Distribution du déoxynivalénol dans les fractions de mouture du blé

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Distribution du déoxynivalénol dans les fractions de mouture du blé
Distribution du déoxynivalénol dans les
fractions de mouture du blé tendre
Distribution of deoxynivalenol in fractions of milled wheat
Dreyfus, Olivier (1) ; Leroux, Marie-Cécile (1) ; Pérardel, Nicolas (2)
(1) Les laboratoires de l’ENSMIC, 13 rue Nicolas Fortin, F-75013 Paris
– mèl : [email protected]
(2) Association nationale de la meunerie française, 66 rue La Boétie, F75008 Paris - mèl : [email protected]
Résumé
La teneur en déoxynivalénol (DON) d’un lot de blé tendre nettoyé,
naturellement contaminé, a été analysé par HPLC après mouillage et
déterminée à 1086 µg/kg. Une mouture de ce lot de blé a été réalisée sur
un moulin pilote avec un rendement en farine de 75,9 %, corrigé des
freintes. Le DON était présent dans toutes les fractions de mouture (au
nombre de 19), avec les plus fortes concentrations dans les fractions riches
en enveloppes. Une corrélation linéaire significative (R² = 0,94) a été
établie entre la teneur en DON et la teneur en cendres des fractions. Le
niveau de contamination en DON observé au niveau des farines de
passages est observé à une teneur moyenne en DON située à 52 % de
celle du grain de blé avant broyage. Les farines de broyage se sont
avérées davantage contaminées que les farines de claquage, elles mêmes
plus contaminées que les farines de convertissage. Les farines ayant la
granulométrie la plus fine ont tendance à être plus concentrées en DON.
Une farine reconstituée à partir des farines de passages au prorata de leur
rendement, équivalente à une farine commerciale de type 55, a une teneur
en DON qui s’élève à 68% de la teneur mesurée sur grain entier avant
broyage. Les fractions d’enveloppes ont des concentrations en DON
supérieures à celles du grain de blé avant broyage, avec en moyenne 212
% de la concentration du grain, les sons étant plus contaminés que les
remoulages. Ainsi, les fins sons ont été analysés à 269 % de la
concentration du grain de blé. La distribution du DON (en quantité
massique) est répartie selon la distribution suivante : 51% dans les
enveloppes ; 40 % dans les farines ; les 9% manquants étant attribués à
l’effet du procédé et de la technique de la mouture d’essai utilisée (freintes
de mouture, échantillonnage et analyse). Les fractions contenant la part la
plus importante de DON sont dans l’ordre décroissant : les remoulages bis
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(21%), les gros sons (16%), les fins sons (11%), puis les farines du 1er
convertisseur (9%) et du 2ème claqueur (8%).
Mots clés : Blé tendre, déoxynivalénol, DON, mouture, farine, sons.
Abstract
A batch of cleaned wheat, naturally contaminated with deoxynivalenol
(DON), was analysed after damping at a level of 1086 µg/kg of DON. The
milling of this batch has been done with a pilot mill with a flour yield of
75.9% (corrected of loss). DON was found in all the 19 flour fractions
recovered at the different steps of the milling process; with the higher
concentrations in the fractions rich in bran. A significant linear correlation
(R² = 0.94) has been established between DON level and ash content. The
flour fractions have a DON content which corresponded to 52% of the DON
content in whole wheat grain before milling. Flour from grinding rolls was
more contaminated than coarse reduction flour, the latter being more
contaminated than fine reduction flour. The finest flours usually have a
higher concentration in DON than other larger-particle-sized flours. A
commercial flour reconstituted from different flour fractions in proportion to
their yield, that was similar to a commercial flour of French type 55, had a
DON level that reached 68% of wheat before milling. The bran fractions
had a higher DON concentration than wheat whole grain before milling with
an average of 212 % of DON content in whole wheat grain; bran being
more contaminated than superfine weatings. Fine bran was analysed with a
DON content representing 269% of whole wheat grain DON content. The
DON distribution was observed as follows: 51% in bran, 40% in flours. The
amount of 9% missing in the total theoretical recovery of DON in milled
fractions was likely dependent to the test method (milling process
degradation or loss, sampling and analysis deviation …). The milling
fractions containing the highest quantity (mass) of DON were in decreasing
order : superfine weating of 4th coarse reduction roll (20%), coarse bran
(16%), fine bran (11%), and flours of 1st fine reduction roll (9%) and 2nd
coarse reduction roll (8%).
