Mémoire de fin de formation pour l’obtention du Diplôme d’Ingénieur de Conception en Technologie Alimentaire
3ème Promotion
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE (MESRS)
UNIVERSITE D’ABOMEY-CALAVI (UAC)
Présenté et soutenu par : Christian AFFOKPE
Le 10 juin 2013
THEME :
Année Académique : 2011 – 2012 Superviseur : Prof. Mohamed SOUMANOU Co-superviseur : Dr. Vénérande BALLOGOU
DEPARTEMENT DE GENIE DE TECHNOLOGIE ALIMENTAIRE (GTA)
OPTIMISATION DE LA TECHNOLOGIE DE PRODUCTION DU FONIO PRECUIT PAR LA METHODE DES SURFACES DE REPONSE
ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI (EPAC)
Composition du jury Président : Prof. Noël AKISSOE
Membres : Prof. Mohamed SOUMANOU Dr. Henri ADINGNI
Dr. Paul Fidèle TCHOBO Invité : Dr. Vénérande BALLOGOU
Réalisé par Christian AFFOKPE i
Table des matières
Table des matières ...1
Dédicace... iv
Remerciements ...v
Liste des sigles et abréviations ... vi
Liste des tableaux ... vii
Liste des figures ... viii
Résumé ...x
Abstract ... xi
Introduction ...2
1. Synthèse bibliographique...5
1.1. Généralités sur le fonio ...5
1.1.1. Systématique et description du fonio ...5
1.1.2. Répartition géographique et production du fonio ...6
1.1.3. Structure du grain de fonio ...7
1.1.4. Composition biochimique du grain de fonio ...9
1.1.5. Consommation du fonio ...9
1.2. Transformation du fonio ... 10
1.2.1. Décorticage et blanchiment traditionnels des grains de fonio ... 10
1.2.2. Mécanisation du décorticage et du blanchiment ... 11
1.2.3. Précuisson du fonio ... 12
1.3. Effet de la transformation sur les caractéristiques nutritionnelles et fonctionnelles des céréales ... 14
1.3.1. Effet du blanchiment sur les caractéristiques physico-chimiques et fonctionnelles du fonio ... 14
1.3.2. Modifications des céréales au cours des traitements thermiques ... 15
1.4. Plans d‟expériences : les surfaces de réponse ... 16
1.4.1. Présentation des plans d‟expériences ... 16
Réalisé par Christian AFFOKPE ii
1.4.2. Principe des plans d‟expériences ... 17
1.4.3. Optimisation par la méthode des surfaces de réponse ... 17
2. Matériel et Méthodes ... 21
2.1. Matériel ... 21
2.1.1. Matériel végétal ... 21
2.1.2. Equipements ... 21
2.2. Méthodes ... 22
2.2.1. Méthode de production ... 22
2.2.1.1. Précuisson du fonio ... 24
2.2.1.2. Séchage du fonio précuit humide ... 24
2.2.1.3. Dispositif expérimental ... 24
2.2.2. Méthodes d‟analyses ... 25
2.2.2.1. Suivi du séchage ... 25
2.2.2.2. Détermination des caractéristiques physiques des grains paddy ... 26
2.2.2.3. Détermination des caractéristiques physiques des produits obtenus ... 26
2.2.2.4. Détermination de la composition biochimique des produits obtenus ... 27
2.2.2.5. Evaluation des caractéristiques fonctionnelles des produits obtenus ... 30
2.2.2.6. Analyses statistiques ... 31
3. Résultats et discussion ... 33
3.1. Caractéristiques physiques du fonio paddy ... 33
3.2. Caractéristiques physico-chimiques et fonctionnelles du fonio blanchi ... 33
3.3. Suivi du séchage des échantillons de fonio précuit ... 35
3.3.1. Evolution de la teneur en eau en fonction du temps ... 35
3.3.2. Evolution de la vitesse de séchage ... 37
3.3.3. Evolution de la durée de séchage ... 38
3.4. Effets de la durée de précuisson et de la température de séchage sur les caractéristiques physico-chimiques et fonctionnelles du fonio précuit ... 39
3.4.1. Effets de la durée de précuisson et de la température de séchage sur les caractéristiques physiques du fonio précuit ... 39
Réalisé par Christian AFFOKPE iii 3.4.2. Effets de la durée de précuisson et de la température de séchage sur la
composition biochimique du fonio précuit ... 43
3.4.3. Effets de la durée de précuisson et de la température de séchage sur les caractéristiques fonctionnelles du fonio précuit ... 47
3.4.4. Corrélation entre les réponses mesurées ... 51
3.5. Optimisation de la durée de précuisson et de la température de séchage au cours la production du fonio précuit ... 53
Conclusion et perspectives ... 56
Références bibliographiques ... 59
Annexes ... xiii
Réalisé par Christian AFFOKPE iv
Dédicace
A la mémoire de mon père Jean AFFOKPE, Et,
A ma mère Honorine AGBOKPANZO qui, seule comme deux parents, a su faire de moi un garçon
comblé et complet !
Réalisé par Christian AFFOKPE v
Remerciements
Au terme de ce travail, nous tenons à exprimer notre sincère et profonde gratitude :
Au Professeur Mohamed SOUMANOU, notre maître de mémoire, pour avoir non seulement accepté de superviser ce travail, mais aussi et surtout pour nous avoir encouragé, orienté et instruit tout au long de notre cursus. Ce que nous avons appris de vous, ce n‟est pas que ce qu‟un apprenant apprend de son enseignant, mais c‟est également ce qu‟un enfant apprend de son père ;
Au Dr. Vénérande BALLOGOU, pour nous avoir pris à vos côtés, pour nous avoir orienté, aidé et encouragé tout au long de ce travail ;
Au Dr. Edwige DAHOUENON AHOUSSI, chef du Département de Génie de Technologie Alimentaire ;
A nos enseignants, en particulier Dr. Henri ADINGNI, Dr. Paul Fidèle TCHOBO et Dr. René DEGNON, vous par qui, notre formation fut accomplie ;
Au Dr. Victor ANIHOUVI, à tout le personnel et à tous les stagiaires du laboratoire du Département de Nutrition et Sciences Alimentaires de la Faculté des Sciences Agronomiques ;
Au Dr. John T. MANFUL, à son assistant M. Graham ACQUAAH SETH et à Mme Perpétue AGBO du Laboratoire Qualité au Centre Africain pour le Riz ;
A Monsieur Jean OPALA, à Monsieur Rossy NSIALA et à tout le personnel du centre A2PF (Association des Professionnels et pour la Promotion du Fonio) de Natitingou ;
A Monsieur Valère SALAKO, pour son aide précieuse dans l‟analyse de nos données ;
A nos devanciers, Jospin DJOSSOU, Fresnellia SAGBO, Damien TCHATCHA et à tous les stagiaires de l‟Unité de Recherche en Génie Enzymatique et Alimentaire (URGEA) pour leur disponibilité à tout moment ;
A M. Emmanuel HOUESSOU, pour son aide et ses conseils ;
A Polycarpe ATCHADE, Charles ZANCLAN et Elfrida GBEBIOHO pour leur présence et leurs soutiens ;
A tous les camarades de la Promotion 2007 de Tle D1 du CEG1 Abomey-Calavi ;
Aux camarades, Abed, Crépin, Christa, Ella, Gwladys, Marius, Nadège, Parfait, Ulrich et Valère pour avoir fait de nos années à l‟Ecole Polytechnique d‟Abomey-Calavi, des instants de bonheur renouvelé.
