D.2.4.2 Guidelines for new processes at the laboratory scale

AFTER (G.A n°245025) – Deliverable 2.4.2
Guidelines for new processes at the laboratory scale
The research leading to these results has received
funding from the European Union’s Seventh Framework
Programme for research, technological development and
demonstration under grant agreement n° 245-025
African Food Tradition rEvisited by Research
FP7 n°245025
Start date of project: 01/09/2010
Duration: 45 months
Deliverable number: D 2.4.2
Title of deliverable: Guidelines for new processes at the laboratory scale
Deliverable type (Report, Prototype, Demonstration, Other): Other
Dissemination level (PU, PP, RE, CO)*: RE
Contractual date of delivery: June 2014
Actual date of delivery: January 2015
Work-package contributing to the deliverable: WP 2
Organisation name of lead contractor for this deliverable: UAC, FAAU
Authors: Laurent Adinsi, Noel Akissoe, Wisdom Amoa-Awua, Theophilus Annan,
Sameh Awad, Generose Dalode, Djidjoho Joseph Hounhouigan, Christian Mestres,
Mary Obodai, Carole Sacca
This document has been sent to:
The coordinator by WP Leader
Date: January 2015
To the Commission by the Coordinator
Date: January 2015
* PU: Public; PP: Restricted to other programme participants (including the Commission Services); RE: Restricted
to a group specified by the consortium (including the Commission Services); CO: Confidential, only for members of
the consortium (including the Commission Services)
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Table of contents
Executive summary..................................................................................................................... 2
Annex 1 – Detailed report for Akpan ......................................................................................... 3
Annex 2 – Detailed report for Gowe........................................................................................... 7
Annex 3 – Detailed report for Kenkey ...................................................................................... 10
Annex 4 – Detailed report for Kishk Sa’eedi............................................................................ 15
Executive summary
The re-engineered procedures for preparing Akpan, Gowé, Kenkey and Kishk Sa’eedi at
laboratory level have been detailed. These procedures have been used for assessing the quality of
the final products by microbial and physico-chemical analyses (deliverable D 2.4.1) and during
tests by African and European consumers (deliverables D 5.5.2, D 5.4.1.1) and for the microbial
challenge tests (deliverables D2.3.2.1 to D2.3.2.4).
The detailed procedures are given in annexes. As these procedures are restricted to partners and
have only be used at internal level in the project, the original language of each partner (French
for Akpan and Gowé, English for Kenkey and Kishk Sa’eedi) has been kept for practical reason.
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Annex 1 – Detailed report for Akpan
Guide de production du Akpan
Note explicative
Les principales opérations unitaires de production du Akpan sont le trempage, la mouture, le
tamisage, la fermentation et la précuisson. Pour une production à grande échelle, certaines de ces
étapes critiques ont été revisitées. En effet, le trempage du maïs se fait traditionnellement à
température ambiante (30-32 °C) pendant 48-72 h et engendrait, dans ces conditions, la
prolifération des microorganismes indésirables. Cette étape a été améliorée en réalisant un
trempage à température relativement élevée pour inhiber ces microorganismes et éviter la
cuisson du grain/amidon.
En outre, les risques de contaminations par des pathogènes lors de la mouture humide des grains
de maïs et du tamisage à l’eau sont élevés ; ce qui peut affecter la qualité du tamisât. Ainsi, la
pasteurisation du moût a été introduite avant la fermentation pour réduire la charge en
microorganismes pathogènes et en bactéries lactiques endogènes, et favoriser l’efficacité de la
culture d’amorce (starter culture). En effet, la fermentation spontanée réalisée par les
productrices a été remplacée par une fermentation contrôlée par Lactobacillus casei.
Traditionnellement, les additifs sucre et lait sont ajoutés à l’Akpan nature au moment de la
consommation. Pour se conformer à la production à grande échelle et éviter les risques de
contamination post-cuisson, ces additifs sont introduits dans le moût avant la fermentation.
