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LABASAN Laboratoire de Biochimie Appliquée aux Sciences de l’Alimentation et à la Nutrition                 UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ************ FACULTE DES SCIENCES ************ DEPARTEMENT DE BIOCHIMIE FONDAMENTALE ET APPLIQUEE ************ Mémoire pour l’obtention du Diplôme d’Etudes Approfondies En Sciences de la vie Option : BIOCHIMIE APPLIQUEE AUX SCIENCES DE L’ALIMENTATION ET A LA NUTRITION CARACTERISATIONS NUTRITIONNELLE ET ANTINUTRITIONNELLE DES GRAINES DE LEGUMINEUSES CONSOMMEES DANS L’ANDROY    Présenté par : ANDRIANIRINA José Maître-ès Sciences Soutenu publiquement le 23 Janvier 2015 devant les membres du jury : Président : Professeur RALAMBORANTO Laurence Encadreur : Professeur RALISON Charlotte Examinateurs : Docteur RANDRIANIERENANA Ando Docteur RAZAFINDRAZAKA Vonimanitra    « JE PUIS TOUTES CHOSES EN CELUI QUI MA FORTIFIE. NON PAS MOI TOUTEFOIS, MAIS LA GRACE DE DIEU QUI EST AVEC MOI ». Philippiens 4: 13; I Corinthiens 15: 10d REMERCIEMENTS Le présent travail a été réalisé au Laboratoire de Biochimie Appliquée aux Sciences de l’Alimentation et à la Nutrition (LABASAN) du Département de Biochimie Fondamentale et Appliquée de la Faculté des Sciences de l’Université d’Antananarivo et a bénéficié de l’appui financier du Projet Soa du GRET. Nous tenons à exprimer notre gratitude à L’Union Européenne, bailleur du Projet Soa, à la FAO et au Gret qui ont mis en œuvre ce projet, Monsieur Luc ARNAUD, Représentant du GRET à Madagascar et à Monsieur Fabrice LHERITEAU, Chef du Projet SOA, pour la confiance qu’ils ont bien voulu nous accorder pour effectuer ce travail. Nos vifs et sincères remerciements s’adressent particulièrement Au Professeur RALAMBORANTO Laurence qui nous fait l’honneur de présider le jury de cette soutenance malgré ses nombreuses occupations. Au Professeur RALISON Charlotte qui, malgré ses grandes responsabilités, a bien voulu accepter avec gentillesse de nous guider, de nous encadrer et qui n’a ménagé ni son temps, ni ses conseils, ni sa patience tout au long de ce travail. Aux Docteurs RANDRIANIERENANA Ando et RAZAFINDRAZAKA Vonimanitra, qui ont aimablement accepté de consacrer du temps pour examiner ce mémoire. A RANOVONA Zoelinoronirina de nous avoir aidé dans les dosages des facteurs antinutritionnels. A nos parents, à ma femme, à mon fils, à toute ma famille et à tous les amis qui nous ont soutenus pendant ces longues années d’études. Que DIEU vous bénisse. A tous nos camarades du laboratoire et de notre promotion en Biochimie, pour leurs aides et leurs amitiés. A tous ceux qui, de près ou de loin, ont contribué à l’élaboration de ce travail. TABLE DES MATIERES Liste des figures ………………………………………………………………………….....i Liste des tableaux………………………………………………………………………….....ii Liste des annexes……………………………………………………………………………..iii Liste des abréviations………………………………………………………………………..iv Glossaire……………………………………………………………………………….……...v INTRODUCTION GENERALE………………………………………………1 PARTIE I : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE I.1. GENERALITES SUR LES LEGUMINEUSES 13 I.1.1. DEFINITION 13 I.1.2. CARACTERISTIQUES BOTANIQUES DES LEGUMINEUSES 13 I.2. INTERET ECONOMIQUE DES LEGUMINEUSES 13 I.4. PRODUCTION DE LEGUMINEUSES 14 I.4.1. PRODUCTION MONDIALE 14 I.4.2. PRODUCTION A MADAGASCAR 14 I.5. CARACTERISTIQUES NUTRITIONNELLES DES GRAINES DES LEGUMINEUSES 15 I.5.1. VALEURS NUTRITIONNELLES DES GRAINES (g / 100g MS) 15 I.5.2. TENEUR EN ELEMENTS MINERAUX DES GRAINES 15 Tableau 4 : Teneurs en minéraux graines (mg/100g MS) 15 I.6. LES FACTEURS ANTINUTRITIONNELS 16 I.6.1. DEFINITION 16 I.6.2. LES DIFFERENTS TYPES DE FACTEURS ANTINUTRITIONNELS 16 I.6.2.1– Les phytates 16 I.6.2.2– Les composés phénoliques 17 I.6.2.3– Les tanins 18 I.6.2.4- Les lectines 19 I.6.2.5- L-DOPA 19 I.7. LES PROCEDES PERMETTANT D’ELIMINER LES FACTEURS ANTINUTRITIONNELS (FAN) 20 