Université Nangui Abrogoua

~6fique de Côte a'Iwire Vmon4>iscipfineJfravaif

!41.inistère de f'F.n.seignement Supérieur et ae fa 'RJc/ierc.ie Scientifique

UFR des Sciences et Technologies des Aliments

Année Universitaire

2012-2013

Numéro d'ordre

Soutenu publiquement

le 16 / 04 / 2013

MEMOIRE pour l'obtention du Diplôme d'Etudes Approfondies des Sciences et Technologies des Aliments de l'Université

Nangui Abrogoua

Option: Biochimie et technologie des aliments

Présenté par :

BROU Koffi Siméon

Thème:

DETERMINATION DES COURBES D'ISOTHERME

D'ADSORPTION EXPERIMENTALE ET THEORIQUE DE

LA POUDRE DE BANANE PLANTAIN (Musa paradisiaca

AAB), DE GOMBO (Abelmoschus esculentus (L.) Moencb.) ET

DE PIMENT (Capsicum annum L.) A LA TEMPERATURE

AMBIANTE.

Commission d'examen

ProfKOUADIO Parfait (Président)

Prof TANO Kablan (Encadreur)

Dr ASSEMAND Emma (Membre)

Prof BROU Kouakou (Membre)

Prof ASSIDJO N. Emmanuel.. (Membre)

TABLE DES MATIERES

I

1

TABLE DES METIERES .1

REMERCIEMENT V

DEDICACE VIII

LISTE DES FIGURES ET DES TABLEAUX X

LISTE DES ABREVIATIONS ET ACRONYMES XII

RESUME , XIV

INTRODUCTION 1

1- REVUE BIBLIOGRAPHIQUE 4

1- Prise d'eau des aliments 5

1-1- Equation de la prise d'eau 5

1-2- Cinétique de la prise d'eau 6

2- Humidité des produits alimentaires 6

2-1- Définition 6

2-2- Humidité absolue d'un mélange gazeux 6

2-3- Humidité relative d'un mélange gazeux 7

2-4- Pression de vapeur 7

2-5- Humidité d'équilibre 7

3- Teneur en eau et activité de l'eau des produits alimentaires ?

3-1- Teneur en eau 7

3-2- Activité de l'eau 8

3-3- Relation entre activité de l'eau et la dégradation des aliments 9

4- Isothermes de sorption des aliments 10

4-1- Définition 10

4-2- Méthodes de détermination expérimentale des isothermes de sorption 11

4-2-1- Méthode gravimétrique 11

4-2-2- Méthode dynamique .11

4-2-2-1- Isotherme d'adsorption 11

4-2-2-2- Isotherme de désorption 12

4-3- Différents types des isothermes de sorption 12

4-3-1- Isothermes de type I. 12

4-3-2- Isothermes de type IJ 12

4-3-3- Isothermes de type ID 12

4-3-4- Isothermes de type IV 13

4-3-5- Isothermes de type V 13

II

4-4- Différentes zones des isothermes de sorption 14

4-5- Intérêt des isothermes de sorption en technologie alimentaire .15

4-6- Modélisation des isothermes de sorption 16

5- Gombo 17

5-1- Généralités 17

5-2- Utilisation 17

5-3- Valeur nutritionnelle 18

6- Piment 18

6-1- Généralités 18

6-2- Utilisation 18

6-3- Valeur nutritionnelle 19

7- Banane 19

7-1- GénéraJités 19

7-2- Utilisation 20

7-3- Valeur nutritionnelle 21

TT- MATERIEL ET METHODES 22

1- Matériel. 23

1-1- Matériel biologique .23

1-2- Matériel de laboratoire 23

1-3- Les réactifs 23

2- Méthodes 24

2-1- Préparation des différentes poudres 24

2-2- Préparation des solutions salines saturées 24

2-3- Détermination des cinétiques de la prise d'eau 24

2-4- Détermination des courbes d'isotherme de sorption expérimentale 25

2-5- Modélisation des isothermes de sorption des différents échantillons 25

III

III- RESULTATS ET DISCUSSION 28

1- Résultats 29

1-1- Courbes d'isotherme d'adsorption expérimentale de la poudre de banane,

de gombo et de piment 29

1-2- Modélisation des courbes d'isotherme de sorption expérimentale de la

poudre de banane, de gombo et de piment 32

2- Discussion 36

CONCLUSION ET PERSPECTIVES 39

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES .41

IV

REMERCIEMENTS

V

1

Ce travail a été réalisé au Laboratoire de Biochimie Alimentaire et Technologie des

Produits Tropicaux (LBATPT) de l'Unité de Formation et de Recherche des Sciences et

Technologie des Aliments (UFR-STA) de l'Université Nangui Abrogoua en collaboration

avec le Laboratoire de Chimie et Technologie de la Station de Recherche Technologique

(SRT) du Centre National de Recherche Agronomique (CNRA) de Bingerville.

Ce travail n'aurait pu voir le jour sans la confiance, la patience et la générosité de

Monsieur Kablan TANO, Maître de Conférences de Technologie Alimentaire à l'UFR-STA

de l'Université Nangui Abrogoua, que je veux vivement remercier. La pleine confiance qu'il

m'a accordée dès le début. m'a permis de réaliser ce mémoire dans de bonnes conditions. Son

sens de l'analyse, sa rigueur scientifique, ses suggestions pertinentes et son ardeur au travail

ont contribué à la finalisation de ce présent mémoire. C'est le lieu pour moi de lui exprimer

ma profonde gratitude et reconnaissance pour avoir accepté de diriger ce travail Que Dieu le

garde aussi longtemps que possible afin que nous puissions bénéficier de son savoir.

Je remercie également Monsieur Georges N'guessan AMANI, Professeur Titulaire de

Biochimie et Technologie des Aliments à l'UFR-STA de l'Université Nangui abrogoua et

responsable du Laboratoire de Technologie Alimentaire des Produits Tropicaux. Je voudrais

ainsi lui exprimer toute ma gratitude et ma reconnaissance pour m'avoir permis de réaliser

une partie de mes travaux au sein de son laboratoire.

Qu'il me soit permis d'exprimer ma profonde gratitude à Monsieur Zaouli IRIE BI,

responsable du Laboratoire de Chimie et Technologie de la Station de Recherche

Technologique (SRT) du Centre National de Recherche Agronomique (CNRA) de

Bingerville, pour m'avoir ouvert les portes dudit laboratoire pour la réalisation d'une partie de

ce présent mémoire. Que Dieu le bénisse. Je remercie tous les techniciens de ce laboratoire en

particulier messieurs Zanga KONATE, Kouakou MESSOU et Antoine KOUAKOU pour leur

franche collaboration.

Je tiens à remercier Monsieur TANO Yao, Professeur Titulaire et Président de

l'Université Nangui Abrogoua pour son appui à la recherche et à la formation des étudiants.

Mes remerciements vont également à l'endroit de Monsieur Patrice Lucien KOUAME,

Professeur TituJaire et Doyen de l'UFR-STA, pour l'intérêt particulier qu'il accorde à la

formation des étudiants de son UFR et pour sa grande disponibilité.

Mes remerciements vont aussi à l'endroit de l'ensemble des enseignants de l'UFR-STA

pour la qualité de l'enseignement dispensé.

Mes chaleureux remerciements s'adressent au Docteur Clément Yao YUE BI, pour son

sens élevé du travail bien fait, ses remarques et ses conseils avisés qui m'ont été d'un apport

VI

indéniable à la réalisation de ce travail. C'est un plaisir pour moi de lui dire sincèrement merci

pour m'avoir guidé et donné le goût du travail bien fait.

Je remercie toute l'équipe de recherche du Professeur Kablan TANO à laquelle

j'appartiens. Je remercie particulièrement Benjamin N'zué YAO, Kamele Yao KOSSONOU,

Kouassi ADINGRA, TCHUMOU Messou et Maniga WOHI.

Je ne saurai terminer cette rubrique sans remercier les membres de ma famille

particulièrement Monsieur N'ZEBO Brou, mon géniteur, mes amis, en particulier Messieurs

GLAZAÏ Dominique et Y AO Kouassi Jacob et Mademoiselle Y ABASSE Koutouan

Valentine pour leur soutien inestimable.

A tous ceux, qui de près ou de loin ont contribué à la réussite de ce présent mémoire,

trouvez ici l'expression de ma profonde reconnaissance et de mon indéfectible attachement.

VII

DEDICACE

VIlI

Je dédie ce présent mémoire

A mon père N'ZEBO Brou,

A la mémoire de ma mère Ebrin Tanoa Odette,

A la mémoire de mes enfants Kassi Josué Emmanuel Juvénal, N'zébo Pierre

Michel Daniel et Tanoa Marie Odette Danielle

A mademoiselle YABASEE Koutouan Valentine,

A ma fille YKOH Pierre Marie Eunice Albertine,

A mes frères et sœurs,

A tous mes amis,

Et à tous ceux qui m'aiment et que j'estime.

IX

LISTE DES FIGURES

ET

DES TABLEAUX

X

LISTE DES FIGURES

Figure 1: Vitesse de détérioration relative des aliments en fonction de l'activité de l'eau 9

Figure 2 : Les différents types des isothermes de sorption 12

Figure 3 : Les différentes zones des isothermes de sorption 14

Figure 4 : Comparaison des courbes expérimentales de l'isotherme d'adsorption de la poudre

de banane, de gombo et de piment. 31

Figure 5: Comparaison des courbes d'isotherme de sorption expérimentale et théorique de

de la poudre banane 34

Figure 6: Comparaison des courbes d'isotherme de sorption expérimentale et théorique de

de la poudre de gombo 34

Figure 7: Comparaison des courbes d'isotherme de sorption expérimentale et théorique de

de la poudre de piment 35

LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 : Valeurs expérimentales des teneurs en eau(% m.s) de la poudre de banane, de

gombo et de piment 29

Tableau 2 : Différentes valeurs des rapports aw / X de la poudre de banane, de gombo

et de piment 32

Tableau 3 : Teneurs en eau théorique de la poudre de banane, de gombo et de piment 33

Tableau 4: Paramètres et constantes estimés du modèle de GA B 36

XI

LISTE DES ABREVIATIONS

ET ACRONYMES

:xn

LES ABREVIATIONS aw: activité de l'eau

aw / X : rapport activité de l'eau sur la teneur en eau

Q : capacité d'adsorption de l'eau

B: temps requis pour adsorber Q/2 (s)

BET: Brunauer Emmett ET Teller

C : constance du modèle de GAB

COST: coopération européenne de la recherche scientifique et technique

E (%) : l'erreur moyenne relative de déviation

EQM: l'erreur quadratique moyenne

EST: l'erreur standard de teneur en eau du produit

GAB : Guggenheim, Anderson et de Boer

HR: humidité relative de l'air

HRE = humidité relative d'équilibre K : constance du modèle de GAB

Me: masse d'eau

P: pression de vapeur d'eau

P, = pression de vapeur de l'eau pure à la température T

Ps : pression de vapeur d'eau saturante à la température T

q: quantité de la prise d'eau au temps t

r : coefficient de corrélation

X : teneur en eau à l'équilibre

Xo : teneur en eau de la monocouche

INIBAP : Réseau International pour l 'Amélioration de la Banane et de la Bannane Plantain

LES ACRONYMES a: paramètre de l'équation de GAB

p : paramètre de l'équation de GAB

a : paramètre de l'équation de GAB

% bs : pourcentage en base sèche

XITI

RESUME

XIV

La Côte d'Ivoire est un pays qui produit une importante variété de fruits et légumes. Ces

denrées alimentaires constituent une source importante d'éléments nutritifs pour

l'alimentation des populations. Pour éviter les énormes pertes post-récoltes, des produits tels

que le piment, le gombo et la banane plantain sont transformés en farine et / ou en poudre. La

conservation de ces produits en poudre ou en farine nécessite la connaissance de leur

hygroscopicité.

