Vitrine de la RDCL’étude de l’action des amylases de Rhynchosia insignis (Munkoyo) sur l’hydrolyse de l’amidon et la préparation d’une boisson alcoolisée à base des tubercules de Dioscorea alata. Pour ce faire, notre étude et expérience se pratiquaient dans le Laboratoire de Microbiologie et de Physiologie Végétale du Département de Biologie, dans la Faculté des Sciences au sein de l’Université de Kinshasa en appliquant la méthodologie.
La présente étude a pour objectif principal de décrire, d’analyser et d’expliquer l’action des amylases de Munkoyo sur l’hydrolyse de l’amidon et la préparation d’une boisson alcoolisée à base des tubercules de Dioscorea alata.
Le Munkoyo est une boisson fermentée à base des tubercules de Dioscorea alata. La spécificité de cette boisson est l’utilisation de racines, appelées également Munkoyo, comme source d’enzymes amylolytiques dans le procédé de fabrication de la boisson. Cette revue résume l’état actuel des connaissances scientifiques sur le Munkoyo. Les points développés sont : la description botanique, les aires de distribution et la multiplication de la plante Munkoyo ; la composition chimique des racines ; les enzymes amylolytiques dans les racines et leurs propriétés ; la description du procédé de fabrication de la boisson ; les différents processus biochimiques intervenant pendant la fabrication de la boisson ; la valeur nutritionnelle de la boisson. Dans le but de valoriser les racines de Munkoyo et d’orienter les recherches sur l’optimisation et/ou l’industrialisation du procédé de fabrication de la boisson, les discussions sont focalisées sur la comparaison avec d’autres boissons fermentées et d’autres sources végétales d’enzymes amylolytiques.
La coloration jaunâtre de la boisson est attribuée aux pigments des racines à bois et à fibres jaunâtres. L’emploi des racines de Munkoyo permet d’éviter l’étape de maltage lors de la fabrication du Munkoyo. Le Saccharomyces cerevisiae est responsable de la production d’alcool. Cette levure est une espèce prédominante dans plusieurs boissons fermentées à base de céréales.
En Afrique la fabrication de la bière ou la fermentation alcoolique est souvent liée à l’utilisation des céréales comme sources d’amylase ainsi que certaines racines. Mais comme source d’amidon ce sont les céréales notamment des tubercules (manioc, patate douce et igname) en particulier.
Le Munkoyo est une boisson fermentée à base de céréales, opaque, acide, alcoolisée et ressemblant à un porridge liquéfié. La boisson est consommée dans la province du Katanga, au sud de la République Démocratique du Congo et en Zambie. La particularité de cette boisson est la mise en œuvre d’enzymes amylolytiques exogènes provenant de racines, appelées également Munkoyo, lors de sa fabrication (Ergo et al., 1994).
Selon (Hesseltine, 1979 ; Gadaga et al., 1999 ; Steinkraus, 2004), le manque d’intérêt pour l’industrialisation du Munkoyo est dû aux connaissances éparses et incomplètes sur les enzymes amylolytiques des racines de Munkoyo et les étapes de fabrication de la boisson.
L’action des amylases présente l’avantage d’une commodité et d’une réponse concernant spécifiquement l’isomère biologiquement actif, ainsi que sur les formes bio disponibles. C’est ainsi que le recours à une enzyme est très utile dans le domaine analytique en raison de la spécificité absolue de la réponse ; c’est pourquoi on remplace fréquemment une technique biologique par un dosage dans lequel intervient un système enzymatique, le critère étant la détermination de la molécule transformée par la réaction enzymatique, (Poot A., 1954).
Cette technique n’offre en soi qu’un intérêt limité, dans la mesure où elle aboutit à déterminer la teneur totale de l’élément avec considération sur sa présentation et son degré de disponibilité. Sur ce, l’ensemble des bières africaines, boissons fermentées d’origine africaine qui nécessitent la transformation d’un substrat amylacé avant fermentation, peuvent être divisé en deux catégories : les bières dans lesquelles l’hydrolyse de l’amidon se fait par les enzymes résultant du maltage de céréales et les bières dans lesquelles l’hydrolyse de l’amidon se fait par les amylases des racines, (NDAGANO D. et al., 2011).