I.7.1. PROCEDES BIOLOGIQUES 20 I.7.1.1. Trempage 20 I.7.1.2. Germination 21 I.7.1.3. Fermentation 21 I.7.2. PROCEDES THERMIQUES-EXTRUSION 22 I.7.2.1. Cuisson 22 I.7.2.2. Cuisson-extrusion 22 I.7.2.3. La torréfaction 22 I.8. CARACTERISTIQUES DE LA ZONE D’ETUDE 23 I.8.1. LOCALISATION 23 I.8.2. SITUATION DEMOGRAPHIQUE 23 I.8.3. SITUATION SOCIO-ECONOMIQUE 24 I.8.4. SITUATION NUTRITIONNELLE DANS L’ANDROY 24 I.8.5. IMPORTANCE DES LEGUMINEUSES DANS L’ANDROY 25 I.9. LE PROJET OBJECTIF SUD (PROJET SOA) DU GRET 25 II-1- ANALYSES NUTRITIONNELLES 27 II-1-1. CHOIX DES MATERIELS D’ETUDE 27 II-1-2. CLASSIFICATION DES ECHANTILLONS ETUDIES 27 II-1-3. PREPARATION DES GRAINES AVANT LES ANALYSES 28 II-1-4- MESURE DE L’HUMIDITE DES GRAINES 28 II-1-5- DETERMINATION DE LA TENEUR EN PROTEINES TOTALES 28 II-1-6- DETERMINATION QUANTITATIVE DES ACIDES AMINES DES GRAINES (MOSSE, 1990) 29 II-1-7- INDICE CHIMIQUE ET ACIDES AMINES FACTEURS LIMITANTS DES PROTEINES 30 II-1-8 DOSAGE DES LIPIDES 30 II-1-9- DETERMINATION DE LA TENEUR EN CENDRES 31 II-1-10- DOSAGE DES ELEMENTS MINERAUX 31 II-1-10-1 Dosage du Calcium (Ca) (PINTA.M et al, 1971) 31 II-1-10-2 Dosage du phosphore par la méthode colorimétrique (GUERNET.M et HAMON.M, 1979) 32 II-1-10-3 Dosage de potassium (K) (KAMOUN, 1991) 33 II-1-11- DETERMINATION DE LA TENEUR EN GLUCIDES TOTAUX 34 II-1-12- DETERMINATION DE LA VALEUR ENERGETIQUE GLOBALE 34 II-2- ETUDE DES FACTEURS ANTINUTRITIONNELS (FAN) 35 II-2-1- PREPARATION DES ECHANTILLONS 35 II-2-2- DOSAGE DES PHYTATES (LATTA et al, 1980 et VAINTRAUB et al, 1988) 35 II-2-3- DOSAGE DES COMPOSES PHENOLIQUES TOTAUX (SINGLETON et al, 1999 ; HAYES et al, 2011 ; modifiée par RANOVONA, 2012) 36 II-2-4- DETERMINATION DE TENEUR EN LECTINES (VALDBOUZE, 1980) 38 II-2-4-1- Principe 38 II-2-4-2- Méthode 38 II-2-4-3- Préparation de l’extrait brut 38 II-2-4-4- Filtration sur gel de sephadex de l’extrait brut de lectine 38 II-2-4-5- Etude de l’activité hémagglutinante des lectines 39 II-2-4-6- Dosage des lectines (JOUVENCEAUX ,1978 ; MOURANCHE, 1981 ; GODON, 1991) 40 II-2-5- DOSAGE DE L-DOPA 41 II-2-5-1- Préparation de l’extrait (SHAH, P.B. et JOSHI, B, 2010) 41 II-2-5-2- Analyse de l’extrait par chromatographie sur couche mince 41 II-2-5-3- Préparation de la gamme étalon et mesure direct de l-dopa de l’extrait brut (MODI et al, 2008) 42 RESULTATS 44 III.1 – CARACTERISTIQUES NUTRITIONNELLES DES ECHANTILLONS 44 III.1.1. TENEURS EN EAU ET EN MATIERE SECHE 44 III.1.2. MACRONUTRIMENTS ET VALEURS ENERGETIQUES 44 III.1.3. TENEURS EN ACIDES AMINES DES GRAINES 46 III.1.4. INDICE CHIMIQUE ET ACIDES AMINES FACTEURS LIMITANTS DES PROTEINES 49 III.1.5. CENDRES ET ELEMENTS MINERAUX DES GRAINES 51 III.2 - FACTEURS ANTINUTRITIONNELS DES LEGUMINEUSES 53 III.2.1 - LES PHYTATES 53 III.2.2 - PHENOLS TOTAUX DES GRAINES 54 III.2.3. LECTINES DES LEGUMINEUSES 55 III.2.3.1-Filtration sur gel de sephadex de l’extrait brut de lectine 55 III.2.3.2-Test d’hémagglutination 55 III.2.4. L-DOPA DES GRAINES 57 DISCUSSION 58 PARTIE IV : CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES 62 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 64 RESUME ASBTRACT LISTE DES FIGURES Figure1: Structure de l’acide phytique, myo-inositol 1, 2, 3, 4, 5,6 hexakis phosphate, à pH neutre d’après le modèle d’Anderson………………………………………………………….6 Figure2 : Structure des tanins hydrolysables………………………………………………….8 Figure3: Structure des tanins condensés………………………………………………………8 Figure 4 : Structure de la l-dopa……………………………………………………………...10 Figure 5 : Carte de la région Androy………………………………………………………...13 Figure 6: Profil d’élution de l’extrait brut de lectine de mucuna sans traitement.