Ainsi les courbes d'isotherme d'adsorption expérimentale de la poudre de banane

plantain, de gombo et de piment ont été déterminées à la température de 29 ± 0,45 °C d'une

part et d'autre part, ont été modélisées avec l'équation de GAB. Pour atteindre cet objectifla

méthode gravimétrique statique a été utilisée pour déterminer les différentes courbes

expérimentales. L'étude a permis de noter une hygroscopicité décroissante au niveau des trois

produits dans l'ordre suivant: poudre de banane (33,1 ± 8,28), de gombo (28,06 ± 6, 36) et de piment (21,14 ± 5,69) g.100 g-1 de matière sèche à humidité relative d'équilibre de 100 %.

L'ajustement des valeurs expérimentales au modèle de GAB a permis d'estimer les

différentes valeurs de la monocouche à atteindre afin d'optimiser les conditions d'entreposage

et de séchage de ces produits. Ainsi, la teneur en eau de la monocouche des poudres de

banane est de 3,85 g, de gombo est de 1,29 g et de piment est de 0,79 g pour 100 g de matière

sèche correspondant aux humidités relatives de 11 %, de 7,5 % et de 10,6 % respectivement

Le modèle a ajusté correctement les trois produits avec des coefficients de corrélation proches

de 1 (banane r = 0,991, gombo r = 0,993 et piment r = 0,990) et les valeurs de l'erreur

moyenne de déviation sont inférieures à 10 % qui sont respectivement de 0,316, 0,945 et

2,117 pour la banane, le gombo et le piment en poudre. De même les erreurs quadratiques

moyennes sont 1,2029, 4,4116 et 8,8548 respectivement pour la banane, le gombo et le

piment en poudre avec des valeurs faibles.

La modélisation de ces courbes expérimentales d'adsorption par l'équation de GAB

donne satisfaction avec les trois produits utilisés au regard des critères d'appréciation du

modèle.

Mots clés: Isotherme d'adsorption - GA B - banane - gombo-piment- activité de l'eau.

XV

1

INTRODUCTION

1

1

A l'instar de tous les pays en développement, l'alimentation des populations ivoiriennes

est basée sur les céréales, les tubercules, les racines, les fruits et légumes. La banane plantain,

le gombo et le piment font partie des fruits et légumes les plus consommés en Côte d'Ivoire

avec des productions annuelles respectives de 1,52 millions de tonnes, de 105 597 tonnes et

de 12 000 tonnes (FAO, 2007).

La consommation des fruits et légumes est considérée comme un enjeu de santé

publique et fait l'objet de recommandations nutritionnelles au niveau mondial par la FAO et

l'OMS (Sabbagh et al., 2007). Les consommateurs sont donc de plus en plus sensibilisés sur

la valeur nutritive des fruits et légumes et de leurs effets bénéfiques sur la santé grâce à

l'importance de leurs éléments nutritifs que sont les vitamines, les caroténoïdes, les composés

antioxydants, les composés anti-cancérigènes, les fibres alimentaires et les minéraux

(Tinjaka, 2005).

La banane plantain, le gombo et le piment sont des denrées très périssables. Les pertes

post-récoltes sont importantes dans les pays en développement, et sont principalement dues à

un manque de manutention adéquate (Tano, 1997). Cependant, le développement des filières

fruits et légumes est lié à la mise sur le marché de produits frais à longue durée de

conservation et gardant intactes leurs propriétés organoleptiques (Yué, 2010). Pour la

conservation de ces denrées sur une longue période, leur transformation en poudre ou en

farine s'avère nécessaire pour réduire les pertes post-récoltes. Ainsi, la farine ou la poudre de

la banane plantain, du gombo et du piment sont le plus souvent rencontrées sur les marchés. A

l'instar de la majorité des produits traditionnels transformés en poudre ou en farine, l'étape de

la conservation se fait encore de façon spontanée et empirique et le produit final se caractérise

par une qualité hygiénique et organoleptique non satisfaisante (Yao, 2009).

La plupart des aliments contiennent 20 à 80 % d'eau et ne sont pas à l'abri des

détériorations biochimiques, enzymatiques et microbiennes (Castaigne, 1992). Cette

disponibilité de l'eau influence donc la stabilité de ces produits biologiques (Bimbenet et al., 1995). Le maintien de cette stabilité biologique nécessite donc des méthodes de

conservation tel que le séchage (Doymaz, 2005) dont le but est d'éliminer l'eau dans un

produit humide par évaporation. Cette élimination d'eau permet une longue période

d'entreposage (Okos et al., 1992). Cependant, la qualité de la plupart des produits séchés

dépend en grande partie de leur stabilité physique, chimique et microbiologique (Myhara et

al., 1998). Cette stabilité est appréciée par l'activité de l'eau (aw) du produit considéré qui est

mesurée par l'humidité relative en équilibre thermodynamique avec le produit à une

2

température donnée (Themelin et al., 1998). C'est un rapport qui est une conséquence

traduisant l'isotherme de sorption (Mybara et al., 1996).

La conservation par le séchage connaît d'énormes difficultés. Ces difficultés seraient en

parties dues à la non maîtrise des conditions d'entreposage. L'entreposage de ces aliments est

généralement fait de façon empirique. Il existe donc un besoin réel de réaliser une étude sur la

détermination des isothermes de sorption des produits tropicaux afin d'optimiser leur

conservation et d'établir des bases de données fiables. La connaissance et la compréhension

des isothermes de sorption est donc d'une grande importance en technologie alimentaire pour

la prévision de la durée de conservation (kouhila et al., 2004).

Ainsi, cette étude a été réalisée dans le souci de contribuer à l'amélioration de la qualité

et de la stabilité de la poudre de banane plantain, de gombo et de piment.

L'objectif général de cette étude est donc de déterminer les courbes des isothermes

d'adsorption de la poudre de banane, du gombo et du piment dans le but de conserver leur

qualité pendant l'entreposage.

De manière spécifique, il s'agit de :

- déterminer expérimentalement les courbes de sorption de Ja poudre de banane, de gombo et

de piment;

- modéliser ces courbes de sorption par le modèle de GAB ;

- déterminer la teneur en eau de la monocouche des trois produits et les paramètres de

l'équation de GAB.

3

REVUE BIBLIOGRAPHIQUE

4

1- Prise d'eau des aliments

La plupart des propriétés fonctionnelles des protéines et autres ingrédients alimentaires

dépendent de leur interaction avec l'eau. La spontanéité de la prise d'eau par les ingrédients

alimentaires a été mesurée pour la première fois par Hermasson (1972). Le dispositif de

Baumann (1966) dans lequel la spontanéité de la prise d'eau peut être déterminée a été utilisé

par certains auteurs pour élucider la prise d'eau par les protéines (Torgersen et Toledo,

1977 et Kuntz et al., 1978). Bien que le dispositif de Baumann permette de mesurer la vitesse

d'adsorption de l'eau par les échantillons solides, il a été utilisé principalement pour

déterminer la quantité totale d'eau prise par un échantillon à l'équilibre.

La vitesse d'adsorption de l'eau a une importance dans la formulation de l'aliment

(Pilosof et al., 1985). La vitesse de la prise d'eau peut influencer l'ordre d'addition des

ingrédients secs dans un mélange. Elle peut être aussi utilisée pour déterminer si oui ou non

un ingrédient sec a besoin d'être réhydraté premièrement avant d'être ajouté dans un

mélange. Le temps pour atteindre l'équilibre est différent et varie selon le matériel. Cependant

la vitesse initialement rapide devient lente quand l'on tend vers l'équilibre.

1-1- Equation de la prise d'eau

L'adsorption d'eau par plusieurs produits alimentaires incluant les protéines végétales

et animales, et les amidons a fait l'objet de plusieurs études ces dernières années (Torgersen

et Toledo, 1977; Tonon et al., 2009). La quantité d'eau (q) prise par un échantillon en poudre

durant un temps (t) est décrite par l'équation de Pilosof et al., (1985) :

Qt q(t) =----­

B+t

où q est la quantité totale d'eau prise au temps t

Q est la quantité totale d'eau prise à l'équilibre (capacité d'adsorption de l'eau)

B est le temps nécessaire pour adsorber la moitié de la quantité maximum d'eau (Q/2)

La vitesse à laquelle l'eau est prise est proportionnelle au carré de la quantité d'eau qui doit

être toujours adsorbée pour atteindre l'équilibre. La vitesse spécifique pour ce processus est

calculée: (BQY1 (Pilosof et al., 1985).

5

1-2- Cinétique de la prise d'eau

La vitesse de la prise d'eau est obtenue à partir de la différenciation de l'équation tout

en respectant le temps nécessaire que peut durer (Q-q).

~ =c (Q-q)2 J dt l B * Q

Ce facteur (Q-q) est appelé le facteur de non saturation parce qu'il représente la quantité d'eau

qui peut être encore adsorbée pour atteindre l'équilibre. Et (BQr' la constante spécifique de

la vitesse.

2- Humidité relative de l'air

2-1- Définition

L'air contient en permanence de l'humidité sous forme de vapeur d'eau. Le terme

humidité est en rapport avec la pression de la vapeur d'eau dans l'air (Gaffrey, 1978).

L'humidité affecte plusieurs aspects des produits alimentaires à savoir la qualité

organoleptique et nutritionnelle (texture, couleur, goût, saveur, éléments nutritifs); cela par

des phénomènes tels que la condensation de l'humidité, la croissance et le développement des

micro-organismes (Ross, 1975).