Toutes ces contraintes ont été analysées à travers des essais d’optimisation qui ont permis de
préparer l’Akpan de qualité désirée par le consommateur.
La figure 1 décrit, les étapes, paramètres et variables technologiques pour la production d’Akpan
amélioré.
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Protocole du procédé amélioré de production du Akpan
1-Trempage-précuisson
Les grains de maïs (5 kg) blanc sont nettoyés, puis lavés à l’eau potable.
Les grains humides sont mis à égoutter dans une passoire et transvasés dans un récipient/bol.
L’eau (9 L) est mise à bouillir, puis versée sur les grains de maïs. Le récipient et son contenant
sont laissés dans un bain-marie réglé à 50°C pendant 15 h. Après 15 h de trempage, les grains (7
kg environ) sont égouttés dans une passoire.
2-Mouture des grains précuits et tamisage du broyat
Les grains égouttés sont moulus à l’aide du moulin à maïs en un passage. La farine humide
obtenue est tamisée à l’aide d’un tamis (300-315 µm)/toile de mousseline posé sur un réceptacle.
Le broyat est déposé peu à peu, puis on y verse de l’eau petit à petit (rapport eau/maïs
broyé, 3 :1, ici 21 L d’eau au total) tout en malaxant au travers du tamis avec la main recouverte
d’un gant. De temps en temps, il faut bien essorer le refus, puis rajouter de l’eau. Il faut continuer
ainsi jusqu’à ce que toute la quantité d’eau ait été utilisée pour lessiver le broyat.
3-Pasteurisation
Les additifs sucre (3 kg) et lait (1 kg) sont ajoutés au moût de maïs afin d’obtenir un mélange
bien homogène de 10 % de sucre et de 3 % de lait dans 87% du moût (soit environ 31 Kg). Le
mélange est mis à pasteuriser dans le cuiseur/ bain marie à 70°C pendant 15 mn avec
homogénéisation.
Le mélange est laissé refroidir à température ambiante pendant trente minutes.
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4-Fermentation par Lactobacillus casei
Quantité de ferment lyophilisé de Lactobacillus casei (1 x 109 CFU/g) à ajouter
Le ferment, Lactobacillus casei est ajouté (15,5 g) au moût de maïs. Le tout est
homogénéisé, puis mis à fermenter à température ambiante (30-32° C) ou dans une étuve à 42 °C
pendant 15 h. Après 15 h de fermentation, le surnageant présente des bulles bien caractéristiques
d’un liquide fermenté (ogui). Il faut vérifier le pH pour qu’il soit proche de 4-4,2.
Remarque : Procédure de calcul
Pour 31 kg de moût de maïs, on a besoin au total d’une charge de Lactobacillus casei : 31. 103 x 5. 105
germes /g, soit 155.108 germes /g.
Si nous avons pour 1 g de la souche lyophilisée de L. Casei, 1.109 germes, alors pour 155.108 germes /g
nous avons alors : 155.108 / 1.109 = 15,5 g
5-Cuisson du « ogui »
L’ogui est séparé (moût de maïs fermenté) en deux portions égales de 15,5 L chacune.
Aromatisation : Préparation de l’infusion de citronnelle
8 L d’eau sont mis à bouillir dans un récipient en acier recouvert d’un couvercle. Les
feuilles de citronnelle sont introduites dans l’eau bouillie et retirée du feu. Après 5 min, on
sépare les feuilles à l’aide d’un tamis.
Remettre les 8 litres d’infusion de citronnelle encore chaude puis ajouter les 15 L d’ogui
tout en remuant vigoureusement avec un malaxeur pour éviter toute formation de grumeaux.
Compter 10 min de cuisson dès que la température arrive à 90°C. Parallèlement l’autre partie du
ogui (15,5 L) est pasteurisée à 70 °C pendant 15 min.
