a-amylase de Bacillus licheniformis modifiée par recombinaison homo­
logue,
- une a-amylase de Bacillus contenant le gèn e de Bacillus stea-
rothermophilus,
- une exo-oc-amylase maltogène de Bacillus subtilis contenant le gène de
Bacillus stearothermophilus,
- une a-acetolactate decarboxylase de Bacillus subtilis contenant le gène de
Bacillus breuis.
Il y aurait lieu de mentionner aussi les chymosines recombinées et produites
par Kluyueromyces lactis, Aspergillus niger et Escherichia coli qui ont bénéficié
des avis favorables du Conseil supérieur d'hygiène publique de France et du
Comité scientifique de l'alimentation humaine à Bruxelles.
L e tableau 1 donne la liste des enzymes actuellement autorisées par la régle­
mentation française.
Les enzymes sont regroupées ici principalement par grandes classes d'activité.
Il serait bon, chaque fois que nécessaire, de vérifier les conditions exactes
d'emploi en se reportant au texte précis des arrêtés. Bien entendu, cette liste ne
doit pas être considérée comme définitive, puisque d'autres autorisations
peuvent être données, lorsque les demandes en sont faites. Les principes de la réglementation sur l'utilisation des enzymes dans les industries alimentaires 1 7
TABLEA U 1
Enzymes autorisées par la réglementation française
Enzymes Origin e Utilisatio n Arrêt é
a-amylases 8. subtilis hydrolyse de l'amidon, biscuiterie, bière 05.09.89
B. licheniformis jus de fruits, de légumes, pâtisserie
A. niger hydrolyse de l'amidon 05.09.8 9
A. oryzae biscuiterie, pâtisserie, bière
panification, jus de fruits, de légumes
B. subtilis panification spéciale 15.06.93
a-amylases B. licheniformis hydrolyse de l'amidon 01.02.94
(recombinant, homologue) bière, alcool
S.
(8. stearothermophilus)
amyloglucosidases A. niger hydrolyse de l'amidon 05.09.8 9
A. oryzae biscuiterie, pâtisserie, bière
A. niger jus de fruits, de légumes 18.08.94
exo-a-amylase B. subtilis panification 01.02.94
maltogène (8. stearothermophilus) sirops de maltose
pullulanases B. acidopullulyticus hydrolyse de l'amidon, bière 05.09.8 9
panification spéciale 27.08.93
Klebsiella planticola hydrolyse de l'amidon, bière 18.08.94
glucose Streptomyces violaceaniger sirops de glucose à teneur élevée 05.09.8 9
isomérases 5. olivochromogenes en fructose
S. rubiginosus
Actinoplanes missouriensis
B. coagulens
Streptomyces murinus sirops de glucose à teneur
élevée en fructose 15.06.93
invertase Saccharomyces cerevisiae confiserie 05.09.8 9
lactase Kluyveromyces lactis, lactose hydrolyse 20.06.8 5
K. fragilis
A. niger, A. oryzae
cyclodextrine- B. macérons (3-cyclodextrine 24.03.93
glycosyltransférase B. circulons
(5-glucanases B.subtilis, A. niger bière 05.09.8 9
Disporotrichum
dimorphosporum
endoglucanase
pentosanase Humicola insolens panification, bière 18.08.94
pectinases A. wentii, A. niger fructo-oligosaccharides 05.09.93
cellulase Trichoderma reesei s 15.06.93
complexe cellulase- A. niger s 15.06.93
cellobiase
hémicellulase-
p-glucanase-ENZYMES EN ACROALIMENTAIRE
1 8
15.06.93 fructo-oligosaccharides A. niger inulinase
27.08.93 s A. niger p-fructofuranosidase
18.08.94 biscuiterie, pâtisserie, panification hémicellulase A. niger
a-acétolactate
01.02.94 bière, alcool decarboxylase B. subtilis
(B. brevis)
15.08.94 sauces émulsionnées pancréas de porc phospholipase A2
05.09.8 9 bière, hydrolysats de protéines Cacica papaya papaïne
05.09.8 9 biscuiterie, patisserie proteases B. subtilis
jus de fruits, de légumes A. oryzae, A. wentii
05.09.8 9 hydrolysats de protéines B. licheniformis
05.09.8 9 fromagerie Endothia parasitica proteases acides
Mucor pusillus, M. miehei
05.09.8 9 fromagerie protease Micrococcus caseolyticus
pepsine, trypsine, pancréas
chymotrypsine muqueuses de mammifères
extraits pancréatiques,
de muqueuses
chymosine, présure
21.12.8 8 hydrolysats de protéines destinés papaïne papaye
à une alimentation spéciale
proteases à serine B. subtilis, B. licheniformis
A. oryzae, A. wentii
métalloprotéases B. subtilis,
A. oryzae, A. wentii
proteases acides A. oryzae, A.
Mucor miehei, M. pusillus
Endothia parasitica.
- liste mise à jour en avril / 996 .
- les enzymes d'origine animale utilisées en fromagerie (pepsine, présure...) ne relèvent pas de l'arrêté du
5.09.89, ni des arrêtés modificatifs.
- les enzymes utilisées en œnologie ou dans l'industrie des jus de fruits relèvent d'un règlement communau­
taire.
3
Procédure d'autorisation de nouvelles
préparations enzymatiques
Une préparation enzymatique est considérée comme nouvelle s'il s'agit d'une
activité non encore répertoriée ou si l'enzyme est produite par un organisme
différent, y compris un organisme génétiquement modifié (OGM) ou encore s'il
s'agit d'un nouveau domaine d'utilisation. Dans chacun de ces cas, une

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