Action de Recherche-Développement sur

Cynara Cardunculus en transformation fermière

 

 

 

Jean-Paul DUBEUF – juin 1999

Document de travail

I.                   Quelques rappels de base sur la fabrication du fromage et le principe du caillage.

Dans cette partie, à destination de lecteurs non familiers des technologies fromagères, quelques principes de base de la coagulation du fromage sont rappelés

 

¨     Le caillage est l'opération traditionnelle aboutissant  à la séparation en 2 parties des constituants du lait.

Þ   La coagulation au cours de laquelle la caséine est insolubilisée.

Þ   L'égouttage au cours du quel le lactosérum se sépare du caillé.

 

¨     Le caillé correspond à l'état insolubilisé de la caséine résultant de la coagulation

 

Þ   Le caillé lactique résulte d'une acidification lactique et se caractérise par une déminéralisation plus ou moins complète aboutissant à des pâtes plus ou moins friables caractéristiques de fromages de petits formats. En conséquence, les caillés lactiques présentent une teneur en calcium faible.

Þ    Le caillé présure résulte de l'action exclusive de la présure et se caractérise par une forte minéralisation en calcium donnant des pâtes cohérentes et fermes caractéristiques des fromages de grand format. Il existe des caillés mixtes présentant des stades intermédiaires.

 

¨     La coagulation est le processus physicochimique conduisant à la dénaturation des substances colloïdales, protéiques en  particulier sous l'action d'agents physiques, chimiques ou biochimiques : température, acide, enzyme (présure)

 

3 types de coagulation sont utilisés en fromagerie :

 

la coagulation acide (lactique essentiellement) avec floculation des micelles de caséine sous l'action des acides et à caractère réversible. Elle est assez lente et peut être accélérée par une température de 25 et 30°C.

 

La coagulation présure avec déstabilisation enzymatique sous l'action de la présure et des ions calcium ; elle présente un caractère irréversible. La prochymosine sécrétée dans la caillette est sous forme inactive. Elle est activée par l'action d'ions H+ d'où la nécessité d'une acidification initiale. Les pâtes pressées sont généralement issues d'un caillé présure obtenu après chauffage à environ 40°C, pour les pâtes molles,  le lait n'est pas toujours chauffé (caillage plus lent).

 

Les coagulations mixtes combinent l'action de la présure et de l'acidification (pâtes persillées).

 

¨     La présure est une substance organique extraite de la caillette des jeunes ruminants non sevrés contenant une enzyme, la chymosine. La chymosine agit comme une endopeptidase capable de couper la liaison phénylalanine-méthionine. Elle permet ainsi de séparer le glycopeptide de la caséine K qui assure la stabilité du lait.

 

 

Pour des raisons de coût et d'approvisionnement on fait appel aujourd'hui à des mélanges de présures d'autres animaux. Mais de nombreuses autres substances sont utilisées pour coaguler le lait : des champignons qui sécrètent des enzymes coagulant le lait,  des bactéries comme "Bacillus subtilis ou Bacilus cereus", et des végétaux qui nous intéressent ici.

Ces substances sont quelquefois qualifiées de succédanées de présure ou s'il s'agit d'extraits végétaux, de présures végétales. En fromagerie (lait de vache seulement), on utilise couramment des enzymes d'origine fongique (Endothia parasitica, Mucor pusillus, mucor Miehei), protéases acides coagulantes et thermolabiles. Les chymosines obtenues par fermentation sont autorisées depuis une date récente (1998).

 

 

Les fromages de chèvre en France sont, en général, à dominante lactique. Les fromages au lait de brebis, qu’il s’agisse de pâtes molles ou de pâtes pressées, sont réalisés par coagulation présure, lactique ou mixte. Les fromages lactiques sont à caillage lent mais on tend de plus en plus à leur substituer une coagulation plus rapide où la présure prend plus d'importance pour s'adapter à l'industrialisation et à la mécanisation.

