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DJlliETH ey^ These EPFZ No. 8834 Essais d'amelioration de la microbiologique et nutritive des aliments a (Manihot esculenta, base de manioc Crantz) qualite tenant compte des habitudes alimentaires observees presentee au Zaire a L'ECOLE POLYTECHNIQUE FEDERALE ZURICH pour I'obtention du titre de Docteur es sciences techniques par PETER F. REGEZ Ingenieur en technologie ne originate alimentaire dipl. EPF-Z le 22 decembre 1954 de Darstetten et Erlenbach BE acceptee sur proposition du Professeur Dr. W. Schmidt-Lorenz, rapporteur du Professeur Dr. M.R. Bachmann, corapporteur Zurich 1989 1 SUMMARY (Manihot esculenta, Crantz) Foods based Cassava Quality of and Nutritional Microbiological the Improvement of the local on Food Habits observed in Zaire Cassava is a major staple crop vation in the soil have made cassava an come. been In spite of the presence of a toxic developed locally nutritional contain little protein, vitamins, lem have been presented so with foods rich in (2) mixing fermentation. Since available for poor and local (1) far: protein, the and products are a have out of cassava. As to the prob¬ Three solutions to this of they source, but good energy consumption complementary foods, (3) improvement of and foods for complementary foods food processing by mixing who suffer from malnutrition, the people with little in¬ people for processing techniques often not are present research to examine the pos¬ which could be acceptable to the population. investigation tional they developing fermentation processes of 1. Socio-cultural An important food oligo-elements. aims at the evaluation of traditional sibility and the preser¬ cyanide, many traditional recipes to make several food of cassava foods, quality climate in Africa, Latin tropical in countries with high yield, easy propagation by cuttings America, and Asia. Its aspects of backgrounds tions, 62% stated that prohibiting proverbs, tales or According analysed sharing. Mixing consumption as to in 30% knew particular situa¬ purposes than food, and 45% their nutritional implications. These local processing, preservation, of cassava, with cereals and peanuts exists processing techniques already and of cassava to observations made in all the 9 use and 132 vation of common cassava people considered recipes recently, promoted. 2. Traditional domestic cassava new in songs about cassava. 14 proverbs of the LUBA tribe proverbs explained the availability should be adopted voca¬ capital city of Kinshasa and cassava was used for other about cassava have been food habits, and food in Zaire elements: 94% of the following their main diet, 63% have some traditional taboos knew of people a of various levels of education, and social environment in the rural areas revealed the cassava as as cassava made among 260 regions of Zaire, recipes for commercial preparation stages led roots, cooked cassava, and fufu, cassava bread cassava (chikwangue), use were to the paste, cassava 70 recipes for examined. The obser¬ following categories: cassava puree, porridge, cassava cassava cakes, fresh flour cassava 2 semolina (gari) compared: and cassava number of beverages. Different aspects recipes region, per of the products of bitter and sweet use were cassava tubers, mixing with other foodstuffs, nutritional importance, and shelf life. The large variety fermentation 3. of recipes showed that already and Counting the of possibility improving by mixing and exists. characterisation preparation and storage of of cassava microflora the the during (chikwangue) bread retting (109 g"1 on plate count agar), retted tubers (108 cfu g"1), fresh cassava pulp (108 cfu g"1), cassava pulp after transportation (108 cfu g~1), fresh cassava bread (<102 cfu g"1), cassava bread after 7 days of storage (109 cfu g"1). Counting of The 76 samples taken at the were following stages: water used for cfu lactic acid bacteria, of conforms and enterobacteria, and of culture media showed the influence of each tion or destruction of of bacteria showed microorganisms. a large variety fungi using special preparation step on the multiplica¬ The identification of 146 isolated strains pulp in the cassava Corynebacteriaceae - spp. 11 %, Bacillus spp. 12%, Lactobacillus spp. 17%, Micrococcus Pseudomonas only 4. a spp. 13%, Acinetobacter spp. 9% spp. 8%, Moraxella - and few in cassava bread: Bacillus spp. 30%, Micrococcus spp. 70%. Evaluation of the to spp. 30% improve use of brewer's spent Dried and milled brewer's spent cassava leaves with 32.6% grain protein with 32.3% were respectively content could also be gustation panel and cassava leaves compared: were protein incorporated into tein content of natural cassava bread and bread and 1% leaves grain (chikwangue) the nutritional value of cassava bread and dried and milled cassava containing bread. Pro¬ 