Réalisé par Christian AFFOKPE vi
Liste des sigles et abréviations
A2PF : Association des Professionnels pour la Promotion du Fonio AACC : American Association of Cereal Chemists
AOAC : Association of Official Analytical Chemist CAE : Capacité d‟Absorption d‟Eau
EPAC : Ecole Polytechnique d'Abomey Calavi FAO : Food and Agriculture Organization FSA : Faculté des Sciences Agronomiques GMBF : Guinée-Mali-Burkina-France GTA : Génie de Technologie Alimentaire RSM : Response Surface Methodology UAC : Université d'Abomey Calavi
URGEA : Unité de Recherche en Génie Enzymatique et Alimentaire
Réalisé par Christian AFFOKPE vii
Liste des tableaux
Tableau I : Classification taxonomique du fonio ...5
Tableau II : Production du fonio ...7
Tableau III : Composition biochimique du fonio blanchi, et de quatre autres céréales communes ...9
Tableau IV : Qualités technologiques et culinaires du fonio Fingoloni issu du blanchiment traditionnel et du blanchiment mécanique... 14
Tableau V : Composition biochimique du fonio décortiqué et du fonio blanchi en comparaison à celle du sorgho, du mil et du maïs ... 15
Tableau VI : Effet de la précuisson à la vapeur sur les caractéristiques biochimiques et fonctionnelle du fonio de l‟écotype Namba ... 15
Tableau VII : Matrice du modèle montrant la combinaison des variables ... 25
Tableau VIII : Caractéristiques des grains de fonio paddy ... 33
Tableau IX : Caractéristiques physico-chimiques et fonctionnelles du fonio blanchi ... 34
Tableau X : Evolution de la teneur en eau initiale en fonction de la durée de précuisson ... 37
Tableau XI : Caractéristiques granulométriques et chromatiques des échantillons de fonio précuit ... 40
Tableau XII : Composition biochimique des échantillons de fonio précuit. ... 44
Tableau XIII : Viscosité et capacité d‟absorption d‟eau des échantillons de fonio précuit ... 48
Tableau XIV : Matrice de corrélation de Pearson entre les différentes réponses ... 52
Tableau XV : Optimisation des réponses ... 54
Réalisé par Christian AFFOKPE viii
Liste des figures
Figure 1: Epi de fonio (Cruz, 2001). ...6
Figure 2 : Aire de production du fonio en Afrique de l‟Ouest (Vodouhè et al., 2007) ...6
Figure 3 : Grains de différentes céréales (Cruz, 2001). ...8
Figure 4 : Structure du caryopse de fonio (CIRAD, 2013) ...8
Figure 5 : Modifications morphologiques du fonio au cours du décorticage et du blanchiment (CIRAD, 2013)... 11
Figure 6 : Décortiqueuse GMBF (CIRAD, 2013) ... 12
Figure 7 : Schéma de principe de la décortiqueuse GMBF (Marouzé et al. 2008) ... 12
Figure 8 : Diagramme technologique de production du fonio précuit (Rivier et Cruz, 2007). 13 Figure 9 : Plan composite centré pour l‟´etude de deux facteurs ... 18
Figure 10 : Grains de fonio de l‟écotype Namba ... 21
Figure 11 : Couscoussier domestique ... 22
Figure 12 : Diagramme de production du fonio précuit (Rivier et Cruz, 2007, modifié) ... 23
Figure 13 : Evolution de la teneur en eau de fonio précuit, séchés à différentes températures en fonction du temps. ... 36
Figure 14 : Evolution de la teneur en eau de fonio précuit, obtenu après différentes durées de précuisson. ... 36
Figure 15 : Evolution de la vitesse de séchage de cinq (5) échantillons de fonio précuit en fonction de la teneur en eau ... 38
Figure 16 : Courbe de surface de réponse de la durée de séchage en fonction de la durée de précuisson et de la température de séchage du fonio précuit. ... 39
Figure 17 : Courbe de surface de réponse du taux de refus sur le tamis de mailles 630µm en fonction de la durée de précuisson et de la température de séchage du fonio précuit. ... 42
Figure 18 : Courbe de surface de réponse du taux de refus sur le tamis de mailles 1250µm en fonction de la durée de précuisson et de la température de séchage du fonio précuit. ... 42
Figure 19 : Courbe de surface de réponse de la luminance en fonction de la durée de précuisson et de la température de séchage du fonio précuit. ... 43
Figure 20: Courbe de surface de réponse de l‟indice de rouge (a) en fonction de la durée de précuisson et de la température de séchage du fonio précuit. ... 43
Réalisé par Christian AFFOKPE ix Figure 21 : Courbe de surface de réponse de la teneur en lipides en fonction de la durée de
précuisson et de la température de séchage du fonio précuit. ... 46 Figure 22 : Courbe de surface de réponse de la teneur en protéines en fonction de la durée de
précuisson et de la température de séchage du fonio précuit. ... 46 Figure 23 : Courbe de surface de réponse de la teneur en glucides totaux en fonction de la
durée de précuisson et de la température de séchage du fonio précuit. ... 46 Figure 24 : Courbe de surface de réponse de la viscosité maximale en fonction de la durée de
précuisson et de la température de séchage du fonio précuit. ... 49 Figure 25 : Courbe de surface de réponse de la viscosité finale en fonction de la durée de
précuisson et de la température de séchage du fonio précuit. ... 49 Figure 26 : Courbe de surface de réponse de la capacité d‟absorption d‟eau en fonction de la
durée de précuisson et de la température de séchage du fonio précuit. ... 50 Figure 27 : Evolution de la teneur en eau sur base sèche des échantillons de fonio précuit
correspondant aux combinaisons du plan orthogonal ...xiv Figure 28 : Evolution de la vitesse de séchage des échantillons de fonio précuit correspondant aux combinaisons du plan orthogonal ...xiv
Réalisé par Christian AFFOKPE x
Résumé
Le fonio (Digitaria exilis), une des plus anciennes céréales locales de l‟Afrique de l‟Ouest est aujourd‟hui de plus en plus aimé et apprécié des consommateurs. Mais, sa préparation longue et fastidieuse suscite la nécessité de mise au point d‟un produit prêt à l‟emploi. Le fonio précuit en vue la production de couscous est le produit dérivé du fonio le plus prisé. Cependant, le rendement de production du fonio précuit est faible à cause, notamment, de la formation de mottes au cours de la cuisson à vapeur du fonio blanchi. La présente étude vise l‟optimisation de la technologie de production du fonio précuit par la méthode des surfaces de réponse. Pour atteindre cet objectif, l‟effet de deux variables technologiques à savoir, la durée de précuisson et la température de séchage sur la durée de séchage ainsi que les caractéristiques physiques, biochimiques et fonctionnelles du fonio précuit a été étudié. La durée de précuisson a été variée de 15 à 90min et la température de séchage de 50 à 100°C. Le plan composite centré a permis de générer quatorze (14) expériences combinant les paramètres durée de précuisson et température de séchage comme suit : (52,5min ; 75°C) répété six fois, (15min ; 75°C), (90min; 75°C), (52,5min ; 50°C), (52,5min ; 100°C), (25,98min ; 57,32°C), (79,02min ; 57,32°C), (25,98min ; 92,68°C) et (79,02min ; 92,68°C). L‟analyse de la régression a indiqué que la durée de précuisson a exercé une influence significative (P<0,05) sur les caractéristiques physiques et fonctionnelles ainsi que sur les teneurs en protéines et en glucides du fonio précuit. La température de séchage quant à elle, a affecté significativement (P<0,05) la durée de séchage et la teneur en lipides. L‟interaction des deux facteurs a été significative pour la durée de séchage et la viscosité finale du fonio précuit. Par ailleurs, une forte corrélation a été notée entre les caractéristiques physiques, entre les caractéristiques fonctionnelles, et entre les caractéristiques physiques et les caractéristiques fonctionnelles du fonio précuit. L‟ensemble des réponses mesurées a été optimal lorsque la durée de précuisson est de 35,44min et la température de séchage de 86,54°C avec une désirabilité globale de 0,80.
Mots clés : fonio précuit, optimisation, surface de réponse, caractéristiques physico- chimiques et fonctionnelles.