En définitive, l'humidité est un important facteur à considérer dans l'étude de la

conservation des denrées alimentaires. Lors des mesures, les propriétés de l'humidité peuvent

être exprimées dans les termes variables telles que l'humidité absolue d'un mélange gazeux,

l'humidité relative d'un mélange gazeux, la pression de vapeur, l'humidité des corps solides,

l'humidité d'équilibre (Weiderhold, 1975).

2-2- Humidité absolue d'un mélange gazeux

EUe définit la quantité de vapeur d'eau (en Kg) contenue dans une unité de volume d'un

mélange gazeux. En d'autres termes l'humidité absolue est la teneur en eau de l'air. C'est

aussi le rapport du poids d'eau sur le volume total de l'échantillon (Weiderhold, 1975).

6

2-3- Humidité relative d'un mélange gazeux

Elle est définie comme le rapport de la pression de la vapeur d'eau mesurée de l'air sur

la pression de la vapeur d'eau maximale admise à une température donnée. L'humidité

relative permet de connaître le niveau de saturation de l'air en eau (Weiderbold, 1975).

Elle est exprimée en pourcentage selon la relation ci-après :

p HR.(%)= 100 *-­

Ps

P = pression de vapeur d'eau dans le mélange gazeux à une température donnée;

Ps = pression de vapeur d'eau à la même température.

2-4- Pression de vapeur

La vapeur d'eau fixée dans l'espace exerce une pression qui dépend de la quantité de la

vapeur d'eau présente et de la température (Jannot, 2003).

2-5- Humidité d'équilibre

Un matériau hygroscopique a toujours tendance à se mettre en équilibre avec l'air

environnant. La présence d'eau dans le matériau produit une pression de vapeur (p) à la

surface du matériau. Lorsque celle-ci est égale à la pression de vapeur ambiante ( e ), le

matériau est en équilibre avec le milieu ambiant. Toute différence entre (e) et (p) a pour

conséquence un échange de vapeur et donc une modification du contenu en eau du matériau et

jusqu'à ce que l'équilibre soit établi. L'humidité d'équilibre de ce matériau est définie comme

l'humidité relative que doit avoir le milieu ambiant pour que l'échange d'eau soit nul

(Weiderbold, 1975).

3- Teneur en eau et activité de l'eau des produits alimentaires

3-1-Teneur en eau

La teneur en eau d'un produit hygroscopique est définie par la quantité d'eau dans le

produit, exprimée en pourcentage de la masse de ce produit. Tout produit de masse totale M,

7

qu'il soit d'origine végétale, animale ou minérale, contient de l'eau {Jannot, 2003). On

distingue donc :

-une masse d'eau Me

-une masse restante Ms= M- Me qui est appelée masse anhydre ou masse sèche.

Comme pour l'humidité de l'air, on définit l'humidité ou la teneur en eau (X) du produit {en

base sèche) par la relation suivante : Me

X=---- Ms

Aussi, peut-on définir l'humidité d'un produit par la teneur en eau en base humide par la

relation ci-après : Me

Xh=---­ M

Les deux grandeurs sont liées par les relations suivantes :

Xh X=

1 -Xh

X

et Xh= 1 + X {Mathlouthi, 2001).

La teneur en eau a une influence sur la stabilité des produits biologiques. Le contrôle de la

teneur en eau des produits biologiques pendant le processus de transformation est très

important pour la détermination des conditions de stockage de ces produits et pour

l'augmentation de leur durée de conservation.

3-2- Activité de l'eau

C'est le rapport entre la pression de vapeur d'eau à la surface du produit à une

température donnée et la pression d'eau pure à la même température. Cette activité de l'eau est

égale à l'humidité relative de l'air en équilibre avec l'aliment divisée par cent (100) {Gilbert et

al., 2006 ; Sahu et Tiwari, 2007).

p HRE(¾) aw=--=

Pe 100

P = pression partielle de la vapeur deau dans l'aliment P, = pression de vapeur de l'eau pure à la même température

8

HRE = humidité relative d'équilibre en pourcentage(%)

aw = activité de l'eau L'activité de l'eau dépend de la composition, de la température et de la quantité d'eau

présente dans le produit. Sa valeur influence certaines caractéristiques qualitatives du produit

telles que les caractéristiques biologiques et organoleptiques. Elle influence aussi la

croissance des micro-organismes (Jannot, 2003). L'activité de l'eau donne une bonne

indication de la stabilité du produit alimentaire en tenant compte de la croissance

microbienne. des activités enzymatiques et non enzymatiques. Cependant, pour qu'un produit

alimentaire se conserve, son activité de l'eau doit généralement être en-dessous de 0.6. En­

dessous de ce seuil, le produit alimentaire est stable microbiologiquement et est classé comme

déshydraté (Jannot, 2003).

3-3- Relation entre activité de l'eau et la dégradation des aliments

La qualité des aliments est largement dépendante de l'activité de l'eau. L'activité de

l'eau influence notamment la vitesse des réactions chimiques qui sont susceptibles de se

manifester tel que les réactions enzymatiques, l'oxydation des lipides, les réactions de

Maillard ainsi que le développement des microorganismes (figure 1) (Jannot, 2003).

Vitesses relatives de détérioration des aliments

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0;6 0,7 0,8 0,9 1,0 a, Figure 1: Vitesse de détérioration relative des aliments en fonction de l'activité de l'eau

(Marc et al., 2004).

9

De nombreuses réactions de détérioration des aliments sont causées par les enzymes. La

majorité de ces réactions enzymatiques est réduite à des activités de l'eau inférieures à 0,7 car

à ces activités de l'eau, l'eau n'est pas disponible en tant que solvant pour diffuser les réactifs.

Dans certains cas, lorsque le substrat est liquide et peut assurer sa mobilité, ces réactions

enzymatiques peuvent se manifester à des aw aussi bas que 0,2. Ce phénomène est observé

dans le cas de la lipase. Lorsque l'aw s'élève au-dessus de 0,7, l'activité enzymatique

augmente (Marc et al., 2004).

Les réactions d'oxydation, la principale cause de détérioration des aliments contenant

les lipides à faible ou moyenne teneur en eau est l'oxydation des lipides. Elle s'observe à des

aw aussi basses que 0, l. Aux aw comprises entre 0,1 et 0,2, l'oxydation est élevée. A des aw

supérieures à 0,5 1 'oxydation augmente (Marc et al., 2004).

Pour ce qui est de la réaction de Maillard ou le brunissement non enzymatique, le taux

de brunissement augmente rapidement avec l'augmentation de l'a.; Le maximum est atteint à

des valeurs d'a, d'environ 0,6 à 0,7. Ce taux de brunissement diminue pour des valeurs d'a,

supérieures à 0, 7 (Marc et al., 2004).

L'activité de l'eau est l'un des trois facteurs essentiels à la croissance de

microorganismes. Les exigences en eau sont très variables selon les espèces de

microorganismes. En effet, les bactéries peuvent se développer pour des aw variant de 0,90 à

0,99. Toutefois, certaines bactéries dites halophiles sont capables de se multiplier dans les

solutions contenant beaucoup de sel, donc à aw inférieure à 0,90. En ce qui concerne le

développement des levures, il s'effectue à des activités de l'eau comprises en général entre

0,88 et 0,95. Mais, certaines levures osmophiles résistent à des milieux fortement concentrés

en sucre ou en sel. Quant aux moisissures, elles prolifèrent la plupart à des activités de l'eau

oscillant entre 0,80 et 0,95. Les moisissures xérophiles sont capables de se développer à des

activités de l'eau plus basses. Certaines moisissures et levures osmophiles peuvent se

développer jusqu'à des aw de 0,6 (Marc et al., 2004).

4- Isothermes de sorption des aliments

4-1- Définition

L'isotherme de sorption met en relation la teneur en eau du produit et l'humidité relative

d'équilibre à une température donnée (Nguyene et al., 2004; Arslan et Togrul, 2006;

Garcia-Perez et al., 2008). C'est une courbe sigrnoïdale qui caractérise l'affinité d'un produit

pour l'eau. Elle est obtenue en portant sur un graphique en ordonnée, la quantité d'eau fixée

10

par le produit et en abscisse le rapport entre la pression de vapeur d'eau P du produit et la

pression de vapeur d'eau saturante P0 à la même température. Ce rapport est l'humidité

relative d'équilibre (Adrian et al., 1995) qui est généralement exprimé en pourcentage selon

la relation : p

HRE=- Po

L'isotherme de sorption traduit le recouvrement de plusieurs phénomènes élémentaires qui se

superposent plus ou moins. L'eau étant retenue par des énergies de liaisons de plus en plus

faibles au fur et à mesure que l'activité de l'eau s'accroit (Adrian et al., 1995). L'isotherme

de sorption est caractéristique des nombreuses interactions qui ont lieu à l'échelle

microscopique entre les constituants du produit et les molécules d'eau (Hardy et al., 2002).

Cette courbe de sorption permet donc de décrire le comportement hygroscopique du solide.

4-2- Méthodes de détermination expérimentale des isothermes de sorption

4-2-1- Méthode gravimétrique

Le principe d'obtention de l'isotherme est de placer un échantillon du produit dans une

enceinte maintenue à température Tet à humidité relative HR de l'air constante. L'échantillon

est pesé à intervalle de temps régulier jusqu'à ce que sa masse ne varie plus, il est alors en

équilibre avec l'air à (T, HR). Connaissant sa masse humide, il suffit alors de déterminer sa

masse sèche pour déduire sa teneur en eau (X), le couple (X, HR) fournit un point de

l'isotherme d'adsorption ou de désorption (Jannot, 2003).

4-2-2- Méthode dynamique

L'appareil est principalement constitué d'un cylindre calibré dans lequel évolue un

piston et d'une éprouvette dans laquelle on place l'échantillon dont on veut mesurer la courbe

de sorption (Janoot, 2003). On peut distinguer deux types d'isothermes:

4-2-2-1- Isotherme d'adsorption

On place un échantillon sec de masse connue dans l'éprouvette, on injecte un volume

connu de vapeur d'eau à température et à pression contrôlée et connue, on attend l'équilibre

avant de relever la pression Pe dans l'éprouvette (Jannot, 2003).

11

1

4-2-2-2- Isotherme de désorption

L'échantillon placé dans l'éprouvette est humide (saturé), on prélève un volume de

vapeur d'eau dans cette éprouvette et on attend l'équilibre avant d'y relever la pression P;

Dans ce cas, la connaissance des valeurs des pressions, des volumes et des températures

permet de calculer :

./ La variation totale de masse d'eau dans le système entre deux injections ou retraits de

volume,

./ La variation de masse de vapeur d'eau dans l'éprouvette, et d'en déduire la variation

de la masse d'eau contenue dans l'échantillon et de remonter ainsi à la variation de sa

teneur en eau (Pillard, 1997).

