Study of the post-harvest hardening of trifoliate yam Dioscorea dumetorum tubers and the conditions for processing of hardened tubers into flour
POTENTIELS NUTRITIONNEL ET TECHNOLOGIQUE DES TUBERCULES DURCIS DE L'IGNAME Dioscorea dumetorum (Kunth) pax : ETUDE DU DURCISSEMENT POST -RECOLTE ET DES CONDITIONS DE TRANSFORMATION DES TUBERCULES DURCIS EN FARINE
Résumé
Dioscorea dumetorum (Kunth) pax tubers constitute a good source of nutrients and
energy. Their storage under tropical ambient conditions renders them susceptible to a
hardening phenomenon characterised by loss of the ability to soften during cooking. This
study was carried out with the aim of determining tuber hardening mechanism, evaluate
physicochemical changes occurring during tuber storage and to find out pre-treatment
conditions of hardened tubers for their processing into flour. Results obtained showed that D. dumetorum tubers hardening follows a multiple mechanism, which includes phytate hydrolysis as a minimal contributor to cooked hardness and total phenols loss via a lignification-like mechanism as a major contributor. Tuber hardening was separated into two factors, reversible and irreversible which were respectively associated with phytate and total phenols. Modeling of the hardening process indicated that the rate of the irreversible reaction was more dependent on storage temperature and relative humidity than the reversible reaction. Storage of D. dumetorum tubers under tropical ambient conditions (19-28°C, RH 60-85%), significantly (P ´ 0.05) decreased antinutritional factors (total phenols, tannin, phytate, oxalates, trypsin and Α-amylase inhibitors) and increased functional properties of flours (water absorption capacity, water solubility index, oil absorption capacity, hydrophilic-lipophilic index, least gelification concentration, swelling capacity). The physicochemical parameters varied with storage in two main phases, from days 2 to 21 and from days 28 to 56. Since sprouting of most tubers was observed after 28 days of storage, the results suggest that post-harvest hardening and sprouting influence the physicochemical properties of D. dumetorum tubers. If steeping of D. dumetorum hardened tubers into NaCl or kanwa solutions significantly increased tubers softening rate during cooking, it did not totally reverse tuber hardness. kanwa pretreatment significantly affected functional properties of D. dumetorum flours and improved on protein quality and sugar bioavailability. Fermentation of hardened tubers as pretreatment method resulted in completely soft tubers after 7 days of natural fermentation and significantly reduced antinutritional factors. Only lignin was not affected by tubers fermentation. Functional properties of the flours were also influenced significantly by tubers fermentation. The least gelatinisation concentration increased with fermentation time and the other properties decreased. More over, fermentation significantly increased protein content, protein quality and sugars bioavailability of D. dumetorum tubers. Studies on gelatinisation showed that gelatinisation temperature of D. dumetorum occurs between 70-75°C. Gelatinisation process of D. dumetorum follows a first order reaction of the general form ln(1- Α) = -kG.t. The gelatinisation rate constant (kG) decreased with cooking temperature and with increase of tuber storage time. Soaking in kanwa solution and natural fermentation significantly affected the gelatinisation rate of D. dumetorum hardened tubers. Partial substitution of wheat flour by hardened-yam flour showed on the basis of multivariate techniques (hierarchical cluster analysis and principal component analysis) that wheat and kanwa-treated-hardened-yam/wheat composite flours, for all substitution levels used in this study constituted the same cluster.
energy. Their storage under tropical ambient conditions renders them susceptible to a
hardening phenomenon characterised by loss of the ability to soften during cooking. This
study was carried out with the aim of determining tuber hardening mechanism, evaluate
physicochemical changes occurring during tuber storage and to find out pre-treatment
conditions of hardened tubers for their processing into flour. Results obtained showed that D. dumetorum tubers hardening follows a multiple mechanism, which includes phytate hydrolysis as a minimal contributor to cooked hardness and total phenols loss via a lignification-like mechanism as a major contributor. Tuber hardening was separated into two factors, reversible and irreversible which were respectively associated with phytate and total phenols. Modeling of the hardening process indicated that the rate of the irreversible reaction was more dependent on storage temperature and relative humidity than the reversible reaction. Storage of D. dumetorum tubers under tropical ambient conditions (19-28°C, RH 60-85%), significantly (P ´ 0.05) decreased antinutritional factors (total phenols, tannin, phytate, oxalates, trypsin and Α-amylase inhibitors) and increased functional properties of flours (water absorption capacity, water solubility index, oil absorption capacity, hydrophilic-lipophilic index, least gelification concentration, swelling capacity). The physicochemical parameters varied with storage in two main phases, from days 2 to 21 and from days 28 to 56. Since sprouting of most tubers was observed after 28 days of storage, the results suggest that post-harvest hardening and sprouting influence the physicochemical properties of D. dumetorum tubers. If steeping of D. dumetorum hardened tubers into NaCl or kanwa solutions significantly increased tubers softening rate during cooking, it did not totally reverse tuber hardness. kanwa pretreatment significantly affected functional properties of D. dumetorum flours and improved on protein quality and sugar bioavailability. Fermentation of hardened tubers as pretreatment method resulted in completely soft tubers after 7 days of natural fermentation and significantly reduced antinutritional factors. Only lignin was not affected by tubers fermentation. Functional properties of the flours were also influenced significantly by tubers fermentation. The least gelatinisation concentration increased with fermentation time and the other properties decreased. More over, fermentation significantly increased protein content, protein quality and sugars bioavailability of D. dumetorum tubers. Studies on gelatinisation showed that gelatinisation temperature of D. dumetorum occurs between 70-75°C. Gelatinisation process of D. dumetorum follows a first order reaction of the general form ln(1- Α) = -kG.t. The gelatinisation rate constant (kG) decreased with cooking temperature and with increase of tuber storage time. Soaking in kanwa solution and natural fermentation significantly affected the gelatinisation rate of D. dumetorum hardened tubers. Partial substitution of wheat flour by hardened-yam flour showed on the basis of multivariate techniques (hierarchical cluster analysis and principal component analysis) that wheat and kanwa-treated-hardened-yam/wheat composite flours, for all substitution levels used in this study constituted the same cluster.
