Alai

Une réduction régulière des régimes conventionnels à base d’animaux est déjà en train de se produire au milieu de graves préoccupations concernant l’impact négatif du réchauffement climatique. Par rapport aux régimes à base d’animaux, les régimes à base de plantes sont associés à une meilleure utilisation des ressources primaires, produisent moins d’émissions de CO2 au cours de leur production et utilisent des pratiques environnementales moins dommageables. Cependant, l’obtention d’une quantité importante des nutriments contenus dans les produits agricoles n’est pas toujours facile, pour de nombreuses raisons.

Nous utiliserons les feuilles de manioc comme étude de cas pour illustrer comment des composés toxiques et antinutritionnels d’origine naturelle nous ont empêchés – jusqu’à présent – d’accéder à cette ressource extrêmement inexploitée de millions de tonnes de protéines, de fibres alimentaires et prébiotiques, de caroténoïdes de la provitamine A et de vitamines B1, B2, B3 et C.1-3.

Cassava

La culture du manioc joue un rôle important, tant en termes de sécurité alimentaire qu’en tant que culture commerciale, et offre des possibilités utiles pour maintenir les moyens de subsistance de millions d’agriculteurs dans 105 pays tropicaux et subtropicaux1-3. Sa plantation nécessite peu d’entretien en termes de besoins en eau et en sol, ainsi que d’investissement en temps, en travail et en argent, ce qui en fait un excellent candidat pour les régions pauvres connaissant des périodes de sécheresse prolongées.1,4

Selon les données 2017 de la base de données statistiques d’entreprise de l’Organisation des Nations unies pour l’alimentation et l’agriculture (FAOSTAT), le Nigeria est le premier producteur de racines de manioc au monde avec un chiffre de production de 59,5 millions de tonnes qui correspond à 20 % de la production mondiale. Le Ghana est également un acteur important, produisant 18,5 millions de tonnes de racines de manioc, ce qui correspond à six pour cent de la production mondiale. Bien que le manioc soit principalement cultivé pour ses racines amylacées, ses feuilles sont également comestibles après les traitements nécessaires et sont utilisées dans les plats locaux en Afrique comme une bonne source de protéines et de micronutriments, bien qu’elles soient encore nommées « l’aliment du pauvre ».4

Les feuilles de manioc ont une teneur élevée en protéines, atteignant jusqu’à 38 pour cent de matière sèche, et un profil d’acides aminés bien équilibré. Selon le cultivar, la teneur en fibres alimentaires brutes des feuilles de manioc peut atteindre jusqu’à 20 pour cent de leur poids sec, dépassant d’un facteur deux celle des racines. Les feuilles sont également riches en vitamines telles que B1, B2, B3, C, en caroténoïdes de provitamine A (pVAC) et en minéraux, qui, avec les protéines, pourraient être mieux utilisés pour aider à soulager la malnutrition et à réduire le retard de croissance – c’est-à-dire les populations souffrant de malnutrition chronique sur les marchés en développement. La réduction des retards de croissance a été fixée comme deuxième objectif de développement durable des Nations unies (ONU) et représente un défi majeur en Afrique subsaharienne, au même titre que la carence en vitamines A et B.

La carence en vitamine A, qui touche principalement les enfants et les femmes, entraîne des troubles de la vision, diminue la capacité à combattre les infections et réduit le taux de croissance et le développement osseux – pouvant même entraîner la mort d’enfants dans les cas graves. Dans les pays en développement, les plantes constituent la principale source de vitamine A sous forme de CVCp, dont l’absorption est très faible car elle est piégée dans les organelles et les parois cellulaires des plantes. La biodisponibilité des pVACs peut être améliorée jusqu’à six fois pendant le traitement (par exemple, l’homogénéisation mécanique), tandis que le concept d’utilisation des pVACs comme ingrédient alimentaire ajouté améliore leur bioaccessibilité jusqu’à un ordre de grandeur.5

L’amélioration de la composition des aliments transformés en incluant des quantités plus élevées de protéines, de fibres alimentaires et prébiotiques et d’autres ingrédients précieux est conforme aux directives nutritionnelles modernes. Par exemple, la consommation de fibres alimentaires (FD) a été liée à une diminution du risque de nombreux troubles de la santé, y compris les maladies cardiovasculaires, le diabète de type II, la constipation, et on pense qu’elle a un effet rassasiant.6-8

Malgré les avantages d’un régime riche en FD, l’apport recommandé (20-35g/jour)9 est rarement atteint pour la grande majorité de la population générale, en particulier dans les marchés développés. Par conséquent, l’inclusion d’ingrédients à base de FD dans les aliments transformés pourrait constituer un moyen alternatif d’augmenter la consommation de fibres alimentaires de la population générale. Cependant, l’augmentation de la teneur en FD, en protéines ou en tout autre ingrédient de valeur représente un défi considérable en termes de coûts de formulation des produits pour l’industrie alimentaire. Il s’ensuit que l’extraction et la purification rentables d’ingrédients alimentaires précieux à partir des feuilles de manioc peuvent être très utiles pour améliorer la composition des formulations alimentaires commerciales sur les marchés développés et en développement.