…………44 Figure 7 : Profil d’élution de l’extrait brut de lectine de mucuna cuit……………………….44 Figure 8: Test d’hémagglutination…………………………………………………………...45 Figure 9 : Chromatogramme visualisé sous lumière ultraviolette (λ=254 nm)……………...47 LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 : Production mondiale des légumineuses (en millions de tonnes)…………………4 Tableau 2 : Production des trois légumineuses les plus cultivées à Madagascar…………......5 Tableau 3 : Valeurs nutritionnelles des graines (g / 100 g MS)……………………………….5 Tableau 4 : Teneur en éléments minéraux des graines (mg/100gMS)………………………...6 Tableau 5 : Teneur en eau et en matière sèche des graines…………………………………..32 Tableau 6 : Teneur en macronutriments énergétiques des échantillons……………………...33 Tableau 7 : Taux des acides aminés exprimés en g pour 100g de MS……………………….35 Tableau 8 : Taux des acides aminés exprimés en g pour 100g de protéines…………………36 Tableau 9 : Taux des acides aminés essentiels par rapport aux acides aminés totaux……….37 Tableau 10 : Scores chimiques des protéines des graines selon le profil de référence des jeunes enfants âgés de moins de 2 ans (FAO/OMS/UNU, 1986)…………………………….38 Tableau 11 : Scores chimiques des protéines des échantillons selon le profil de référence des enfants âgés de 2 ans et plus (FAO/OMS/UNU, 1986)………………………………………39 Tableau 12 : Teneurs en cendres brutes des légumineuses (g %MS)………………………..40 Tableau 13 : Teneurs en calcium, en phosphore, et en potassium des graines………………41 Tableau 14 : Teneurs en phytates des graines (mg/g MS)…………………………………...42 Tableau 15 : Teneurs en phénols totaux des légumineuses exprimées en mg d’acide gallique (AG) par g de MS……………………………………………………………………………..43 Tableau 16 : Résultats du test d’hémagglutination………………………………….............45 Tableau 17 : Teneurs en lectines des légumineuses exprimées en g pour 100g de MS……...46 Tableau 18 : Teneurs en l-dopa des graines exprimées en g/100g MS...................................47 LISTE DES ANNEXES Annexe 1 : Photos des graines de légumineuses étudiées Annexe 2 : Préparation des différentes variétés des graines de légumineuses avant les analyses Annexe 3 : Profils de référence en acides aminés essentiels servant à estimer l’indice chimique d’une protéine Annexe 4 : Préparation des réactifs pour le dosage des phytates Annexe 5 : Préparation de la gamme étalon pour le dosage des phytates Annexe 6 : Préparation de la solution mère d’acide gallique Annexe 7 : Préparation de la gamme étalon pour le dosage des composés phénoliques totaux Annexe 8 : Préparation des solutions pour le dosage des lectines LISTE DES ABREVIATIONS AFNOR : Association Française pour la Normalisation B/A/E : Butanol/acide acétique/eau distillée CCM : Chromatographie sur couche mince EPP PADR : Equipe Permanente de Pilotage Plan d’Action pour le Développement Rural FAO : Food and Agriculture Organisation FASARA : Filières Agricoles et Sécurité Alimentaire dans la Région Androy GRET : Groupes de Recherche et d’Echanges Technologiques GRM : Globule Rouge de Mouton IMC : Indice de Masse Corporelle IMVAVET : Institut Malgache des Vaccins Vétérinaire INSTAT : Institut National de la STATistique IRD : Institut de Recherche pour le Développement LABASAN : Laboratoire de Biochimie Appliquée aux Sciences de l’Alimentation et à la Nutrition PBS : Phosphate Buffered Saline PM : Poids moléculaire P/P/P : Poids/poids/poids PRDR : Programme Régional de Développement Rural PSASA : Projet de Sécurisation de l’Approvisionnement en Semences de l’Androy P/V : Poids/volume SAB : Sérum Albumine Bovin SOA : Structuration et Orientation Agricole GLOSSAIRE Baboka : Dialecte antandroy relatif à la couleur marron clair Biodisponibilité : Aptitude d’un nutriment ingéré dans un aliment à être mise à la disposition des organes ou cellules cibles où il doit exercer son action. Digestibilité : Capacité d’un aliment à être assimilé dans le tube digestif. Flatulence : Accumulation de gaz dans le tube digestif, et expulsion bruyante de ces gaz Foty : Dialecte antandroy relatif à la couleur blanche Indice de masse corporelle : Indice qui utilise les variables poids et taille pour mesurer les réseves de graisse du