Table des mati�res - Pr�c�dente - Suivante

Principes g�n�raux

1. Composition chimique des grains
2. Caract�ristiques physiques des grains
3. Propri�t�s biophysicochimiques des grains
4. Manifestation de l'activit� vitale du grain
5. M�canismes de l'alt�ration des grains
6. Appr�ciation de l'aptitude au stockage

Les c�r�ales sont de la famille des gramin�es, leur grain ou caryopse (1) se pr�sente soit nu lorsqu'il a perdu ses enveloppes sous l'effet du battage (bl� et ma�s), soit v�tu lorsque ses enveloppes sont rest�es attach�es ou soud�es au grain apr�s battage (orge, avoine, sorgho, riz). Ces plantes sont cultiv�es pour leur grain riche en amidon qui est consomm� par l'homme et les animaux pour sa valeur �nerg�tique.

Les plantes prot�agineuses produisent des grains plus riches en prot�ines (pois, f�verole). Les plantes ol�agineuses produisent des grains riches en mati�res grasses (lin), et certains ont aussi des grains riches en prot�ines, on les appelle alors ol�o-prot�agineuses (colza, soja, tournesol). Ces plantes appartiennent � des familles botaniques extr�mement diff�rentes: crucif�res (colza), compos�es (tournesol), l�gumineuses (soja) etc...

Le grain ou la graine (2) est un organisme vivant dont la finalit� est de perp�tuer l'esp�ce � partir de son embryon contenu dans le germe en permettant le d�veloppement d'une nouvelle plante. Donc, m�me en cellule de stockage o� il se trouve � l'�tat de vie ralentie, le grain respire et peut germer dans certaines conditions particuli�res de temp�rature et d'humidit�.

(1) - Fruit sec sans pulpe ni noyau.
(2) - Les mots � grain � et � graine � ont un sens g�n�ral identique:

• le grain d�signe un produit destin� � l'utilisation alimentaire ou agro-industrielle.
• la graine se rapporte au m�me produit destin� � servir de semence.

1. Composition chimique des grains

Le grain se compose de 3 parties principales

• le p�ricarpe ou enveloppe: c'est la pellicule cellulosique qui prot�ge le grain pendant sa formation dans l'�pi, au cours de sa conservation et aussi pendant la lev�e, dans le sol, en limitant l'entr�e des moisissures et des bact�ries. Toutefois le p�ricarpe n'est pas �tanche et permet le passage de l'air et de l'eau.
• l'endosperme ou amande: constitue presque tout l'int�rieur du grain et se compose principalement de minuscules grains d'amidon. On y trouve l'essentiel des r�serves �nerg�tiques qui nourrissent la plantule au moment de la germination.
• le germe ou embryon comprend 2 parties: la plantule (future plante) et le cotyl�don (r�serve de nourriture tr�s facilement assimilable, destin�e � la plantule) qui contient l'essentiel des mati�res grasses du grain dans le cas des c�r�ales.

Par ordre d�croissant d'importance en poids, on trouve parmi les constituants du grain:

• les �l�ments principaux: glucides, lipides et protides.

Les glucides, surtout sous forme d'amidon, de tr�s loin le constituant le plus important des c�r�ales, et les lipides ou mati�res grasses, constituants majeurs des ol�agineux, sont compos�s de carbone, d'hydrog�ne et d'oxyg�ne. Les protides pr�sents sous forme de prot�ines contiennent en plus de l'azote. D'une mani�re g�n�rale, les c�r�ales sont peu riches en prot�ines, contrairement aux prot�agineux (pois, f�verole) et aux ol�oprot�agineux (colza, tournesol, soja).

• les �l�ments secondaires: vitamines, pigments, min�raux, enzymes.
• l'eau: indispensable � la vie du grain, toujours pr�sente m�me � l'�tat sec.

Coupe longitudinale d'un grain de bl�. (Doc. ITCF).

Coupe sch�matique d'un grain de mais (Doc. ITCF).

Coupe longitudinale d'un grain de tournesol. (Doc. CETIOM).

COMPOSITION CHIMIQUE MOYENNE DE DIFFERENTS GRAINS (D'apr�s CETIOM et enqu�tes ITCF-ONIC). (% DE LA MS).

(1) Amidon non dosable.

COMPOSITION MOYENNE DES GRAINS DE BLE, ORGE, MAIS ET POIS EN ACIDES AMINES INDISPENSABLES
(en g/kg pour du grain � 14 % de teneur en eau).
(D'apr�s tables d'alimentation ITCF-ITP).

COMPOSITION MOYENNE DU GRAIN DE MAIS EN ACIDES AMINES, VITAMINES ET MINERAUX. (D'apr�s AGPM).