4-3- Différents types des isothermes de sorption

Selon le couple adsorbat-adsorbant étudié, l'allure de la courbe de l'isotherme de

sorption peut être largement différente. La grande majorité des isothermes peut être classée en

cinq catégories selon leur allure globale (Delgado et Sun, 2002) (figure 2).

4-3-1- Isothermes de type I

Ils sont généralement rencontrés dans l'adsorption en phase gazeuse et sont typiques

d'une adsorption monocouche dite de Langmuir (1918), avec saturation lorsque la couche est

totalement remplie.

4-3-2- Isothermes de type II

Ces isothermes sont représentatives d'adsorbants dont la structure poreuse est plus

dispersée. La condensation dans les pores ( condensation capillaire) intervient avant la

saturation de I'adsorbant, ce qui est explicable par une adsorption multicouche. Dans ce cas

de l'adsorption d'eau, les types sont rencontrés pour des solides macroporeux. Ce type

d'isotherme est caractéristique du comportement hygroscopique de la plupart des produits

alimentaires tels que les céréales, les sandwiches (Roca et al., 2008). Il l'est aussi pour

certaines plantes (Kouhila et al., 2001).

4-3-3- Isothermes de type III

C'est la variante du type Il, qui correspond à une adsorption moins énergique. Dans ce

cas de l'absorption de l'eau, les isothermes de sorption de type ID sont rencontrées pour des

12

1

solides de nature cristalline. Ces isothermes sont typiques au comportement hygroscopique

des produits à forte teneur en glucose, des produits moins hydrophiles comme le caoutchouc

(Maskan et Gëgus, 1997).

4-3-4- Isothermes de type IV

On rencontre les isothermes de type IV, lorsqu'il existe une forte interaction

moléculaire. De plus, l'existence d'une hystérèse entre l'équilibre d'adsorption ou de

désorption peut être expliquée par l'existence de mésopores où l'adsorbat se trouve sous

forme condensée; ou encore par l'existence de pores en forme de bouteille impliquant une

barrière énergétique plus grande pour le phénomène de désorption que celui de l'adsorption.

Ainsi, ce type d'isotherme décrit l'adsorption par un solide hydrophile jusqu'à ce qu'un

maximum de sites soit atteint (Maskan et Gogos, 1997).

4-3-5- Isothermes de type V

Ce type d'isotherme est similaire à l'isotherme de type III indiquant de faibles

interactions entre l'absorbant et le sorbant. Il est caractérisé par une faible prise en eau aux

basses humidités et une forte augmentation aux fortes humidités (Maskan et Gogus, 1997).

% H

., pe 1 .

Aw 0

11 11 11 ..• r. 0

ypc 5

. _,,.

Figure 2 : Les différents types des isothermes de sorption (Brunauer et al., 1938).

13

1

4-4- Différentes zones des isothermes de sorption

Les isothermes de sorption ont une forme sigmoïdale et présentent en général trois

zones, chaque zone correspondant à un mode de fixation particulier de l'eau dans le produit

(Jannot, 2003). Les différentes zones sont indiquées sur la figure 3.

monocouche

multicouche -+--- eau liquide

3

0 1

Figure 3: Les différentes zones des isothermes de sorption (Jannot, 2003).

Ces trois zones sont les suivantes :

Zone 1 : elle correspond à a., de O à 0,25, où les forces de liaisons entre l'eau et les sites

polaires sont très fortes. Dans cette région, on considère que les molécules d'eau sont

adsorbées par des liaisons hydrogènes directement sur les sites polaires de la molécule. Il y a

constitution d'une couche monomoléculaire à la surface du produit. Elle est caractéristique de

l'action des forces de Van der Waals entre les groupements hydrophiles et les molécules

d'eau. Ici, l'eau est dans un état rigide. Cette eau est dite fortement liée, elle est non congelable à - 40°C et non disponible. Le passage à la zone suivante s'effectue quand toute la

surface est saturée. L'énergie de liaison est très forte et les molécules d'eau sont peu

disponibles (Lasbani et al.; 2003).

Zone 2 : elle se situe entre 0,25 et 0,75, où de nouvelles molécules se fixent sur les

précédentes et sur de nouveaux sites polaires rendus possibles par une moindre cohésion du

produit. Ces nouvelles molécules d'eau plus faiblement retenues, provoquent une diminution

de la rigidité. Il y a adsorption des molécules sur la monocouche initiale. L'isotherme est

linéaire dans cette zone et l'eau est dans un état intermédiaire entre solide et liquide (Lasbani

et al., 2003). Une deuxième couche de molécules se forme, puis d'autres s'y ajoutent:

14

l'adsorption est multicouche. L'énergie de liaison est plus faible que pour la première couche.

Dans cette zone, il y a une partie de l'eau de la monocouche et l'eau de la multicouche. Cette

eau est faiblement liée.

Zone 3 : Cette zone se trouve à aw supérieure à 0, 75, où les molécules d'eau sont retenues par

des forces très faibles, de nature capillaire et ont perdu leur orientation spécifique. Elles sont

de plus en plus mobiles et l'on parle d'eau libre. L'énergie de liaison est très faible (Lashani

et al., 2003) .

4-5- Intérêt des isothermes de sorption en technologie alimentaire

Le concept de courbes caractéristiques de séchage apparaît comme la méthode la mieux

adaptée et utilisée par de nombreux auteurs (Fornell, 1979; Desmorieux, 1992; Belahmidi et

al., 1993 ) pour décrire le comportement des produits alimentaires. La connaissance de la

courbe de sorption permet de tirer des informations utiles notamment au cours du séchage et

pendant l'entreposage du produit.

Les courbes de sorption permettent de :

• distinguer schématiquement, pour un aliment donné, la fraction d'eau plus ou moins

fixée au substrat et la fraction d'eau disponible en tant que réactif et solvant pour les réactions

biologiques. En effet, en-dessous du point d'apparition d'eau (correspondant en général à aw

= 0,65, quelle que soit la nature de l'aliment), aucun micro-organisme ne peut se développer.

Mais au-delà de cette valeur, se développe tel ou tel groupe de micro-organismes en fonction

de leur exigence en eau (Labuza, 1984);

• prévoir l'influence des variations de l'humidité relative ambiante sur la teneur en eau

d'un produit non protégé. Elles indiquent donc leur hygroscopicité. Cette hygroscopicité

mesure l'influence qu'aura une variation de l'humidité relative ambiante sur la teneur en eau

du produit lorsque celui-ci n'est pas protégé par un emballage étanche;

• calculer pour un produit conditionné dans un emballage perméable à la vapeur d'eau,

la quantité d'eau adsorbée en fonction du temps d'entreposage. La connaissance de cette

quantité d'eau permet de déterminer la durée de conservation du produit. A partir du temps

moyen d'entreposage, on choisira l'emballage adéquat; définir les conditions de séchage des

denrées alimentaires ;

• prévoir l'évolution de l'activité de l'eau en fonction de la modification de la teneur en

eau (hydratation, déshydratation) ou le passage pour les denrées sucrées (confiseries) du sucre

de l'état amorphe à l'état cristallisé ;

15

• connaître la teneur en eau finale (teneur en eau d'équilibre) d'un produit exposé à des

conditions de séchage définies (température et humidité) ;

• décider du mode de conditionnement (emballage étanche à la vapeur d'eau) pour une

denrée en fonction de l'humidité relative de l'atmosphère dans laquelle elle est maintenue.

• définir les conditions de séchage des denrées alimentaires.

Les courbes de sorption fournissent des informations quant aux conditions limites lors de la

modélisation, particulièrement lorsque les matériaux sont fortement hygroscopiques

(Coumans, 2000).

4-6- Modélisation des isothermes de sorption

Plusieurs équations ont été proposées dans la littérature pour prédire les isothermes de

sorption des produits alimentaires (Al-Muhtaseb et al., 2002 ; Blahovec et al., 2009;

Oluwamukomi, 2009 ). Certaines de ces équations sont basées sur un modèle théorique

d'adsorption, tandis que d'autres sont de nature semi-empiriques et empiriques telles que les

équations de Harkins et Jura (1944), d'Oswin (1946), de Smith (1947), de Hasley (1948),

de Henderson (1952), de Chung et Pfost (1967) et de Kubn (1967). Cependant, toutes ces

équations ne sont pas applicables en général sur toute la gamme des humidités relatives.

L'équation de BET s'applique à des aw comprises entre O et 0,5. De même les équations de

Chung et Pfost et de Oswin sont applicables des humidités relatives jusqu'à 90 %. L'équation

de GAB dérive de l'équation de BET (Brunauer, 1938). Elle est considérée comme

l'équation la plus utilisée car elle s'applique parfaitement aux produits alimentaires à des

humidités relatives jusqu'à 95 % (Kiranoudis et al., 1993;Nabill et al. 2005 et Chowdhury

et al., 2006). En raison de sa simplicité et de sa facilité à être évaluée, l'équation de GAB est

la plus recommandée par plusieurs chercheurs (Ajisegiri et al., 2007; Oluwamukomi, 2009).

Certaines équations ou modèles existent également en version modifiée afin de tenir compte

de la température (V eltchev et Menkov , 2000).

Le modèle de GAB a été adopté comme standard par la société américaine des

ingénieurs agronome et recommandé par le groupe européen du projet COST 90 sur les

propriétés physiques des aliments (Wolf et al., 1985 et Kablan et al, 2008). Ce modèle est

considéré comme une équation fondamentale de la caractérisation des isothermes de sorption

des constituants des produits alimentaires (Wolf et al., 1985). Il est le plus utilisé pour la

représentation graphique des teneurs en eau des produits en fonction de leurs activités de l'eau

(Blahovec et Yanniotis, 2009).

16

5-Gombo

5-1- Généralités

Le gombo serait originaire de l'Afrique ou de l'Asie tropicale (Seck et al., 1999). Le

gombo est connu en Egypte depuis 1200 ans à 1300 ans avant Jésus-Christ. Il est largement

cultivé dans toute l'Asie tropicale (Inde, Indonésie, Malaisie, Chine), en Afrique Centrale,

Occidentale et Orientale (Anonyme 1, 1999). La systématique des gombos a subi plusieurs

modifications au niveau du nom, du genre et du nombre d'espèces décrites). Les gombos,

autrefois rattachés au genre Hibiscus, constituent aujourd'hui le genre Abelmoschus au sein de

la famille des Malvacées (Anonyme 1, 1999).

En Côte d'Ivoire, la culture du gombo est beaucoup plus développée dans les zones pré­

forestières et forestières (Akassey et Daubrey, 1992).