Keywords: Wheat, deoxynivalenol, DON, milling, flour, bran
Introduction
Un bilan de répartition des mycotoxines (DON) dans les différents produits de la première
transformation des céréales (blé tendre) sera établi à partir d’essais sur des équipements
pilotes représentatifs des transformations industrielles. Les lots mis en œuvre seront des
lots d’origine industrielle ayant été nettoyés et tracés. Ils seront transformés dans des
conditions standardisées. Un bilan matière sera établi pour déterminer le rendement de
chaque fraction. Les différentes fractions seront analysées pour déterminer leur teneur en
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DON. Les résultats obtenus permettront d’établir la répartition des mycotoxines dans les
produits de mouture et de vérifier l’additivité de ces teneurs. Les résultats obtenus seront
comparés à ceux obtenus avec les produits industriels de manière à identifier d’éventuels
points de contamination qui pourront alors conduire à des études spécifiques pour identifier
les conditions de recontamination dans les process industriels.
Matériels et méthodes
1. Mouture
1.1. Conditionnement du blé
Un lot de 10 kg d’un mélange de blés tendres panifiables, d’origine industrielle,
parfaitement nettoyé, naturellement contaminé en déoxynivalénol à un niveau proche du
seuil réglementaire de 1250 ppb a été homogénéisé à l’aide de la méthode des quartiers et
d’un diviseur conique « Boerner », puis a subit un mouillage (addition d’eau) afin
d’atteindre, après 24 heures de repos, une humidité de 16,8 % (IR).
1.2. Diagramme de mouture
La mouture du lot de blé a été réalisée sur un moulin pilote SIRAGA à reprise manuelle,
représentatif du procédé industriel meunier, situé dans les locaux de l’Ecole Nationale
Supérieure de Meunerie et des Industries Céréalières.
Le diagramme utilisé (figure 1) comporte 13 passages : 4 broyages (cylindres cannelés), 4
claquages (cylindres lisses) et 5 convertissages (cylindres lisses).
Celui-ci permet d’obtenir 19 fractions : 13 farines de passage, sons gros et fins, 2
remoulages bis, remoulages blancs et les germes.
Le réglage du diagramme permet d’obtenir une farine blanche proche du type 55.
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Figure 1. Diagramme de mouture
Réglage des cylindres en centièmes de mm :
B1 : 40
B2 : 20
B3 : 10
B4 : 5
Cl1 : 6
Cl2 : 3
Cl3 : 1
Cl4 : contact
C1 : 1
C2 : contact
C3 : contact
C4 : contact
C5 : contact
Temps de blutage : 5 minutes pour B1, B2, Cl1, Cl2, C1 et 3 minutes pour les autres passages.
2. Reconstitution d’une farine T55
Une farine est reconstituée à partir des farines de passage, au prorata de leur rendement,
afin d’obtenir une farine équivalente à une farine commerciale de type 55 (taux de cendres
compris entre 0,50 et 0,60 % de la matière sèche). Le taux de cendres est analysé pour
confirmer le type.
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3. Echantillonnage et analyses
L’échantillonnage du blé est réalisé grâce à un diviseur conique « Boerner ». L’échantillon
est broyé avant prélèvement pour analyse (granulométrie de 0,5 mm) à l’aide d’un moulin
de laboratoire adapté. Les farines de passages et la farine reconstituée sont homogénéisées
avant prélèvement de l’échantillon pour analyse. Les fractions d’issues sont broyées et
homogénéisées avant prélèvement de l’échantillon pour analyse.
Les analyses suivantes ont été réalisées sur l’ensemble des produits :
- Détermination de l’humidité (NF ISO 707)
- Détermination du taux de cendres (NF V 03 720 pour le blé et les farines, NF V
03 760 pour les issues)
- Dosage du DON par HPLC (matériel Varian 5500 à détection par absorption)
selon la méthode commune développée par le « Groupe analyse IRTAC ». Le
dosage du DON a été systématiquement réalisé en double, le résultat étant la
moyenne. Les critères de performance des dosages du DON sont les suivants :
incertitude du résultat = +/- 9,2% ; taux de récupération du DON = 95%.
