Biosynthèse de la vitamine C

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Taxonomie et caractéristiques botaniques

Le genre Adansonia appartient à la famille des Bombacacées et à l’ordre des Malvales, au même titre que le kapokier ou le fromager (Kerharo et Adam, 1974). Cette famille comprend environ 30 genres, six tribus et environ 250 espèces (D. A. Baum 1998). Il comprend huit espèces. Six espèces sont endémiques à Madagascar : A. grandidieri, (Baill), A. madagascarensis (Baill.), A. perrieri (Capuron), A. rubrostipa (Jum. et H. Perrier), A. suarezensis (H. Perrier) et A. za (Baill). L’espèce A. gibbosa (A. Cunn.) Guymer ex D. Baum est confinée au nord-ouest de l’Australie. Enfin, A. digitata L., qui est présente sur le continent africain, est l’espèce la plus répandue et la mieux décrite (Sidibé et Williams, 2002 ; Soloviev et al 2004).
Le baobab (Figure 3) est l’une des espèces ligneuses les plus frappantes et reconnaissables d’Afrique en raison de sa grande taille, de son tronc gonflé et de sa couronne ronde et étalée (Assogbadjo et Joo, 2011). C’est un arbre robuste et trapu, atteignant 23 m de hauteur et 3 à 6 m de diamètre (parfois même 10 m, et 30,5 m de circonférence) (Terrible, 1991). Le tronc épais est constitué de tissus parenchymateux gorgés d’eau. Un baobab adulte peut emmagasiner plus de 120 000 litres d’eau (Samba et al, 2003).
L’écorce est fibreuse et sa couleur oscille entre le marron rougeâtre et le noir. Sur les branches portant des feuilles, une surface cireuse recouvre une couche verte qui permet à la photosynthèse de se poursuivre lorsque les feuilles sont tombées (Assogbadjo et Joo, 2011. Le baobab possède la faculté de régénérer son écorce lorsqu’elle est prélevée (Wickens, 1980).
Les arbres sont ancrés par un système radiculaire massif dont les racines latérales s’étendent au-delà de la canopée. Les racines se terminent par des grappes de tubercules contenant de l’amidon (Assogbadjo et Joo, 2011).
Cependant, le bois est très léger : 848,98 kg / m3 lorsqu’il est mouillé et 208,24 kg/ m3 une fois séché. De plus, ce bois ne se coupe pas facilement et ne donne pas du bon bois de chauffe ni de charbon. La fibre interne est résistante et durable (Wickens, 1980).

Les différentes parties du baobab

Les feuilles

Les feuilles atteignent jusqu’à 20 cm de diamètre (Figure 4). Caduques en saison sèche, elles sont alternes, digitées et présentent cinq à sept folioles oblongues [(2 à 7) cm × (5 à 16) cm], longuement pétiolées de (8 à 16) cm, acuminées à l’apex. Le limbe, à marge entière ou denticulée, est le plus souvent glabre et brillant sur sa face supérieure et légèrement pubescente sur sa face inférieure (Diop et al., 2005). L’arbre n’a pas de feuille pendant la plus grande partie de l’année (Terrible, 1991). Ses feuilles apparaissent pendant la saison des pluies.

Les fleurs

Les fleurs sont grandes, blanches (Figure 5), s’épanouissent le soir et sont fécondées par les chauves-souris (Fortan et al., 1997). Elles libèrent une odeur de putréfaction quand elles fanent ou lorsqu’elles sont écrasées. Leur durée de vie est d’environ 24 heures. La floraison intervient en fin de saison sèche. Les fleurs ont un diamètre allant jusqu’à 20 cm (Terrible, 1991), pendent au bout d’un pédoncule de 25 cm de longueur. Elles apparaissent en mai au Nord de l’équateur.