Les acides amin�s indispensables sont en caract�res gras
(1) Teneur en provitamine A

Les �l�ments principaux:

Les glucides:

Les glucides ou sucres se pr�sentent sous la forme de quelques sucres simples, mais surtout de compos�s plus ou moins complexes de ces m�mes sucres simples tels que le glucose et le pentose. Le plus important est l'amidon qui est la substance �nerg�tique par excellence, facilement digestible. C'est le constituant majeur des c�r�ales: 60 � 65 % du poids pour le bl� et 70 � 73 % pour le ma�s.

La cellulose qui entre dans la composition du p�ricarpe est un glucide complexe, difficilement digestible par les monogastriques.

Les protides et les prot�ines

Ce sont des compos�s azot�s que l'on rencontre sous forme simple (acides amin�s) et sous forme plus complexe (prot�ines). La teneur en prot�ines des c�r�ales et des prot�agineux varie suivant les esp�ces, elle est en moyenne de 43 % pour le soja, 12 % pour le bl�, 11 % pour l'orge et seulement 10 % pour le ma�s.

Certains de ces acides amin�s, telle la lysine, sont indispensables pour l'alimentation animale (substance n�cessaire � la croissance).

Les lipides:

Ce sont les mati�res grasses. Dans les c�r�ales elles sont fortement concentr�es dans le germe. Le bl� en contient 1 � 2 % et le ma�s 5 %. Dans les ol�o-prot�agineux elles sont �galement pr�sentes dans l'endosperme et en quantit� plus importante: 22 % pour le soja, 45 % pour le colza et 50 % pour le tournesol.

Les �l�ments secondaires:

Les pigments et les vitamines

Ce sont des compos�s chimiques complexes, surtout concentr�s dans le p�ricarpe et le germe � des teneurs tr�s faibles.
Les pigments sont sp�cifiques � chaque esp�ce et m�me � chaque vari�t�. Ils sont parfois associ�s � des vitamines (pigments carot�no�des).

Les enzymes

Ce sont aussi des substances complexes pr�sentes en quantit� n�gligeable mais dont le r�le est tr�s important: ils sont responsables des transformations que subissent les autres substances (hydrolyse de l'amidon et des prot�ines, destruction des sucres simples et des acides amin�s).

Les min�raux

Ils sont pr�sents dans le grain en faible quantit�. Les principaux sont: le potassium, le mangan�se, le cuivre, souvent associ�s � des sels (phosphates, chlorures ou sulfates).

L'eau:

L'eau est toujours pr�sente dans le grain, � une teneur plus ou moins grande. Du point de vue chimique et physique, son action solvante favorise les r�actions enzymatiques et les attaques microbiennes lorsque sa teneur dans le grain d�passe un certain seuil. Le r�le de l'eau et les probl�mes qu'elle engendre pour la conservation sont �tudi�s plus loin.

2. Caract�ristiques physiques des grains

Les grains peuvent �tre caract�ris�s par plusieurs crit�res physiques: le poids de 1000 grains, la forme (dont d�pend la porosit� d'une masse de c�r�ales), le poids sp�cifique.

Le poids de 1000 grains:

C'est un crit�re plut�t agronomique qui rend compte de la bonne formation et alimentation des grains et d�pend essentiellement de la date et de la densit� de semis ainsi que de la protection antifongique. Il sert � d�terminer le rendement d'une c�r�ale avant la r�colte. Cependant il peut aussi permettre de v�rifier si un grain a �t� conserv� dans de bonnes conditions, en effet une baisse du poids de 1 000 grains entre la mise en cellule et la vidange d'un lot rend compte d'une perte de mati�re s�che, donc d'un probl�me de conservation. Ce poids de 1000 grains g�n�ralement calcul� � la norme commerciale d'humidit� peut aussi �tre exprim� par rapport � la mati�re s�che.

Le poids sp�cifique:

POIDS DE 1000 GRAINS DE DIFFERENTS GRAINS AUX NORMES COMMERCIALES D'HUMIDITE. (D'apr�s ITCF).

POIDS SPECIFIQUE DE DIFFERENTS GRAINS (D'apr�s ITCF).

C'est une caract�ristique des grains qui d�pend principalement de la forme et du poids de 1000 grains. Si autrefois la connaissance du poids sp�cifique �tait indispensable, il n'en est plus de m�me aujourd'hui. En effet, jusqu'au milieu de ce si�cle les c�r�ales �taient encore souvent commercialis�es au volume, il fallait donc mesurer leur poids sp�cifique pour conna�tre exactement les masses livr�es. De nos jours le pont bascule s'est g�n�ralis� et on les commercialise au poids. Dans les transactions commerciales portant sur les c�r�ales � paille, on a conserv� le poids sp�cifique qui refl�te tout au plus une certaine qualit� physique des grains (beaux grains de poids de 1000 grains �lev� = poids sp�cifique �lev�). Il n'y a toutefois aucune relation entre la valeur alimentaire pour l'alimentation animale et humaine et le poids sp�cifique d'un grain. Le poids sp�cifique peut �tre influenc� par deux �l�ments: la teneur en eau des grains et les impuret�s.