1% of spent grain 0.7%, 1.1% and 1.0%. Amino acid improved, but methionine was still a limiting factor. of 40 persons rated natural bread first, bread with A de- spent grain second and bread with leaves last. 5. Improvement of the nutritional value mentation with lactic acid bacteria and Lactic acid fermentation examined, and strains were were isolated to as retted cassava a as bread by fer¬ of cassava tubers was study the possibility of reducing the pH improve identified L brevis. Studies in and 1 cassava fungi taking place during retting value of the product which would isolated strains, 70 of its microbiological quality. Out of Lactobacillus plantarum, model substrate showed that the tubers could not be diminished any more. 76 3 as L. casei, pH value of Field studies com- 3 paring ting which includes recipe a the only reduced not Among the isolated fungi, Trichosporon sp. - selected for foods. It on yeasts proposed Asian foods, such source, quantity the factors studied strate the - of inoculum used, nitrogen source and its was tested in model a well known and used in and Mucor indicus, microsporus, a was content of cassava simple fermentation process a strain, choice of a de¬ was nitrogen of the medium, and thickness of the sub¬ by use microorganisms the properties was of the traditional limiting the product, fer¬ a the amino acid content improved 13% of maize bran adding and 1 Aspergillus sp., protein already are R. the choice of - pH factor. With reference to the sensory mentation after 9 Candida spp. and 1 - and biomass improve that strains which Rhizopus oryzae, as ret¬ toxicological considerations, neither and would be used. Under field conditions, veloped. Among identified were 3 Penicillium spp., 1 - production of amylase organoleptic retting proved that without recipe to a but also the fermentable sugars and HCN. fermentation process to a was 10 and 5 moulds Geotrichum sp. Their system. Based retting pH value, from 0.9% to 2.4%. These different value of approaches cassava foods to provided improving the microbiological und nutritional evidence as to the value and the processing techniques, the possibilities the traditional gating valuable existing solutions, and advantages such as or of propa¬ limitations of the in¬ additional fermentation step. corporation of Le manioc (Manihot esculenta, Crantz) an importance improving of RESUME dans les pays son adaptation climat a a tropical d'Afrique, d'Amerique Latine differents sols et climats, de culture par bouture et une reserve dans la plante a son les population a developpees pendant sous manioc et ses plusieurs formes. derives constituent proteines, vitamines faible au sol, revenu. beaucoup le Grace a sa facilite Malgre la presence de recettes tradition- des siecles pour rendre cet aliment En ce une qui bonne concerne source a cet aliment constitue la con- qualite nutritive, energetique, le mais leur et sels mineraux est faible. Trois solutions se presentent pour couvrir cette deficience: (1) la combinaison complementaires, (2) et d'Asie. rendement eleve, bonne conservation d'une substance cyanogene, sommable teneur en a sa importante pour nelles ont ete est un aliment de base tres consomme melange du manioc avec avec des aliments des aliments riches en pro- 4 teines, comme le soja, (3) I'enrichissement des preparations du manioc par et fermentation. L'utilisation d'aliments but du present travail ZaTre, manioc au rant la et le complementaires portee de la population pauvre, qui est la plus melange preparations traditionnelles done ete Pexamen de a de en vue developper qualite microbiologique du methode de fermentation amelio- une et nutritive du sont souvent hors de touchee par la malnutrition. Le produit choisi et s'integrant dans le systeme traditionnel. 1. comme aliment au ZaTre Aspects socio-culturels du manioc Une enquete menee destruction et de plusieurs milieux de Kinshasa et en milieu rural sonnes interrogees, 94% 63% ont adopte de aupres 260 personnes professionnels de niveaux differents et sociaux dans la capitale revele les elements suivants: Parmi les per¬ a ont considers le manioc comme leur aliment principal, de nouvelles recettes, 30% ont pu citer des interdits et tabous alimentaires touchant le manioc, 62% ont alimentaires et 45% ont pu citer des manioc. Quatorze proverbes derives ont ete examines du proverbes evoquent la indique de vue de leur disponibilite, ou parlant du parlant du manioc et de ses ou implication nutritionnelle. Ces la transformation, habitudes alimentaires et le partage. Sur le de la farine de mais chansons proverbes, fables de la tribu LUBA point des usages du manioc extra- la conservation, les plan nutritionnel, le melange avec la consommation de manioc accompagnee d'arachides apparaissent avantageux. 