 

II.                 L' utilisation de  présure végétale, une pratique répandue autour du bassin méditerranéen.

 

L'utilisation de la présure végétale a été répandue tout autour du bassin Méditerranéen. Elle a permis de suppléer aux difficultés d'approvisionnement en caillettes animales. Il s'agissait aussi d'utiliser les ressources naturelles locales dans ces régions : le chardon, l'artichaut et le gaillet étaient abondants.

 

En France, la chardonette était utilisée dans le Poitou pour quelques fabrications locales, le gaillet blanc ou caille-lait était fréquemment employé dans plusieurs régions dont le Dauphiné, la Provence ou le Languedoc.

En Catalogne, on utilise encore l'herba-col pour la fabrication de fromages traditionnels au lait de brebis  et de chèvre (formatge Serrat, formatge Tupi, formatge tendre, de Tronxon, Mato - avec vinaigre et jus de citron, autres coagulants- Recuit…).

En Italie, dans la région des Abruzzes, un fromage est fabriqué à petite échelle sous le nom de Caciofiore (ou Caciotta-fiore). La présure de Cynara est utilisée et on rajoute également du Safran à concurrence de 15 à 20 g/100 kg. (Delforno, 1989). L’utilisation de présure végétale était fréquente dans d’autres régions comme la Molise.

Les bergers des djebels marocains ont l’habitude de verser quelques gouttes de sève de feuille de figuier dans du lait de chèvre fraichement trait, provoquant ainsi une coagulation rapide mais il s’agit plus ici d’un caillage acide.

Aujourd'hui cette technique n'est plus généralisée que dans le sud ouest de la péninsule ibérique (Espagne et Portugal). Le recours à la présure végétale est d'ailleurs un des éléments principaux de définition et de différentiation de nombreux fromages d'Appellation DOP de ces régions : Azeitão, Nisa, Serpa, Evora, Beira Baixa, Serra da Estrela au Portugal et Queso de la Serena en Espagne.

III.              Les recherches sur la présure végétales –synthèse bibliographique.

L’interrogation des banques de données Medline et Current contents donne les résultats suivants.

 

Nombre de références	Banque de données
9	Medline 91/95
12	Current Contents 1969-1989
19	Current Contents 1990-1998

 

Ø     Le nombre important de publications depuis 1990 indique un regain d’intérêt pour les présures végétales. Des recherches plus nombreuses ont été conduites  principalement pour caractériser leur activité biochimique.

 

Pays	Medline 91/95	CC 1969-1989	CC 1990-1998
Esp./Port.	7	5	16
Italie		3
Autres origines	2	4	3

 

Ø     La localisation géographique des recherches : un Centre d’intérêt essentiellement ibérique.

 

Les travaux significatifs les plus anciens fréquemment cités, sont ceux de  Manuela Barbosa (INETI Lisbonne), puis plus récemment ceux de X. Malcatà et M.J Souza  (Porto), I. Roa et J. Gonzalez Crespo (Badajoz), P. Verissimo (Coimbra) et M. Nunez (Madrid).

     

IV.             Récapitulatif sur les caractéristiques de l’action des présures végétales.

 

Les fleurs de Cynara Cardunculus sont les plus fréquemment citées comme source de présure végétale. Cynara Humilis est également utilisé pour la fabrication de fromages fermiers Serra, Serpa, Serena, Torta del Casar et Flor de guia [1] .

Les protéases extraites  de cynara sont des protéases aspartiques, les cynarases, appelées également cardosines (ou cyprosine). Deux formes différenciées sur la plan génétique co-existent dans la plante, la cardosine A et la cardosine B aux propriétés structurelles et cinétiques différentes ont pu purifier 3 formes de cynarases distinctes [2] .