Après refroidissement à température inférieure à 70°C, le « Akpan » précuit est mélangé
au 15,5 L de « ogui » précédemment pasteurisé et mis de côté. L’ensemble est bien
homogénéisé. On obtient ainsi le « Akpan » prêt à boire (39 Kg).
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Maïs (5kg)
Vannage / Triage manuel
Sons, morceaux d’épis,
corps étrangers (0,5 kg)
Maïs vanné et trié (4,5 kg)
2 X Eau bouillante (9 L)
Trempage (15 h à 50°C) Egouttage
Maïs trempé (7 kg)
Mouture
Farine humide (7 kg)
Eau (21 L)
3X
Tamisage
Lait en poudre (1 kg),
Sucre (3 kg)
Son humide (1kg)
Tamisât (27 kg)
Pasteurisation (15 min à 70°C)
Inoculum (15,5g)
Tamisât pasteurisé (31 kg)
Fermentation (15 h à 42°C)
Malaxage
Ogui (31 kg)
50%
(1/4) X
Eau bouillante à la
citronnelle (8 L)
Pré-cuisson (10 min à 90° C)
Refroidissement 65 °C
50%
Pasteurisation
(15 min à 70°C)
Akpan pré-cuit (23 kg)
Akpan à boire (39 kg)
Figure 1 : Diagramme de production du Akpan amélioré
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Annex 2 – Detailed report for Gowe
GUIDE DE PRODUCTION DU GOWE
I.
Contexte
Le Gowé est une pâte de sorgho ou maïs malté, fermenté, cuite consommée en tant que boisson
après dilution dans de l’eau et ajout à volonté de la glace, du sucre et du lait. Il est produit de
manière artisanale à petite échelle;, les contraintes majeures du procédé de production sont les
étapes de maltage et de fermentation ; ce qui rend très variable les qualités sanitaires,
nutritionnelles et organoleptiques du produit fini. Pendant l’étape de maltage, les grains sont
souvent contaminés par les moisissures, source potentielle de mycotoxines. En outre, la
fermentation du Gowé est spontanée (non contrôlée), ce qui entraîne un développement de
microorganismes variés qui peuvent affecter la qualité du produit fini. De plus, la teneur en eau
très forte du Gowé cuit (78,4%, b.h) et le conditionnement du produit dans des feuilles végétales
(Thalia welwichii ou tecktona grandis) de qualité hygiénique limite, ne permettent pas une
conservation de Gowé de plus de 2 à 3 jours à la température ambiante ; donc pas une qualité
stable et reproductible du produit fini.
Des études ont été menées pour standardiser le procédé de production du Gowé tout en lui
assurant une meilleure commodité. Les résultats obtenus sont présentés dans le présent
document.
II.
Procédé standardisé de production de la farine de Gowé
Sept (7) opérations unitaires (Figure 2) concourent à la farine de Gowé séché.
1. Nettoyage
Les grains de sorgho sont nettoyés manuellement pour éliminer les débris, pierres, et grains
cassés. Ils sont ensuite divisés en deux lots : 75% et 25%. Le premier lot (75%) de grains est lavé
à l’eau distillée suivant un rapport grains : eau de 1 :1 (P/P). Les grains lavés sont égouttés à
travers un tamis et séchés dans un séchoir à 45°C pendant 2 heures. Le second lot (25%) est lavé
avec une solution de chlorure de sodium (5%) suivant un ratio grains : NaCl de 1 : 1(P/P).
2. Maltage
Les grains lavés au NaCl (25%) sont égouttés à travers un tamis et trempés dans l’eau distillée
contenue dans un seau suivant un ratio grains : eau de 1 : 6 (P/P). Le seau est maintenu dans un
bain-marie à 30°C pendant 15 h. A la fin du trempage, les grains sont égouttés dans un panier ;
ils sont recouverts d’un sac de jute et laissés germer dans un germoir à 30°C pendant 60 h.
Durant la germination, les grains sont arrosés toutes les 12h avec de l’eau distillée suivant un
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ratio grains : eau de 1 : 1/2 ; A la fin de la germination, les grains sont séchés dans une étuve à
45°C pendant 12 h. Les radicelles sont éliminées manuellement.
