ETUDE DE LA PROPRIETE FONCTIONNELLE DE L’AMIDON DES LEGUMINEUSES

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Importance des légumineuses

Importance nutritionnelle

Les légumineuses à graines occupent une part importante de l’alimentation au niveau mondial, particulièrement dans les pays en développement. Ce sont des végétaux caractérisés par leur richesse en protéines. Ces dernières renferment tous les acides aminés essentiels avec des proportions respectivement élevée en lysine et faible en acides aminés soufrés, constituant alors des facteurs limitants. De ce fait, elles permettent d’améliorer, par complémentation, les régimes à base de produits céréaliers dont les protéines sont riches en acides aminés soufrés mais pauvres en lysine (ANDRIAMAMONJY, 2000, RAKOTONDRASOA, 2016). Par ailleurs, les graines sont riches en glucides complexes (amidon) et constituent ainsi une bonne source d’énergie. Tandis que les lipides sont en faible quantité mais renferment des acides gras essentiels.
En ce qui concerne les vitamines et les minéraux, les légumineuses sont de bonnes sources de vitamines du groupe B, d’éléments minéraux tels le potassium, le phosphore, le magnésium et le fer.

Importance sur la santé

Caractérisées par un faible indice glycémique, une faible teneur en lipides et une haute teneur en fibres, les légumineuses conviennent aux diabétiques. En effet, les fibres augmentent la satiété et aident à stabiliser la glycémie et le taux d’insuline, ce qui réduit les pointes après les repas et améliore ainsi la résistance à l’insuline (FAO, 2016).
Leur haute teneur en fer fait des légumineuses un aliment excellent pour prévenir l’anémie ferriprive chez les femmes et les enfants, notamment si elles sont accompagnées d’aliments riches en vitamine C qui améliore l’absorption du fer.
Les graines de légumineuses sont de bonne source de vitamines, telle que la folate (vitamine B9), qui aide à réduire le risque d’anomalie du tube neural (ATN) comme le spina bifida chez les nouveau-nés. Leurs graines contiennent également des antioxydants et autres agents phytochimiques qui entretiennent un régime favorable au bon fonctionnement cardiaque.

Importance dans l’agriculture

Les cultures de légumineuses présentent l’intérêt d’agir sur la fertilité du sol en améliorant sa teneur en azote et permettent ainsi d’obtenir de meilleures récoltes pour les plantes cultivées après elles sur le même terrain (NIEUWENHUIS et NIEUWELINK, 2005). De ce fait elles jouent un rôle clé dans la rotation de culture par leur capacité à fixer l’azote (DURANTI ,2006).

Culture des légumineuses à Madagascar

Les légumineuses tiennent une place importante dans l’agriculture malgache. Les cultures des légumineuses sont très diffuses (LAURENT, 1964; ANDRIAMASINANDRAINA, 2012) :  Dans le Nord, dans la région de Diego-Suarez, aux alentours de la montagne d’Ambre, on cultive des haricots et des arachides.  Dans l’Ouest, en même temps que le riz, on trouve l’arachide et d’autres légumineuses aux bords des fleuves.  Dans l’extrême Sud, région sèche, les cultures des légumineuses à graines comme le Vigna unguiculata, le Phaseolus lunatus (pois du cap) et le Dolichos lablab (Antaque ou antaka) apportent un appoint alimentaire à la population rurale souvent sous-alimentée.  Sur les Haut Plateaux, la production des légumineuses est importante. Ce fait s’explique par la densité de la population autour des centres, cas d’Antananarivo et par des conditions climatiques favorables, cas de Fianarantsoa.

ETUDE DE LA PROPRIETE FONCTIONNELLE DE L’AMIDON DES LEGUMINEUSES

Généralités sur l’amidon

L’amidon est, après la cellulose, la principale substance glucidique synthétisée par les végétaux supérieurs à partir de l’énergie solaire. Il constitue une source énergétique indispensable aux êtres vivants et en particulier à l’homme. Les sources d’amidon les plus importantes sont représentées par les tubercules (60% à 90%), les céréales (30% à 70%) et les légumineuses (25% à 50%). Il est biosynthétisé sous forme de granules dont la morphologie dépend de la plante d’où il provient (BULEON et al. 1998).
Du point de vue structural, l’amidon est un mélange de deux homopolymères, l’amylose et l’amylopectine qui ont des structures primaires très différentes :
 Amylose.
C’est un polymère à chaine linéaire, essentiellement constitué d’unités de D-Glucose liées par des liaisons de type α (1-4). Les cristaux d’amylose ont des morphologies variées qui dépendent non seulement de l’origine botanique mais aussi des conditions d’extraction. L’amylose contient en moyenne 500 à 6000 unités glucosyl et d’un degré de polymérisation moyen de 500 (BANKS et GREENWOOD ,1975 ; COLONNA et MERCIER, 1984).
 Amylopectine.
C’est le principal constituant glucidique de l’amidon (70 à 80%). Il s’agit d’une molécule ramifiée où les unités de D-Glucose sont principalement liées par des liaisons de type α (1-4) et quelques liaisons de types α (1-6). Il a une masse moléculaire très élevée (107 à 108 Daltons) qui dépend de l’origine botanique, du cultivar et des conditions physiologiques lors de la synthèse (BANKS et GREENWOOD, 1975).