En r�gle g�n�rale le poids sp�cifique augmente lorsque la teneur en eau de la c�r�ale diminue, mais il n'y a pas de loi universelle de conversion: les essais ont montr� selon la propret� des lots, qu'il fallait ajouter de 0,5 � 1 kg par hectolitre par point d'eau retir� (ou en exc�s par rapport � un standard de commercialisation).

En ce qui concerne les impuret�s deux cas se pr�sentent:

• s'il s'agit d'impuret�s l�g�res (paille, balles, barbes, etc.), apr�s leur �limination au nettoyeur-s�parateur le poids sp�cifique augmente,
• inversement, lorsqu'il s'agit d'impuret�s lourdes (cailloux, terre, etc... ), le poids sp�cifique restera identique, peut-�tre baissera-t-il ?

A l'encontre de ce que l'on pourrait croire, l'�limination des grains cass�s abaisse le poids sp�cifique.

Les manipulations et surtout le brassage du grain le font augmenter sans pour autant que la qualit� intrins�que ne soit modifi�e.

Officiellement le poids sp�cifique se mesure avec une tr�mie conique et un boisseau de 50 litres. En laboratoire il peut se calculer � partir de mesures effectu�es avec un nil�malitre.

D'autre part le grain, en vrac, se comporte comme un fluide d'o� toutes les possibilit�s de manutention par des moyens m�caniques et pneumatiques.

Du grain sec et propre, une fois mis au stockage a tendance � se tasser, ou se compacter, dans le temps, d'o� une augmentation de la masse volumique en place.

La forme des grains:

Les grains sont de formes tr�s variables: petits et ronds (colza et sorgho), gros et ronds (pois), ovo�des (bl� et orge), plus ou moins allong�s et aplatis (tournesol et ma�s dent�).
De cette forme d�pend le degr� de porosit� d'un tas de grain. En effet dans une cellule pleine de grains, tout le volume n'est pas occup� par le grain, un certain pourcentage de ce volume est de l'air interstitiel. Plus le grain est de petite dimension moins il laisse de place � l'air, c'est le cas du sorgho et du colza o� les espaces libres entre les grains ne repr�sentent que 30 % du volume, alors que dans le cas des grosses graines (ma�s, soja, pois) ce sont de 40 � 45 % du tas de grains qui sont occup�s par l'air.

C'est cette structure granulaire qui rend possible la ventilation � travers une masse de grain.

D'apr�s ce que nous venons de voir, il est �vident que l'air de ventilation aura plus de difficult�s � traverser une masse de colza qu'une masse de ma�s. La pression que devra fournir un ventilateur soufflant de l'air dans une cellule pleine de colza est environ 5 fois plus importante que celle n�cessaire pour traverser la m�me cellule pleine de mais pour assurer un d�bit d'air identique. Inversement, un ventilateur donn� fournissant un d�bit d'air correct dans du ma�s pourra, s'il est mal choisi, �tre totalement inefficace sur colza. D'o� l'importance de la connaissance des lois d'�coulement de l'air, elles m�mes li�es � la porosit� du milieu, pour le calcul des installations de ventilation.

3. Propri�t�s biophysicochimiques des grains

La conductibilit� thermique du grain

Le grain a une conductibilit� thermique faible, c'est un bon � isolant�. C'est une propri�t� qui a des avantages ou des inconv�nients suivant le cas dans lequel on se situe. Lorsque l'on s�che un grain il faut lui fournir une quantit� importante de calories pour �lever sa temp�rature afin d'�vaporer l'eau. De m�me en ventilation de refroidissement, une quantit� d'air importante est n�cessaire pour abaisser la temp�rature du grain, dans ces deux cas il s'agit d'inconv�nients. Par contre lorsque le grain est bien refroidi au cours de l'hiver, il se r�chauffe difficilement, les �changes de temp�rature entre le grain et le milieu environnant sont faibles et lents, dans ce cas l� c'est un avantage.

L'hygroscopicit� du grain

Le grain est un mat�riau hygroscopique, il se comporte comme une � �ponge �, c'est-�-dire qu'il peut �changer de l'eau sous forme de vapeur avec l'air ambiant selon l'humidit� relative de cet air. Cependant pour une temp�rature donn�e, il y a �quilibre entre l'humidit� relative de l'air et l'humidit� du grain.

De nombreux travaux ont permis d'�tablir des courbes d'�quilibre d'humidit� air-grain, sp�cifiques � chaque esp�ce.

Courbe d'�quilibre hygroscopique air-bl� a 25 �C.

Courbe d'�quilibre hygroscopique air-orge a 25 �C. (D'apr�s CHUNG).