Réalisé par Christian AFFOKPE xi
Abstract
Fonio (Digitaria exilis), one of the oldest West African local cereals is now more liked and appreciated by consumers. But its long and tedious preparation raises the need for designing a ready to use product. Precooked fonio for couscous production is the most popular derived product from fonio grains. The yield of the precooked fonio is however low, mainly because of the lumps formation during the vaporization of fonio. The present study aims to optimize the precooked fonio production technology using the response surfaces methodology. To reach this objective, the effect of two technological parameters, namely precooking duration and drying temperature on drying time and physical, biochemical and functional characteristics of precooked fonio was studied. The precooking duration has been varied from 15 to 90min and the drying temperature, from 50 to 100°C. The central composite design has enabled to generate fourteen (14) experiments combining precooking time and drying temperature parameters as this : (52.5min, 75°C) repeated six times, (15min, 75°C) (90min, 75°C ), (52.5min, 50°C), (52.5min, 100°C), (25.98min, 57.32°C), (79.02min, 57.32°C), (25.98 min , 92.68°C) and (79.02min, 92.68°C). The regression analysis indicated that the precooking duration had a significant influence (P<0.05) on the physical and functional characteristics, on protein and on carbohydrate content of precooked fonio. The drying temperature in turn, affected significantly (P<0.05) the duration of the drying and fat content. The interaction of both factors is significant for the drying time and the final viscosity of precooked fonio. Otherwise, there is a strong correlation within the physical characteristics, within the functional characteristics, and between the physical and functional characteristics of precooked fonio. All measured responses are optimal for a precooking duration of 35.44min and drying temperature of 86.54°C, with a global desirability of 0.80.
Keywords: precooked fonio, optimization, response surface, physico-chemical and functional characteristics.
Réalisé par Christian AFFOKPE 1
INTRODUCTION
Réalisé par Christian AFFOKPE 2
Introduction
Les céréales traditionnelles constituent les aliments de base de nombreuses populations des régions Ouest-africaines, particulièrement dans les zones rurales et jouent un rôle primordial dans la sécurité alimentaire de ces populations (Cruz et al., 2005). Au Bénin, le sorgho, le mil, le maïs et le riz sont les céréales les plus connues et sont consommés par les populations sous forme de pâte, de bouillie, de couscous et de boissons fermentées. En dehors de ces céréales usuelles, un grand nombre d'espèces ont cependant été négligées ou sous- utilisées dans notre pays (Dansi et al, 2010). C‟est le cas du fonio (Digitaria exilis, Staff), une céréale de la famille des graminées qui est encore très peu connue des points de vue nutritionnel et technologique (Cruz, 2004).
Le fonio présente une composition biochimique proche de celle du riz (Fliedel et al., 2004). Cependant, à cause de la finesse des grains, les opérations de décorticage et de blanchiment réalisées traditionnellement par les femmes au pilon et au mortier sont très fastidieuses. De plus, les grains doivent être soumis à plusieurs lavages afin d‟éliminer les impuretés et le sable, ce qui rend leur préparation davantage longue et difficile. Ce surcroît de travail a entraîné la désaffection pour cette culture, ce qui se traduit par une très faible production et un prix de vente supérieur à celui des autres céréales (Guéyes et Badé, 2008).
Dans le souci de mieux valoriser le fonio, la mécanisation des opérations post-récolte, essentiellement portées sur le décorticage et le blanchiment des grains a vu le jour et permet de sortir la filière fonio de l‟anonymat avec une percée, mais encore timide sur les marchés locaux et à l‟exportation (Cruz et al, 2005). Le fonio connaît alors un regain d‟intérêt tant au plan de la production qu‟à ceux de la transformation et de la recherche. Ainsi, on rencontre sur les marchés, les fonios décortiqué, blanchi, étuvé, torréfié et surtout précuit conservable sur une longue durée (Ballogou et al., 2012). Parmi ces produits, le fonio précuit en vue de la préparation du couscous, est le plus apprécié des consommateurs. Il présente une facilité de préparation qui le différencie du fonio décortiqué ou blanchi (Ballogou et al., 2012). A la différence du fonio précuit, le fonio étuvé et le fonio torréfié ne sont ni très connus, ni très appréciés des connaisseurs africains du fonio.
La production du fonio précuit implique deux stades de traitements thermiques à savoir, la cuisson à vapeur du fonio blanchi et le séchage en vue de ramener la teneur en eau à moins de 13,5%, seuil permettant une bonne conservation du couscous (CODEX STAN 202- 1995). Ces deux traitements ont une influence notable sur la durée du processus technologique, le rendement de production ainsi que la qualité du produit obtenu. En effet,
Réalisé par Christian AFFOKPE 3 selon Sagbo (2012), le rendement de production du fonio précuit est plus faible que celui du fonio étuvé et du fonio torréfié à cause surtout de la formation de mottes au cours de la précuisson à la vapeur des grains. De plus, le séchage au soleil du fonio précuit humide affecte non seulement la qualité hygiénique du produit (Ballogou et al., 2012) mais surtout rend la durée du processus technologique suffisamment longue.
Il devient alors important de trouver la combinaison, de durée de précuisson et de température de séchage qui permette une meilleure production, quantitative et qualitative, du fonio précuit. Ainsi, la présente étude vise l‟optimisation de la technologie de production du fonio précuit par la méthode des surfaces de réponse. Spécifiquement, il s‟agit de :
1. Produire du fonio précuit en variant la durée de précuisson et la température de séchage ;
2. Analyser les effets de la durée de précuisson et de la température de séchage sur la durée de séchage et sur les caractéristiques physico-chimiques et fonctionnelles du fonio précuit ;
3. Déterminer une combinaison optimale de durée précuisson et de température de séchage.
Réalisé par Christian AFFOKPE 4
SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
Réalisé par Christian AFFOKPE 5
1. Synthèse bibliographique 1.1. Généralités sur le fonio
1.1.1. Systématique et description du fonio
Le fonio (Digitaria exilis Stapf) est une céréale de la famille des Poaceae, de la sous famille des Panicoideae et du genre Digitaria (tableau I). Les Digitaria qui regroupent plus de 300 espèces sont souvent cultivées comme plantes fourragères, seulement 3 à 4 espèces sont cultivées comme céréales (Cruz, 2004). En Afrique occidentale, seul le fonio blanc (Digitaria exilis) revêt une certaine importance, mais on trouve également le fonio noir (Digitaria iburua) au Nigeria (Adoukonou-Sagbadja et al., 2006, Echendu et al, 2009). Le fonio est connu sous les appellations de Acha, Ipouaga, Féningué, Findi, kansambahon et Ova respectivement au Nigéria, au Bénin, au Burkina Faso, en Guinée, au Mali et au Togo (Adoukonou-Sagbadja et al., 2006).
Tableau I : Classification taxonomique du fonio
Règne Plante
Sous règne Tracheobionta Division Magnoliophyta
Classe Liliopsida
Sous classe Commelinideae
Ordre Cyprales
Famille Poaceae
Sous Famille Panicoideae
Genre Digitaria
Espèces exilis, iburua
Le fonio est une petite plante herbacée annuelle de 30 à 80 cm de hauteur, qui présente une inflorescence composée de 2 à 3 racèmes (figure 1). En fonction de la variété, les racèmes portent les épillets groupés par deux, trois ou quatre (Cruz et al, 2005). La durée du cycle cultural, qui varie de 70 à 150 jours, permet de distinguer les variétés tardives, précoces et surtout extra-précoces permettant d„assurer la sécurité alimentaire en temps de soudure (Cruz, 2004). Le fonio est généralement cultivé sur des terres légères, sableuses ou caillouteuses, car
Réalisé par Christian AFFOKPE 6 il est peu exigeant et s‟accommode de sols pauvres ou des mauvais terrains, notamment pour les variétés tardives (Harlan, 1993; Hilu et al., 1997).
Figure 1: Epi de fonio (Cruz, 2001).
