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La panification

vendredi 20 juin 2014 par Joëlle Mirabaud

Ce TPE réalisé par Amélie, Clotilde et Pauline LAROCHE, élèves de 1°S3, a obtenu le premier prix au concours QuinteSciences

Problématique :
L’existence du pain remonte à l’antiquité ou les égyptiens utilisaient les eaux du Nil pour le mélanger à de la farine. Cette eau avait, disait-on, les propriétés de faire monter la pâte. D’autres remplaçaient l’eau par de la bière, ces techniques ancestrales permettaient l’obtention d’un pain moelleux renfermant une belle mie aérée.
Aujourd’hui, le pain est devenu un aliment du quotidien et se compose principalement d’eau, de farine et de levure.
Mais qu’est-ce qui permet la création d’un pain à mie alvéolée ?
Quel est le phénomène responsable de la formation de ces multiples trous mystérieux qui parsèment l’intérieur du pain ?
Et surtout, comment ce déroule ce phénomène ?

Dans une première partie, nous nous pencherons sur l’origine des bulles de gaz puis dans une seconde partie, nous examinerons comment le pain a conservé les dites bulles.

I : la production des bulles de gaz
A : Le choix des levures
1) expérience n°1 : la levure chimique

La levure chimique comme son nom l’indique, n’est pas une cellule vivante mais un mélange de deux composants chimiques : le bicarbonate de sodium et le pyrophosphate de sodium. Ces deux composants, lorsqu’il réagissent, permettent la production d’un gaz : le CO2. Très utilisé lors de la confection de pâtisserie, il est impossible de faire un pain convenable avec.
Pourquoi ? ... La levure chimique aurait besoin d’eau chaude pour agir.
Voici une petite expérience pour valider cette hypothèse. Pour les besoins de notre expérience , nous avons utilisé deux erlenmeyers : un ou nous avons mis de la levure chimique et un autre ou nous avons mis de l’eau de chaux . Nous avons ensuite versé de l’eau chaude dans l’erlenmeyer qui contenait la levure que nous avons immédiatement fermé avec un bouchon relié par un tube de plastique plongeant dans de l’eau de chaux du second erlenmeyer.
Lorsque l’on mélange de la levure chimique avec de l’eau, il se produit une réaction particulière créant un dégagement de CO2 : cette réaction s’appelle la réaction acide-base. Lors de cette réaction chimique, le composant basique devient acide et le composant acide devient basique. Ici, c’est le bicarbonate de sodium qui réagit avec l’eau, ce qui crée du dioxyde de carbone ainsi que de l’eau :
H2O (acide) + (HCO3-+ Na+) basique = CO2, + H2O + HO- + Na+
L’ion Na+ ne participe pas à la réaction acide base : cet ion stable se retrouve dans le produit fini. Le pyrophosphate de sodium permet d’améliorer cette réaction.

Une pâte à pain à qui on a administré de la levure chimique ne lève pas bien : la première pousse donne un résultat peu intéressant du fait de la faible production de gaz à température ambiante et la seconde pousse est nulle, la levure chimique ne réagissant qu’une seule fois. Or ces deux levées sont indispensables pour obtenir la mie si caractéristique du pain et également son goût. A l’inverse, un gâteau n’a pas besoin de ces deux pousses : le gâteau est mis au four sitôt que sa préparation est effectuée : la présence d’eau et la chaleur permettent alors l’activation de la réaction chimique avec une production de CO2.

2) la levure de boulangerie Saccharomyces Cerevisiae
C’est une petite cellule eucaryote, de 5 à 12μm de longueur et de 5 à 9μm de largueur. De forme ovoïde (qui ressemble à un œuf) et unicellulaire (organisme vivant composé d’une seule cellule), elle est utilisée depuis l’antiquité dans la fabrication du pain, de la bière, de la cervoise ce qui lui a donné son nom.
C’est ce petit champignon qui assure la levée du pain. Les levures sont capable de survivre dans des milieux riches en oxygène en pratiquant la respiration, mais également dans des milieux dont l’oxygène est partiellement voir même totalement inexistant en pratiquant la respiration. On dit que cette levure est de type aéro-anaérobie.
Lors de la fabrication du pain , une certaine quantité de levure est ajoutée au mélange eau + farine . Cette quantité de levure augmente rapidement en début de travail car la brève présence d’O2 permet aux levures de respirer ce qui leur fournit suffisamment d’énergie pour bourgeonner. Le deuxième pétrissage permet d’homogénéiser la pâte et d’obtenir ainsi une bonne répartition des levures nouvellement formées.
Les levures Saccharomyces cerevisiae ont une reproduction asexuée, par bourgeonnement. La levure mère crée une protubérance en même temps qu’elle réplique son ADN, un nouveau noyau se forme puis migre vers la protubérance dont les extrémités commencent à s’étrangler. Cela finit par donner une cellule fille de diamètre inférieur à la cellule mère. Cette nouvelle cellule va alors commencer à grossir puis plus tard à bourgeonner.

B : La fermentation panaire
1) expérience n°2 : la consommation du glucose

Les levures sont des êtres vivants, par conséquent elles doivent se nourrir afin d’avoir suffisamment d’énergie pour leurs activités métaboliques (respiration, fermentation, multiplication…), on peut supposer qu’elles consomment du glucose comme la majorité des cellules.
Pour valider notre hypothèse , nous avons utilisé une boite de Petri contenant du glucose que l’on dilue avec un peu d’eau. Nous effectuons ensuite un test de dépistage avec une bandelette afin de mesurer la concentration de glucose en début d’expérience. Les levures sont alors incorporées dans ce mélange d’eau et de glucose.
Un temps d’attente est nécessaire avant de plonger une deuxième bandelette. En comparant les deux tests, on remarque que la concentration de glucose a diminué : du glucose a été consommé par les levures.