 

Les cardosines ont une action plus large et moins spécifique que la chymosine au détriment du rendement (solubilisation de la caséine) et de problèmes d'amertume. Le caillage est plus long qu'en présure animale. Les caillés sont moins fermes, plus acides qu'avec de la chymosine [3] . La protéolyse est plus forte pour la caséine a S1 de vache et a S de Chèvre qu'en brebis. Carrera et al. [4] estiment toutefois que les différences de comportement suivant l’origine des laits est faible. Ce sont les résidus de l'activité pepsine de protéolyse qui favorisent le goût amer fréquemment observé avec une présure végétale. [5] . Esteves et al. [6] suggèrent que l’utilisation de Cynara Humilis pourrait remédier partiellement à la baisse de rendement et au goût amer observé.

 

L’adjonction de Chlorure de Calcium abaisserait le temps de coagulation alors que l’augmentation du pH et de la teneur en sel aurait l’effet inverse [7] .

 

Cardosine A agit comme la Chymosine alors que la Cardosine B agit comme une pepsine à l’action protéolytique marquée [8] . On a quelques éléments qui permettent d'affirmer que la congélation ne diminuerait pas le pouvoir coagulant des extraits de chardon [9] .

Quelques travaux complémentaires montrent qu'il est possible d'avoir d'autres utilisations fromagères pour les principes actifs du chardon. Ainsi, un essai de microencapsulation de cyprosine pour l’affinage du manchego permettrait de développer l’intensité du goût typique de ce fromage [10] .

 

Synthèse : L'utilisation de présure végétale entraîne donc une différence de goût et de consistance du caillé particulièrement en vache et en chèvre. Le rendement fromager serait plus faible, les temps de prise, de durcissement et donc de coagulation plus long principalement avec le lait de vache ou de chèvre qu'avec une présure animale. De plus, des saveurs plus acides et amères sont observées [11] .

 Mais il serait possible de limiter l’effet négatif de cette utilisation pour développer des propriétés spécifiques positives : goût particulier, souplesse de la pâte.

De manière pratique, il faut surveiller l'acidification qui  doit être comprise entre des valeurs très précises pour permettre la coagulation tout en ayant le meilleur équilibre entre protéolyse et coagulation et l'activité de cette présure est d'avantage dépendante du  pH  lait, de la température et de la concentration en sel.

Dans le cas d'utilisation de présures végétales pour des caillés lactiques, il faudra particulièrement surveiller la fermeté du caillé et les différences d'appréciation sensorielle. (grille d'évaluation)

 

Préparation - Garantie hygiénique et sanitaire : standardisation et analyse microbiologique.

 

Nous n’avons trouvé que peu de données bibliographiques sur la préparation de la présure végétale. Des analyses sur la plante montreraient, par exemple, que la teneur en cynaropicrine responsable de l’amertume serait plus faible en fin de printemps et début d’été.

Des extraits végétaux normalisés de Cynara cardunculus ssp flavescens (sauvage) et Cynara cardunculus ssp cardunculus (variété cultivée ETSIA) sont utilisés avec des titres 1:8800 et 1:9900 (US) [12] . Des garanties sanitaires doivent être prévues au niveau de la solution utilisée.

 

Traditionnellement, vers juin juillet, les fleurs de chardon sont mises à macérer dans l'eau pendant une nuit puis l'extraction est réalisée par broyage dans un mortier. Le liquide extrait sert de présure.

V.               Le fromage de la Serena.

Quelques informations sont apportées sur le fromage de la Serena, originaire de la région d'Extrémadura avec laquelle une collaboration s'est établie pour tester la présure végétale.

 

Le lait destiné à l'élaboration du fromage de la Serena, provient exclusivement de lait entier  (et cru ou entier avec ferments autochtones)  de brebis Merinos. (art. 5 du règlement de la DOP, orden du 12 avril 1992).

 

Le lait produit est en moyenne de 350 cc/brebis et par jour (soit 52l/ lactation en moyenne). Sa composition est de 5 % en protéine et 7 % en Matière grasse pour 18 % d'extrait sec.