Résultats
1. Bilan de la mouture
La mouture réalisée a conduit à générer 6% de pertes non récupérées (freintes) liées au
nettoyage des cylindres entre chaque passage. Le rendement en farine, corrigé des freintes,
est de 75,9% du blé introduit au 1er broyeur (B1). (tableau 1 et figure 2)
Tableau 1. Bilan matière de la mouture de 10 kg de blé tendre, humidité et teneur en cendres.
Rendement
Rendement
Humidité en %
Teneur en
cendres en %
de la matière
sèche
en grammes
en % blé B1
Blé au B1
10 000
100
16,52
1,66
Farine B1
Farine B2
767
7,7
16,20
0,59
426
4,3
15,80
0,66
Farine B3
126
1,3
14,90
1,07
Farine B4
65
0,6
14,10
1,52
Farine Cl1
976
9,8
15,80
0,53
Farine Cl2
1536
15,4
15,70
0,50
Farine Cl3
202
2
13,60
1,31
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5
Farine Cl4
126
1,3
13,70
1,63
Farine C1
1865
18,6
15,40
0,47
Farine C2
1042
10,4
14,90
0,54
Farine C3
73
0,7
13,40
0,90
Farine C4
222
2,2
13,40
0,82
Farine C5
162
1,6
13,10
1,09
Farine totale
7587
75,9
15,32
0,60
14,90
0,59
Gros son
684
6,8
15,05
6,77
Fin son
409
4,1
15,00
5,88
Remoulages bis Cl4
984
9,8
13,11
4,68
Farine T55 reconstituée
Remoulages bis C5
69
0,7
11,85
3,96
Remoulages bis total
1054
10,5
13,03
4,63
Remoulages blancs
255
2,5
13,61
2,30
Germes
11
0,1
13,43
4,50
2413
24,1
14,00
5,20
Total
10 000
100
15,00
1,71
Pertes
600
6
Issues totales
100
90
80
Production de farine en % du B1
70
60
Alimentation des cylindres en % du B1
50
40
30
20
10
C5
C4
C3
C2
C1
CL4
CL3
CL2
CL1
B4
B3
B2
B1
0
Figure 2. Production de farine et alimentation des cylindres au cours de la mouture (en % de
l’alimentation du B1).
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6
2. Teneur en DON des fractions de mouture
Tableau 2. Teneur en DON des fractions de la mouture de 10 kg de blé tendre.
Teneur en DON Teneur en DON
en µg/kg
en µg/kg % blé
B1
Rendement
Rendement
en grammes
en % blé B1
Blé au B1
10 000
100
1086
100
Farine B1
767
7,7
683
63
Farine B2
426
4,3
727
67
Farine B3
126
1,3
805
74
Farine B4
65
0,6
731
67
Farine Cl1
976
9,8
510
47
Farine Cl2
1536
15,4
578
53
Farine Cl3
202
2
768
71
Farine Cl4
126
1,3
1017
94
Farine C1
1865
18,6
523
48
Farine C2
1042
10,4
421
39
Farine C3
73
0,7
662
61
Farine C4
222
2,2
511
47
Farine C5
162
1,6
547
50
Farine totale
7587
75,9
569
52
736
68
Farine T55 reconstituée
Gros son
684
6,8
2558
236
Fin son
409
4,1
2922
269
Remoulages bis Cl4
984
9,8
2246
207
Remoulages bis C5
69
0,7
1550
143
Remoulages bis total
1054
10,5
2201
203
Remoulages blancs
255
2,5
1083
100
Germes
11
0,1
854
79
2413
24,1
2300
212
Total
10 000
100
986
91
Pertes
600
6
Issues totales
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7
269%
236%
250%
212%
203%
200%
150%
100%
100%
79%
68%
52%
50%
Moyenne
Issues
Germes
Remoulages
blancs
Remoulages
bis
Fins sons
Gros sons
Farine T55
reconstituée
0%
Moyenne
Farines de
passages
Teneur en DON en ppb % du blé B1
300%
Figure 2. Teneur en DON des produits de mouture du blé tendre (en ppb % du blé au B1 sur brut).