2) expérience n°3 : la fermentation panaire

II : La conservation des bulles de gaz
A : le pain : une mousse solide

Une mousse par définition est issue d’une dispersion homogène d’un gaz dans un milieu continu liquide. Il y a deux types de mousses :
- les mousses liquides formées par un amas serré de bulles de gaz (sorbet, crème....)
- les mousses solides produites par solidification de la surface. Le pain est une mousse solide.

Qu’est-ce qui peut bien former cette surface solide ?
Hypothèse  : Dans la farine, en dehors de l’amidon, il y a du gluten : ce serait l’action de cette molécule qui formerait cette structure.
1) expériences n°4 : Rôle du gluten
Protocole  : on mélange d’un coté de la farine de blé avec de la levure et de l’eau et de l’autre de la farine de maïs avec de la levure et de l’eau puis on façonne les deux pâtes qu’on laisse reposer 1h30 au chaud sous la lampe.
Résultats  : on remarque que la pâte faite avec la farine de blé a beaucoup augmenté de volume et que celle faite avec la farine de maïs a moins gonflé et présente des petites bulles qui éclatent à sa surface.
1) expériences n°5 : le réseau de gluten La cystéine est un acide aminé naturellement présent dans les protéines gliadine et gluténine des germes de blé. Comportant des groupement sulfhydriles (liaison simple de deux atomes : un atome de soufre et un d’hydrogène S-H), elle appartient au groupe des Thiols.
Lors d’ un phénomène d’oxydation, les cystéines vont réagir deux à deux et se lier par une liaison covalente entre leur atome de soufre. C’est la formation d ’un pont disulfure.

2) expérience n°6 : absence de réseaux dans la farine de maïs
Pour confirmer l’absence du gluten nous avons repris l’expérience précédente en remplaçant la farine de blé par celle de mais. Au fur et à mesure du lavage, toute la pâte se désagrège pour partir dans l’évier. Les molécules de gliadine et gluténine ne sont pas présentes dans toutes les farines, il y a absence de gluten dans le maïs.

B : intolérance au gluten
1) expérience n°7 : l’agar agar

La gomme de guar est extraite d’une graine d’une légumineuse appelée cyamopsis tetragonoloba .

2) mise en relation avec la gomme de guar et utilisation dans le pain
La gomme de guar est un des additifs les plus utilisé sous le nom E412. C’est du galactomannane, une gomme de nature glucidique, polymère d’hexoses à 6 C (plus précisément une unité de galactose pour deux mannoses).
La gomme de Guar est utilisée pour ses propriétés agglutinante et stabilisante car elle permet la formation d’un gel. Dans la panification elle permet de rendre la pâte visqueuse ce qui retient les bulles.

3) La fin de la réaction : la cuisson ou la fermentation explosive
Cette fermentation se passe lors de la cuisson. Les gaz produit par les levures et conservés dans la pâte se dilatent sous l’effet de la chaleur, les alvéoles présentes dans le pain augmentent alors de volume et font gonfler le pain.
Les gaz participants à la levé de la pâte en plus du CO2 sont les vapeurs qui s’évaporent à la chaleur : vapeur d’eau et vapeur d’alcool produit par fermentation.
La fermentation explosive dépend de :
- la température,
- l’élasticité de la pâte,
- la quantité de gaz présent dans la pâte,
- de la masse et de la taille des pâtes.
Lorsque la surface de la pâte est en grande majorité en contact avec la surface du four comme dans le cas des baguettes , la réaction est très explosive. Les alvéoles se dilatent aux maximum jusqu’à parfois se déchirer donnant une mie ouverte , c’est-à-dire que l’air peut passer d’un trou à l’autre.
Pour un pâte ayant une petite surface en contact avec le four par rapport à sa masse comme les boules, la réaction est plus lente. La chaleur atteint plus difficilement le cœur, ce qui rend l’évaporation et la dilatation des gaz plus lente.
Lorsque la masse de la pâte est très grande la levée de la pâte est ralentie par la gravitation .
L’action des levures se termine à 50°C car les levures meures. En présence d’eau, l’amidon se gélifie à 70°C. Lorsque la température baisse, le gel formé se rigidifie donnant à la pâte sa forme définitive.
Pour augmenter le temps de levée de la pâte lors de la fermentation explosive, il ne faut pas que la croute se solidifie trop vite car lorsqu’elle est formée la pâte ne peut plus monter. Pour cela de l’eau est mise dans le four pendant la cuisson pour que la vapeur formée ralentisse la formation de la croute. Plus le pain lève longtemps plus sa mie est alvéolée.

Conclusion
Nous pouvons affirmer que la levure de boulangerie est un facteur essentiel à la levée du pain et à la formation des alvéoles dans sa mie. Cependant sa seule présence n’est pas suffisante pour expliquer ce phénomène de levée. En effet, d’autres paramètres indispensable sont à prendre en compte comme le temps de pousse et de pétrissage, le type de farines ou additifs utilisé, la taille de la pâte ou encore la température ambiante.
Notre hypothèse ce trouve donc validée mais incomplète. La transformation de la farine en un pain à la mie alvéolée est le résultat d’une association de l’ensemble des paramètres mentionnés. Si un seul vient à manquer, la transformation est incomplète et le pain est raté.


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Lycée Jules-Hardouin Mansart de Saint Cyr L’Ecole (académie de Versailles)
Directeur de publication : Emmanuel ROUX