Le fruit

Le fruit est une capsule accrochée à une longue tige ; sa cosse dure et ligneuse mesure de 20 à 30 cm de long. Les nombreuses graines (plus de 100) sont entourées d’une pulpe blanche jaunâtre (Assogbadjo et Joo., 2011). Les graines noires noyées dans cette pulpe farineuse (blanche ou jaune) sont mêlées de fibres rougeâtres (Arbonnier, 2000).
Le fruit est généralement ovoïde, mais peut également présenter une forme sphérique, fusiforme, très allongée ou en massue [(7 à 20) cm × (7 à 54) cm]. Il pèse entre 150 et 350 g (Diop et al., 2005). L’apex parfois apiculé est pointu ou arrondi. L’épicarpe très lignifié a une épaisseur de 0,8 à 1 cm. Sa surface est duveteuse, de couleur brunâtre, jaunâtre ou verdâtre (Figure 6).

Les exigences écologiques

Le baobab est présent naturellement dans les zones sahélienne, sahélo-soudanienne et soudanienne, où les précipitations annuelles moyennes sont respectivement de 300, 500 et 800 mm. Il a été introduit dans des environnements plus humides au Gabon et en République Démocratique du Congo. Il peut résister à des températures allant jusqu’à 42º C, mais il est très sensible au gel et se limite à des zones où ce phénomène a lieu au maximum un jour par an. L’espèce prospère sur des sols très divers, aussi bien des sols à la texture épaisse et perméable que des sols argileux (Assogbadjo et al., 2011).
Au Sénégal, le baobab préfère les sols légers, sablonneux ou calcaires bien que tous les types de sols lui conviennent (Samba, 2000).

Pollinisation et biologie de la reproduction

Le baobab est pollinisé par les chauves-souris (Edelon helvum, Epomophorus gambiensis and Rousettus aegyptiacus), comme les autres espèces de la famille des Bombacacées.. Bien que son comportement reproducteur n’ait pas été étudié de manière approfondie, il semble qu’il se multiplie généralement par fécondation croisée, ce que confirment les schémas de variabilité génétique (Assogbadjo et Joo, 2011).

Dispersion des graines et germination

Les graines sont dispersées principalement par les hommes, qui récoltent les fruits pour leur usage personnel et pour le commerce local. Les autres mammifères qui disséminent les graines sont les babouins et autres singes, les éléphants et les rongeurs. Les oiseaux peuvent aussi contribuer à la dispersion des graines (Assogbadjo et Joo., 2011).
La germination requiert 3 à 5 semaines. Généralement, les semis se font en godet par poquet de trois graines, 3 à 5 mois avant la saison des pluies. Les plantules émergent de terre après 4 jours à 3 semaines. Lorsque la pluviométrie augmente, les plantules de 40 à 50 cm de haut sont disposées en pleine terre dans des trous de 40 à 60 cm de diamètre et de profondeur. Compte tenu de la taille des individus adultes, l’écartement doit être important (plus de 10 m) (Sidibé et Williams, 2002). Selon la localisation, le baobab commence à produire des fruits 8 à 23 ans après la germination à condition de ne pas récolter ses feuilles pour laisser l’arbre développer son fût. Le baobab se prête bien à la multiplication végétative : bouture de tiges ou greffage (Sidibé et Williams, 2002).

Phénologie

Le temps de floraison varie considérablement, en général, la floraison peut survenir à tout moment, sauf pendant le pic de la saison sèche, et si les feuilles sont présents ou non (Baum et al, 1998). Au Sénégal, la floraison commence au mois de juin (Tableau 1) qui coïncide souvent avec le début de la saison des pluies. Elle se fait en même temps que la feuillaison qui peut durer jusqu’au mois d’octobre. Cependant, le baobab arrosé, peut garder ses feuilles toute l’année (Samba et al., 2003). La récolte se déroule entre janvier et février principalement, mais elle a aussi lieu tout au long de l’année car le fruit se conserve pendant de long mois sur l’arbre (Anon, 2003).