Le blé, nettoyé et mouillé, introduit au premier broyeur a été analysé avec une teneur en
DON de 1086 ppb.
A l’issue de la mouture, on retrouve le DON dans toutes les fractions avec une
concentration plus faible dans les farines et plus forte dans les issues, riches en enveloppes
(tableau 2 et figure 3). Les farines de passages ont une concentration en DON qui varie de
39% à 94% de la teneur du blé, avec une moyenne (pondérée) à 52%. La farine T55
reconstituée a une concentration égale à 68% de la teneur du blé.
Les issues ont des concentrations supérieures à deux fois celle du blé et allant jusqu’à
269% pour les sons fins.
On constate que les farines de broyage sont plus contaminées en moyenne que les farines
de claquage, elles même plus contaminées que les farines de convertissage (figure 3).
On constate également un gradient de concentration du DON dans les farines de claquage,
les farines issues du 4ème claqueur étant deux fois plus contaminées que les farines du
premier claqueur.
En revanche, en moyenne on n’observe pas de différence de concentration entre les farines
de tête (B1,B2,Cl1,Cl2,C1) et les farines de queue (B3,B4,Cl3,Cl4,C2,C3,C4,C5) (figure
3).
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8
53%
51%
Farines de queue
(B3,B4,Cl3,Cl4,C2,C3,
C4,C5)
54%
Farines de tête
(B1,B2,Cl1,Cl2,C1)
65%
Farines de claquage
Farines de
convertissage
46%
Farines de broyage
Teneur en DON en ppb % du blé au B1
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
Figure 3. Teneur en DON des farines (en ppb % du blé au B1 sur brut).
La teneur en DON de la farine T55 reconstituée représente 68% de la teneur
en DON du blé au premier broyeur (à 16,5% d’humidité), ce qui correspond
à 65% de la teneur en DON du blé ramené à 13% d’humidité (blé nettoyé
stocké dans un moulin) (Figure 4). Si l’on souhaite comparer ces valeurs
avec un blé au stade la commercialisation (2% d’impuretés), il faut prendre
en compte l’impact du nettoyage sur la réduction de la contamination en
DON du blé.
DON en µg/kg sur brut
1200
1131
- 35%
1000
736
800
600
400
200
0
Blé nettoyé à 13%
d'humidité
Farine T55
Figure 4. Contamination en DON d’une farine T55 en fonction de la contamination du blé avant
mouture (en ppb sur brut).
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3. Distribution du DON dans les fractions de mouture
Tableau 3. Distribution du DON dans les fractions de la mouture de 10 kg de blé tendre.
Rendement
Rendement
Teneur en DON Teneur en DON
en g.10-5
en % blé B1
en grammes
en % blé B1
Blé au B1
10 000
100
1086
100
Farine B1
767
7,7
52
5
Farine B2
426
4,3
31
3
Farine B3
126
1,3
10
1
Farine B4
65
0,6
5
0,4
Farine Cl1
976
9,8
50
5
Farine Cl2
1536
15,4
89
8
Farine Cl3
202
2
16
1
Farine Cl4
126
1,3
13
1
Farine C1
1865
18,6
97
9
Farine C2
1042
10,4
44
4
Farine C3
73
0,7
5
0,4
Farine C4
222
2,2
11
1
Farine C5
162
1,6
9
1
Farine totale
7587
75,9
432
40
560
52
Farine T55 reconstituée
Gros son
684
6,8
175
16
Fin son
409
4,1
120
11
Remoulages bis Cl4
984
9,8
221
20
Remoulages bis C5
69
0,7
11
1
Remoulages bis total
1054
10,5
207
21
Remoulages blancs
255
2,5
28
3
Germes
11
0,1
1
0,1
2413
24,1
555
51
Total
10 000
100
986
91
Pertes
600
6
Issues totales
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10
Concernant le bilan de distribution du DON du grain de blé dans les différentes fractions de
mouture, on constate que l’on retrouve 91% du DON initial du blé au B1 (tableau 3). Or,
dans la mesure où cet écart peut être expliqué par différents facteurs liés à la méthode de
l’étude (cf. chapitre 4. Discussion), et qu’en situation industrielle il n’y a pas de perte en
cours de process, on peut établir après extrapolation que :
- l’ensemble des issues contient entre 50 et 60% du DON du blé au B1. Compte-tenu
qu’elles représentent 24% du poids du grain, la concentration moyenne théorique
des issues devrait se situer entre 208 et 250%.