La production mondiale de gombo qui est de 4 912 835 tonnes par an (Anonyme 2,

2004), représente environ 1.5% de la production des légumes. En Afrique de l'Ouest, Je

gombo frais occupe la deuxième place des productions légumières derrière la tomate

(Anonyme 1, 1999). La Côte d'Ivoire est le deuxième producteur après le Nigeria et est

classée au 4ème rang mondial avec une production de 105 597 tonnes (Anonyme 2, 2004).

5-2- Utilisation

Les fruits ou capsules du gombo sont utilisés comme légumes frais et parfois

commercialisés en conserve aux Etats-Unis, au Canada et en Grèce. Les fruits du gombo

servent à la préparation de sauce. Ces sauces sont faites soit avec des fruits frais soit avec des

fruits séchés coupés en rondelles ou non et transformés en poudre (Grubben et al., 2004).

Ces fruits sont aussi consommés en salade (Grisvard et al., 1989). Les feuilles de gombo sont

consommées en sauces dans certains pays d'Afrique de l'Ouest et d'Afrique Centrale

notamment le Togo, la Côte d'Ivoire et le Cameroun (Akassey et Daubrey, 1992). Les fruits

peuvent être séchés entiers ou coupés en morceaux pour la conservation. Cependant, avant

d'être commercialisés, ils sont généralement réduits en poudre (Grubben et al., 2004). Le

gombo qui est surtout une plante alimentaire, connaît diverses utilisations notamment au plan

industriel et médical. En effet, les fibres alimentaires et les micronutriments qu'il renferme

permettent de lutter contre les surcharges pondérales et jouent un rôle de protection anti­

oxydante contre le processus de vieillissement et la genèse de certaines maladies ( cancers,

maladies cardiovasculaires) (Rémésy et Nicolle, 2001). Les grains de l'espèce Abelmoschus

manihot servent à la préparation de parfum (Anonyme 1, 1999). Au plan médical, la poudre

17

des grains du gombo bouilli permet de soigner la fièvre. Les ampoules aux mains et aux pieds

peuvent être soulagées par des bains maries de feuilles et de fleurs de gombo. Le gombo vert

coupé en rondelles et bouilli permet de soigner la constipation (Anonyme 3, 2006).

5-3- Valeur nutritionnelle

Le gombo est un légume particulièrement riche en minéraux et en vitamines. Le fruit du

gombo contient 2,2 g de glucides pour 100 g de matière sèche (7 à 8 % de matière sèche)

présents essentiellement sous forme de mucilage. Il contient des fibres (4,9 g / 100 g m. s.) et

des protéines (2,1 g) pour un légume fruit (1,8 % de matière sèche). L'acide aspartique et

l' arginine représentent 10 % des acides aminés (Souci et al., 1994). Il contient du calcium (84

mg pour 100 g), du phosphore (75 mg pour 100 g), de magnésium (60 mg pour 100 g), du fer

(1,2 mg pour 100 g) et du potassium (285 mg pour 100 g). Il contient aussi de la vitamine C

(36 mg pour 100 g), de la vitamine B 1 et B2 dans les proportions de 70 µg et 80 µg pour 100

g de gombo frais (Souci et al., 1994). Les grains de gombo sont une source de protéines (20

% de matière sèche) et de lipides (14 % de matière sèche) (Mahamadou et al., 2006).

6- Piment

6-1- Généralités

Le piment est originaire du continent américain. Il provient plus précisément de

l'Amérique du Sud et Centrale et disséminé en Europe, en Afrique et en Asie (Reuter, 1950).

Il aurait été introduit pour la première fois en Europe à partir du Brésil en 1494 par des

navigateurs espagnols. Il s'est très tôt répandu à travers le monde. Découvert à une époque où

la cuisine fortement épicée était encore très à l'honneur (Chaux et Foury, 1994). Le piment

est des rares épices traditionnels originaires du continent américain (Brésil, Antilles, Chili ... ).

Il appartient à la famille des solanacées et est généralement cultivé pour ces fruits. Il remplace

le poivre dans les pays tropicaux où il est aussi appelé «pili-pili». Le piment (Capsicum

annum) est une plante des pays tropicaux (Andou et al., 1992). En Côte d'Ivoire, le piment se

cultive sur toute l'étendue du territoire. La production mondiale de piment est estimée à 24,7

millions de tonnes et celle de la Côte d'Ivoire est de 12 000 tonnes par an (FAO, 2007).

6-2- Utilisation

Le piment est utilisé pour assaisonner les sauces (Andou et al., 1992). Le piment est

utilisé sous forme fraîche, sèche et de poudre (Andou et al., 1992). En Côte d'Ivoire, le

piment est également employé dans presque toute la médecine traditionnelle comme boisson

18

ou plâtre (Tano et al., 2008). On le connaît pour être une plante médicinale (Chenu et Aké,

1983). Le piment peut être aussi utilisé dans la lutte contre le cancer car il contient les

capsinoïdes qui sont des substances chimiques pouvant provoquer Ja mort des cellules

tumorales et ainsi permettre d'éviter des tumeurs cancéreuses (Macho, 2003). Des études ont

montré que le piment contient la lutéoline qui est un composé phénolique. La lutéoline est

bénéfique pour la mémoire au niveau de l'apprentissage car elle serait capable de bloquer

l'effet perturbateur des certaines molécules sur le processus de mémorisation (Tsai, 2007).

6-3- Valeur nutritionnelle

Le piment est hautement énergétique. Il est constitué essentiellement de 91 g d'eau pour

100 g. Le piment contient 2,91 g / 100 g de glucides, un faible taux de lipide (0,33 g / 100 g)

et le taux de protéine est de 1,17 g (Souci et al., 1994). Le piment est riche en vitamines à

savoir les vitamines K (52,57 µg), B1 (43,13 µg), B2 (247 µg), B6 (138 µg) et C (34,7 mg). Il

contient aussi des minéraux tels que le calcium (9 mg), le fer (0,4 mg), le magnésium (12 mg),

le phosphore (20 mg) le potassium (165 mg) et le sodium (3 mg) et des acides aminés (Souci

et al., 1994).

7- Banane plantain

7-1- Généralités

Les bananes plantain consommées de nos jours appartiennent toutes au genre Musa.

(Champion, 1967; Horry et al., 1997). L'appellation «plantain» pour designer la banane

plantain, dérive du latin plantago. Ce terme désigne également une petite plante herbacée

(Dauzat et al., 1971). Le bananier plantain ou à cuire est né en Asie du Sud-Est quelques

millions d'années avant notre ère. Il a été introduit en Afrique au XIe siècle par les

explorateurs européens (Lassoudière, 1973).

Le bananier est une monocotylédone de l'ordre des Scitaminales, de la famille des

Musacées, de la sous-famille des Musoïdées et du genre Musa. Le genre Musa compte à ce

jour 88 espèces et sous espèces, dont 46 cultivées et 42 sauvages (Daniels et al.; 2001). De la

famille des Musacées, la banane plantain appartient au genre Musa, précisément à la section

Eumusa avec 11 espèces, et au groupe AAB (Horry et aL, 1997; Rolf, 2001). La banane

plantain constitue un groupe tout à fait homogène. Elle est toujours génétiquement triploïde

AAB. Mais dans un sens plus large, le terme plantain s'emploie pour toutes les bananes

19

généralement consommées après cuisson, dont les bananes à cuire (ABB) (Swennen, 1984 ;

Shoofs, 1997).

Le bananier plantain ou à cuire se cultive de nos jours dans toutes les région

tropicales, notamment en Afrique (Lassoudière, 1973; INIBAP, 2002). C'est une plante

tropicale humide qui évolue bien à des températures moyennes ou modérées (11 °- 40° C)

(Facon et al 2008).

L'Afrique est la plus importante zone de production du plantain. En cote d'ivoire, cette

culture se pratique dans les zones forestières et dans les régions à forte pluviométrie. Ces

zones de production peuvent être reparties en deux: la zone de production excédentaire qui

est le centre-ouest, (l'ex boucle du cacao, Oumé, Boua:flé, Daloa, Sinfra, Divo) et la zone

déficitaire du centre (Ndabalishye, 1995; FAO 2005). Avec tme production de 1,52 millions

de tonnes de fruit de plantain en 2007, elle occupe le ime rang au niveau mondial, le s= en Afrique et le r= en Afrique de l'Ouest après le Nigeria et le Ghana. En Côte d'Ivoire, le

plantain est la deuxième culture vivrière produite après l'igname, devançant ainsi la

production de manioc et de riz paddy (FAO, 2007). Les bananes plantains et les bananes

dessert occupent la 4ème place parmi les plantes alimentaires cultivées dans le monde après le

riz, le blé et le maïs (Coulibaly, 2008).

7-2- Utilisation

L'utilisation première de ce fruit de plantain est traditionnelle; il sert principalement à

la confection de mets. Ceux-ci diffèrent selon les régions et les civilisations. En Côte d'Ivoire,

l'on dénombre une vingtaine de mets à base de ce fruit (Coulibaly, 2008). Ces plats subissent

quatre types de cuisson: la friture, la cuisson au four ou sur la braise, la cuisson à l'eau et à la

vapeur (Mosso et al., 1996; Amani et al., 2003; Coulibaly, 2008).

Aussi, le fruit du plantain a des vertus thérapeutiques. En effet, Le fruit de plantain

contient de l'amidon qui dans le colon subit une fermentation bactérienne. Il est ensuite

converti en acide gras à courtes chaines tels que l'acide butyrique et entraine la production de

gaz. Ces acides gras servent de nourriture aux bactéries coliques et aident ainsi à maintenir

une bonne santé intestinale (Cummings et al., 1996). Une étude a démontré que le plantain

aurait des potentiels gastro-protecteur, antidiabétique et serait efficace dans le traitement de la

migraine, de l'hypertension et du cholestérol (Hills et al., 1989; Orhan, 2001). Il est de plus

un bon antioxydant tel que la leucocyanidine de par sa vitamine C et sa dopamine

(Proteggente et al., 2002, Campanella et al., 2003). Ce composé actif a aussi montré un effet

protecteur contre l'érosion de la muqueuse de l'estomac, à la suite de la prise de l'aspirine

20

(Lewis et al., 1999). Ce fruit possède aussi des propriétés anti-cancérigènes (Rashidkhani et

al., 2005) et constitue un remède contre l'ulcère d'estomac (Goel et al., 2001 ; Dunjic et al.,

1993) et contre la diarrhée chronique (Rabbani et al., 2001 et 2004). Il est encore utilisé pour

la production d'alcool médicinal (Frison et Sharrock, 1998).