1.1.2. Répartition géographique et production du fonio
L‟aire de culture du fonio se situe en Afrique, entre les 8ème et 14ème parallèles nord, du Sénégal au Lac Tchad (Portères, 1955). Les principaux pays producteurs sont la Guinée, le Nigeria, le Mali, le Burkina Faso, la Côte d‟Ivoire, le Togo, le Niger, le Sénégal et le Bénin (figure 2). Cependant, c‟est surtout en Guinée, dans les régions montagneuses du Fouta Djalon, qu‟il constitue l‟une des bases de l‟alimentation des populations (Cruz, 2004).
Figure 2 : Aire de production du fonio en Afrique de l‟Ouest (Vodouhè et al., 2007)
Réalisé par Christian AFFOKPE 7 Les rendements moyens de production du fonio sont relativement faibles mais constants, soit 600 à 700kg/ha (Cruz, 2004). La production mondiale, en 2011, s‟élève à environ 560 000 tonnes (tableau II).
Tableau II : Production du fonio
Position Pays Production (en tonnes)
1 Guinée 388000
2 Nigéria 80000
3 Mali 51021
4 Côte d'Ivoire 17320
5 Burkina Faso 14501
6 Niger 4960
7 Sénégal 1735
8 Bénin 885
9 Guinée-Bissau 515
Total 558937
Source : FAOSTAT, 2011
Au Bénin, la culture du fonio se pratique surtout dans la région Nord-Ouest, dans le département de l'Atacora (Dansi et al., 2010). Contrairement aux autres céréales telles que le maïs, le sorgho, le mil et le riz, dont la culture se pratique un peu partout sur le territoire national, le fonio apparaît comme une culture endémique. Sa production est insignifiante, moins de 2% de la production céréalière nationale (Dansi et al., 2010). Le fonio est essentiellement cultivé dans les communes de Copargo, Kouandé, Cobly, Tanguiéta, Toucountouna, Natitingou et surtout à Boukoumbé, où il représente 30% des céréales produites (Dansi et al., 2010).
1.1.3. Structure du grain de fonio
Le grain de fonio est une monocotylédone vêtue, dont le caryopse après battage reste entouré comme pour le riz de glumes ou balles. Le grain paddy est ovoïde, de très petite taille (figure 3), 1,5mm de longueur, 0,9mm de largeur et le poids de 1000 grains est en moyenne de 0,5g (Fliedel et al. 2004). Les balles représentent 20-25% du poids du grain.
Réalisé par Christian AFFOKPE 8 Figure 3 : Grains de différentes céréales (Cruz, 2001).
Le caryopse ou grain décortiqué (figure 4) mesure en moyenne 1mm de long et 0,7mm de large ; il est recouvert d‟un péricarpe brillant, de couleur claire (jaune) ou foncée (brun) selon les variétés et possède un germe relativement gros et enchâssé (Fliedel et al. 2004). Des études histologiques ont montré que le grain de fonio, comme celui de toutes les autres céréales, possède un germe qui contient l‟essentiel des réserves lipidiques et un albumen riche en réserves amylacées (Bui-Phong, 1998). Les protéines sont surtout concentrées à la périphérie au niveau de la couche à aleurone avec un gradient de concentration décroissant vers le centre.
Figure 4 : Structure du caryopse de fonio (CIRAD, 2013) Grains de maïs
Grains de fonio paddy
Grains de riz paddy
Grains de mil
Réalisé par Christian AFFOKPE 9 1.1.4. Composition biochimique du grain de fonio
La composition biochimique du fonio (tableau III) est globalement voisine de celle des autres céréales (Cruz, 2004 ; Fliedel et al. 2004 ; Cruz et al. 2011) et surtout du riz. Le fonio contient moins de protéines que les autres céréales, mais il est particulièrement riche en méthionine et en cystéine, deux acides aminés essentiels, déficients dans le blé, le riz, le maïs et le sorgho (Jideani 1990 ; de Lumen et al., 1993 ; Vietmeyer et al., 1996 ; Fliedel et al.
2004). Les protéines plus riches en méthionine présenteraient une meilleure efficacité protéique, un rôle bénéfique sur le taux de lipides, de cholestérols et de triglycérides sanguins et participeraient à la détoxification métabolique des tannins contenus dans le bol alimentaire (Fliedel et al., 2004).
Tableau III : Composition biochimique du fonio blanchi, et de quatre autres céréales communes
Céréales Protéines (% MS*)
Lipides (% MS)
Glucides (% MS)
Cendres (% MS)
Fer mg/100g
Zinc mg/100g
Fonio blanchi 7 – 9 0,8 – 1 89 – 91 0,3 – 0,6 3,9 1,3
Sorgho 10 1,2 88 0,5 11,0 nd**
Mil 11 1,2 87 0,8 9,6 2,9
Maïs 10 1 88 1 4,9 nd
Riz 8 0,9 90 0,5 0,4 1,3
MS : Matière Sèche nd : non déterminé
Source : Fliedel et al., 2004
1.1.5. Consommation du fonio
Le fonio, qui a longtemps été considéré comme une céréale mineure, connaît aujourd‟hui un regain d‟intérêt en zone urbaine en raison des qualités gustatives et nutritionnelles que lui reconnaissent les consommateurs (Cruz, 2004). Ainsi, au Mali, en Guinée et au Burkina-Faso, le fonio blanchi lavé est traditionnellement cuit trois fois à la vapeur puis consommé avec une sauce légume, d‟arachide ou de gombo : c‟est le foyo ou couscous de fonio (Fliedel et al, 2004). Le fonio peut être aussi consommé selon d‟autres recettes (CIRAD, 2013) :
- le fonio au gras (fonio blanchi cuit dans de l‟huile de palme avec de la viande et des légumes) ;
Réalisé par Christian AFFOKPE 10 - la bouillie de fonio ;
- le tô de fonio (farine de fonio blanchi cuite sous forme de pâte épaisse) ;
- le déguè de fonio (farine de fonio blanchi roulée sous forme de gros granules précuits, trempés dans de l‟eau bouillante) qui peut être délayé dans du lait et consommé au cours du petit déjeuner.
Au Bénin, le fonio joue un rôle important dans l‟alimentation des populations du département de l‟Atacora (principalement les Otamari) surtout en période de soudure où les variétés précoces servent à juguler la famine. Il est généralement consommé sous forme de pâte et de bouillie mais rarement sous forme de couscous (Ballogou et al., 2013b). Dans les régions de Boukombé, le fonio est associé au sorgho pour la fabrication de la boisson locale (Koloboe, 2002).
1.2. Transformation du fonio
1.2.1. Décorticage et blanchiment traditionnels des grains de fonio
Les opérations traditionnelles de transformation du fonio effectuées par les femmes (Fliedel et al, 2001) démarrent en général par un nettoyage grossier des grains paddy. Ce nettoyage est réalisé à l‟aide de deux tamis dont l‟un, permet de séparer les grosses particules (pailles, autres grains, etc.) et l‟autre, d‟enlever la poussière et les grains immatures. Comme pour le riz, la transformation du fonio nécessite la succession de deux opérations que sont le décorticage et le blanchiment. Le décorticage permet d'enlever les balles du fonio paddy (grain vêtu) pour obtenir le fonio décortiqué (grain nu) tandis que le blanchiment a pour objet d'éliminer le son (péricarpe et germe) du grain pour obtenir le fonio blanchi (CIRAD, 2013).
Ces deux opérations sont réalisées simultanément au moyen de mortiers et de pilons. Cinq pilages successifs, suivis chacun d‟un vannage, sont effectués pour éliminer progressivement les balles, le péricarpe et le germe (figure 5) jusqu‟au parfait blanchiment du grain (Fliedel et al, 2001). Le rendement, en pourcentage du paddy, est d‟environ 60-68% après blanchiment complet. Des essais réalisés sur différentes variétés de fonio en provenance de Guinée d‟environ 11-12% d'humidité, ont montré que les balles et le son représentaient respectivement 23% et 9% du poids du grain paddy (CIRAD, 2013).