2. Techniques traditionnelles Une enqu&e de transformation du manioc effectuee dans toutes les regions du ZaTre a permis d'examiner 70 et 132 preparations commercialisees. categories suivantes: tubercules frais, manioc preparations pour I'usage domestique Elles ont ete classees selon les cuit, pate (gari) , bouillie, farine et fufu, pain (chikwangue), puree, gateaux, semoule et boissons. Les differentes recettes ont ete comparees en fonction de leur nombre dans chaque d'un eventuel melange region, de I'emploi avec des cereales, de tubercules amers ou doux, legumineuses et fruits, de leur im¬ portance nutritionnelle et de leur conservation. Ce travail a mis grande diversite des melange recettes et la et de fermentation possibility deja existantes. tfameliorer les en evidence la techniques de 5 3. microflore Denombrement et caracterisatlon de la la de pain de manioc (chikwangue) du I'entreposage et de preparation Les 76 echantillons examines ont ete long au preleves dans les suivantes de la phases rouissage (109 germes g"1 sur gelose nutri¬ tive), tubercules rouis (108 germes g"1), puipe fraiche (108 germes g"1), puipe transportee (108 germes g"1), pain frais (<102 germes g_1), pain apres 7 jours de conservation (109 germes g"1). Le denombrement des bacteries lactiques, transformation du manioc: de eau des bacteries coliformes, des enterobacteries, et des milieux de culture selectifs preparation a revolution des sur souches de bacteries isolees manioc - Corynebacteriaceae sur chaque spp. 11 diversite dans la grande des etape de la microorganismes. L'identification de demontre leur a champignons demontre I'influence de 146 de puipe %, Bacillus spp. 12%, Lactobacillus spp. 17%, Micrococcus spp. 30% Pseudomonas spp. 13%, Acinetobacter spp. 8%, Moraxella spp. 9% - et leur diversite restreinte dans le pain: spp. 30% Bacillus et Micrococcus spp. 70%. 4. Evaluation de dreche et la des feuilles de pain ('amelioration de la valeur nutritive du De la dreche sechee et moulue contenant 32.3% de manioc sechees et moulues contenant 32.6% de pain dans le de manioc. Les teneurs richi de 1% de dreche et du ment de pain en 0.7%, 1.1% et 1.0%. La teneur degustateurs de celui enrichi 5. aux Amelioration mentation La fermentation manioc a prefere pain le de proteines proteines et des feuilles de organoleptique a demontre que les 40 enrichi pain nutritive du pain a la dreche, produit de manioc se deroule pendant le afin d'en ameliorer la modele ont demontre que le davantage. pH d'une puipe qui Sur le terrain, rouissage vorise I'abaissement du pH, par fer¬ tubercules de rouissage des qui pourraient abaisser qualite microbiologique. Sur plantarum, L casei et 1 comme L. brevis. Les essais effectues dans une recette sans puis fongique ou ete etudiee en vue d'isoler des souches etre abaisse en- respective- acides amines augmente, mais la en 76 souches isolees, 70 ont ete identifies comme Lactobacillus comme incorporees ont ete proteines du pain naturel, du pain naturel, suivi du la valeur lactique qui du de vue feuilles. lactique davantage le pH en enrichi de 1% de feuilles etaient methionine reste deficiente. L'examen ont manioc de manioc une a subi le rouissage recette comprenant le ont ete comparees. Le rouissage ainsi que celui de la teneur un a 3 substrat ne peut rouissage et clairement fa- en sucres fermentesci- 6 bles et HCN. Parmi les en manioc, 10 especes de Trichosporon genre d'amylase organoleptiques augmenter la de souches qui ont et une simple a ete souche, de la du substrat - fermentation a aucune En point dirigee. ete de de vue a ex¬ Une fermentation des- preference effectuee et Mucor indicus. Sur le terrain, a en une - partir Asie: fermen¬ choix de la I'epaisseur et de ete la source d'azote et son utilisation par les respectant les criteres organoleptiques d'un produit connu, une fermentation apres addition de 13% de son de mai's a augmentation de des souches d'azote, de la quantite d'inoculum, du pH le facteur limitant microorganismes. pain du genre 3 du genre Penicillium, 1 du ont ete evaluees du Parmi divers parametres etudies developpee. source - et du et 1 longue tradition dans I'alimentation une Rhizopus oryzae, R. microsporus tation - puipe Candida toxicologiques, proteines teneur en deja de la du genre et de la formation de biomasse. Sur la base des aminees n'a ete retenue pour a 9 et 1 du genre Geotrichum Aspergillus de leur secretion tinee - et 5 especes de moisissures - considerations champignons isoles levures de la teneur en acides amines, sans permis tryptophane, de une 0.9% a 2.4%. Ces demarches tive des aliments 1. la valeur et en vue de a ^amelioration de la qualite microbiologique et nutri¬ base de manioc ont mis en evidence: I'importance du systeme traditionnel de transformation et de con¬ sommation du manioc 2. diverses possibilites d'amelioration ou de propagation de recettes nues 3. les avantages et limites de I'introduction d'une fermentation dirigee. deja con-