La farine de la banane plantain est utilisée comme un ingrédient intéressant en

boulangerie, pâtisserie et en biscuiterie (Ngalani et Crouzet, 1995 et Ogazi, 1996). Elle est

également utilisée comme composante principale dans la formulation des farines infantiles à

base de produits locaux (Ogazi et al, 1991 ; Ogazi, 1996 et Haxaire, 1998).

7-3- Valeur nutritionnelle

La pulpe du fruit de plantain hautement énergétique, est majoritairement constituée

d'eau et de glucides. Les glucides sont essentiellement l'amidon, le saccharose, le fructose et

le glucose ; les proportions de ces glucides varient avec la maturité physiologique et le degré

de murissement (Carreno et Aristizabal, 2003). L'accroissement de sucres solubles est dû à

l'hydrolyse de l'amidon qui s'y trouve en majeure partie à l'état non mûr (Iris, 2002). La

banane contient 34 g de glucides. 0.4 g de fibres et 1.6 g de protides pour 100 g de matière

sèche. Au niveau des oligoéléments, la banane contient 52 mg de calcium, 12 mg de

phosphore 0,21 mg de fer, 3 mg de sodium et 352 mg de potassium pour 100 g de matière

sèche. Elle contient de la carotène (475 µg), de la thiamine et de la riboflavine (Du Montcel,

1993).

21

MATERIEL ET METHODES

22

1

1- Matériel

Pour la détermination des différentes courbes d'adsorption des trois produits (banane,

gombo et piment), du matériel biologique, du matériel de laboratoire et des réactifs ont été

utilisés.

1-1- Matériel biologique

Les poudres de banane, de gombo et de piment utilisées dans cette étude ont été

préparées au laboratoire. Les poudres sont obtenues à partir de banane, de gombo et de

piment frais achetés en Mai 2010 sur le site d'approvisionnement du grand marché de la

commune d' ABOBO.

1-2- Matériel de laboratoire

Neuf (09) dessiccateurs en verre de type PYREX sont utilisés pour servir d'enceinte

close pour l'expérience. Des coupelles en aluminium sont utilisées pour étaler les poudres. de

même qu'un thermohygromètre de marque HAAR-SYNTH. HYGRO (Gôttingen, Allemagne)

indiquant à la fois l'humidité relative et la température (°C). Une balance électronique de

précision (104g) de marque TECATOR a servi pour les pesées et un agitateur magnétique

avec un barreau aimanté de type SELECTA a permis d'homogénéiser les solutions de sel.

Une étuve de type Venticell (MMM Medcenter) (Brno-République Tchèque) a servi au

séchage des produits à 45°C pour la fabrication des différentes poudres et une autre étuve de

type TOWNSON + MERCER Mode! 8.250 a été utilisée pour déterminer les différentes

matières sèches des produits.

1-3- Les réactifs Les sels utilisés sont le chlorure de lithium (LiCl), le chlorure de magnésium (MgCh),

le carbonate de potassium (K2C03), nitrate de calcium (Ca(N03)2), le chlorure de sodium

(NaCl), le chlorure de potassium (KCl), le chlorure de baryum (BaCh) et le sulfate de

potassium (K2S04). En plus de ces sels, l'eau distillée et les dessiccants (gels de silice) sont

utilisés pour les activités de l'eau de 1 et O respectivement.

23

1

2-Méthodes

2-1- Préparation des différentes poudres

A la réception des bananes, des gombos et des piments, un contrôle de qualité a été

effectué. Le contrôle s'est effectué sur la couleur, les produits endommagés ou blessés afin de

les éliminer. Après cette opération de triage, les produits sont lavés à l'eau clistiUée. Les

bananes au stade vert mature sont épluchées et découpées en rondelles de 10 mm. Les

piments sont débarrassés de leurs pédoncules. Les gombos sont aussi débarrassés de leurs

pédoncules et des calices et découpés en rondelles de 10 mm. La banane, le gombo et le

piment sont séchés dans une étuve de type Venticell (MMM Medcenter) à 45 °C pendant trois

(03) jours. Ils sont broyés séparément avec un moulinex de marque MASTERCHEF 750

DUOTRONIC et tamisés à l'aide d'un tamis de diamètre 100 µm de type AFNOR.

2-2- Préparation des solutions salines saturées

Les solutions salines saturées sont préparées en ajoutant différents sels dans 100 mL

d'eau distillée sous agitation grâce à un agitateur magnétique de type Selecta avec un barreau

aimanté jusqu'à sursaturation. Chaque solution est déposée à l'intérieur d'un dessiccateur

pendant 48 heures pour y fixer l'humidité relative convenable avant d'y mettre les

échantillons (Garcia-Pérez et al, 2008). Les clifférentes solutions salines saturées fixent les

humidités relatives respectives de 0,11 à 0,97. Ainsi donc, LiCl (a; = 0,11), MgCl; (a, = 0,32), K2C03 (a; = 0,43), Ca(N03)2 (a; = 0,56), NaCl (a; = 0,75), KCl (a; = 0,85), BaCli (a; = 0,90) et K2SÜ4 (a., = 0,97) (Greenspan, 1977). La vérification de ces humidités relatives

(HR) est faite grâce au thermohygromètre qui indique l'humidité relative et la température à

l'intérieur du dessiccateur. Pour ce qui est de l'activité de l'eau de O les dessiccants (gels de

silice) sont utilisés. Les dessiccateurs sont exposés à la température ambiante de 29 °C.

2-3- Détermination des cinétiques de la prise d'eau

Les poudres de chaque échantillon sont préalablement séchées à l'étuve à 50 °C.

0,5 ± 0,0023 g de chaque échantillon est étalé dans une coupelle en aluminium et l'ensemble

est placé dans le dessiccateur au-dessus de la solution saline dans une ambiance stabilisée en

température et en hygrométrie constante. La température mesurée à l'intérieur des

dessiccateurs est de 29 °C. L'expérience est réalisée en triplicata La cinétique de la prise d'eau est déterminée en pesant les échantillons à intervalle

régulier de temps de 24 heures jusqu'à ce que l'équilibre hygroscopique soit atteint. Cet

24

équilibre est atteint lorsque la différence entre deux mesures successives est inférieure ou

égale à 0,002 g. L'équilibre se produit une semaine à 6 semaines selon la nature du produit

(Kaymak-Ertekin et Sultanoglu, 2001; Kaymak-Ertekin et Gesik, 2004). Le temps requis

pour la pesée et le remplacement des échantillons dans les dessiccateurs est de 15 à 25

secondes (Kaymak-Ertekin et Gesik, 2004; Hossain et al., 2001). Lorsque l'équilibre

hygroscopique est atteint, les poudres des produits à caractériser sont séchées dans une étuve à

105 °C pendant 24 heures (Akkad et al, 2008) afin de déterminer leurs teneurs en eau. Le pourcentage d'eau adsorbée pour 100 g de matière sèche étant la teneur en eau en fonction du

temps permet de tracer la courbe de la prise d'eau des différents produits.

La détermination de la cinétique de la prise d'eau permet d'évaluer la teneur en eau du

produit. Cette évaluation de la teneur en eau permet de construire la courbe d'adsorption. La

construction de ces courbes d'isotherme d'adsorption permet de caractériser l'hygroscopicité

du produit.

2-4- Détermination des courbes d'isotherme d'adsorption expérimentales

La méthode utilisée pour la détermination des courbes d'adsorption est la méthode

gravimétrique statique ou méthode de microclimat (Lang et al., 1981). Cette méthode a été

recommandée par le groupe européen du projet COST 90 utilisant des dessiccateurs (Wolf,

Spiess et Jung, 1985). Elle consiste en la détermination de la cinétique de la prise d'eau et en

la détermination de la capacité maximale d'adsorption de chaque échantillon en fonction des

différentes humidités relatives (HR). Donc, le couple (HR. X) constitue un point de

l'isotherme de sorption. La représentation graphique de la courbe de l'isotherme de sorption

est constituée en abscisse des différentes aw ou HR d'équilibre des solutions salines saturées

et en ordonnées les teneurs en eau (X) en gramme (g) d'eau pour 100 g de matière sèche.

2-5- Modélisation des isothermes d'adsorption des différents échantillons

Le modèle de GAB (Guggenheim, Anderson et de Boer) qui est le plus utilisé et

présentant une large zone de validité est utilisé dans cette étude. Ce modèle est l'un des

meilleurs modèles théoriques pour la caractérisation des courbes de sorption des aliments

(Ferradji et aL, 2008). 11 est utilisé et accepté en technologie alimentaire par la plupart des chercheurs (Ferradji et al, 2008). Ce modèle est utilisé dans cette étude car il présente une

large zone de validité où l'humidité relative est comprise entre 10 à 95 % (Syamaladevi et

al, 2009 et Tonon et al., 2009). L'applicabilité de ce modèle sera évaluée par les critères que

25

sont le coefficient de corrélation (r), l'erreur quadratique moyenne (EQM), l'erreur moyenne

relative de déviation (E) et l'erreur standard de teneur en eau du produit (EST).

Le coefficient de corrélation (r) est l'un des premiers critères permettant d'ajuster le

lissage du modèle des courbes expérimentales et prédites. Il donne une indication de la qualité

de l'ajustement du modèle. Le lissage du modèle est meilleur lorsque r est proche de l'unité

(1) (Vega-Galvez et Lemus-Mondaca, 2008). En plus de r, l'EQM, l'E (%) et l'EST sont

aussi utilisées pour apprécier l'ajustement du modèle. Plus la valeur der est élevée, et que les

valeurs de l'EQM et de l'EST sont faibles alors nous notons que le modèle ajuste plus

parfaitement les données expérimentales (Foster et al, 2005; Chowdhury et al., 2006;

Jamali et al, 2006).

L'équation de GAB est de la forme suivante (Van de Berg, 1984; Labuza et al., 1985

et Oluwamukomi, 2009) :

Xo* C *K *aw X=-------------

(1-K * aw)(l-K * aw+C * K * aw)

X= teneur en eau à l'équilibre X0 = teneur en eau de la monocouche

Aw = activité de l'eau C et K sont les constantes du modèle de GAB.

Après transformation l'équation de GAB est la suivante (Hailwood et Horrobin, 1946;

Jouppila and Roos, 1997; Abramovlë et Klofutar, 2002) :

x= (a *aw2+ ~*aw+cr)

(1)

(2)

Pour obtenir les valeurs des constantes Xn, C et K, les équations suivantes sont utilisées

(Chen et Jayas, 1998) :

V P2 - 4 * a *a - ~ K=-------

2*a (3)

26

~ C= +2

a*K

~ Xo=

a* K* C

(4)

(5)

1

Xo, Cet K sont les trois paramètres de l'équation de GAB à déterminer. Ces trois paramètres

dérivent de la forme polynôme du second degré qui a été résolue par l'analyse multilinéaire de

régression pour obtenir graphiquement les constantes a, ~ et u.