Par conséquent, dans une certaine mesure à propos des ressources naturelles, les défauts de fabrication peuvent être atténués de ne doser que la fraction du constituant susceptible d’être efficace sur le plan nutritionnel. A leur actif, il faut noter leur facilité d’emploi, la brièveté du délai nécessaire pour obtenir le résultat et, actuellement, la possibilité d’automatiser de nombreuses techniques constituant dans l’ensemble la technique la moindre onéreuse dans la fabrication de la boisson à des Munkoyo et de tubercules d’ignames, (OYEWOLE O.B, 1997).
Une igname est un nom vernaculaire ambigu désignant en français plusieurs espèces de plantes appartenant au genre Dioscorea, famille des Dioscoreaceae, cultivées dans toutes les régions tropicales du globe, dans un but alimentaire, pour leurs tubercules riches en amidon, (Nelson-white T.et al., 2013).
Ce sont des plantes grimpantes, volubiles, souvent dioïques. Les feuilles pétiolées, cordiformes, sont selon les espèces alternes ou opposées. A leur aisselle se développent des bulbilles pouvant servir à la multiplication de la plante, et parfois consommables (Dioscorea bulbifera). Inflorescences axillaires sont des grappes ou des épis ; les fleurs femelles, trimères, à ovaire infère triloculaire donnant des samares à trois ailes, (Nelson-white T.et al., 2013).
Une « igname » représente le genre Dioscorea dont le tubercule est comestible. D’autres espèces de ce genre ont un tubercule toxique et ne sont pas nommées ainsi : L’igname ailée ou grande igname, Dioscorea alata L. ; L’igname de chine, ou shanyao, Dioscorea polystachya Turcz ; L’igname amère, Dioscorea dumetorum ; L’igname rouge, Dioscorea pentaphylla L. ; L’igname bulbifère, hoffe, pomme en l’air ou masako, Dioscorea bulbifera L. ; L’igname de guinée blanche, Dioscorea rotundata Poir., est la plus cultivée de nos jours.
Les racines de Munkoyo sont ligneuses et proviennent de plantes appartenant à la famille des Fabaceae. Les plantes de Munkoyo sont regroupées en trois genres : Eminia, Rhynchosia et Vigna. En R.D. Congo, les plantes de Munkoyo identifiées sont Eminia holubii (Hemsl.) Taub. (synonyme Eminia polyadenia Hauman), Eminia harmsiana De Wild., Rhynchosia insignis (O.Hoffm.) R.E.Fr. subsp. insignis, Rhynchosia insignis (O.Hoffm.) R.E.Fr. subsp. affinis (De Wild.) Pauwels et Vigna nuda N.E.Br. Dans la région zambézienne, d’autres plantes ont été identifiées : Eminia antennulifera (Baker) Taub. (Malawi, Mozambique, Zambie, Tanzanie et Zimbabwe), Eminia benguellensis Torre (Angola), Rhynchosia venulosa (Hiern) K.Schum. (Afrique du Sud) et Rhynchosia heterophylla Hauman (Zambie, R.D. Congo et Tanzanie) (Delaude et al., 1993).
Les populations locales distinguent les plantes de Munkoyo par leurs feuilles, leurs tiges et leurs racines. Chaque espèce possède un nom vernaculaire particulier selon le groupe ethnique (Tableau I), même si le terme « Munkoyo » est attribué à toutes les racines employées pour la fabrication de la boisson. Pauwels et al., (1992) ont établi deux clefs pour distinguer les plantes : la première est basée sur le spécimen fleuri et la seconde, peu classique, sur les racines.
Les plantes de Munkoyo sont présentes uniquement dans la région zambézienne (R.D. Congo, Zambie, Zimbabwe, Angola, Tanzanie, Malawi, Namibie, Botswana et Mozambique). En R.D. Congo, les plantes de Munkoyo sont observées au sud de la province du Katanga (frontalière à la Zambie). Elles poussent dans les forêts claires et les savanes arbustives, mais elles n’ont pas toutes la même distribution géographique.