Après le cinquième pilage, commence le lavage du fonio blanchi (Fliedel et al, 2001).
Le grain est plongé dans une grande calebasse d‟eau et brassé à la main. Ainsi, l‟eau sale contenant la poussière et les sons est éliminée ; cette opération est répétée cinq fois. Ensuite,
Réalisé par Christian AFFOKPE 11 les femmes procèdent à une élimination progressive, minutieuse et totale du sable. Pour cela, elles plongent la calebasse contenant le grain blanchi lavé dans une bassine d‟eau propre et commencent, par petits mouvements de balancier, à faire tomber petit à petit les grains dans l‟eau jusqu‟à ce que seul le sable reste au fond de la calebasse (Fliedel et al, 2001).
Figure 5 : Modifications morphologiques du fonio au cours du décorticage et du blanchiment (CIRAD, 2013)
1.2.2. Mécanisation du décorticage et du blanchiment
La transformation traditionnelle du fonio s‟avère fastidieuse et très pénible. Ainsi, pour rendre le fonio plus compétitif sur le marché en termes de qualité et de prix, il était indispensable d‟améliorer les techniques de transformation au niveau des petites entreprises et des groupements de femmes en améliorant les équipements existants et en concevant de nouveaux matériels (Cruz, 2004). C‟est pour répondre à ces préoccupations qu‟un projet d‟amélioration des technologies post-récolte du fonio a été financé par le CFC (Common Fund for Commodities). Placé sous l‟égide de la FAO, ce projet régional a associé les instituts nationaux de recherche du Mali (IER, Institut d‟Economie Rurale), de la Guinée (IRAG, Institut de Recherche Agronomique de Guinée), du Burkina (IRSAT, Institut de Recherche en Sciences Appliquées et Technologie) et le CIRAD qui a été l‟agence d‟exécution (Cruz, 2004).
Les études techniques ont abouti à la mise au point d‟une décortiqueuse-blanchisseuse
«GMBF», de type «engelberg » (figure 6) adaptée aux dimensions et aux particularités du grain de fonio (Cruz, 2004). Cette décortiqueuse est constituée d‟un carter cylindrique horizontal, à l‟intérieur duquel tourne un rotor métallique équipé de nervures longitudinales
Réalisé par Christian AFFOKPE 12 (figure 7). La masse de grains qui tombe par gravité de la trémie d‟alimentation est mise en pression par la rotation du rotor nervuré. Lors de leur progression dans la chambre de décorticage, les grains sont décortiqués par la friction qu‟ils exercent les uns sur les autres.
Une lame frein, solidaire du carter, permet, par son réglage, de freiner la progression des grains et d‟accroître les phénomènes de friction (Marouzé et al., 2008). La friction doit être suffisante pour décortiquer et blanchir le fonio, sans provoquer un échauffement excessif ou générer trop de brisures. Des trappes sont placées à l‟entrée et à la sortie de la chambre de décorticage pour réguler le débit de la machine. Cette décortiqueuse est équipée d‟un canal de vannage qui permet l‟aspiration des sons à la sortie des grains (Cruz et al., 2005).
Les performances obtenues sont intéressantes, tant en matière de débit (supérieur à 110kg/h), qu‟en terme de rendement au décorticage (66-72%) et de qualité de décorticage. Le taux de paddy ne dépasse pas 0,5%, le taux de brisures 5% et le taux de dégermage est voisin de celui obtenu avec le pilon (Fliedel et al., 2004).
Figure 6 : Décortiqueuse GMBF (CIRAD, 2013) Figure 7 : Schéma de principe de la décortiqueuse GMBF (Marouzé et al. 2008)
1.2.3. Précuisson du fonio
Le fonio est, aujourd‟hui, de plus en plus apprécié des consommateurs. Compte tenu de cet intérêt porté au fonio, de sa trop longue durée de préparation et du besoin d‟un produit prêt à l‟emploi en milieu urbain, des initiatives de mise en place d‟unités de production semi- artisanale ont émergé depuis peu (Siby, 2001 ; Fliedel et al., 2004). Ainsi, divers produits dérivés du fonio ont été mis au point, notamment le fonio étuvé, le fonio torréfié et le fonio précuit permettant de préparer, en très peu de temps, du couscous de fonio (Ballogou et al., 2012). Parmi ces produits, le fonio précuit est le plus apprécié par les consommateurs et
Rotor Carter ouvert
Réalisé par Christian AFFOKPE 13 répond au mieux à leurs attentes (Ballogou et al., 2012). Il présente une facilité de préparation qui le distingue du fonio décortiqué ou blanchi. Ballogou et al. (2012) ont observé que la durée de cuisson directe à l‟eau du fonio précuit est inférieure à celle du fonio torréfié et du fonio étuvé, ceci pouvant s‟expliquer par une prégélatinisation plus poussée de l‟amidon dans le fonio précuit.
Le diagramme technologique de production du fonio précuit est présenté à la figure 8.
Le fonio paddy, préalablement nettoyé, est décortiqué et blanchi à la GMBF puis lavé six (6) à huit (8) fois dans de l‟eau, à l‟aide des bassines et des calebasses. Ainsi, on débarrasse le maximum de sable du fonio blanchi. Le fonio lavé est ensuite essoré à l‟aide d‟une toile filtrante et cuit à la vapeur pendant environ 30 min dans un couscoussier (Cruz et al., 2011).
Les mottes, formées au cours de la cuisson, sont cassées avec une fourchette. Ensuite, les grains sont séchés au soleil durant environ une journée (Cruz et al., 2011). Le fonio précuit sec ainsi obtenu, est tamisé pour séparer les gros grains des plus fins.
Figure 8 : Diagramme technologique de production du fonio précuit (Rivier et Cruz, 2007).
Tamisage Fonio précuit sec
prêt
Gros grains Fonio Paddy
Blanchiment Fonio décortiqué Décorticage
Lavage Fonio Blanchi
Emottage Cuisson à vapeur Fonio Précuit humide
Séchage au soleil
Eau Sale + Impuretés Sable Eau
Egouttage
Eau
Réalisé par Christian AFFOKPE 14 1.3. Effet de la transformation sur les caractéristiques nutritionnelles et
fonctionnelles des céréales
1.3.1. Effet du blanchiment sur les caractéristiques physico-chimiques et fonctionnelles du fonio
Le blanchiment est une opération unitaire utilisée dans le traitement des céréales. Dans le cas du fonio, il a pour objet d'éliminer le son du grain décortiqué pour donner le grain blanchi (CIRAD, 2013). Qu‟il soit artisanal (au pilon et au mortier) ou mécanique (à la décortiqueuse) le blanchiment du fonio entraîne une disparition plus ou moins totale des grains paddy. Le taux de brisures du fonio Fingoloni blanchi au mortier et au pilon est supérieur à celui du fonio blanchi mécaniquement (tableau IV) et, cette dernière gonfle plus après cuisson (Fliedel et al., 2004).
Tableau IV : Qualités technologiques et culinaires du fonio Fingoloni issu du blanchiment traditionnel et du blanchiment mécanique
Fonio Fingoloni blanchi
Rendement au blanchiment (%)
Taux de brisure (%)
Teneur en lipides (%)
Pouvoir de gonflement (g d‟eau pour 100g) Blanchiment
traditionnel 90 1,9 0,9 173,1
Blanchiment par la
GMBF 90 0,3 1 182
Source : Fliedel et al., 2004
Le blanchiment, en entraînant l‟élimination des couches périphériques du caryopse, conduit à la disparition plus ou moins complète des lipides, des protéines, des éléments minéraux (calcium, magnésium, potassium, phosphore et fer) et de diverses vitamines (Farvier, 1989). Le fonio après blanchiment est enrichi en glucides et appauvri en tous les autres constituants ; il ne contient plus que 7-9% de protéines, 0,8-1% de lipides, 0,3-0,6% de matières minérales contre 9-11% de protéines, 3,3-3,8% de lipides et 1-1,1% de matières minérales pour le fonio décortiqué (tableau V). L‟analyse rapide de la viscosité (RVA) des écotypes de fonio cultivés au Bénin montre que le fonio blanchi à la décortiqueuse GMBF présente une viscosité maximale supérieure à celle du fonio décortiqué par le même équipement (Ballogou et al., 2013b). Ces résultats sont liés à la teneur en glucide plus élevée du fonio blanchi par rapport au fonio décortiqué.