L'erreur quadratique moyenne (EQM) se calcule comme suit (Sun, 1999 et McMinn et al.,

2007):

D

EQM = I(Xexp-Xlhéo)2*~ (6)

i=t

Avec Xexp = teneur en eau expérimentale

Xthéo = teneur en eau théorique

N = nombre de teneurs en eau expérimentales

L'erreur standard de teneur en eau du produit (EST) est calculée comme suit (Kouhila et al.,

2004; McMinn et al., 2007; Farahnaky et al, 2009).

Il

EST= f I (Xexp-.Xthéo )1 /(N- n) (7) i=t

Avec Xexp = teneur en eau expérimentale

Xthéo = teneur en eau théorique

N = nombre de teneurs en eau expérimentales

n = nombre de paramètres de l'équation de GAB

L'erreur moyenne relative de déviation (E) est déterminée selon la relation suivante ( Kouhila

et al., 2004 ; McMinn et al. , 2007; Tonon et al, 2009):

D

E(%) = I(Xexp-Xthéo) .100 (8) ï=i. Xex:p N

27

RESULTATS ET DISCUSSION

28

1- Résultats

1-1- Courbes d'isotherme d'adsorption expérimentales de la poudre de banane,

de gombo et de piment

Les valeurs expérimentales des teneurs en eau en fonction des aw des trois produits

mesurées à la température de 29 ± 0,45 °C après 45 jours de stabilisation sont présentées dans

le tableau 1 .

Aux aw comprises entre 0,11 et 0,75, la poudre de banane plantain adsorbe en moyenne

6,7 % d'eau et de 0,75 à 1, elle adsorbe 22,6 % d'eau. La poudre de gombo quant à elle

adsorbe faiblement de l'eau dont la moyenne est de 4,4 % aux aw comprises entre 0,11 et 0,85.

Au-delà de 0,85, la quantité d'eau moyenne adsorbée est de 21,73 %. Enfin, aux aw comprises

entre 0,11 et 0,85 la poudre de piment adsorbe en moyenne 2,76 % d'eau. Aux aw supérieures

à 0.85, la quantité d'eau moyenne adsorbée est de 17,52 %.

Tableau 1 : Valeurs expérimentales des teneurs en eau(% bs) des trois produits.

Activité de l'eau (aw) Xb, exp (% bs) Xg, exp (% bs) Xp, exp(% bs)

0,11 3,8 ± 1,35 1,9±0,61 0,86 ± 0,26

0,32 5,8 ± 1,87 2,41 ± 0,55 1,38 ± 0,36

0,43 6,4 ± 1,73 2,57 ± 0,6 1,6±0,46

0,56 7,45 ± 1,98 3 ± 0,9 1,86 ± 0,49

0,75 10,5 ± 2,19 3,63±1,11 2,13 ± 0,54

0,85 13,7 ± 3,07 6,3 ± 1,77 3,62 ± 1,06

0,90 17,17±4,2 10, 6 ± 2,84 6,8 ± 2.19

0,97 24,7 ± 7,17 20,09± 5,57 14,83 ± 4,27

1 33, 1 ± 8,28 28,06 ± 6, 36 21,14 ± 5,69

Xb, exp = teneurs en eau expérimentale de la poudre de banane

Xg, exp = teneurs en eau expérimentale de la poudre de gombo

Xp, exp = teneurs en eau expérimentale de la poudre de piment

(% bs) = pourcentage en base sèche

29

La figure 4 illustre la comparaison des courbes d'isotherme d'adsorption expérimentales

de la poudre de banane, de gombo et de piment. Les courbes sont classées dans l'ordre

hygroscopique décroissant suivant: la banane ensuite le gombo et le piment enfin. Les trois

courbes ont une allure sigmoïdale et présentent trois zones. Elles sont typiques à l'isotherme

de type II selon la classification Brunauer, Emmett et Teller (1938) comme pour la plupart

des produits agroalimentaires. Les zones sont les suivantes :

La zone I (a., = 0 à 0,32), présente une faible élévation de la teneur en eau de 2 %; 0,51 % et

0.52 % pour une variation de aw égal à 0,32 pour la poudre de banane, de gombo et de piment

respectivement. Ensuite la zone II (a, = 0,32 à 0,75) qui montre une élévation moyenne de la

teneur en eau de 4,7 % ; 1,22 % et 0,7 5% respectivement pour la poudre de banane, de

gombo et de piment pour une variation de aw égale à 0,43. Enfin la zone Ill (a; = 0,75 à 1),

présente une élévation exponentielle de la teneur en eau de 22,6 % ; 24,43 % et 19,01 % pour

une variation de aw égale à 0,22 (figure 4).

Cependant, aux humidités relatives inférieures ou égales à 75 %, la banane en poudre

adsorbe plus d'eau (10,5 ± 2,19 g / 100 g de matière sèche) que le gombo et le piment en

poudre (3,63± 1,11 et 2,13 ± 0,54 g / 100 g de matière sèche respectivement). De même, aux

HR comprises entre 75 % et 90 %, les produits adsorbent moyennement d'eau soit 17,17 ±

4,2 ; 10,6 ± 2,84 et 6,8 ± 2, 19 g / 100 g de matière sèche pour la banane, le gombo et le

piment respectivement (figure 4).

Par contre, aux HR supérieures à 90 %, ils adsorbent une grande quantité d'eau soit 33,1

± 8,28 g / 100 g de matière sèche pour la banane, 28,06 ± 6,36 g / 100 g de matière sèche pour

le gombo et 21,14 ± 5,69 g / 100 g de matière sèche pour le piment (figure 4).

Les trois produits sont classés dans l'ordre hygroscopique décroissant suivant: la

poudre de banane plantain suivi de la poudre de gombo et de la poudre de piment.

30

40 1

-+-Banane :; 35 I ---G)mbo ~ 30 î --+- Piment 0

'.=: 25 - en ~20 ;::1 ro

~ 15 (1) •... ~ 10 C Q) •...

5

0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

activité de l'eau

Figure 4: Comparaison des courbes expérimentales de l'isotherme d'adsorption de la poudre

de banane, de gombo et de piment.

31

1-2- Modélisation des courbes d'isotherme d'adsorption expérimentales de la

poudre de banane, de gombo et de piment

L'ajustement des teneurs en eau expérimentales des trois produits effectué par le modèle

de GAB (Guggenheim, Anderson et de Boer) permet de faire des comparaisons entre les

courbes expérimentales et celles prédites.

Les différentes teneurs en eau théoriques ont permis de construire les courbes de

l'isotherme d'adsorption expérimentales et prédites des trois produits étudiés. Ces courbes ont

une forme sigmoïdale et sont de type Il selon la classification de Brunauer et al (1938)

caractéristique des produits agroalimerntaires et plantes médicinales et aromatiques selon

lglesias et Chirifie (1982) et Akkad et al (2008). Ces courbes sont illustrées sur les figures

5, 6 et 7.

La figure 5 montre les courbes d'isotherme d'adsorption expérimentale et théorique de

la poudre de banane. On constate que sur toute la gamme des activités de l'eau, la courbe

théorique et la courbe expérimentale sont superposables c'est-à-dire qu'elles sont confondues.

,40 ------- théorique

35 i -+- expérimentale

..-. 30 00 à Cf, 1.5 0 0 ....• - zo ~ - <; 15 .•. ij •...

10 ~ i

5

0

0 0,1 0.1. 0.3 0.,4 0.5 0,6 o.- o.s 0,9 1 1.1

activité <le l'e:111

Figure 5: Comparaison des courbes d'isotherme d'adsorption expérimentale et théorique de la poudre banane.

Concernant la figure 6 qui représente la courbe de l'isotherme de sorption de la poudre

gombo, on observe que de 0, 11 à 0,60 a, les courbes théorique et expérimentale sont

confondues. Aux aw comprises entre 0,60 à 0,87 aw la courbe théorique est au-dessus de la

32

1

courbe expérimentale c'est-à-dire que le modèle est surestimé et à partir de 0,87 a, le modèle

est sousestimé car la courbe expérimentale est au-dessus de la courbe théorique.

~o 1

------- théorique

351 -+- expérimentale

..,, 30 Ei Of/ 25 0 0 ...• 20 ....•• :?!J •• 15 "' ij '- 10 i; ~ 5

0 0 0.1 0.2 0,3 OA 0.5 0.6 0,7 0.8 0.9 l 1.1

activité lie l'eau

Figure 6: Comparaison des courbes d'isotherme d'adsorption expérimentale et théorique de la poudre de gombo.

Pour ce qui est de la figure 7 qui montre les courbes d'isotherme d'adsorption de la

poudre de piment, on remarque que de O à 0,65 aw les deux courbes coïncident c'est-à-dire

qu'elles sont confondues. Aux aw comprises entre 0,65 à 0,87, l'équation est surestimée parce

que la courbe théorique est au-dessus de la courbe expérimentale. Mais aux aw supérieures à

0,87 la courbe expérimentale est au-dessus de la courbe théorique, l'équation est sousestimée.

33

1

-JO ------- théorique

35 1 ~ expérimentale

30 'fi

:3 QI, 25 0 0 ....•

20 - 1>1,

"' 15 •• ii •.. 10 a Ë 5

0 0 0,1 0.2 0,3 OA 0.5 0.6 o.- 0.8 0.9 1 1.1

activité de l'eau

Figure 7: Comparaison des courbes d'isotherme d'adsorption expérimentale et théorique de de la poudre de piment.

Les critères d'appréciation de I'applicabilité du modèle de GAB tels que le coefficient

de corrélation (r), l'erreur quadratique moyenne (EQM), l'erreur moyenne relative de

déviation (E) et l'erreur standard de teneur en eau du produit (EST) des trois produits en

poudre, calculés sont représentés dans le tableau 2. L'analyse de ces critères montre que le

coefficient de corrélation de la poudre de banane est der= 0,991, celui du gombo (r = 0,993)

et enfin celui du piment (r = 0,990). Il n'y a pas de différence statistiquement entre les

différents coefficients de corrélation des trois produits. L'ordre de classement croissant est

observé pour l'erreur quadratique moyenne (EQM) (1,2029, 4,4116 et 8,8548) respectivement

pour la banane plantain, le gombo et le piment en poudre. Ce même ordre croissant est

observé pour l'erreur standard de teneur (EST) des trois produits. L'erreur moyenne de

déviation de la poudre de banane plantain (E(¾) = 0,316), celle du gombo (E(¾) = 0.945 et celle du piment (E(¾) = 1,73 évoluent respectivement dans cet ordre de classement croissant.

