Nettoyer ou non le maïs-grain pour réduire la présence de vomitoxine (DON)
Ben Rosser, spécialiste de la culture du maïs et James Dyck, ingénieur, conditionnement pour les grandes cultures et questions environnementales, MAAARO
Un certain nombre de producteurs ont nettoyé leur maïs cet automne dans l’espoir de réduire les teneurs en vomitoxine (DON). Que ce soit sur la batteuse ou dans les silos, l’objectif est de retirer le plus possible les particules fines et les rafles puisque celles-ci peuvent présenter des teneurs élevées en DON. Les résultats de nettoyage ont, par contre, été variables; certains ont affirmé qu’ils avaient réussi à réduire les teneurs en vomitoxine et d’autres ont signalé peu ou pas de changements.
Que disent les recherches antérieures sur le nettoyage des grains?
Figure 1. Pourcentage de la masse de grain prénettoyé (Masse [%]), pourcentage de la teneur totale en DON (DON [%]) dans la masse de grain prénettoyé et teneur en DON (DON [ppm]) pour cinq poids spécifiques obtenus à partir d’une table densimétrique, où C correspond à la masse initiale des grains prénettoyés, et F à celle des particules fines et des brisures (figure et description tirées de Schaafsma et al, 2004).
Des recherches sur le nettoyage des grains ont été effectuées par Art Schaafsma (Ph. D.), professeur en lutte antiparasitaire dans les grandes cultures au Campus de Ridgetown de l’Université de Guelph, au début des années 2000. À l’aide d’une table densimétrique, utilisée pour séparer les grains par gravité, Art Schaafsma a tenté d’évaluer comment les teneurs en DON varient en fonction de différents poids spécifiques du maïs (figure 1).
On a observé une hausse de la teneur en DON avec une baisse du poids spécifique. Les teneurs les plus élevées, soit celles supérieures à 15 ppm (F), ont été décelées dans les particules fines et les brisures, comparativement à 2,7 ppm pour les grains de maïs prénettoyés (C) (figure 1). La portion de maïs ayant le poids spécifique le plus élevé (79,2 kg/hL) représentait environ 40 % de la teneur totale en DON, mais 70 % du poids du grain prénettoyé. Cette observation confirme l’hypothèse que l’élimination de particules fines ou un maïs plus léger permet de retirer aussi une plus grande proportion de DON du grain.
Essais de nettoyage des grains à la ferme (2018)
La recherche d’Art Schaafsma comportait une séparation des grains de maïs en fonction de leur poids spécifique, mais dans la plupart des cas le nettoyage des grains à la ferme se fait en fonction de leur grosseur. En 2018, nous avons réalisé quelques essais en vue d’évaluer de quelle manière le nettoyage à la ferme peut contribuer à réduire les teneurs en DON.
Nous avons évalué un nettoyeur rotatif avec aspirateur (figure 2) et un nettoyeur perforé arrimé à un transporteur à vis (figure 3). Nous avons reproduit quatre essais de lots d’une tonne pour chaque type de nettoyeur. Pour nous assurer que les échantillons de grains étaient représentatifs de chaque lot, nous avons prélevé des sous-échantillons de maïs prénettoyé nettoyé, de maïs nettoyé et de criblures toutes les 10 secondes à l’entrée et à la sortie des nettoyeurs. Par ailleurs, pour s’assurer que les sous-échantillons soumis à l’analyse en laboratoire étaient représentatifs des échantillons de maïs, chaque échantillon de grains a été entièrement broyé et bien mélangé (et dans certains cas fendu une fois avant d’être broyé).
Figure 2. Crible rotatif avec aspirateur.
Figure 3. Nettoyeur perforé arrimé à un transporteur à vis (perforations visibles dans l’image en encadré).
Résultats des essais de nettoyage
Dans les deux essais, on a utilisé du maïs qui présentait une concentration relativement élevée en DON (tableau 1), avec des criblures dont la teneur en DON était beaucoup plus élevée que celle du maïs prénettoyé. Le poids des criblures retirées était variable. Bien que cela puisse dépendre de différences entre les nettoyeurs, le maïs prénettoyé utilisé dans l’essai avec le nettoyeur rotatif provenait du centre d’un silo à grains et présentait une proportion de particules fines beaucoup plus élevée que la normale.