Courbe d'�quilibre hygroscopique air-mais a 25 �C

Courbe d'�quilibre hygroscopique air-sorgho a 25 �C

Courbe d'�quilibre hygroscopique air-pois a 25 �C. (D'apr�s FNAMS).

Courbe d'�quilibre hygroscopique air-tournesol a 25 �C. (D'apr�s CETIOM)

Courbe d'�quilibre hygroscopique air-soja a 23 �C. (D'apr�s CETIOM).

D'apr�s ces courbes, si l'on met du grain en cellule � une teneur en eau donn�e, et que l'on n'effectue aucune ventilation, l'humidit� relative de l'air interstitiel va se mettre en �quilibre avec l'humidit� du grain. Autrement dit, la teneur en eau du grain en vrac va imposer l'humidit� relative de l'atmosph�re intergranulaire en raison de son volume faible par rapport � la masse de grain. Inversement si on ventile des grains secs ou humides, dans un grand volume d'air � temp�rature et � humidit� relative constantes, ils vont se r�hydrater ou s�cher jusqu'� une valeur d'�quilibre avec l'humidit� relative de l'air. Cette propri�t� peut �tre exploit�e pour s�cher le grain dans le cadre d'une technique simple mais tr�s rigoureuse quant aux normes � respecter, il s'agit de la � ventilation s�chante basse temp�rature �, en cellule ou en case de stockage. A l'inverse dans la pratique il est peu probable de pouvoir r�humidifier du grain, car il faudrait pouvoir le ventiler tr�s longtemps avec de l'air chaud et humide.

La connaissance et l'utilisation de ces courbes sont n�cessaires pour le calcul des installations de s�chage et de ventilation; leur interpr�tation permet aussi d'expliquer certains ph�nom�nes tels que les d�veloppements de moisissures, les r�actions d'oxydation, les r�actions enzymatiques.

4. Manifestation de l'activit� vitale du grain

Le comportement du grain est conditionn� par l'�tat du milieu dans lequel il se trouve: si les conditions sont d�favorables � son activit� vitale (temp�rature et teneur en eau faibles), le grain est � l'�tat de vie ralentie; par contre si le milieu est favorable, les processus vitaux s'acc�l�rent, gr�ce aux substances de r�serve qui vont les alimenter, sous l'action des enzymes du grain et surtout de la microflore abondante et vari�e qui impr�gne les grains (moisissures, parfois levures et bact�ries). L'activit� du grain se manifeste par la respiration et la germination.

La respiration

La respiration ou oxydation a toujours lieu, quelles que soient les conditions de stockage, que les grains aient ou non leur facult� germinative intacte. Toutefois l'intensit� du ph�nom�ne est fonction de la temp�rature et de l'humidit� du grain et de la quantit� d'oxyg�ne pr�sent dans la cellule de stockage. La respiration d'un grain tr�s sec (bl� � 12 %) et froid (5�C) est si faible qu'elle peut �tre consid�r�e comme nulle.

En pr�sence d'oxyg�ne, des sucres libres ou issus de l'amidon par hydrolyse se transforment en eau, en gaz carbonique et en chaleur. Quand l'air se trouvant entre les grains est renouvel� (faible ventilation ou tirage naturel), la production de chaleur peut devenir tr�s importante et provoquer des �chauffements entrainant des pertes de mati�re s�che.

En absence d'oxyg�ne, le grain �volue quand m�me, mais il se produit alors des fermentations. Les sucres sont transform�s en gaz carbonique et en alcool avec un l�ger d�gagement de chaleur. Dans ce cas la perte de mati�re s�che est moins importante que lorsque l'on est en pr�sence d'oxyg�ne.

Les ph�nom�nes de respiration sont normaux dans le grain stock�, le but de la conservation est de les limiter � une valeur aussi faible que possible.

Oxydation

C₆ H₁₂O₆ + 6 O₂ (r) 6 H₂O + 6 CO_{2 �} + 677 Kcal

Amidon + oxyg�ne (r) Eaux + Gaz carbon. + chaleur

Fermentation en absence d'oxyg�ne

C₆ H₁₂ O₆ (r) 2 C0₂ �+ 2 C₂H₅OH + 22 Kcal

Amidon (r) Gaz carbon. + Alcool + chaleur

La germination

La germination est l'aboutissement naturel de l'activit� vitale du grain, en pr�sence d'oxyg�ne et dans des conditions optimales d'humidit� et de temp�rature. Lorsqu'une masse de grain humide (18 % et plus) est mal refroidie la germination peut se produire, avec ou sans apparition de la plantule. De toutes fa�ons, m�me � ses premiers stades, elle constitue une alt�ration grave, car elle entra�ne de profondes modifications dans le grain (d�gradation de l'amidon, perte de mati�re s�che, etc.).

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