corps (poids en kilogrammes défini par le carré de la taille en mètres). Kere : Famine ou pénurie alimentaire, période pendant laquelle les aliments de base ne sont pas disponibles et il n’y a presque plus rien à manger. Kobokoboke : Plat préparé en mélangeant les feuilles de figue de barbarie, tamarin avec de la cendre et consommé surtout pendant les « kere » Légumineuse : Groupe de plantes à fleurs (Angiospermes) Dicotylédones, dont le fruit est une gousse. Malnutrition : Trouble ou affection nutritionnelle résultant d’une mauvaise nutrition ou nutrition inadéquate. Palatabilité : Qualité d'un aliment palatable, c'est à dire qui procure une sensation agréable lors de sa consommation. INTRODUCTION GENERALE La plupart des aliments de l'homme et des bétails proviennent des produits agricoles. Ils apportent leurs besoins tant en macronutriments énergétiques qu’en micronutriments. Les légumineuses sont parmi les aliments les plus consommées dans le monde. Elles forment une grande famille végétale avec plus de 7000 espèces. Il s’agit de plante à gousse qui se présente sous diverses formes : arbre, arbuste, herbe ou liane. Certaines ont un grand intérêt économique et médicinal et la plupart des espèces sont comestibles. Les différentes parties peuvent être consommées: les feuilles, les jeunes gousses et les graines…. (http://www.tropicos.org/Name/42000184?projectid=17). La région Androy, pointe sud de Madagascar, est une des régions marquées par une insécurité alimentaire récurrente, des aléas climatiques préjudiciables à une production agricole, un enclavement physique prononcé et des difficultés de stockage des productions et des semences. Pourtant, les légumineuses sont des cultures qui s’adaptent bien aux conditions climatiques de cette région et y constituent, non seulement les aliments de base de la population, mais aussi, une source de revenu. Par ailleurs, elles sont très intéressantes sur le plan nutritif par leur richesse aussi bien en protéines qu’en certains éléments minéraux. Cependant, la présence des composés antinutritionnels peut affecter la digestibilité des protéines ainsi que d’autres nutriments (ANDRIAMASINANDRAINA, 2012 ; RANDRIANASOLO, 2013). En 2012 et 2013, en collaboration avec le Projet SOA « Objectif Sud » du GRET, le LABASAN a procédé à l’identification, l’inventaire et à la caractérisation de quelques variétés de légumineuses consommées dans l’Androy. Ainsi, les graines de niébé, le voandzou, l’ambrevade ont fait l’objet d’étude des valeurs nutritionnelles, les facteurs antinutritionnels ont été également déterminés (ANDRIAMASINANDRAINA, 2012 ; RANDRIANASOLO, 2013). Par ailleurs, il existe en effet des graines, bien que largement consommées comme aliments de base par la population, aussi bien en période normale que pendant la période de soudure, qui ne sont pas encore caractérisées. En rejoignant ce thème, le présent travail a pour objectif général de valoriser les ressources disponibles dans le Sud de Madagascar. Comme objectifs spécifiques, l’étude vise à déterminer les caractéristiques nutritionnelles et antinutritionnelles des différentes variétés ainsi que d’évaluer l’efficacité des traitements des graines sur la réduction des teneurs en facteurs antinutritionnels. L'utilisation des graines dans l’alimentation humaine et également animale est envisagée à l'issue de ce travail. Le présent document comportera quatre parties. Après cette introduction générale, la première partie est une synthèse bibliographique sur les légumineuses, les facteurs antinutritionnels et la zone d’étude. La deuxième décrit les matériels et les méthodes utilisés. La troisième partie regroupe les résultats obtenus ainsi que les discussions. La dernière partie est consacrée à la conclusion générale et aux perspectives. PARTIE I : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE |
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