Utilisations alimentaires et médicinales

Les feuilles de baobab, l’écorce, la pulpe et les graines sont utilisées comme nourriture et pour de multiples fins médicinales dans de nombreuses régions d’Afrique (Diop et al, 2005). Une branche de l’ethnobotanique, l’économie botanique, considère 13 groupes d’utilisation des plantes. Huit d’entre eux s’appliquent au baobab : nourriture, additif alimentaire, fourrage, plante mellifère, matériau, utilisation sociale, utilisation environnementale et médicament (Gustad, 2001). Très peu de parties du baobab sont inutiles. Il nourrit les hommes et les bêtes. Il abrite les vivants et les morts. Il procure des vêtements, des médicaments, des lieux de chasse, de pêche et de divertissement (Wickens, 1980). Maydell (1990) considère l’alimentation (humaine et animale), l’aménité et les utilisations culturelles et médicinales parmi les principales utilisations du baobab. Pour sa part, Adam (Fortin et al., 1990) a recensé 30 utilisations en thérapeutique.

Utilisations alimentaires

Cas de la pulpe

La pulpe du fruit (Figure 7), partie la plus fréquemment exploitée, est également la matière première quantitativement la plus consommée (Cissé et al., 2009). Elle est alors utilisée directement comme ingrédient dans diverses préparations pour ses propriétés liante, épaississante et acidifiante (Wickens, 1982; Sidibé et Williams, 2002). Lorsque les fruits sont mûrs, leur pulpe est une poudre sèche et granuleuse. Elle peut être consommée fraîche ou ajoutée à du gruau cuit. Consommer la pulpe crue permet de préserver les vitamines qu’elle contient. Celle-ci peut également être mélangée à de l’eau ou du lait pour en faire une boisson, ou utilisée comme complément en la mélangeant à des aliments de base comme la farine de maïs ou de manioc (Assogbadjo et Joo., 2011).
Le « ngalax » est un mélange liquide sucré à base de pâte d’arachide, de pulpe de fruit du baobab et de farine de mil roulée cuite est surtout préparé à l’occasion de fêtes religieuses (Korité, Pâques) (Cissé et al., 2009). Elle est parfois utilisée pour faire coaguler le lait, pour activer la fermentation alcoolique de boissons à base de jus de canne à sucre ou de bière de céréales, ou pour épaissir des préparations sucrées cuites à base de fruits locaux comme la mangue, l’orange, etc. (Diop et al., 2005). Enfin, additionnée d’eau ou de lait, la pulpe du baobab peut être utilisée pour obtenir des boissons sucrées riches en vitamines C.

Les feuilles

Au Sénégal, le « Lalo » est une poudre de feuilles de baobab séchées que l’on incorpore aux céréales ou aux sauces, notamment lors de la préparation du couscous de mil (Figure 8). Les feuilles, disponibles de juin à octobre (hivernage) dans les peuplements naturels, sont récoltées peu après leur épanouissement. Les feuilles de baobab peuvent être consommées crues ou bouillies comme légumes quand elles sont très jeunes. Une fois déshydratées, elles peuvent être réduites en poudre et tamisées ou stockées entières pour la vente ou la consommation en saison sèche. Ces feuilles rendent la sauce plus épaisse, gluante (caractère recherché) et savoureuse. Du point de vue quantitatif, il serait le 10ème légume feuille traditionnel consommé au Sénégal (Diouf et al., 1999). Cependant, les feuilles perdent une bonne partie de la vitamine A ainsi que d’autres éléments après le séchage au soleil (Timbely et al., 2001). Pour cela, il est conseillé, pour réduire ces pertes, d’effectuer le séchage à l’ombre. Un désavantage supplémentaire des feuilles séchées au soleil est la perte d’autres éléments nutritifs tels que le calcium et le fer (Sidibé et al., 1994).