Les tubercules de Dioscorea dumetorum (Kunth) pax sont une importante source de
nutriments et d'énergie. Stockés dans les conditions qui prévalent en milieu tropical, ils
subissent un phénomène de durcissement caractérisé par la perte de l'aptitude à ramollir pendant la cuisson. Ce travail a été réalisé dans le but de déterminer les mécanismes de durcissement post-récolte des tubercules, d'évaluer les modifications physico-chimiques au cours du stockage et de rechercher les conditions de pré-traitement des tubercules durcis en vue de leur transformation en une farine utilisable dans des formulations alimentaires. Les résultats obtenus ont montré que le durcissement des tubercules de D. dumetorum s'effectue suivant un mécanisme multiple qui inclut l'hydrolyse du phytate comme contributeur minimal de la difficulté-à-cuire et la perte en polyphénols totaux via le mécanisme de lignification comme contributeur majoritaire. Ce durcissement a été dissocié en deux composantes, réversible et irréversible, qui ont été respectivement associées au phytate et aux polyphénols totaux. La modélisation du phénomène de durcissement a montré que la vitesse de la réaction du durcissement irréversible est plus dépendante de la température et de l'humidité relative que celle du durcissement réversible. Le stockage des tubercules de D. dumetorum dans les conditions qui prévalent en milieu tropical (19-28°C, HR 60-85%), a entraîné une diminution significative (P ´ 0,05) des facteurs
antinutritionnels (polyphénols totaux, tannins, phytate, oxalates, inhibiteurs de trypsine et d'Α-amylase) et une augmentation des propriétés fonctionnelles des farines (capacité
d'absorption d'eau, indice de solubilité à l'eau, capacité d'absorption d'huile, indice
hydrophile-lipophile, plus petite concentration gélifiante, capacité de gonflement de la
pâte), exception faite sur la densité de la pâte. La variation des différents paramètres
évalués s'est effectué en deux principales phases, entre les jours 2 et 21 puis entre les jours 28 et 56. La germination des tubercules ayant été enregistrée après 28 jours de stockage, il a été suggéré que le durcissement post-récolte et la germination influencent les paramètres physico-chimiques des tubercules. Si le trempage préalable des tubercules durcis de D. dumetorum dans des solutions de NaCl ou de kanwa a permis une augmentation significative du taux de ramollissement du tubercule pendant la cuisson, il ne permet pas de surmonter totalement le durcissement des tubercules. Le pré-traitement au kanwa a entraîné une variation significative (P ´ 0,05) des propriétés fonctionnelles des farines de D. dumetorum ainsi qu'une amélioration de la qualité des protéines et de la biodisponibilité in vitro des sucres. Le rouissage naturel des tubercules durcis comme méthode de prétraitement quant à lui a permis d'obtenir un ramollissement total des tubercules après 7 jours de fermentation naturelle et une réduction significative (P ´ 0,05) des facteurs antinutritionnels. Seule la lignine n'a pas été affectée par la fermentation des tubercules. Les propriétés fonctionnelles des farines ont été significativement affectées par la fermentation des tubercules. De plus, la fermentation a entraîné une augmentation significative (P ´ 0,05) de la teneur en protéine, de la qualité des protéines et de la biodisponibilité in vitro des sucres. L'étude de la gélatinisation a montré que la température de gélatinisation des farines de D. dumetorum est comprise entre 70 et 75°C. La gélatinisation des tranches d'igname suit une cinétique d'ordre 1 de la forme générale ln(1 - Α) = kG.t. La constante de vitesse de gélatinisation (kG) diminue avec la baisse de la température de cuisson et l'augmentation du temps de stockage des tubercules. La fermentation et le traitement au kanwa ont présenté une influence significative sur la vitesse de gélatinisation des tubercules durcis de D. dumetorum. La substitution partielle de la farine de blé par les farines d'ignames-durcies ont montré sur la base des analyses multivariés (ACH et ACP) que le blé et les farines composées blé/igname-durcie traitée au kanwa à tous les taux de substitution utilisé dans cette étude, constituent le même groupe. Les farines composées blé/igname-durcie pourraient être utilisées comme ingrédient de base dans la formulation des bouillies infantiles.
