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La fabrication du pain, les connaissances

© Inra, J.M. Salmon

La fabrication du pain repose sur l’action d’un champignon microscopique, la levure et éventuellement de bactéries lactiques dans le cas du pain au levain, sur les composants du blé.

Le pain, définition

Le “pain de tradition française” est le seul à avoir une composition définie (décret n°93-1074 daté du 13 septembre 1993) qui protège sa saveur et son naturel. Il ne doit subir aucun traitement de surgélation au cours de son élaboration et résulte de la cuisson d’une pâte qui est  :

• composée exclusivement d’un mélange de farines panifiables de blé, d’eau potable et de sel de cuisine ;
• fermentée à l’aide de levure de panification (Saccharomyces cerevisiae) et/ou de levain (si l’agent de fermentation est le levain, celui-ci peut renfermer de la farine de seigle) ;

et contient éventuellement 2 % de farine de fèves, 0,5 % de farine de soja, 0,3 % de farine de malt de blé et des ajouts naturels (amylases fongiques et gluten).

Pour mieux comprendre ce qui se passe

Dans la pâte, en absence d’oxygène, les microorganismes naturellement présents dans la farine ou apportés sous forme de levure de panification dégradent les sucres naturellement présents dans la farine au cours du processus de fermentation pour produire l’énergie qui est nécessaire à leur vie.

Lorsque la pâte est fermentée à l’aide de levain, on laisse se développer les microorganismes présents dans la farine. Dans 100 g de farine, vivent naturellement un million (10⁶) de levures, essentiellement du genre Saccharomyces et 10 millions (10⁷) de bactéries, essentiellement lactiques.

Lorsque la pâte est fermentée à l’aide de levure de boulangerie, un apport de 2,5 g de levure de boulangerie pressée pour 100 g de farine fournit 25 milliards (25 x 10⁹) de cellules. Leur action prédomine au cours de la panification.

Au cours du pétrissage, à partir des sucres, les bactéries produisent de l’acide lactique ou de l’acide acétique et de l’alcool selon les genres en présence ; la levure fabrique de l’alcool et du gaz carbonique.

Les sucres naturellement présents dans la farine sont le glucose et le saccharose. Ils représentent au maximum 0,5 g pour 100 g de farine auxquels s’ajoutent au plus 25 g de maltose libérés par kg de pâte sous l’action d’enzymes naturellement présentes dans la farine.

Le gaz carbonique provoque la levée de la pâte, la totalité de l’alcool s’évapore lors de la cuisson, les acides contribuent au goût acide du pain au levain et les produits issus en très faibles quantités d’un certain nombre d’autres fermentations participent au goût et à l’arôme du pain.

La levure de boulangerie, que les scientifiques appellent Saccharomyces cerevisiae, est un champignon microscopique eucaryote naturellement présent dans l’air qui peut se déposer sur la paroi des végétaux ou sur les aliments. En absence d’air, elle tire l’énergie nécessaire à sa vie du processus de fermentation à l’origine de la fermentation panaire ou de la fabrication du vin, à partir du raisin et de la bière, à partir de l’orge. En présence d’air, elle réalise des réactions de respiration et se multiplie abondamment. Ce processus est exploité lors de sa production industrielle.

Pain de levure de boulangerie pressée © Inra, A.H. Cain	Sachet de levure deshydratée © Inra, A.H. Cain

Pour aller plus loin

Pour observer les microorganismes qui interviennent dans la fabrication du pain, vous pouvez prélever un petit fragment de levure pressée ou une bille de levure déshydratée, la diluer dans un peu d’eau et

• étaler une goutte de la suspension à la surface d’une boîte de Petri contenant un milieu nutritif gélosé à l’aide d’un coton-tige trempé dans la dilution. L’étalement est réalisé sur la première moitié de la boîte. Celle-ci est tournée de 90°, la deuxième phase d’étalement est réalisée perpendiculairement à la première avec le même coton-tige.

Boîte de Petri contenant un milieu nutritif gélosé © Inra, A.H. Cain	Etalement en stries : première phase © Inra, A.H. Cain	Etalement en stries : deuxième phase © Inra, A.H. Cain

Les boîtes sont ensuite fermées avec deux morceaux de ruban adhésif placés de chaque côté des boîtes, retournées et placées dans un endroit tiède. Après quelques jours, des colonies apparaissent à la surface de la gélose nutritive.