Les réductions dans la teneur en DON se situaient entre 0,5 à 2,0 ppm, ce qui pour ces échantillons n’était pas suffisant pour améliorer leur qualité marchande.
Tableau 1. Teneurs en DON de sous-échantillons de maïs prénettoyé, de criblures et de maïs nettoyé ainsi que le poids des criblures, et les teneurs prévues en DON dans le cas des essais avec un crible rotatif et un nettoyeur perforé arrimé à un transporteur à grains.
Pourquoi le nettoyage n’a-t-il pas permis de réduire davantage les teneurs en DON?
Dans ces essais, le nettoyage en fonction de la grosseur des grains a assez bien permis de retirer les particules fines, les brisures, les très petits grains et les rafles. Bien que ces criblures présentent des concentrations beaucoup plus élevées de DON que les grains, elles ne représentaient en général qu’une petite proportion de la masse totale, ce qui explique que la réduction globale de la teneur en DON ait été plutôt faible. Ces résultats concordent aussi avec les travaux antérieurs d’Art Schaafsma (figure 1).
On a aussi observé la présence de grains visiblement infectés qui étaient trop gros pour passer dans le crible et qui sont restés dans le lot de maïs nettoyé. Ces grains auraient normalement été de grosseur normale, mais leur couleur n’était pas régulière, ils étaient de toute évidence infectés, insuffisamment remplis et de poids plus léger.
À quelle réduction de la teneur en DON peut-on s’attendre?
Nous avons été déçus de constater que les teneurs en DON ne diminuaient pas davantage, mais les résultats sont conformes aux lois du bilan massique puisque la teneur en DON qui persiste dans le maïs nettoyé correspond à la différence entre la teneur initiale en DON moins la proportion de DON retirée des criblures. On peut estimer les teneurs prévues en DON dans le maïs nettoyé en soustrayant les teneurs en DON éliminées dans les criblures (poids des criblures et teneurs en DON) pour diviser ensuite le résultat par le poids du maïs nettoyé (« Maïs nettoyé DON (ppm) prévu » du tableau 1). Nos résultats étaient conformes à ces prévisions.
Pour réduire davantage les teneurs en DON, il faudrait éliminer les criblures qui présentent des teneurs plus élevées de DON, ou retirer une plus grande quantité des fractions qui présentent des concentrations plus élevées. Il est possible qu’un nettoyage plus intense puisse réduire davantage les teneurs en DON dans le grain nettoyé en permettant de retirer des fractions qui contiennent plus de DON. Toutefois, en procédant ainsi, on aurait aussi entraîné plus de pertes de criblures. Toute perte de poids doit s’accompagner d’une amélioration dans la valeur et la qualité marchande du grain.
Ces essais ne constituent qu’un petit nombre d’exemples de scénarios possibles de nettoyage des grains et ils ne tiennent pas compte de l’effet attribuable au choix de l’hybride cultivé, aux degrés d’infection par le DON ni aux différents types ou grandeurs de crible. Il est également possible que le type ou la gravité de l’infection puisse avoir un effet sur l’efficacité du nettoyage. Si la majorité des infections se trouvent dans les particules fines et les rafles, ou si les grains les plus infectés sont très petits (c.-à-d. infections près des extrémités seulement), il se peut qu’un nettoyage d’après la grosseur des grains soit alors plus efficace.
Remerciements
Merci aux producteurs et au personnel de l’industrie qui ont pris le temps de nous aider à réaliser ces essais de nettoyage des grains. Merci également aux Grain Farmers of Ontario et aux laboratoires SGS pour leur contribution aux coûts des analyses.
Références
Schaafsma, A. W., J. Frégeau-Reid et T. Phibbs, Distribution of deoxynivalenol in Gibberella-infected food-grade corn kernels, Can J. Plant Sci. 84 : 909–913, 2004.
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This article was written by Ben Rosser, OMAFRA Corn Specialist, and James Dyck, OMAFRA Engineer- Field Crop Conditioning & Environment
A number of growers cleaned corn this fall in efforts to reduce DON. Whether it is on the combine or at the bins, the general message is to remove as much fines or cob as possible as these harbour the highest levels of DON. Cleaning reports were variable however; some reported good luck in reducing DON, while others reported little or no change.