3. Mouture
Les grains maltés séchés (25%) et les grains non-maltés séchés (75%) sont moulus séparément
dans un moulin à meules.
4. Saccharification
La farine de grains maltés (25%) est pétrie avec de l’eau suivant un ratio grain : eau de 1 :1
(P/P). Cette pâte obtenue est laissée pendant 1h dans un bain-marie à 65°C. Durant la
saccharification, la pâte est remuée toutes les 5 min.
5. Préparation de la bouillie
La farine de grains non maltés (75%) est divisée en deux lots : ¼ c’est à dire 15% et 60%. Le
premier lot (15%) est délayé avec de l’eau suivant un ratio farine : eau de 1 : 5 (P/P). La
suspension obtenue est portée au feu jusqu’à une température de 65-70°C. Le second lot (60%)
est utilisé directement pour la fermentation comme suit.
6. Fermentation
Elle est réalisée avec les souches lyophilisées de Lactobacillus casei (106) et de Kluveromyces
thermotolérans (106). La quantité d’eau pour l’empâtage complet est égale au poids de farine
grain initial (75% non germé + 25% germé). Une fois la quantité d’eau prélevée, on mélange
successivement la pâte saccharifiée avec toute l’eau. On ajoute ensuite la bouillie tiède (65-70°C)
et le reste de la farine de grains non maltés (60%) après avoir retiré environ 10 g de cette farine
qui servira à préparer/disperser le ferment. La suspension obtenue est laissée refroidir pendant 45
min pour atteindre 35-38°C. A cette température on mélange les souches lyophilisées au 10 g de
farine ; ceci est ajouté à la suspension. L’ensemble est laissé fermenter à la température ambiante
pendant 15h.
7. Séchage
La pâte fermentée obtenue est étalée sur des plaques suivant une hauteur de 1 à 2 mm et laissée
sécher dans un séchoir à 70 °C pendant 5h. Les plaques obtenues après séchage peuvent être
broyées au moulin.
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8. Reconstitution
La farine séchée obtenue est délayée dans l’eau suivant un ratio farine : eau de 1 : 9 (P/P). La
suspension obtenue subit une cuisson d’environ 30 à 45 min. A la fin de la cuisson et après
refroidissement, on ajoute du sucre (4,5%) et du lait (2,5%) pour la consommation du gowé.
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Sorgho (100g)
Nettoyage
75%
25
Lavage NaCl (5%) 2X
Rapport grain / NaCl: 1/1
Lavage eau 2X
Rapport grain/eau : 1/1
Egouttage
Séchage 45°C/2h
Trempage (30°C-15h)
Rapport grain/eau – 1/6
Mouture
Germination (30°C-60h)
Farine de sorgho
Séchage (45°C-12h)
Mouture
Bouillie (65-70°C)
Ratio farine/eau: 1/5
Farine de malt de sorgho
Pétrissage
(avec eau~1:1 )
Saccharification (65°C-1h)
Pâte saccharifiée
Fermentation
Eau (100ml)
Séchage (70°C-4h)
Figure 2 : Procédé de production standardisé du Gowé
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Annex 3 – Detailed report for Kenkey
PREPARATION OF RE-ENGINEERED WHITE KENKEY
1. White kenkey
Re-engineered white kenkey (optimized nsiho-kenkey) is a slightly salted, whitish coloured,
cylindrically shaped fermented maize dumpling having a fairly bland taste and which may be
eaten as a principal meal with grilled fish and vegetable sauce. It has a moisture content of 7577 %, pH of 3.5-3.7, titratable acidity of 0.14 %, lactic acid content of 4%, glucose content of 0.2
%, and an L value (whiteness value) of 80. Packaged in polyethylene it has a shelf-life of 3-5
days but when vacuum packed has an extended shelf life exceeding 6 months.