Utilisations de l’amidon

L’amidon est utilisé dans l’industrie agroalimentaire que ce soit sous forme d’amidon natif ou modifiée ou encore de produit d’hydrolyse; il est considéré comme un ingrédient multifonctionnel. A l’état natif ou modifié, il est surtout employé comme agent épaississant, gélifiant, ou stabilisant, comme rétenteur d’eau (NAYOUF, 2003). Sous forme hydrolysée, l’amidon est utilisé comme matière sucrante, liante; il fait partie des additifs alimentaires (SINGH et al., 2007). L’amidon est aussi largement utilisé dans l’industrie non alimentaire en particulier dans l’industrie papetière et dans la chimie comme la fabrication des matières plastiques.

Propriétés hydrothermiques de l’amidon

A cause de sa structure chimique, l’amidon est fortement hydrophile. Par ailleurs, les régions cristallines et amorphes réagissent de différentes manières. A température ambiante, l’eau pénètre plus facilement dans les régions amorphes des grains et interagit avec les molécules d’amidon par l’intermédiaire de liaison hydrogène, induisant un léger gonflement réversible des grains d’amidon (NAYOUF, 2003 ; ANDRIATODISOA, 2016).
Lors du chauffage, le gonflement des grains d’amidon s’accompagne d’une perte de la structure cristalline, ce phénomène est irréversible et appelé gélatinisation. En effet, il y a une modification importante des propriétés rhéologiques : la viscosité augmente progressivement puis diminue (amidon de tubercules) ou reste constante (amidon de céréales) suivant l’état de conservation du grain d’amidon. Cette étape de gélatinisation est suivie, lors du refroidissement, de la gélification puis du phénomène de rétrogradation qui consiste en une recristallisation partielle des structures moléculaires.

ETUDE DE LA PROPRIETE ANTIOXYDANTE DES LEGUMINEUSES

Généralités sur l’oxydation et l’antioxydant

Oxydation

L’oxydation est une réaction chimique au cours de laquelle un élément chimique agit avec de l’oxygène, cela va conduire à une perte d’électron, illustrée par cet exemple :
Fe2+ +O2→Fe3+ +1 e-.
Cette réaction qui amorce le stress oxydatif est favorisée par la lumière (UV) ou la présence de métaux de transition (fer ferreux).
Les mécanismes de réaction d’oxydation se présentent en trois phases principales (HUANG et al., 2005 ; RANOVONA, 2012):
 Une phase d’initiation : qui peut être due à l’intervention d’un radical hydroxyle HO• qui arrache un atome d’hydrogène en position: RH + HO•→R•+ H2O.
 Une phase de propagation : en présence d’oxygène, il se forme un radical peroxyde (ROO•) qui déstabilise une deuxième molécule d’acide gras polyinsaturés et conduit à un hydroperoxyde lipidique (ROOH) et à un nouveau radical:
R• + O2 → ROO•
ROO•+ RH→ROOH + R•
 Une phase de terminaison : où se recombinent différents radicaux formés pour aboutir à des composés stables:
R• + R•→RR.
ROO•+ R•→ROOR.
ROO•+ ROO•→ROOR + O2.

Dérivés réactifs de l’oxygène (DRO)

L’oxygène est un gaz indispensable à la vie mais il peut être toxique par lui-même en formant des radicaux libres qui ont des effets néfastes à l’organisme. Les DRO sont pour la plupart des radicaux chimiques de l’oxygène. Lors de sa réduction, le dioxygène peut conduire à des dérivés réactifs, qui sont les radicaux libres comme le radical superoxyde O2•et son conjugué (radical hydroperoxyle HO2•), le radical hydroxyle OH• et le peroxyde d’hydrogène H2O2 (SAULNIER et al., 1995).

Radicaux libres

Un radical libre est un élément chimique, molécule, capable d’avoir une existence indépendante (libre) en contenant un ou plusieurs électrons célibataires (électron non apparié sur une orbitale). En effet, ce radical libre aura toujours tendance à remplir son orbitale en captant un électron pour devenir plus stable : il va donc se réduire en oxydant un autre composé (GOUDABLE et FAVIER, 1997).

Caroténoïdes

Les caroténoïdes sont, avec la chlorophylle et les anthocyanes, les pigments les plus répandus dans la nature. A ce jour, plus de 600 caroténoïdes ont été identifiés, mais seule une quarantaine est retrouvée régulièrement dans l’alimentation humaine (BOUHADJRA, 2011). Le plus important et le plus connu des caroténoïdes est le β-carotène. Il a longtemps été étudié pour son activité de provitamine A.