Les graines

Les graines de baobab (Figure 9), peuvent être consommées fraîches ou grillées (Baumer, 1995). La torréfaction des graines fermentées conduit à un succédané du café. Le broyage au pilon de la graine permet d’en extraire une huile alimentaire. Pilées, les graines servent d’épaississant dans de nombreuses sauces, soupes ou sont utilisées en association avec d’autres ingrédients (arachides par exemple) pour la préparation de crèmes sucrées (Diop et al., 2005). Pour la fermentation traditionnelle, les graines de baobab sont bouillies et conservées dans une pièce sombre à 28 ± 2 °C pour la fermentation par la microflore présente dans les graines pendant 96 heures. Le produit résultant est séché à l’air. Le condiment est utilisé comme un amplificateur de goût pour les soupes, les ragoûts et est également ajouté à la protéine régime alimentaire pauvre en certain maison du nord du Burkina (Compaoré, 2009; Parkouda et al., 2010).

La vitamine C

La structure de la vitamine C

La vitamine C est un acide organique dont la structure est apparentée à celle des sucres à six atomes de carbone (formule chimique C6H8O6). Dans la plante, l’acide ascorbique est principalement présent sous sa base conjuguée : L-Ascorbate (Figure 10). L’ascorbate ou l’acide ascorbique constitue la forme réduite de la vitamine C. Par ailleurs, l’ascorbate peut être oxydé en monodéhydroascorbate (MDHA) qui se dissocie rapidement de nouveau en ascorbate et en déhydroascorbate (DHA) ; le DHA est ensuite dégradé ou de nouveau réduit (Massot, 2010).

Biosynthèse de la vitamine C

Voie majeure de biosynthèse chez les plantes

La voie majeure de biosynthèse de l’ascorbate dans les plantes (voie L-galactose (L-Gal) Figure 11) a été découverte tardivement, en 1998, par Wheeler et al. (1998). Son établissement découle d’une série de résultats obtenus à partir de mutants d’Arabidopsis déficients en ascorbate (les mutants vtc) au cours des 40 dernières années (Massot, 2010). Récemment, Dowdle et al. (2007) ont montré que les doubles mutants d’Arabidopsis vtc2/vtc5 (gènes codants pour l’enzyme GDP-L-galactose phosphorylase) étaient incapables de croître sans ajout d’ascorbate ou de L-Gal.
La voie L-Gal est constituée de 10 étapes enzymatiques du D-Glucose au L-ascorbate avec la formation intermédiaire du GDP-D-Mannose et du L-Galactose (Linster et Clarke, 2008). Les six premières étapes permettent de synthétiser des nucléotide-oses activés qui sont aussi des précurseurs de composés pariétaux. À partir de l’étape 7, la voie est spécifique de la synthèse de l’ascorbate. Le GDP-L-galactose est transformé en L-Galactose-1-phosphate+GDP par la GDP-L-galactose phosphorylase (GGP, étape 7). Puis, il est hydrolysé par la L-Galactose-1-phosphate phosphatase (GPP) en L-galactose (étape 8). Enfin, ce dernier est oxydé en deux étapes (étapes 9 et 10) par la L-Galactose déshydrogénase située dans le cytosol (GalDH) pour former du L-galactono-1,4-lactone puis par la L-galactono-1,4-lactone déshydrogénase (GLDH) pour finalement synthétiser de l’ascorbate (Massot, 2010).
Cette dernière étape se produit au niveau de la membrane interne de la mitochondrie. Ainsi, l’ascorbate est synthétisé au niveau de l’espace inter-membranaire de la mitochondrie et peut donc facilement être transporté à travers la membrane externe et ainsi être distribué à tous les compartiments intracellulaires (Massot, 2010).