- l’ensemble des farines de passages contient entre 40% et 50% du DON du blé au
B1. Compte-tenu que les farines représentent 76% du poids du grain, la
concentration moyenne théorique des farines, dans le cas de notre essai, devrait se
situer entre 52 et 66% de la teneur en DON du blé.
4. Corrélation entre la teneur en DON et la teneur en cendres
des fractions
La comparaison des teneurs en cendres et en DON des fractions de mouture montre
globalement une bonne corrélation des deux critères (figure 5). Certaines fractions
présentent toutefois une divergence des deux critères : soit elles sont moins concentrées en
DON, ce qui est le cas des farines B4 et C5, des gros sons et des germes, soit elles sont
davantage contaminées en DON, comme c’est le cas de la farine C1.
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11
120%
Cendres % blé B1 / MS
DON ppb / blé B1 / MS
100%
80%
60%
40%
20%
Fa
rin
es
de
co
n
C5
ve
rtis
sa
ge
C4
C3
C2
C1
CL
1
CL
2
CL
Fa
3
rin
es
CL
de
4
cla
qu
ag
e
e
ya
g
B4
Fa
rin
es
de
bro
B3
B2
B1
0%
450%
400%
350%
300%
250%
200%
150%
100%
50%
0%
es
rm
Ge
Re
mo
ula
ge
s
C5
cs
ula
ge
bla
n
Re
mo
Re
mo
Re
mo
u
lag
ula
g
eb
is
eb
is
C5
Cl
4
So
ns
so
ns
Fin
s
Gr
os
so
ns
Cendres % blé B1 / MS
DON ppb / blé B1 / MS
Figure 5. Comparaison des teneurs en cendres et en DON des fractions de mouture (en % du blé sur
matière sèche).
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12
Teneur en DON en ppb sur brut
3500
3000
y = 37389x + 315,19
R2 = 0,949
2500
Fins sons
Gros sons
Rem bis Cl4
2000
1500
Rem bis C5
Cl4
1000
B3
B2
Cl3
B1 C3
B4
Cl2
C1Cl1C4 C5
C2
500
Rem blancs
0
0%
1%
2%
3%
4%
5%
6%
7%
8%
Teneur en cendres en % MS
Figure 6. Corrélation linéaire entre la teneur en DON (en ppb sur brut) et la teneur en cendres (en %
de la matière sèche) des fractions de mouture.
Une corrélation linéaire (R²=0,94) a été établie entre la teneur en DON et la teneur en
cendres des fractions (figure 6). A partir de cette corrélation, il est possible d’extrapoler la
contamination des types de farines commerciales, définies par leur teneur en cendres, en
fonction de la contamination initiale du blé avant mouture.
Figure 7. Contamination des farines en fonction de la teneur en DON du blé avant mouture (en % du
blé sur brut).
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La figure 7 présente une extrapolation basée sur un niveau de contamination de la farine
T55 entre 64 et 68% de la teneur en DON du blé avant mouture. Ainsi, il apparaît que plus
le type (lié au taux de cendres) de la farine est élevé, plus celle-ci est sensible à la
contamination du blé.
5. Relation entre la granulométrie des farines de passages et
leur teneur en DON
94%
100%
90%
74%
80%
67%
70% 63%
53%
47%
50%
71%
70% 67%
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Teneur en DON en ppb % du blé B1
Lorsque l’on compare les teneurs en DON des farines de passage en fonction de leur
granulométrie maximale, il apparaît que les farines ayant la granulométrie maximale la plus
faible ont tendance à être plus concentrées en DON (figure 8). Cette tendance devra être
confirmée par des études plus précises sur ce point.
Figure 8. Teneur en DON (en ppb % du blé au B1 sur brut) en fonction de la granulométrie
maximale des farines de passages.
Discussion
Les résultats obtenus doivent être relativisés compte tenu de plusieurs éléments :
1) la préparation du blé :
Si le blé n'est pas assez mouillé, l'enveloppe se sépare plus difficilement et à tendance à se
fractionner, donc à se retrouver dans les farines de tête. Ceci peut expliquer en partie que la
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farine la plus blanche possède un % de matières minérales sur matière sèche à 0,47 plutôt
que 0,40-0,42 attendu.