Composés phénoliques ou polyphénols

Les composés phénoliques sont des métabolites secondaires caractérisés par la présence d’un cycle aromatique portant des groupements hydroxyles libres ou engagés avec des glucides. Ils sont présents dans toutes les parties des végétaux (racines, tiges, feuilles, fleurs, pollens, fruits, graines et bois) et sont impliqués dans de nombreux processus physiologiques comme la croissance cellulaire, la rhizogenèse, la germination des graines et la maturation des fruits. Les polyphénols sont des antioxydants qui interviennent dans la prévention des cancers, des maladies cardiovasculaires et d’autres maladies dégénératives liées au stress oxydant (NAVINDRA, 2008; ANDRIANIRINA, 2015).

Utilisation des antioxydants

Les antioxydants exogènes ou naturels comme la vitamine E, la vitamine C et les polyphénols sont utilisés dans plusieurs domaines (BOUHADJRA, 2011):
 Dans l’industrie agro-alimentaire: pour éviter le rancissement des corps gras.
 Dans l’industrie chimique: pour éviter le durcissement du caoutchouc ou en métallurgie pour protéger les métaux de l’oxydation.
 Dans l’industrie teinturerie: pour éviter l’oxydation des colorants au soufre ou des colorants de cuve lors de la teinture.

Capacité antioxydante des graines de légumineuses

Les légumineuses contiennent des molécules ayant des propriétés antioxydantes qui sont retrouvées principalement dans la graine de la plante (LEE et al , 2000). Les résultats de deux études in vitro réalisées par Duh et al. (1997,1999), montrent que l’enveloppe externe des haricots serait efficace contre l’oxydation des lipides. Ces données indiquent que des composés ayant un potentiel antioxydant sont localisés dans la couche externe des graines.

Table des matières

INTRODUCTION GENERAL
A-SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
I. GENERALITES SUR LES LEGUMINEUSES
I.1. Caractéristiques botaniques
I.2. Importance des légumineuses
I.2.1. Importance nutritionnelle
I.3.2. Importance sur la santé
I.3.3. Importance dans l’agriculture
I.4. Culture des légumineuses à Madagascar
II. ETUDE DE LA PROPRIETE FONCTIONNELLE DE L’AMIDON DES LEGUMINEUSES
II.1. Généralités sur l’amidon
II.2. Propriétés physiques de l’amidon
II.3. Morphologie et organisation moléculaire
II.4. Utilisations de l’amidon
II.5. Propriétés hydrothermiques de l’amidon
III. ETUDE DE LA PROPRIETE ANTIOXYDANTE DES LEGUMINEUSES
III.1.Généralités sur l’oxydation et l’antioxydant
III.1.1. Oxydation
III.1.2. Antioxydants
III.2. Antioxydants d’origine alimentaire
III.2.1.Vitamines
III.2.2.Caroténoïdes
III.2.3. Composés phénoliques ou polyphénols
III.3.Utilisation des antioxydants
III.4. Capacité antioxydante des graines de légumineuses
B- MATERIELS ET METHODES
I. MATERIELS D’ETUDE
I.1.Choix des échantillons
I.2. Classification botanique
II. METHODES D’ANALYSES
II.1. Détermination de la teneur en eau et de la matière sèche
II.2. Etude de la propriété fonctionnelle de l’amidon
II.2.1. Extraction de l’amidon
II.2.2. Dosage de l’amidon
II.2.3. Dosage de l’amylose.
II.2.4. Détermination de la teneur en amylopectine
II.2.5. Détermination du pouvoir de gonflement de l’amidon
II.2.6. Détermination de la viscosité de l’amidon
II.2.7. Étude microscopique de l’amidon des échantillons.
II.3. Etude de la capacité antioxydante
II.3.1. Préparation de la solution de DPPH et vérification de sa stabilité et de sa linéarité
II.3.2. Préparation de la solution de Trolox
II.3.3. Mesure directe de la capacité antioxydante sur les échantillons
II.3.4. Expression des résultats
III. TRAITEMENT DES DONNEES
C-RESULTATS
I. TENEUR EN EAU ET EN MATIERE SECHE
II.TENEUR EN AMIDON ET SES COMPOSANTS
II.1. Rendement d’extraction de l’amidon à partir de la farine
II.2. Teneur en amidon et en sucres simples
II.3. Teneur en amylose et en amylopectine
III.PROPRIETES FONCTIONNELLES DE L’AMIDON
III.1.Pouvoir de gonflement de l’amidon
III.2.Viscosité de l’amidon
IV.STRUCTURE GRANULOMETRIQUE DE L’AMIDON DES ECHANTILLONS
V. CAPACITE ANTIOXYDANTE DES ECHANTILLONS
D-DISCUSSION
I.TENEUR EN EAU ET EN MATIERE SECHE
II.TENEUR EN AMIDON ET SES COMPOSANTS
II.1.Teneur en amidon et en sucres simples
II.2.Teneur en amylose et en amylopectine
III.PROPRIETES FONCTIONNELLES DE L’AMIDON
IV.OBSERVATION GRANULOMETRIQUE
IV. CAPACITE ANTIOXYDANTE
E-CONCLUSION ET PERSPECTIVES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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