Le "queso de la Serena":

 

La coagulation est exclusivement réalisée grâce aux pistils de Cardunculus (appelé yerbacuajo).  L'absence de standardisation due la présure végétale constitue une cause de variabilité du fromage. Une fois le caillé réalisé, mou mais compact, celui-ci est versé dans des moules ou des tresses de Sparte sur des tables inclinées appelées "esprimijo". Cette action est réalisée par un travail patient de manipulation, moulage, salage, qui détermine l'aspect et la consistance du fromage final.

La maturation est réalisée sur une étagère de bois dans une cave appelée "Bodega".

Le fromage a une forme discoïde, d'aspect fin de 4 à 8 cm de hauteur, de 18 à 24 cm de diamètre et un poids qui varie entre 750 et 2 kg.  La croûte est semi-dure, la pâte est molle à semi-dure, de couleur blanc ivoire à jaune cireux. Les autres caractéristiques physico-chimiques  techniques, 50 % minimum de MG, Ph minimum de 5.2 à 5.9, extrait sec minimum 50 % et protéine totale mimimum de 35 %.

211 entreprises (Une fromagerie industrielle et 21 artisanales) fabriquent 215000 pièces (230 tonnes) dont 89 000 seulement sont cerifiées par la DOP. Le poids moyen et de 1,1 kg pour un prix moyen de 1400 pesetas (8,41 EUROS, 55 FF), parmi les plus élevés des fromages d'appellation espagnols (traduction libre d'un article de J. Gonzales Crespo paru dans la revista Espanola de lecheria, septembre 1997, n°88).

Eléments technologiques fournis par J. Gonzales Crespo.

Caillage à 30°C en été - 32 °C en hiver

Dosage de présure : 30 à 35 ml /100l (1: 10000)

Ph 6,6, 6,7 à surveiller- un pH plus bas provoque une protéolyse néfaste. La limite de l'activité pepsine se situe à pH  6,6

Temps de coagulation 1 h-1h 15

Décaillage 5mn (grain-riz)

Brassage 15 mn

Moulage après égouttage ph 6,60

Pressage 3 h ; 1-2,5 kg

Démoulage : pH  6,40

Salage à sec, en surface, à la main

Ressuyage : 2h à température ambiante pH 6,4

Affinage : mise en chambre froide (4-6°C, 80%h.r./) pendant 15 jours. Le reste de l'affinage s'effectue en cave à 8-10°C.

 

Pour la fabrication du fromage de la Serena, on recherche une certaine protéolyse et un crémage poussé au cours de l'affinage  afin d'obtenir une pâte coulante et crémeuse caractéristique. Le froid permet de contrôler cette protéolyse par le contrôle du pH au cours de l'affinage

La descente du pH est limitée par un court pressage et une basse température en chambre froide pour favoriser la protéolyse et le crémage du produit. Les problèmes d'acidification trop lente sont évités par une bonne qualité microbiologique.

 

 

VI.             Intérêt de réaliser un protocole de coopération et de Recherche Développement autour de Cynara

 

¨     Fédérer localement des éleveurs autour d'un projet d'innovations-produits spécifiques au producteurs fermiers.

 

 

¨     Proposer des produits nouveaux aux consommateurs associant l'image de produits naturels et une réelle différentiation sensorielle.

 

¨     D'un point de vue opérationnel, la réalisation d'une mission préalable limite les risques.

 

¨     Structurer des échanges internationaux pour des filières "isolées" : les professionnels, en particulier français, ont conscience de la nécessité d'organiser des échanges pour renforcer le poids collectif du secteur fromager "traditionnel" artisanal et fermier. Un tel projet s'appuie sur une opération concrète et originale d'échange de savoir - faire "SudèSud".

 

La diffusion de l'innovation qui pourrait résulter d'une telle démarche doit donner lieu à une validation incontestable et préalable. La réussite de l'opération d' ingénierie ainsi conduite par le SIME / LRE dépendra de son appropriation par les producteurs, entreprises privées.