Colonies de levure Saccharomyces cerevisiae sur milieu nutritif gélosé © Inra, A.H. Cain

• observer une goutte de la suspension au microscope optique après montage entre lame et lamelle :

Matériel nécessaire à l'observation micoscopique © Inra, A.H. Cain	Pose de la goutte de suspension sur la lame © Inra, A.H. Cain
Pose de la lamelle sur la lame © Inra, A.H. Cain	Préparation placée sur la platine du microscope optique © Inra, A.H. Cain

Cellules de Saccharomyces cerevisiae en microscopie optique. Grossissement 200 X © Inra, M.C. Le Tarnec

Pour mettre en évidence le rôle des microorganismes dans la fabrication du pain, vous pouvez réaliser une fermentation in vitro :

 

• mélanger 10 cl d’eau tiède (environ 25°C), 5 g de levure de boulanger pressée (1/8 d’un pain de levure de boulanger pressée) et une cuillère à café de sucre en poudre ou un morceau de sucre (5 g) jusqu’à dissolution dans un verre, verser dans une bouteille en verre à l'aide d'un entonnoir,

disposer un ballon de baudruche sur le goulot de la bouteille © Inra, A.H. Cain

• observer le dégagement gazeux qui apparaît progressivement à la surface du liquide et laisser le ballon de baudruche se gonfler.

Etapes de la mise en évidence d'un dégagement gazeux lors d'une fermentation © Inra, A.H. Cain

Agiter de temps en temps pour empêcher la sédimentation des levures. 
On veillera à ce que le volume libre dans la bouteille ne soit pas trop important et on cherchera à maintenir la suspension microbienne à une température voisine de 25°C pour favoriser le métabolisme cellulaire.

En consommant le sucre disponible dans le milieu, la levure produit de l’éthanol (C₂H₅OH) et du gaz carbonique ou dioxyde de carbone (CO₂) selon la réaction :

Placée dans un milieu sucré, la levure de boulanger utilise le sucre (saccharose) comme source d’énergie pour croître et se multiplier. C'est l'activité chimique de ce microorganisme qui provoque le dégagement gaz carbonique sous forme de bulles et fait gonfler la pâte à pain.

Pour caractériser le gaz contenu dans le ballon, vous pouvez ensuite détacher le ballon de la bouteille tout en le maintenant fermé, laisser le gaz s'échapper doucement du ballon dans un pot de yaourt en verre puis déposer une bougie chauffe-plat dans le fond du pot de yaourt. Vous constaterez que la bougie s'éteint  du fait de la présence de gaz carbonique incompatible avec sa combustion.

 

Quelques chiffres

En France, la consommation de pain représente 165 g par jour et par personne en 2002, en France, contre 900 g en 1900.
 

Le cycle industriel de production de levure de boulangerie permet de récolter environ 40 tonnes de levure 10 jours après l’ensemencement du premier tube à essai au laboratoire.

Un peu d'histoire

L’histoire du pain commence en 8 000 av. J.C. avec le début de l’agriculture dans la région du Croissant Fertile, située à la frontière de l'Iran et l'Irak actuels. Elle se développe au cours de l’Antiquité avec l’avènement des civilisations méditerranéennes (égyptienne, grecque et romaine).
Au Moyen Âge, la cuisson du pain fait l’objet d’une redevance. Les boulangers, alors appelés talmeliers, s’organisent en corporation.
Dès la Renaissance, le développement des sciences profite à la technologie meunière et boulangère : les premiers travaux scientifiques applicables à la levure bénéficient de l’invention du microscope par le hollandais Antonie van Leeuwenhoek (1677) ; la fermentation par la levure de bière se développe ; le pain se diversifie et les pains grossiers (de pois, de fèves ou de glands) n’apparaissent plus qu’en période de disette. Le blé connaît de fortes hausses de prix et la pénurie de pains provoque de nombreuses émeutes : en 1774, la « guerre des farines » est déclenchée par l'Edit de « libre circulation des grains » d'Anne Robert Jacques Turgot.
Au XIX^e siècle, les pétrins mécaniques apparaissent et les machines à mouture se perfectionnent. En 1860, Louis Pasteur identifie la levure comme le micro-organisme responsable de la fermentation alcoolique et montre qu’elle peut vivre aussi bien en présence qu’en l’absence d’oxygène. Elle se multiplie dans le premier cas et réalise une fermentation dans le second. Les levures de distillerie d’alcool de céréales remplacent les levures de bière. A partir de 1867, la fabrication industrielle de la levure se développe.
Au XX^e siècle, la mécanisation des opérations de panification s’accentue. Les fermentations sont de mieux en mieux maîtrisées, soutenues notamment par une recherche active qui touche une meilleure connaissance du métabolisme des levures, la sélection des souches et l’amélioration des techniques de fabrication.

Contact
Catherine Foucaud-Scheunemann, Mission Communication ; Catherine.Foucaud@versailles.inra.fr