Pour ce qui est des paramètres de GAB représentés dans le tableau 2, nous observons

que les trois produits n'ont pas les mêmes valeurs de la teneur en eau de la monocouche Xo.

La teneur en eau de la monocouche représente la quantité d'eau maximum en-dessous de

laquelle l'eau n'est pas disponible pour les réactions chimiques et biochimiques. Ce paramètre

est important pour le contrôle de la stabilité des produits pendant l'entreposage. Ainsi, la

poudre de la banane plantain CX:o = 3,852) est la plus élevée suivie de celle de la poudre de

gombo CX:o= 1,296) et celle du piment (Xo = 0,797). Ces teneurs en eau de la monocouche des

34

poudres de la banane plantain, du gombo et du piment correspondent respectivement aux

activités de l'eau de 0,11, 0,075 et 0,106.

Tableau 2 : Paramètres et constantes estimés du modèle de GAB.

Modèle Banane Gombo Piment

Xo 3,852 1,2969 0,7972

C 2,0786 3,6647 2,3877

K 0,8666 0,9496 0,9514

GAB 1 EQM 1,2029 4,4116 8,8548

EST 1,3873 2,6242 3,764

r 0,991 0,993 0,990

35

2- Discussion

Les courbes d'adsorption de la poudre de banane, de gombo et de piment au cours de

cette étude, ont une forme sigmoïdale selon la classification de Brunauer et al. (1938). Les

courbes d'isotherme d'adsorption de la banane, du gombo et du piment en poudre sont de type

II, caractéristique des produits agroalimentaires. Ces résultats sont similaires à ceux de

Johnson et Brennan (2000) et de Medeiros et al (2006) qui ont travaillé respectivement sur

les poudres de bananes plantain, de cacao et de chocolat. Cette forme sigmoïdale typique est

caractéristique des produits agroalimentaires contenant du sucre qui absorbe une faible

quantité d'eau à basses activités d'eau et une grande quantité d'eau à hautes activités d'eau

(Yué et Tano, 2008). Ces résultats sont conformes à ceux de Goula et al. (2008) qui ont

travaillé sur la poudre de tomate. La poudre de la banane plantain est plus hygroscopique que

celles du gombo et du piment. Ceci peut être expliqué par le fait que la banane a un taux élevé

de glucide par rapport à ceux du gombo et du piment et qui favoriserait la grande adsorption

de la vapeur d'eau. Ce résultat est similaire à ceux de Ferradji et al. (2008a) qui stipulaient

que les produits riches en glucides sont plus hygroscopiques que ceux ayant un faible taux de

glucides.

Aux faibles activités de l'eau (a, < 0,43), les trois produits adsorbent une faible

quantité d'eau. Ceci est dû à la faible attraction entre l'eau et les constituants des produits.

Selon Ferradji et al. (2008a,b), cette faible adsorption aux faibles a; s'expliquerait par le fait

que la vapeur d'eau est adsorbée par les groupements hydroxyles des glucides cristallisés.

Selon ces auteurs, ces molécules d'eau sont considérées comme une partie intégrante de la

phase solide. Cependant, aux activités de l'eau élevées (a; > 0,43), ils adsorbent une quantité

importante d'eau. La grande adsorption d'eau est due à la grande capillarité qui est typique à

la plupart des produits alimentaires (Yué et Tano, 2008). Cette grande adsorption d'eau peut

expliquer d'une part par la dissolution des glucides et d'autre part par le passage des

glucides de l'état cristallin à l'état amorphe, ce qui augmente la quantité d'eau adsorbée après

cette transition qui est due à l'augmentation du nombre de sites d'adsorption (Ferradji et al.,

2008a). La rétention d'eau est influencée en effet par l'état cristallin ou amorphe des glucides

(Saravacos et al., 1986).

L'applicabilité du modèle de GAB est appréciée par des critères. Ainsi les coefficients

de corrélation (r) des trois produits sont élevés tandis que leurs erreurs moyennes relatives de

déviation et leurs erreurs quadratiques moyennes sont faibles ( Arévalo-Pinedo et al., 2004 ;

Oluwamukomi, 2009). Ce résultat est en accord avec ceux de Farabnaky et al (2009) sur la

36

modélisation des isothermes d'adsorption des figues et de AI-Muhtaseb et al. (2004) sur la

modélisation des patates par l'équation de GAB. Le coefficient de corrélation de la banane est

égal à 0,991 tandis que ceux du gombo et du piment sont respectivement 0,993 et 0,990. Le

modèle de GAB est applicable à la banane, au gombo et au piment. Ceci est en accord avec

les travaux de Akanbi et al (2006) qui disaient que le modèle de GAB est applicable si

r 2: 85 %.

Après analyse, E (%) et EQM des trois produits évoluent dans le même sens c'est-à-dire

de manière croissante de même que E (%) et EST. Ce résultat est similaire à ceux de Jamali

et al. (2006) qui ont travaillé sur l'isotherme d'adsorption-désorption des feuilles de Citrus

reticulata et de Farabnaky et al (2009) sur l'effet du glycérol dans l'isotherme de sorption

des figues. L'ajustement du modèle de GAB est acceptable lorsque l'erreur moyenne relative

(E (%)) est inférieure à JO %. Les différentes erreurs moyennes relatives des trois produits

sont inférieures à 10 %. Ces résultats sont similaires à ceux de Johnson et Brennan (2000) et

de Farahnaky et al. (2009). Ces propos ont été aussi rapportés par McMinn et al (2007) et

Oluwamukomi (2009) concernant la modélisation de l'adsorption des biscuits de farine

d'avoine et de flocons d'avoine et la modélisation des gari respectivement par l'équation de

GAB.

La valeur élevée de r n'est pas le seul critère d'appréciation de l'applicabilité du

modèle. Il faut aussi des valeurs faibles de l'EQM et de l'EST (Arévalo-Pinedo et al., 2004).

Les faibles valeurs des différentes EQM et EST permettent de dire que le modèle de GAB est

applicable aux trois produits en poudre (Banane, gombo et piment). Cela est justifié par les

travaux de Ferradji et al (2008a, b) sur l'isotherme d'adsorption des dattes et sur les

pommes chargées de solutés et séchées. Selon ces auteurs, lorsque E (%) est inférieure à 10 %

et que EQM et EST ont des valeurs faibles, le modèle est applicable.

Le modèle de GAB peut être utilisé pour prédire la valeur de la teneur en eau à

l'équilibre, de la teneur en eau de la monocouche et les enthalpies de liaisons de la

monocouche et de la multicouche. Cela a été démontré par les travaux de Ferradji et al.

(2008a) sur l'isotherme d'adsorption des dattes de même que les travaux de Oluwamukomi

(2009) sur la modélisation des garis. Le modèle de GAB donne une signification physique

aux valeurs des paramètres. Ainsi, la teneur en eau (Xo) de la monocouche représente la

quantité d'eau adsorbée pour laquelle tous les sites hydrophiles disponibles sont liés à la

première monocouche d'eau à la surface de l'absorbant (Ferradji et al, 2008b). Elle

représente la quantité d'eau maximum en-dessous de laquelle l'eau n'est pas disponible pour

les réactions chimiques et biochimiques. Ce paramètre est important pour le contrôle de la

37

stabilité des produits pendant l'entreposage (Ferradji et Malek, 2005). Ces valeurs de la

teneur en eau de la monocouche des produits indiquent que les réactions chimiques

d'altération sont faibles et la stabilité des trois produits est satisfaisante au cours de

l'entreposage (Karel, 1975). Cependant, les différentes valeurs de la monocouche

déterminées des poudres de banane, de gombo et de piment correspondent aux aw de 0,11,

0,075 et 0, 106 respectivement. Ces valeurs sont inférieures à 0,6 qui est le seuil minimal pour

le développement des micro-organismes tels que les levures, les moisissures et les bactéries

(Marc et al, 2004). De même, des réactions d'oxydation des lipides et des réactions

enzymatiques pourraient être observées. Selon Marc et al (2004) les réactions d'oxydation

des lipides peuvent s'observer à des aw inférieures à 0,1. L'oxydation des lipides constitue

souvent le facteur limitant de la conservation de certains aliments déshydratés. En effet, le

rancissement est une des principales réactions de détérioration des aliments à faible ou

moyenne teneur en eau; il s'observe même pour des aw comprises entre O et 0,2 environ

(Pierre et Thomas, 2006). Ainsi, le gombo ayant un taux élevé en lipide et une aw proche de

0 pourrait subir ce type de détérioration. Ce résultat est en accord avec celui de Pierre et

Thomas (2006) qui stipulaient que pour les aw inférieures à 0, 1, les risques d'oxydation des

lipides sont très élevés. Ils poursuivent pour dire que cette faible dépendance vis-à-vis de

l'eau peut s'expliquer par le fait que les réactions impliquant des substrats lipidiques se

déroulent aux interfaces. Selon Marc et al (2004) les réactions enzymatiques peuvent se

manifester à des aw inférieures à 0,2, qui est un phénomène observé dans le cas de la lipase.

Aussi, Castaigne (1992) fait savoir que certaines enzymes comme la lipase agissent même à

des aw très faibles, même à l'état congelé.

38

CONCLUSION ET PERSPECTIVES

39

Au terme de cette étude, la détermination et la modélisation des isothermes

d'adsorption constituent une étape incontournable dans tout procédé de séchage et

d'entreposage des denrées alimentaires. Leur connaissance constitue une étape indispensable

pour mieux comprendre et appréhender les problèmes liés à la conservation, c'est-à-dire à

l'entreposage. Les résultats expérimentaux de cette étude obtenus, ont permis de calculer les

teneurs en eau théoriques de la poudre de banane, de gombo et de piment à 29 ± 0,45°C. Ces

résultats ont aussi permis de déterminer la teneur en eau de la monocouche de la banane, du

gombo et du piment par l'équation de GAB et les valeurs des constantes C et K. Les trois produits présentent des courbes d'isothermes d'adsorption de type II. Parmi les trois produits,

la banane est plus hygroscopique que les deux autres. Les courbes d'isothermes d'adsorption

des produits sont correctement lissées par le modèle de GAB et elles suivent l'allure générale

des courbes d'adsorption des produits alimentaires.

Enfin, connaissant les teneurs en eau d'équilibre des poudres de banane, de gombo et de

piment, nous envisageons déterminer les cinétiques de leur séchage. Aussi, envisageons-nous

déterminer le type d'emballage qui serait approprié pour la conservation de ces produits en vue de leur vulgarisation. De même, nous envisageons rechercher des équations capables

d'ajuster avec précision les isothermes de sorption de ces trois produits.

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