Eminia spp. pousse sur des sols ferralitiques et argileux, parfois même rocailleux des flancs des montagnes. Par contre, R. insignis est moins exigeante, elle peut aussi se retrouver dans la steppe herbeuse inondée périodiquement (Delaude et al., 1993). Sur base des données climatiques, les plantes de Munkoyo peuvent être introduites dans d’autres régions d’Afrique sub-saharienne telles que le plateau de Jos au Nigeria, le massif de l’Amadoua au Cameroun et en République Centrafricaine, le sud du Soudan dans le massif frontalier de l’Ouganda, le sud-ouest de l’Éthiopie, le sud-est et le nord-ouest du lac Nyassa, à la frontière Mozambique-Zambie-Malawi et dans le Fouta Djalon en Guinée, (Ergo et al., 1994).
Malgré l’exploitation intense dans la province du Katanga, la culture de plantes de Munkoyo n’est pas encore développée. Dans ce contexte, une étude a été menée sur la possibilité de multiplier les plantes de Munkoyo par éclats de souches et par semis de graines (Delaude et al., 1993).
Le meilleur rendement de culture a été obtenu avec E. holubii. Les essais de multiplication d’E. holubii par les éclats de souches produisent une moyenne de 1,8 kg de racines par plante en 26 mois et par semis de graines, une moyenne de 1,3 kg de racines par plante en 14 mois. Cette étude montre que les plantes d’E. holubii se multiplient facilement par semis et produiraient 50 à 100 t de racines par hectare au terme de la cinquième année, (NDAGANO D. et al., 2011).
Les racines de Munkoyo accumulent des concentrations en enzymes amylolytiques comparables. Cette accumulation ne requiert pas une germination préalable (Tiendrebreogo, 1981 ; Delaude et al., 1993). Comparativement à d’autres plantes apparentées, l’abondance de ces enzymes amylolytiques dans les racines de Munkoyo est également une particularité.
Le tableau III montre que les racines de Munkoyo sont plus riches en activités amylases que les Fabaceae apparentées au genre Rhynchosia récoltées au Burundi et en R.D. Congo. À ce jour, aucune étude ne traite du processus d’accumulation et du rôle des enzymes dans les racines de Munkoyo. Pour les grains de céréales (orge, maïs, blé, sorgho, etc.) et certaines graines de légumineuses (soja et haricots), l’accumulation et/ou l’activation des enzymes amylolytiques requiert une germination contrôlée, appelée le maltage, (NDAGANO D. et al., 2011).
Le maltage permet de produire les enzymes amylolytiques qui dégradent la réserve d’amidon en sucre, source d’énergie pour le germe (Subbaro et al., 1998 ; Gupta et al., 2010). Les racines de Munkoyo, constituées de fibres à plus de 75 % (Simwamba et al., 1986), n’ont probablement pas des évolutions physiologique et biochimique similaires. Pour les racines tubéreuses, l’accumulation des enzymes amylolytiques demeure également inexpliquée.
Selon Gana et al., (1998), elles seraient des protéines de réserve parce qu’il n’existe pas une corrélation entre l’évolution de la concentration de l’amidon et de l’activité amylasique durant le cycle de vie de la plante. Dans les racines de R. venulosa, Simwamba et al., (1986) ont observé que les enzymes amylolytiques représentent la majorité des protéines.
Par conséquent, les enzymes pourraient être également des substances de réserve dans les racines de Munkoyo. D’autre part, aucune étude ne traite de la présence de l’amidon, alors que les racines de Munkoyo contiennent des sucres. Le tableau III montre que les racines d’E. holubii et de R. insignis contiennent du glucose, du fructose, du maltose (uniquement chez E. holubii) et du saccharose.
L’accumulation des enzymes amylolytiques et la présence de sucres dans les racines de Munkoyo permettraient donc à la plante de lutter contre l’impact de la rigueur du climat, (Tiendrebreogo, 1981 ; Delaude et al., 1993).