Réalisé par Christian AFFOKPE 15 Tableau V : Composition biochimique du fonio décortiqué et du fonio blanchi en comparaison
à celle du sorgho, du mil et du maïs
Céréales
Glucides (%MS)
Protéines (%MS)
Lipides (%MS)
Matières minérales (%MS) Décortiqué Blanchi Décortiqué Blanchi Décortiqué Blanchi Décortiqué Blanchi
Fonio 84-86 89-91 9-11 7-9 3,3-3,8 0,8-1 1-1,1 0,3-0,6
Sorgho 84 88 11 10 3,5 1,2 1,2 0,5
Mil 83 87 12 11 4 1,2 1,2 0,8
Maïs 83 88 11 10 4,5 1 1,3 1
Source : Fliedel et al., 2004
1.3.2. Modifications des céréales au cours des traitements thermiques
Les modifications affectant les céréales au cours des traitements thermiques sont essentiellement en rapport avec leur composition. En considérant le grain entier de diverses céréales, on constate une grande analogie dans leur composition chimique (Favier, 1989).
Dans toutes les espèces, le grain est principalement glucidique, avec 60 à 75% de glucides digestibles (amidon principalement). La plupart des traitements thermiques appliqués aux céréales ont généralement pour conséquence de dégrader les caractéristiques physico- chimiques (Majzoobi et al., 2011). Pour le fonio blanchi, la précuisson à la vapeur entraîne une diminution des teneurs en lipides, en protéines en fibres et en cendres (Tableau VI). Le fonio précuit, compte tenu de ce que l‟amidon y est prégélatinisé, présente également une viscosité maximale significativement plus faible que celle du fonio blanchi.
Tableau VI : Effet de la précuisson à la vapeur sur les caractéristiques biochimiques et fonctionnelle du fonio de l‟écotype Namba
Produits Glucides Protéines Lipides Fibres brutes
Matières minérales
Viscosité maximale
Blanchi 91,36 6,21 1,13 0,67 0,64 2668,5
Précuit 92,75 5,97 0,37 0,34 0,58 182
Source : Ballogou et al., 2013b
Réalisé par Christian AFFOKPE 16 La cuisson entraîne la solubilisation, dans l‟eau de cuisson, des matières minérales et des vitamines hydrosolubles qui sont ainsi perdues si l‟eau de cuisson est rejetée. Elle provoque également la destruction de la thiamine de l‟ordre de 10 à 20% mais surtout le gonflement et la gélatinisation de l‟amidon (Favier, 1989). En effet, tout au long de la cuisson, le grain d‟amidon va subir un ensemble de transformations correspondant à la perte de sa cristallinité, au gonflement et à sa solubilisation. Ce phénomène, appelé gélatinisation, permet en conditions humides (>50% base humide), d‟obtenir un milieu hétérogène où des granules riches en amylopectine sont dispersés dans une phase amorphe d‟amylose solubilisé.
Les propriétés rhéologiques des amidons sont directement liées à la taille des granules (Nayouf et al. 2003 ; Sandhu et Singh, 2007) ainsi qu‟à leur aptitude à diffuser l‟amylose en milieu continu pendant le chauffage (Lu et al., 2007).
1.4. Plans d’expériences : les surfaces de réponse 1.4.1. Présentation des plans d’expériences
Le terme « plans d‟expériences » vient de l‟anglais « Design of Experiments » qui se traduit par planification des expériences. Les plans d‟expériences sont issus des méthodes mathématiques et statistiques appliquées à l‟expérimentation. Les premiers scientifiques à s‟être posé le problème de l‟organisation des essais étaient des agronomes (Faucher, 2006 ; Lepadatu, 2006). Ils avaient, en effet, beaucoup de facteurs à étudier, et n‟avaient pas la possibilité de multiplier le nombre d‟expériences. C‟est Fisher qui, pour la première fois en 1925, proposa une méthode avec laquelle on étudiait plusieurs facteurs à la fois (Faucher, 2006). Cette méthode fut reprise puis développée par des statisticiens et des mathématiciens, qui définirent des tables d‟expériences permettant de réduire considérablement le nombre d‟expériences à effectuer, sans diminuer la pertinence des essais. La méthodologie des plans d‟expériences englobe aussi bien, la définition de la séquence d‟essais à réaliser pour étudier un problème donné, que l‟analyse statistique des résultats de ces essais. Les objectifs des plans d‟expériences (Lepadatu, 2006) sont de :
- diminuer le nombre d‟essais (ou de calculs) ; - connaître les effets des facteurs ;
- déduire les facteurs influents ;
- évaluer les interactions entre paramètres ; - avoir une meilleure précision sur les résultats ;
Réalisé par Christian AFFOKPE 17 - établir une modélisation mathématique de la réponse.
1.4.2. Principe des plans d’expériences
Le principe fondamental de la technique des plans d‟expériences, consiste à faire varier simultanément les niveaux d‟un ou de plusieurs facteurs (qui sont les variables discrètes ou continues) à chaque essai (Faucher, 2006). Ceci va permettre, de détecter les interactions entre les facteurs et les optimaux par rapport à une réponse, c‟est-à-dire une grandeur utilisée comme critère afin de modéliser facilement les résultats. Le point délicat dans l‟utilisation des plans d‟expériences sera donc de minimiser le plus possible, le nombre d‟expériences à mener sans sacrifier la précision sur les résultats (Faucher, 2006).
Il existe actuellement un nombre important de plans différents. Chacun, par ses propriétés, permet de résoudre un problème particulier. On peut cependant diviser les plans d‟expériences en deux grandes catégories (Faucher, 2006) :
- les plans pour étudier (estimer et comparer) les effets des paramètres, notamment les plans factoriels complets et les plans factoriels fractionnaires ;
- les plans pour régler les facteurs afin d‟atteindre un optimum : les plans pour les surfaces de réponse.
L‟idée essentielle, qui doit mener la démarche expérimentale de l‟expérimentateur, est que l‟on met en œuvre un plan d‟expériences afin de répondre à une problématique bien précise.
1.4.3. Optimisation par la méthode des surfaces de réponse
L‟optimisation de procédé cherche à trouver l‟ensemble des conditions de fonctionnement, pour les variables du procédé qui ont comme conséquence la meilleure performance du processus. La Méthode des Surfaces de Réponse (MSR) est une approche d‟optimisation développée au début des années 50 par Box et Wilson (Box et Wilson, 1951).
Il s‟agit d‟une collection de stratégies expérimentales, de méthodes mathématiques et statistiques qui permet à un expérimentateur de choisir la meilleure des combinaisons des niveaux des paramètres qui optimise un processus (Guan et Melchers 2001, Byeng et Youn 2003, Onur et Necip 2003).
La Méthode des Surfaces de Réponse est basée sur une relation d‟approximation entre la réponse mesurée et les variables (facteurs étudiés) en utilisant les données observées d‟un processus ou d‟un système. Les plans composites centrés sont habituellement développés dans cette méthodologie. Ces plans permettent l‟étude d‟un modèle quadratique car, dans la plupart
Réalisé par Christian AFFOKPE 18 des cas, les phénomènes observés ne sont pas linéaires. Tous les facteurs pour lesquels on souhaite tester l‟influence quadratique auront cinq (5) niveaux (figure 9). Les plans composites centrés sont constitués de trois parties, permettant une démarche séquentielle (Benhamou et McAllester, 1994) :
1. Le point au centre du domaine expérimental, usuellement noté 0 et répété plusieurs fois ;
2. Un plan orthogonal, qui combine des facteurs à deux niveaux usuellement notés +1 et -1.
3. Les points en étoile qui représentent deux essais par facteur, usuellement notés + δ et - δ.
Le domaine de variation des facteurs est donc ramené à [- δ ; + δ]. Ainsi, un facteur variant dans l‟intervalle [Min ; Max] sera découpé en 5 niveaux : - δ, -1, 0, +1, + δ.