2) autre explication qui peut avoir des conséquences :
Le diagramme et les réglages étaient imposés. Or il apparaît que les passages de tête étaient
un peu plus serrés que nécessaire (compte tenu du mouillage). L'attaque du grain était donc
assez forte ce qui a pu contribuer à faire passer du son dans les farines et donc augmenter
les matières minérales et donc le DON dans les farines de têtes et diminuer celles-ci dans
les farines de queue.
3) Les temps de blutage imposés par le diagramme ont peut-être provoqué un sur-blutage
sur les farines de tête les enrichissant ainsi en matières minérales et donc en DON au
détriment des farines de queue.
4) Contrairement à une mouture industrielle avec des remontées pneumatiques, le moulin
SIRAGA étant un moulin à reprise, il n'en possède pas, ce qui entraîne une perte de
produits très volatiles.
5) De plus pour éviter les contaminations entre passage, le moulin était entièrement nettoyé
entre chaque passage avec de l'air comprimé ce qui avait pour inconvénient de pulvériser
les fines particules qui alimentaient alors les pertes (6%). Or il est fort probable que ces
particules soient très riches en DON. Compte tenu des pertes, on peut raisonnablement
penser que la teneur en DON des farines est globalement sous évaluée. De plus, il s’avère
que la proportion de pertes est plus importante sur les passages de queue, moins alimentés.
La conséquence est que les passages de queue sont sûrement sous évalués en DON alors
que les passages de tête seraient surévalués pour les raisons vus précédemment.
6) Les moutures industrielles peuvent comporter plus de passage que le diagramme utilisé
(4-4-5), ce qui peut entraîner alors des différences plus importantes entre les fractions.
7) De manière générale, on peut penser que les caractéristiques du blé (variété, dureté,
teneur en cendres) vont avoir des conséquences sur la distribution du DON au cours de la
mouture. Ainsi, les résultats de cet essai sont à considérer dans des conditions spécifiques.
8) L’échantillonnage et l’analyse du DON ont induit des erreurs (+/- 9,2% d’incertitude du
résultat) qui peuvent fausser l’interprétation des résultats.
La teneur en DON de la farine T55 reconstituée représente 68% de la teneur en DON du
blé au premier broyeur alors que la moyenne pondérée des teneurs en DON des farines de
passages ne représente que 52% de la teneur en DON du blé au B1. Cette différence
pourrait s’expliquer par les différences d’homogénéisation et d’échantillonnage des farines
de passage (les quantités allant de 65g à près de 2 kg) pour analyse et lors de la
reconstitution de la farine T55.
Les calculs d’additivité des quantités de DON présentes dans les fractions de mouture
permettent de retrouver 91% de la quantité initiale de DON mesurée dans les grains. Les
9% restants peuvent être contenus dans les freintes de moutures (poussières fines) non
récupérées (6%). L’échantillonnage ainsi que l’analyse peuvent également avoir contribué
à cet écart. En conclusion, même si la mouture sur SIRAGA se rapproche d'une mouture
industrielle par le nombre de passage et les réglages que l'on peut faire, elle reste une
mouture de laboratoire. Les résultats de cet essai sont à considérer dans les conditions
spécifiques de sa réalisation : type de blé, niveau de contamination, conditions de mouture.
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Conclusion
La mouture de blé contaminé en DON a entraîné une distribution en DON répartie entre
51% dans les enveloppes, 40% dans les farines, les 9% manquant étant liés à la méthode
(freintes de mouture, échantillonnage et analyse). Il faut retenir dans le cadre de cet essai,
que la farine T55 issue de la mouture sur cylindres est moins contaminée par le DON par
rapport au blé avant mouture (environ 2 tiers de la teneur en DON du blé au B1) et que les
issues sont, à l’inverse, plus fortement contaminées (les fins sons 2,7 fois plus que le blé au
B1). Ainsi, la teneur en DON est bien corrélée avec la teneur en cendres des fractions et a
fortiori des types de farines commerciales. D’autres essais devront préciser les résultats
obtenus, notamment en fonction du niveau de contamination en DON du blé avant
mouture.
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