nutriments et d'énergie. Stockés dans les conditions qui prévalent en milieu tropical, ils
subissent un phénomène de durcissement caractérisé par la perte de l'aptitude à ramollir pendant la cuisson. Ce travail a été réalisé dans le but de déterminer les mécanismes de durcissement post-récolte des tubercules, d'évaluer les modifications physico-chimiques au cours du stockage et de rechercher les conditions de pré-traitement des tubercules durcis en vue de leur transformation en une farine utilisable dans des formulations alimentaires. Les résultats obtenus ont montré que le durcissement des tubercules de D. dumetorum s'effectue suivant un mécanisme multiple qui inclut l'hydrolyse du phytate comme contributeur minimal de la difficulté-à-cuire et la perte en polyphénols totaux via le mécanisme de lignification comme contributeur majoritaire. Ce durcissement a été dissocié en deux composantes, réversible et irréversible, qui ont été respectivement associées au phytate et aux polyphénols totaux. La modélisation du phénomène de durcissement a montré que la vitesse de la réaction du durcissement irréversible est plus dépendante de la température et de l'humidité relative que celle du durcissement réversible. Le stockage des tubercules de D. dumetorum dans les conditions qui prévalent en milieu tropical (19-28°C, HR 60-85%), a entraîné une diminution significative (P ´ 0,05) des facteurs
antinutritionnels (polyphénols totaux, tannins, phytate, oxalates, inhibiteurs de trypsine et d'Α-amylase) et une augmentation des propriétés fonctionnelles des farines (capacité
d'absorption d'eau, indice de solubilité à l'eau, capacité d'absorption d'huile, indice
hydrophile-lipophile, plus petite concentration gélifiante, capacité de gonflement de la
pâte), exception faite sur la densité de la pâte. La variation des différents paramètres
évalués s'est effectué en deux principales phases, entre les jours 2 et 21 puis entre les jours 28 et 56. La germination des tubercules ayant été enregistrée après 28 jours de stockage, il a été suggéré que le durcissement post-récolte et la germination influencent les paramètres physico-chimiques des tubercules. Si le trempage préalable des tubercules durcis de D. dumetorum dans des solutions de NaCl ou de kanwa a permis une augmentation significative du taux de ramollissement du tubercule pendant la cuisson, il ne permet pas de surmonter totalement le durcissement des tubercules. Le pré-traitement au kanwa a entraîné une variation significative (P ´ 0,05) des propriétés fonctionnelles des farines de D. dumetorum ainsi qu'une amélioration de la qualité des protéines et de la biodisponibilité in vitro des sucres. Le rouissage naturel des tubercules durcis comme méthode de prétraitement quant à lui a permis d'obtenir un ramollissement total des tubercules après 7 jours de fermentation naturelle et une réduction significative (P ´ 0,05) des facteurs antinutritionnels. Seule la lignine n'a pas été affectée par la fermentation des tubercules. Les propriétés fonctionnelles des farines ont été significativement affectées par la fermentation des tubercules. De plus, la fermentation a entraîné une augmentation significative (P ´ 0,05) de la teneur en protéine, de la qualité des protéines et de la biodisponibilité in vitro des sucres. L'étude de la gélatinisation a montré que la température de gélatinisation des farines de D. dumetorum est comprise entre 70 et 75°C. La gélatinisation des tranches d'igname suit une cinétique d'ordre 1 de la forme générale ln(1 - Α) = kG.t. La constante de vitesse de gélatinisation (kG) diminue avec la baisse de la température de cuisson et l'augmentation du temps de stockage des tubercules. La fermentation et le traitement au kanwa ont présenté une influence significative sur la vitesse de gélatinisation des tubercules durcis de D. dumetorum. La substitution partielle de la farine de blé par les farines d'ignames-durcies ont montré sur la base des analyses multivariés (ACH et ACP) que le blé et les farines composées blé/igname-durcie traitée au kanwa à tous les taux de substitution utilisé dans cette étude, constituent le même groupe. Les farines composées blé/igname-durcie pourraient être utilisées comme ingrédient de base dans la formulation des bouillies infantiles.
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