Autres voies de biosynthèse

Wolucka et al.(2003) démontrent que l’enzyme GME (GDP-mannose-3’,5’-épimérase) peut changer de forme moléculaire par interaction avec d’autres protéines (étape 6 de la voie L-Gal) et catalyser également la conversion vers le GDP-L-Gulose chez Arabidopsis. Ils proposent alors une autre voie à partir de l’étape 6 de la voie L-Gal (voie L-Gulose). Néanmoins, des travaux supplémentaires sont nécessaires pour déterminer l’importance de cette voie par rapport à la voie L-Gal (Massot, 2010). Deux autres voies ont été décrites à partir d’intermédiaire de l’acide uronique. Chez la fraise, où la vitamine C s’accumule principalement pendant la maturation, l’ascorbate est synthétisé à partir des composés issus de la dégradation des parois cellulaires (Agius et al., 2003). Les auteurs suggèrent qu’il pourrait en être de même dans d’autres fruits.

Dégradation et lien avec le brunissement non-enzymatique

Il existe ainsi deux voies de dégradation de la vitamine C : la voie aérobie et la voie anaérobie qui conduisent à l’apparition de réductones, qui sont des intermédiaires dans la réaction de Maillard et participent à la formation du brunissement non-enzymatique (Berlinet, 2006).

Voie de dégradation aérobie

L’acide ascorbique par oxydation donne naissance à l’acide déhydroascorbique (Figure 12), qui a la même activité biologique que l’acide ascorbique. Cette oxydation est réversible mais dans les aliments, l’acide déhydroascorbique subit le plus souvent une hydrolyse irréversible qui conduit à la formation de l’acide 2,3-dicétogulonique. Ce dernier, en solution aqueuse, après décarboxylation, peut donner la 3-hydroxy-2-pyrone et l’acide 2-furoïque (Yuan et Chen, 1998). L’acide 2-furoïque est pratiquement sans odeur (Arctander, 1969).

Voie de dégradation anaérobie

L’acide ascorbique peut aussi se dégrader en absence d’oxygène (Figure 13). En milieu acide et à chaud, l’acide ascorbique subit une déshydratation et une décarboxylation qui conduisent à la formation de produits intermédiaires, de gaz carbonique et de furfural (Huelin et al., 1971). La voie anaérobie conduit, de la même manière que la voie aérobie, à la formation de produits intermédiaires qui peuvent être des réductones. Des composés volatils sont formés dont le furfural, qui est caractérisé par des descripteurs piquant, bonbon, pain, caramel, cannelle -amande (Arctander, 1969).

Modification de couleur : brunissement non-enzymatique

Les réductones formées par les voies de dégradation aérobie et anaérobie de la vitamine C peuvent participer au brunissement non-enzymatique généralement attribué à des réactions de Maillard. Les réactions de Maillard au sens propre sont des réactions de condensation du groupe carbonyle des sucres réducteurs avec des groupes amines des acides aminés et/ou des protéines. Comme présenté dans la figure 14, la réaction de Maillard comporte plusieurs étapes complexes qui aboutissent à :
– la synthèse de composés carbonylés très réactifs (furfuraldéhydes, réductones),
– la formation de polymères bruns, aussi appelés mélanoïdines,
– la formation de composés volatils et odorants (Berlinet, 2006).
La vitamine C est aussi connue pour être sensible aux traitements thermiques de stérilisation et de pasteurisation.

La pasteurisation

Principe

Entre 1860 et 1864, Pasteur démontra que la flore non désirable du moût de raisin pouvait être éliminée par un chauffage de quelques secondes à 55-65 °C. Il donna son nom à ce procédé qui fut utilisé un peu plus tard pour allonger la durée de conservation du lait (Chillet, 2011).
La pasteurisation est un procédé de conservation des aliments (généralement liquide). Elle consiste à soumettre à de hautes températures les aliments pour une courte durée avant de les refroidir rapidement. La température choisie dépend des aliments et du procédé de chauffage et peut varier entre 60 et 90°C sans toutefois dépasser 100°C (Rangana, 1984). C’est un procédé de conservation limité pour lequel le produit doit être conditionné hermétiquement (avec ou sans atmosphère modifiée ou sous vide) et réfrigéré. Le produit pasteurisé peut être conservé à +4 °C de quelques jours à quelques semaines (Chillet, 2011).