Figure 9 : Plan composite centré pour l‟´etude de deux facteurs
La réponse (grandeur mesurée) est obtenue par des essais réels ou des simulations numériques. Généralement, la fonction de réponse (Y) qui est une approximation de la réponse mesurée (y) est un modèle polynomial du premier ou du deuxième degré. La régression du modèle est donnée par la relation suivante (Faucher, 2006) :
Facteur 2
- δ
Facteur 1
(-1 ; -1) (+1 ; -1)
(+1 ; +1) (-1 ; +1)
(0 ; 0)
- δ + δ
+ δ
Réalisé par Christian AFFOKPE 19 ∑
∑
∑
Où :
Y : est la variable réponse mesurée,
β0, βj, βjj et βij : sont les coefficients de régression, xi, xj : sont les facteurs étudiés (variables opératoires), p : est le nombre de facteurs.
Ce modèle est appelé surface de réponse, et il est très classique pour décrire des phénomènes physiques. La représentation graphique qui en résulte (courbe de surface ou tracé de contours) permet d‟observer, l‟effet simultané des variations des deux paramètres sur la réponse mesurée.
Réalisé par Christian AFFOKPE 20
MATERIEL ET METHODES
Réalisé par Christian AFFOKPE 21
2. Matériel et Méthodes 2.1. Matériel
2.1.1. Matériel végétal
Le matériel végétal, utilisé dans le cadre de cette étude, est du fonio blanc de la variété Namba (figure 10) collecté dans la commune de Boukombé, principale zone de production du fonio au Bénin. Notre choix s‟est porté sur cette variété parce qu‟elle présente de bonnes caractéristiques fonctionnelles et culinaires (Ballogou et al., 2012 ; Ballogou et al., 2013b).
Figure 10 : Grains de fonio de l‟écotype Namba 2.1.2. Equipements
Les principaux équipements utilisés pour la réalisation de ce travail sont :
La décortiqueuse GMBF : il s‟agit d‟une décortiqueuse de type «engelberg », adaptée aux dimensions et aux particularités du grain de fonio. Elle a été utilisée pour le décorticage et le blanchiment et dispose d‟un système de vannage.
Le cuiseur à vapeur ou couscoussier : Il a été utilisé pour la précuisson du fonio et se compose de deux parties (figure 11). La partie inférieure permet de faire bouillir l‟eau et donc produit de la vapeur servant à la cuisson des aliments dans la partie supérieure. Cette dernière, est un récipient dont le fond est criblé de petits trous, permettant la montée de la vapeur dans la couche de fonio blanchi. La partie supérieure du couscoussier utilisé, est un récipient en aluminium de 235mm de diamètre; sa base est perforée de 167 trous de 4mm de diamètre chacun. La partie inférieure, également en aluminium à une capacité de 8,8 litres.
L’étuve : le séchage des échantillons, de fonio précuit, a été réalisé dans une étuve (Model DHG Electrothermal Oven) de précision ± 1°C.
Réalisé par Christian AFFOKPE 22 Figure 11 : Couscoussier domestique
2.2. Méthodes
2.2.1. Méthode de production
Le fonio est une céréale exclusivement cultivée et transformée au nord Bénin. Une première phase de notre étude, nous a donc conduit dans la commune de Natitingou, auprès de l‟Association des Professionnels pour la Promotion du Fonio (A2PF), un groupement disposant d‟une décortiqueuse GMBF.
La transformation du fonio (figure 12) commence par le tamisage. Les grains paddy sont nettoyés à l‟aide de deux tamis successifs : le premier d‟environ 2mm, permet de séparer les grosses particules (pailles, cailloux, grains étrangers...) et le deuxième d‟environ 1mm a été utilisé pour enlever la poussière, la terre ou les grains immatures. Le décorticage et le blanchiment qui suivent ont été réalisés avec une décortiqueuse GMBF. Chacune de ces opérations (décorticage et blanchiment) est suivie d‟un vannage, réalisé grâce au canal relié à la décortiqueuse. Le fonio blanchi est à nouveau tamisé en vue de séparer les restes de balles et les « faux fonios » qui sont des graines de mauvaises herbes. Ce fonio est lavé sept (7) à huit (8) fois dans des bassines, débarrassé de l‟importante quantité de sable qui s‟y trouve, essoré avec des toiles filtrantes et séché au soleil. Le fonio blanchi sec ainsi obtenu a été cuit à la vapeur puis séché à l‟étuve, donnant le fonio précuit.
Réalisé par Christian AFFOKPE 23 Figure 12 : Diagramme de production du fonio précuit (Rivier et Cruz, 2007, modifié)
Eau Vaporisation (15 à 90 mn)
Fonio Précuit humide
Séchage à l’étuve (50 à 100°C)
Fonio précuit sec
Sable Dessablage
Fonio Paddy
Blanchiment Fonio décortiqué
Décorticage
Fonio blanchi Lavé Fonio Blanchi
Séchage au soleil (35 - 55°C pendant 5 heures)
Fonio blanchi Lavé et séché Tamisage
Son
Tamisage
Faux fonios, restes de son, etc.
Eau Lavage (7 à 8 fois) Boues de lavage
Impuretés, pierres, pailles, etc.
Son
Essorage Eau
Réalisé par Christian AFFOKPE 24 2.2.1.1. Précuisson du fonio
La précuisson (vaporisation) a été réalisée avec des échantillons de 200 grammes de fonio blanchi sur une plaque chauffée à 300°C. L‟opération de précuisson, à partir des grains de fonio blanchis et séchés, est particulièrement délicate. Les essais préliminaires nous ont permis d‟observer qu‟une cuisson complète et parfaite du fonio s‟obtenait au bout de 90min décomposée en intervalles de temps de 15min, 15min, 15min, 15min, 10min, 10min, 5min et 5min. Le fonio, avant ces différentes cuissons, est réhydraté respectivement avec 60ml, 40ml, 40ml, 40ml, 20ml, 20ml, 20ml et 20ml d‟eau distillée soit au total 260ml d‟eau. Les durées minimale et maximale retenues pour la précuisson sont respectivement de 15 et 90min.
2.2.1.2. Séchage du fonio précuit humide
Le séchage des échantillons de fonio précuit humide, a été réalisé en vue d‟obtenir des produits dont la teneur en eau sera inférieure à 13,5%, conformément à la norme du Codex Alimentarius (Codex Standard 202-1995). Contrairement au séchage décrit par Sagbo (2012), qui se fait à l‟air libre, nous avons réalisé nos séchages à l‟étuve, entre 50 et 100°C. Le choix de ces extrema de séchage se justifie par le fait que le séchage à haute température (HT, 60 à 84°C) et à ultra-haute température (UHT, > 84°C) sont des procédés couramment utilisés dans l‟industrie des pâtes alimentaires. Ils permettent non seulement de réduire les durées de séchage, mais aussi d‟améliorer la qualité hygiénique des produits (Pollini, 1996).
2.2.1.3. Dispositif expérimental
La méthodologie des plans d‟expériences associée aux surfaces de réponse a été utilisée dans le cadre de cette étude. Le modèle expérimental utilisé, le Plan Composite Centré avec deux facteurs (k =2), a permis d‟estimer l‟effet simultané de la durée de précuisson et la température de séchage sur la durée de séchage et sur les caractéristiques physico-chimiques et fonctionnelles du fonio précuit. Le modèle a généré quatorze expériences avec six répétitions au point central (tableau VII).