Figure 1. Percentage of precleaned grain mass (Mass (%)), percentage of total DON (DON (%)) in precleaned grain mass and DON concentration (DON (ppm)) in five density fractions from gravity table cleaner, where C represents original recleaned grain mass and F represents fines and broken materials (figure and description from Schaafsma et al, 2004)
What Has Past Research Demonstrated for Grain Cleaning?
Some corn cleaning research was conducted by Dr. Art Schaafsma, Field Crop Pest Management Professor at University of Guelph, Ridgetown Campus in the early 2000’s. Using a gravity table cleaner, which separates grain by density, Dr. Schaafsma investigated how DON levels change for various corn density fractions (Figure 1).
DON concentrations increased as density decreased. The highest levels were in the fines and broken materials at over 15 ppm (F) compared to 2.7 ppm for the precleaned corn (C) (Figure 1). The heaviest corn fraction (79.2 kg/hL) had about 40% of the DON concentration, but 70% of the weight of the precleaned grain. This supports the notion that removing fines or lighter corn should also remove higher DON portions of the grain.
2018 On-Farm Grain Cleaning Trials
Dr. Schaafsma’s research separated corn by density, but most on-farm grain cleaning is separating corn by size. In 2018 we conducted a couple trials to see what on-farm cleaning does for reducing DON.
We investigated both a rotary screen with aspirator (Figure 2) and a perforated auger type cleaner (Figure 3). We replicated four one-tonne lots of corn for each cleaner. To ensure our grain samples are representative of each lot, we sampled the precleaned corn, cleaned corn and screenings streams every 10 seconds as they entered or exited the cleaner. To ensure lab analysis subsamples are representative of the grain samples, each grain sample was fully ground and well mixed (in some occasions split once before grinding).
Figure 2. Rotary screen with aspirator.
Figure 3. Perforated auger grain cleaner (perforations in inset image).
Cleaning Trial Results
Both trials involved corn that was relatively high testing for DON (Table 1), with screenings testing much higher than precleaned corn. Weight of screenings removed varied. While this may have been influenced by differences in cleaners, the precleaned corn used in the rotary screen trial was from the core of a grain bin and much higher than normal for fines. Reductions in DON ranged 0.5 to 2.0 ppm, which for these samples was not enough to improve marketability.
Table 1. DON levels for precleaned, screenings and clean corn streams, as well as screening weights, and expected DON levels for rotary screen and perforated auger cleaning trials.
Why Didn’t We See Greater DON Reductions for Cleaning?
In these trials, cleaning by size did a good job of removing fines, broken and very small kernels and cob. While these screenings have much greater DON concentrations than the grain, they were generally a small percentage of the total mass so overall reductions tended to be small. This was evident in Dr. Schaafsma’s earlier work as well (Figure 1).
There were also visibly infected kernels that were too large to be screened out that remained in the clean stream. These appear as what otherwise would have been normal sized kernels, but were off-colour, visibly infected, under-filled and lighter weight.
How Much DON Reduction Should We Expect?
We were disappointed DON levels did not drop more, but these results align with the laws of mass balance where the amount of DON remaining in the clean corn is the difference of the initial amount of DON less DON removed in the screenings. We can estimate our expected clean DON concentrations by removing the amount of DON removed in screenings (screenings weight and DON concentrations) from the initial quantity of DON (precleaned weight and DON concentration), and dividing this by our clean weight (“Expected Clean DON (ppm)” in Table 1). Our results were in the realm of these expectations.
To reduce DON more, we would have to remove screenings with higher DON concentrations, or remove a greater quantity of higher testing material. Perhaps more aggressive cleaning could have further reduced DON in cleaned grain by removing more higher-testing material, but this also would have come at the cost of greater screening losses. Any loss in weight would need to be made up for by improvement in grain value or marketability.
This testing only represents a couple of grain cleaning scenarios, and does not consider the impact of hybrid choice, DON infection levels or different screen sizes or types. It is possible type or severity of infection may impact response to cleaning. If the majority of infection is in fines and cob, or if most infected kernels are very small (ie. ear-tip only infections) perhaps there may be greater responses to cleaning by size.
Acknowledgements
Thanks to the producers and industry personnel who took the time to help us conduct these cleaning trials. Thanks to Grain Farmers of Ontario and SGS Labs for supporting analysis costs.
References
Schaafsma, A. W., J. Frégeau-Reid and T. Phibbs. 2004. Distribution of deoxynivalenol in Gibberella-infected food-grade corn kernels. Can J. Plant Sci. 84: 909–913.
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