Table des matières

INTRODUCTION
I-1 /Le baobab : Adansonia digitata L
I-1-1/ Origine et répartition géographique
I-1-1-1/ Origine
I-1-1-2/ Répartition géographique
I-1-2/ Taxonomie
I-1-3/ Les différentes parties du baobab
I-1-3-1/ Les feuilles
I-1-3-2/ Les fleurs
I-1-3-3/ Le fruit
I-1-4/ Les exigences écologiques
I-1-5/ Pollinisation et biologie de la reproduction
I-1-6/ Dispersion des graines et germination
I-1-7/ Phénologie
I-1-8/ Production et commerce
I-1-9/ Utilisations alimentaires et médicinales
I-1-9-1/ Utilisations alimentaires
I-1-9-2/ Utilisation en médecine traditionnelle
I-1-10/ Composition chimique
I-1-10-1/ La pulpe
I-1-10-2/ Les feuilles
I-1-10-3/ Les graines
I-2/ La vitamine C
I-2-1/ La structure de la vitamine C
I-2-2/ Biosynthèse de la vitamine C
I-2-2-1/ Voie majeure de biosynthèse chez les plantes
I-2-2-2/ Autres voies de biosynthèse
I-2-2/ Dégradation et lien avec le brunissement non-enzymatique
I-2-2-1/ Voie de dégradation aérobie
I-2-2-2/ Voie de dégradation anaérobie
I-2-2-3/ Modification de couleur : brunissement non-enzymatique
I-3/ La pasteurisation
I-3-2/ Objectifs
I-3-3/ La valeur de pasteurisation (V. P.)
I-3-3-1/ Définition
I-3-3-2/ Calcul de la valeur pasteurisatrice
II-1/ Matériel
II-1-1/ Matériel végétal
II-1-2/ Procédé de la stabilisation thermique
II-1-2-1/ Production d’extraits aqueux de baobab
II-1-2-2/ Production de sirops à chaud et à froid
II-1-2-3/ Conditionnement des sirops
II-1-2-4/ La pasteurisation
II-1-2-5/ Stockage des extraits pasteurisés
II-1-2-6/ Suivi de la stabilité des extraits pendant la conservation
II-2/ Méthodes d’analyses
II-2-1/ Caractérisation des sirops et poudre de fruit de baobab
II-2-2-1/ Détermination de la teneur en acide ascorbique
II-2-2-2/ Dosage des polyphénols totaux
II-3/ Exploitation des résultats
II-3-1/ L’analyse de la variance ou ANOVA
II-3-2/ Modélisation
II-3-2-1/ Modèle d’Arrhenius
II-3-2-2/ Modèle d’Eyring
II-3-2-3/ Modèle de Ball-Bigelow
III-1/ Caractérisation de la poudre de baobab, de l’extrait et des sirops
III-1-1/ Caractérisation de la poudre de baobab
III-1-2/ Caractérisation de l’extrait aqueux et des sirops non pasteurisés
III-1-3/ Caractérisation des sirops pasteurisés
III-2/ Effet du traitement thermique
III-2-1/ La vitamine C
III-2-2/ Les sucres réducteurs
III-3/ Etude de la stabilité des sirops
III-3-1/ Suivi physico-chimiques et biochimiques
III-3-1-1/ Suivi du pH, de l’acidité titrable et de l’extrait sec soluble
III-3-1-2/ Les sucres réducteurs
III-3-1-3/ La vitamine C
III-3-2/ Modélisation des cinétiques
III-3-2-1/ Pour la vitamine C
III-3-2-2/ Pour les sucres réducteurs
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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