Functionnal and physico-chemical properties of hydrocolloids gums of the Triumfetta cordifolia and Bridelia thermifolia barks.
Propriétés physico-chimiques et fonctionnelles des gommes hydrocolloïdes des écorces de Triumfetta cordifolia et Bridelia thermifolia
Résumé
Triumfetta cordifolia and Bridelia thermifolia are two shrubs of tropical Africa whose gums extracted from fresh or dried barks are confined to traditional uses, particularly in the kitchen (thickening and flavoring properties in sauces and improvement of the texture of bakery ptoducts) and in the decantation process of the sorghum based traditionnal beer (bili-bili). In order to identify the nature of the gums responsible for these properties and assess their potentials for valorization, the chemical composition (proteins, polysaccharides, minerals and fiber) of barks was determined. The gums were extracted, and characterized for their chemical (monosaccharide composition and minerals) and physical (rheological behavior of extracts, molecular weight, intrinsic viscosity and radius of gyration) properties. Then, the combined effects of environmental factors (temperature, pH and salt concentration [NaCl, KCl, CaCl2 and MgCl2]) influencing the viscosity was analyzed using a central composite design. Finally application test of these gums in preparing doughnuts from maize and sorghum flour was carried out. The results of chemical analyzes showed that polysaccharides dominated in the barks (52 and 55% respectively for B.thermifolia and T. cordifolia) and in extracts (76 and 80% respectively for B.thermifolia and T. cordifolia), with levels 5-8 times higher than those of proteins. This allowed to hypothesize that these polysaccharides are responsible for the thickening properties demonstrated by the extracts. These properties are not be affected by the drying of the bark. The polysaccharides of the extracts are mainly composed of rhamnose (24.51%), galactose (15.23%), glucuronic acid (25.51%) and galacturonic acid (20.23%). The significant presence of uronic acids justifies the persistence of minerals in the purified extracts. The molecular weights of polysaccharides are 6.14 x106 and 3.58x106 Da, respectively for T. cordifolia and B. thermifolia. On the physical level, their intrinsic viscosities and their gyration radius are relatively high (18.33 dl/g and 269.6 nm for T. cordifolia; 17.98 dl/g and 217.8 nm for B. thermifolia). The drying kinetics for barks of T. cordifolia and B. thermifolia presents two falling rate periods represented by two kinetic constants k1 and k2, which increase with increasing drying temperature. Viscosity of extracts decreases when barks are dried beyond 70°C. This may be probably the consequence of a conformational change of polysaccharides than the result of their degradation. The study of the rheological behavior of these polysaccharides indicates a shear thinning, viscoelastic and weak thixotropic behavior, with flowing pressures yield point between 0.2 and 5Pa and between 0.5 and 1Pa, respectively for T. cordifolia and B. thermifolia, at concentrations between 0.52 and 0.82 g/l. Temperature and monovalent cations (K+ and Na+) have a depressant effect on viscosity of gums, while weakly acidic and alkaline pH and divalent cations (Ca2+ and Mg2+) increase it. The combined effect of these factors on the viscosity of gums is satisfactorily described by a second degree model. Analysis of interactions between factors of variation shows, for each factor, a range of values for which it contributes to the achievement of a zone of optimal viscosity. This zone offers a practical range for the choice of variable levels, depending on the desired viscosity. The incorporation of extracts of T. cordifolia (3.5 g/l) and B. thermifolia (11 g/l) in the maize or sorghum flour, improves significantly the swelling of the dough. The doughnuts obtained after baking are, from organoleptic point of view, comparable to wheat doughnuts.
Triumfetta cordifolia et Bridelia thermifolia sont deux arbustes de la région tropicale d'Afrique dont les gommes extraites des écorces fraîches ou séchées sont confinées aux utilisations traditionnelles, notamment dans la cuisine (propriétés d'épaississement et d'aromatisation des sauces, d'amélioration de la texture des pâtisseries) et dans le procédé de décantation des bières traditionnelles de sorgho (bili-bili). Dans le but d'identifier la nature des gommes responsables de ces propriétés et d'évaluer leur potentiel de valorisation, la composition chimique (protéines, polysaccharides, fibres et minéraux) des écorces a été déterminée. Les gommes ont été extraites, caractérisées sur le plan chimique (composition en monosaccharides et en minéraux) et physique (comportement rhéologiques des extraits, poids moléculaire, viscosité intrinsèque et rayon de giration) et l'effet combiné des facteurs du milieu (température, pH, et concentration saline (NaCl, KCl, CaCl2 et MgCl2)) influençant la viscosité a été analysé selon un plan composite centré. Enfin, un essai d'application de ces gommes dans la préparation des beignets de maïs et de sorgho a été réalisé. Les résultats des analyses chimiques montrent une prédominance des polysaccharides dans les écorces (52 et 55% respectivement pour B. thermifolia et T. cordifolia) et dans les extraits (76 et 80% respectivement pour B. thermifolia et T. cordifolia), avec des teneurs 5 à 8 fois supérieures à celles des protéines. Ce qui permet de considérer que ces polysaccharides sont responsables des propriétés physiques d'épaississement exprimées par les extraits. Ces propriétés ne sont aucunement modifiées par le séchage des écorces. Les polysaccharides des extraits sont constitués principalement de rhamnose (24,51%), de galactose (15,23%), d'acides glucuronique (25,51%) et galacturonique (20,23%). La présence significative d'acides uroniques justifie la persistance des minéraux dans les extraits purifiés. Les masses moléculaires moyennes des polysaccharides sont de 6,14 x106 et 3,58 x106Da respectivement pour T. cordifolia et B. thermifolia. Sur le plan physique, leurs viscosités intrinsèques et leur rayon de giration sont relativement élevés (18,33dl/g et 269,6nm pour T. cordifolia; 17,98dl/g et 217,8nm pour B. thermifolia). La cinétique de séchage des écorces de T. cordifolia et B. thermifolia se déroule en deux périodes cinétiques représentées par deux constantes de séchage k1 et k2 qui augmentent avec la température de séchage. La viscosité des extraits diminue pour des températures de séchage des écorces au-délà de 70°C. Cette baisse de viscosité des extraits serait plus le résultat d'un changement de conformation des polysaccharides que de leur dégradation. L'étude du comportement rhéologique de ces polysaccharides traduit un comportement rhéofluidifiant, viscoélastique, peu thixotrope et avec des contraintes seuil d'écoulement comprises entre 0,2 et 5Pa et entre 0,5 et 1Pa respectivement pour T. cordifolia et B. thermifolia à des concentrations comprises entre 0,52 et 0,82g/l. La température et les cations monovalents (K+ et Na+) ont un effet dépresseur sur la viscosité des gommes tandis que les pHs faiblement acide et alcalin et les cations divalents (Ca2+ et Mg2+) l'augmentent. L'effet combiné de ces facteurs sur la viscosité des gommes se décrit de façon satisfaisante par un modèle de second degré. L'analyse des interactions entre les facteurs de variation (définit dans le modèle) met en évidence, pour chaque facteur, une plage de valeurs pour lesquelles il contribue à l'obtention d'une zone de viscosités optimales et offre sur le plan pratique une gamme de choix des niveaux de variables en fonction du niveau de viscosité voulue. L'incorporation d'extraits de T. cordifolia (3,5 g/l) et B. thermifolia (11 g/l) dans la farine de maïs ou de sorgho, contribue de façon significative à l'amélioration du gonflemen
Domaines
Autre| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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