Selon l’étude faite sur les racines d’E. holubii, le complexe amylolytique, constitué de l’α et la β-amylase, la limite-dextrinase et la β-glucanase, est similaire à celui du malt d’orge. Comme chez les céréales et d’autres végétaux, les α- et β-amylases sont les enzymes amylolytiques prépondérantes dans les racines de Munkoyo. Les proportions des activités α- et β-amylases varient selon les genres, (Tiendrebreogo, 1981 ; Delaude et al., 1993).
L'amidon (du latin amylum, non moulu) est un glucide complexe (polysaccharide) composé de chaînes de molécules de D-glucose. Il s'agit d'une molécule de réserve pour les végétaux supérieurs et un constituant essentiel de l'alimentation humaine, (Codex Alimentarius, 1989).
L'amidon est un mélange de deux homopolymères, l'amylose et l'amylopectine composés d'unités D-anhydroglucopyranose (AGU) qui appartiennent à la famille des polysaccharides (ou polyosides) de formule chimique générale (C6H10O5)n. Les unités AGU sont liées entre elles par des liaisons α (1-4), en général caractéristiques des polyosides de réserve (à l'exception de l'inuline) et des liaisons α (1-6) qui sont à l'origine de ramifications dans la structure de la molécule, (Codex Alimentarius, 1989).
Les plantes produisent l'amidon en convertissant d'abord le glucose-1-phosphate en ADP-glucose grâce à l'enzyme glucose-1-phosphate adenylyltransferase. L'enzyme synthase de l'amidon ajoute ensuite l'ADP-Glucose à une chaîne en croissance d'unités AGU via les liaisons α (1-4), libérant de l'ADP et créant l'amylose. L'enzyme de branchement de l'amidon crée des liaisons α (1-6) entre ces chaînes, créant la molécule d'amylopectine. Plusieurs formes de ces enzymes existent, ce qui rend la biosynthèse de l'amidon extrêmement complexe, (Codex Alimentarius, 1989).
La formation de l’amidon au sein des plantes trouve son origine dans le processus de la photosynthèse. Ce mécanisme physiologique permet aux plantes de produire et de stocker le glucose (sucre élémentaire) qui est nécessaire à leur croissance et à leur reproduction, (Source : Usipa).
Le Munkoyo devrait être considéré comme une boisson énergétique. Dans les boissons fermentées à base de céréales, les matières solides en suspension, constituées de gruaux de grains non gélatinisés, représentent la matière sèche et sont les sources en calories. Selon Steinkraus (2004), le mahewu, boisson à base de maïs contenant 10 % de matières sèches, apporte 4000 kj.l-1 de calories. Le Munkoyo pourrait être une boisson plus énergétique étant donné que la matière sèche est de l’ordre de 6,3 à 14,1 % (Tableau V). Comme toutes les boissons fermentées à base de céréales, la valeur nutritive du Munkoyo est inférieure aux produits laitiers. Le Munkoyo contient de faibles teneurs en protéines (0,31-0,80 %), en fires (0,040,32 %), en acides aminés (1,40 mg.g-1), en vitamines et en minéraux (0,05-0,34 %) (Tableau V). Pour les protéines, cela s’explique par leurs faibles teneurs dans les grains de céréales, en moyenne 10 % (Shewry, 2007), et la faible proportion de la farine de céréales dans la boisson.
Pour améliorer la valeur nutritive des boissons fermentées à base de céréales, Hesseltine (1979) et Steinkraus (1983) proposent l’enrichissement en protéines en additionnant des grits de soja, de la farine de poisson, du petit lait, ou autres suppléments riches en protéines. Le Munkoyo contient des vitamines, les vitamines B1 (thiamine), B2 (riboflvine), B6 (pyridoxine), B12 (cobalamine) et B5 (acide pantothénique) (Tableau V).
Bien que le processus de fermentation permette l’amélioration de la disponibilité de certaines vitamines telles que la riboflavine, la thiamine, la niacine et l’acide ascorbique (Jespersen, 2003), les concentrations en vitamines restent faibles dans les boissons fermentées. D’après Steinkraus (2004), l’étape de cuisson (empâtage) détruit 30 % des vitamines. Pour améliorer l’apport en vitamines, Steinkraus (1983) propose une supplémentation en levure sèche dans la boisson.