VII.          Sélection bibliographique.

§         Barbosa,  M., Valles, E., Vassal, L., Mocquot, G.,  1976. Use of cynara cardunculus L. extract as a coagulant in manufacture of soft and cooked cheeses.  Le Lait 56 (551-552) 1-17

 

§         Boudier, J.F., Luquet., 1981. Dictionnaire laitier, 2^ème édition (Technique et Documentation, eds). Paris, 219 pp.

 

§         Cordeiro, M., Jakob, E., Puhan,Z., Pais,M.S., Brodelius, P.E., 1992. Milk clotting  and proteolytic activities of purified cynarases from cynara cardunculus – a comparison to chymosin. Milchwissenschaft ; 47 (11), 683-687.

 

§         Delforno, G.1985. Caciofiore cheese. Il mondo del latte; 39 (12) 774-776

 

§         Esteves, Cl., Verissimo, P.C., Faro, C.J., Pires, E.V., 1995.  Biochemical characterisation of the vegetable rennets from the flower of cardoon : comparaison to calf rennet. Journal of dairy science; 78 (Supp; 1) , 145.

 

§         Macedo, A.C., Malcata, F.X., 1997. Hydrolysis of  a s and b caseins during ripening of Serra cheese. Food Chemistry, 58 (1/2), 43-48

 

§         Picon, A., Serrano, C., Gaya, P., Medina, M., Nunez, M., 1996. The effect of liposome encasulated cyprosins on manchego cheese ripening. Journ. of dairy science. 79 (10), 1699 -1705

 

§         Ramalho-Santos, M., Verissimo P., Faro. C., Pires, E., 1996. Action on Bovine a s1 casein of cardosins Aand B, aspartic proteinases from the flowers of the cardoon cynara Cardunculus. Biochimica et Biophysica Acta , 1297 (1), 83-89.

 

§         Roa, I. , Mendiola, F.J., Gonzalez-crespo, J., Mas, M., 1998, Evaluation of two vegetal rennets from cynara cardunculus : elaboration trial of la Serena cheese. In : International Symposium on Basis of the quality of typical Mediterranean animal products. Badajoz and Zafra (Spain). 29-2 Oct 1996. Wageningen Press, Wageningen, The Netherlands, 249-255

 

§         San Juan, E., Fernandez Salguero J.,1994. Influence of various factors on time of coagulation by vegetable Rennet. Alimentacion Equipos y technologia ; 13 (6) 69-73.

 

§         Sousa, M.J., Malcata, F.X., 1996. Influence of pasteurisation of milk and addition of starter cultures on protein brreakdoxn in ovine cheese manufactured with extracts from flowers of cynara cardunculus. Food Chemistry, 57 (4) 549 -556

 

§         Sousa, M.J., Malcata, F.X., 1997. Comparison of plant and animal rennets in terms of microbiological, chemical and proteolysis characterisics of ovine cheese. Journ. Of Agricultural and food chemistry. 45 (1), 74-81

 

§         Sousa, J. M., Xavier Malcata, F,  1998. Rôle of Thistle on the specificity of goat's and sheep's cheeses from Portugal  In : Symposium final COST-AIR sur la qualité et la microbiologie dans les fromages traditionnels et les fromages au lait cru,  Dijon, 30/11 -1/12 1998 (document provisoire).

 

§         Veira de Sa, F., Barbosa,  M., 1970. Cheese making experiments using a clotting enzyme from cardoon. In  Milk and dairy products ( 18 th Intenational dairy congress, Sydney), 1^E; 287

 

§         Verissimo, P.C., Esteves, Cl., Faro, C.J., Pires, E.V., 1995. The vegetable rennet of Cynara CardunculusL. Contains two protéinases with chymosin and pepsin like specificities. Boitech. Letters; 17 (6) 621 -626