White kenkey is prepared by steeping dehulled maize
grains at a temperature of 30 oC) for 30 hours in
water, milling and kneading into a dough which is
then fermented for 12 hours. Two-thirds of the dough
is precooked for 10 minutes, remixed with the
remaining dough, packed into small cylindrical
aluminum containers and steamed for 1 hour.
Processing of maize into Reengineered white kenkey
The method for the production of reengineered white kenkey is shown in the flow diagram in
Fig. 3.
This cleaning of maize grains, followed by dehulling, steeping, milling, dough
fermentation, aflata preparation, mixing of aflata and raw dough, moulding, steaming and
packaging.
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Maize grains
Cleaning
(Sorting, sieving, winnowing)
Dehulling
Steeping (30 h) (ca 30ºC)
Washing
Milling
Kneading into dough
Fermentation (12 h, 30 oC)
Pre-cooking of 2/3rd of dough (10 mins)
(aflata)
Mix (aflata) with remaining fresh
Mould and package in cylindrical
Aluminium containers
Steaming (1h)
White kenkey (Nsiho)
Figure 3: Flow diagram for the production of re-engineered white kenkey.
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2. Cleaning of maize grains
Clean the maize grains to remove all foreign matter. This should be done by sorting to pick out
bad grains and debris, winnowing and sieving. These operations remove dust, chaff, stones,
insect-damaged grains, and other debris.
3. Dehulling (polishing, degerming)
The cleaned maize grains should now be dehulled or polished to remove the germ and the hull or
testa. Dehulling can be carried out in an Engelberg mill (similar to a rice mill) or a suitable mill.
4. Steeping
The dehulled or polished maize grains should be washed thoroughly in clean water and then
steeped in clean water by soaking the maize in about twice its volume of water. Steeping should
be carried out at a temperature of about 30 oC for 30 hours.
5. Milling of the steeped maize grains
Decant the water from the steeped maize grains and wash the grains once again in clean water.
The maize grains should now be milled in an appropriate mill into a smooth meal. Milling
should be done in a plate mill (in Ghana this is called a corn mill) or a suitable mill. It is often
necessary to milled the maize/meal twice in order to obtain a very smooth meal.
6. Kneading of meal into dough
Knead or mix the meal with a little water to form a dough. The dough should have a moisture
content of 45 to 55 %. The amount of water used to form the dough is very important as this
affects the rate of fermentation as well as the quality and shelf life of the dough.
7. Fermentation of dough
Pack the dough tightly into a plastic container and leave it to ferment on its own for 12 hours.
The temperature at which the dough is fermented is very important and should be between 25
and 30 oC.
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8. Preparation of Aflata
Divide the fermented dough into three equal portions. Mix together two out of the three portions
in a large cooking pan. Add about 2 to 3 times its volume in water and stir to dissolve the dough
into a slurry. Cooked the slurry with continuous stirring into a sticky gelatinous paste known as
aflata. Whilst stirring the slurry add salt to taste.
9. Mixing of Aflata with remaining dough
Mix the aflata thoroughly with a remaining uncooked dough (the third portion of the uncooked
fermented dough) using a ladle. Allow the mixture to cool.
10. Steaming
Pack the mixed cooked dough into small aluminium or suitable containers to a depth of about 3
centimeters so that the white kenkey will be in the form of slices. It is preferable to use
containers which are cylindrical in shape. Place the containers in a steaming equipment and
steam the white kenkey for 1 hour.
11. Packaging
After steaming and cooling to about 45 oC (a warm enough temperature that you can handle)
remove the slices of white kenkey from the containers and wrap each slice (or 2 – 3 slices) with a
cling film.