Réalisé par Christian AFFOKPE 25 Tableau VII : Matrice du modèle montrant la combinaison des variables
N°
Valeurs codées Valeurs réelles
DP TS DP (min) TS (°C)
1 -1 -1 25,98 57,32
2 -1 1 25,98 92,68
3 1 -1 79,02 57,32
4 1 1 79,02 92,68
5 0 0 52,50 75,00
6 0 0 52,50 75,00
7 0 0 52,50 75,00
8 -δ 0 15,00 75,00
9 +δ 0 90,00 75,00
10 0 -δ 52,50 50,00
11 0 +δ 52,50 100,00
12 0 0 52,50 75,00
13 0 0 52,50 75,00
14 0 0 52,50 75,00
DP : Durée de précuisson ; TS : température de séchage
2.2.2. Méthodes d’analyses 2.2.2.1. Suivi du séchage
L‟objectif est de suivre la cinétique de séchage des différents échantillons de fonio précuit à différentes températures (50 ; 57,32 ; 75 ; 92,68 et 100°C) afin de noter leur comportement. Des échantillons de 50g de fonio précuit humide, réparti en couche mince sur des assiettes en aluminium de 14cm de diamètre, ont été pesés en continu au cours du temps.
Ces pesées ayant permis de noter la perte de masse ont été effectuées à l‟aide d‟une balance à affichage digital (SATORIUS) à 0,1g près. L‟expérience est réalisée deux fois pour chaque fabrication.
La durée de séchage est décomposée en intervalles de 5min pendant la première demi- heure, 10min pendant la deuxième demi-heure, 20min pendant la deuxième heure, chaque 30min pendant la troisième et la quatrième heure et chaque heure jusqu'à la fin de séchage.
Les teneurs en eau rapportées à la base sèche (X) du fonio précuit au début et au cours du
Réalisé par Christian AFFOKPE 26 séchage ont été estimées par calcul (annexe 1). Les résultats expérimentaux sont exprimés sous forme de courbes montrant l‟évolution de la teneur en eau en fonction du temps (X=f (t)) et de courbes dérivées (-dX/dt=f(X)) représentant l‟évolution de la vitesse de séchage en fonction de la teneur en eau (Zidoune, 2002).
2.2.2.2. Détermination des caractéristiques physiques des grains paddy 2.2.2.2.1. Détermination du taux d’impuretés
La détermination du taux d‟impuretés passe par le nettoyage des grains paddy. Il s‟agit de tamiser 100g de fonio paddy, pendant 2min, sur un tamis de 1,18mm pour séparer les grosses particules, et un tamis de 600μm pour laisser passer les fines impuretés. Le taux d‟impuretés est calculé par la formule suivante :
Taux d‟impuretés (%) = –
2.2.2.2.2. Détermination de la masse de 1000 grains
La masse de 1000 grains a été déterminée suivant la méthode décrite par Hounhouigan (2006). Il s‟agit de compter 100 grains entiers de fonio et de peser ce lot de 100 grains. La valeur obtenue en grammes est multipliée par 10 pour déduire la masse de 1 000 grains. Cette expérience est répétée 3 fois.
2.2.2.3. Détermination des caractéristiques physiques des produits obtenus 2.2.2.3.1. Granulométrie
La granulométrie des échantillons de fonio a été déterminée par la méthode de tamisage. Cette méthode consiste à faire passer, à travers une série de tamis de mailles décroissantes, une quantité précise de fonio précuit à tamiser. Ainsi, 100g de chaque échantillon sont étalés au sommet d‟un empilement de cinq tamis, de mailles respectives 3150µm, 2500µm, 1250µm, 1180µm et 630μm. L‟échantillon passe à travers les tamis montés dans un tamiseur électrique (RETSCH AS 200) auquel on a appliqué un mouvement vibratoire pendant 10min. Après ce temps de secousse, les particules se répartissent de façon inégale sur chacun des tamis. Les fractions retenues sur chaque tamis sont pesées pour déterminer le pourcentage de rétentat :
% rétentat =
Réalisé par Christian AFFOKPE 27 Avec :
Qr : Quantité retenue par le tamis (g), Qp : Quantité initiale pesée (g).
2.2.2.3.2. Mesure de la couleur
La couleur des produits a été déterminée avec un chromamètre Minolta CR-400/410 dont la céramique est calibrée sur les coordonnées de couleur : Y = 88.7, x = 0.3157 et y = 0.3225. La théorie des couleurs antagonistes est à la base de la conception de l‟appareil. Le rouge est comparé au vert pour donner la dimension rouge-vert. Le jaune est comparé au bleu pour donner la dimension jaune-bleu. A ces deux dimensions, correspondent respectivement les valeurs a* (qui représente l‟indice de saturation dans le vert et le rouge selon que les valeurs soient respectivement négatives ou positives) et b* (qui représente l‟indice de saturation dans le bleu et le jaune selon que les valeurs soient respectivement négatives ou positives). La clarté ou la blancheur est déterminée par la valeur L (luminance) qui représente la troisième dimension.
20g de chaque échantillon ont été introduits dans une petite cuvette plastique placée sous la vitre transparente du chromamètre. Après le flash, les caractéristiques chromatiques L, a et b ont été enregistrés.
2.2.2.4. Détermination de la composition biochimique des produits obtenus 2.2.2.4.1. Détermination de la teneur en eau
La teneur en eau des différents échantillons a été déterminée suivant la méthode AOAC 925.10 (AOAC, 1990). 5g d‟échantillon sont introduits dans un creuset en porcelaine préalablement séché et pesé. L‟ensemble est placé à l‟étuve, à 105°C, jusqu‟à poids constant.
Teneur en eau (%) =
Avec :
P0 : Poids du creuset vide (g) ; Méch : Masse de l‟échantillon (g) ;
Pf : Poids final de l‟ensemble creuset + échantillon séché (g).
Réalisé par Christian AFFOKPE 28 2.2.2.4.2. Détermination de la teneur en lipides
La teneur en lipides a été déterminée par extraction au Soxhlet (AACC, 1984). Cette méthode consiste à extraire les lipides libres de l‟échantillon avec de l‟hexane, lequel sera évaporé par la suite. Un ballon contenant 2 à 3 granule de pierre ponce est séché, refroidi et pesé. On y verse environ 200 ml d‟hexane. Ensuite, on introduit ensuite 5 g de l‟échantillon dans une cartouche fermée avec du coton dégraissé. L‟ensemble cartouche et ballon est monté dans l‟extracteur. L‟extraction prend fin au bout de 4 heures environ et le ballon est retiré et évaporé. Il est ensuite pesé après séchage pendant une (01) heure à l‟étuve, à 105°C.
La teneur en lipides (TL) de l‟échantillon est donnée par la formule suivante :
Avec :
Pi : masse du ballon avec les pierres ponces avant extraction (g) ;
Pf : masse de l‟ensemble ballon, pierres ponces et lipides après extraction (g) ; P0 : masse de l‟échantillon (g);
a : taux de matière sèche.
2.2.2.4.3. Détermination de la teneur en protéines
La teneur en protéines a été déterminée après dosage de l‟azote total par la méthode de Kjeldahl. La méthode comporte trois (3) étapes : la minéralisation, la distillation et la titration.
Environ 1g de chaque échantillon est pesé dans un matras puis minéralisé avec de l‟acide sulfurique concentré. La minéralisation permet l‟oxydation de l‟azote organique en azote minéral sous forme ammoniacale (sulfate d‟ammonium) (Audigie et al.., 1984).
La distillation permet ensuite de séparer et de piéger l‟ammoniac dans une solution d‟acide borique. Enfin, la titration permet de doser, par l‟acide chlorhydrique (HCl) à 0,1N, les ions ammonium contenus dans le distillat.
L‟expression utilisée pour calculer la teneur en protéine (TP) est la suivante : H2SO4
Protéines (NH4)2SO4 + CO2 + SO2 + H2O
Chaleur