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Annex 4 – Detailed report for Kishk Sa’eedi
Preparation of re-engineered kishk sa’eedi
Re-engineered Kishk Sa’eedi is made in laboratory by mixing Coarse wheat with Laban Zeer;
Laban Zeer is prepared in laboratory by fermentation the pasteurized buttermilk with selected
starter culture. Crushed wheat grains (Burghol) is added to diluted Laban Zeer (1 parts wheat, 2
parts sour butter milk) then mixed these ingredients until a thin creamy consistency is obtained
using mechanical mixer with temperature controller; the resulting paste has a weak smooth
texture. The paste is slowly mixed under temperature constant for 4 h to allow fermentation and
complete the conditioning period during this period hydration or / and gelatinization. About 0.33
kg of cumin is added per100kg wheat to give the Egyptian kishk its characteristics flavour and
taste. The paste swells and divided into round pieces, spread over stainless steel tray to dry in
oven (16-18 h). Kishk is stored in cotton or paper pages
The method for the production of reengineered Kishk Sa’eedi is shown in the flow diagram in
Fig. 4.
1- Starter Culture
Lactobacillus rhamnosus, Lactobacillus gasseri and Lactococcus lactis subsp lactis were
separately inoculated in sterilized skim milk (12.5%), the milk is incubated at 37 °C for 18 h. A
mixture of equal parts of each culture was used as starter culture to produce the Laban Zeer.
2- Preparation of Laban Zeer
a- milk
Three litters of sweet butter milk were placed in glass beaker (4 litters) and then were pasteurized
at 72 °C for 1 min in water bath.
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b- Fermentation
The milk was cooled to 37 °C, inoculation with 2% activated starter culture, incubation for 16-18
h for fermentation at 37 °C or until pH reached to 3.85 – 3.9.
c- Concentration
After overnight cooling at 4 °C, the fermented milk was concentrated by filtration through thick
cheese cloth until getting heavy consistency (dry matter is in the range 22-25%)
3- Preparation of wheat flour
a- Sorting and cleaning
The whole wheat grains are sorted manually and cleaned with a mesh. This step frees the wheat
from any unwanted materials.
b- Boiling:
The grains are then boiled in a cooking pot in order to soften them and obtain light yellow grains
with a transparent core.
c- Drying:
The grains are left to dry in the Oven at 40 °C for 18-20 h. When dry, the grains can be easily
cracked by teeth.
d- Grinding:
The grains are finally grinded using an appropriate electrical device. After being sieved, the
coarse flour is homogenous.
4- Dough preparation
Laban Zeer is added to the dry coarse flour (2:1 w/w) and mixed at 37 ° C using mixer
temperature controller “Kenwood KN070 (UK)”. The mixture is left 3 hours to initiate the
second fermentation at 37 °C with slow mixing.
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5- Kneading and Spicing
After fermentation, the dough is spiced using salt (2%) and cumin (3 g/kg), kneaded until
reaching a texture of fluffy dough.
6- Shaping and drying
The KS is manually shaped into small balls, placed on stainless steel tray and dried in oven 45
°C for 18-20 h in air oven drier. The balls obtained after draying are easily broken by teeth and
the core is dried.
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7- Storage
Re-engineered Kishk Sa’eedi is packed in paper bags and kept in dry area.
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Boiled whole wheat
Laban Zeer
Wheat grain covered with water.
Buttermilk produced by mechanical churning
Heat to boil and simmer until soft.
Pasteurization at 72 °C/1min.
Wash with cold water and drain.
Inoculation with starter culture
Incubation at 37 °C for fermentation (16-18 h) until pH
Milled to a coarse grind
reached (3.8-3.9)
Remove fine wheat meal by sieving
concentration by filtration through thick
cheese cloth to give heavy consistency
Mix ground wheat with Laban Zeer (1:2) in mixer with temperature controller “Kenwood KN070,
UK” to form a paste , the dough
Ferment for4 h with mixing in the machine
Knead, mix with diluted Laban Zeer and adjust salt
Knead and mix again, adding spices such as cumin seeds and shape into small balls
Place on still steel tray and oven dried at 40 °C
Store in clean paper bags
Fig. 4: Flow diagram for the preparation of Re-engineered Kishk Sa’eedi in Laboratory.
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