Le tableau 1 décrit le potentiel économique des feuilles de manioc, en supposant deux niveaux d’isolement des ingrédients (simple et détaillé) et en utilisant les prix des ingrédients B2B. Le potentiel économique d’une tonne de feuilles fraîches et d’un processus de bioraffinage simple peut atteindre environ 563 £.

Les feuilles de manioc ont le même rendement en termes de matière fraîche que les racines, ainsi la production mondiale annuelle de feuilles peut être estimée à près de 300 millions de tonnes. En revanche, le volume estimé de feuilles consommées est inférieur à un million de tonnes par an.1 Ceci est facilement compréhensible puisque la majorité de la consommation de feuilles est destinée à un usage domestique uniquement et a lieu après un processus de détoxification domestique assez long qui implique le pilonnage ou le broyage suivi d’un long chauffage. Malheureusement, il n’existe aucune exploitation industrielle pratique des feuilles de manioc, que ce soit comme produit agricole légitime ou comme source d’ingrédients alimentaires. La cause première de la non-valorisation industrielle des feuilles de manioc est leur haute toxicité due aux glucosides cyanogènes et, dans une moindre mesure, l’existence d’autres composants antinutritionnels, tels que le phytate, l’oxalate et l’inhibiteur de trypsine10,11.

Les feuilles de manioc contiennent des niveaux élevés de glucosides cyanogènes (95 pour cent de linamarine et cinq pour cent de lotaustraline), qui sont situés dans les vacuoles de chaque cellule et peuvent être hydrolysés par la linamarase basée dans les parois cellulaires. Lors de la rupture cellulaire, la linamarase génère du glucose et de l’acétone cyanohydrine, qui sont ensuite décomposés en cyanure d’hydrogène (HCN), un produit volatil toxique.12

Cette dernière étape peut se produire soit spontanément, soit à la suite de l’action enzymatique de l’α-hydroxynitrilase, qui est également liée à la paroi cellulaire13,14. Le cyanure d’hydrogène (HCN) est hautement toxique pour les humains et les animaux, l’ingestion de 50 à 100 mg étant connue pour causer des décès.11 La toxicité chronique induite par l’alimentation est une autre cause principale de préoccupation, en particulier pour les populations où le manioc est un aliment de base. Le konzo, la neuropathie ataxique tropicale, l’exacerbation du goitre et le crétinisme sont les troubles de la toxicité du manioc les plus fréquemment rapportés.2,11 Pour prévenir la toxicité chronique, une limite maximale de 10mg de HCN total/Kg de farine de manioc a été proposée par le Codex depuis 1991.11

En plus de l’ingestion, le rejet de cyanure d’hydrogène gazeux dans l’environnement est également connu pour être gravement dangereux pendant le traitement industriel de la racine de manioc et même au niveau du chalet15. Le National Research Council des Etats-Unis (2002) a établi des niveaux indicatifs d’exposition aiguë (AEGL-3) basés sur la mortalité pour le HCN inhalé entre 30mg/m3 pour une exposition de 10 minutes et 7,3mg/m3 pour une exposition de huit heures. Le NRC (2002) a rapporté des AEGL-1 non invalidants dans la gamme de 2.8mg/m3 pour une exposition de 10 minutes jusqu’à 1mg/m3 pour une exposition de huit heures. La susceptibilité des feuilles de manioc à une décomposition rapide, associée à la perte d’intégrité cellulaire et à des niveaux de cyanures jusqu’à 20 fois plus élevés que ceux des racines de manioc9, suggère que les feuilles fraîches devraient rejeter des quantités importantes de cyanure d’hydrogène toxique dans leur environnement immédiat. Par conséquent, toute approche de détoxification industrielle qui ne manquera pas d’entraîner le transport de plusieurs tonnes et le stockage de dizaines de tonnes de feuilles doit non seulement se concentrer sur le respect de la limite d’ingestion du Codex de 10mg/kg de produit final, mais il est également important de mettre en œuvre des stratégies d’atténuation des risques pour s’assurer que les émissions de cyanure d’hydrogène sont loin de l’AEGL-3 qui met la vie en danger et contenues à l’AEGL-1 non invalidant.

En outre, les processus de détoxification conventionnels mentionnés dans la littérature pour les feuilles de manioc sont intensifs en main-d’œuvre et en énergie, il n’est donc pas facile d’exploiter industriellement la grande quantité de feuilles qui se perd après la récolte. De plus, les composés toxiques et anti-nutritionnels résiduels laissés dans les feuilles rendent ces approches insuffisamment efficaces et limitent l’exploitation de cette ressource potentiellement très bénéfique. Il existe donc un besoin pour une approche de détoxification plus verte et plus efficace pour faciliter l’utilisation industrielle des feuilles de manioc.

Compte tenu de notre analyse des risques, une partie importante de tout processus industriel consistera à prévenir les émissions de cyanure d’hydrogène, garantissant ainsi que la biomasse de feuilles ne constitue pas une menace pour la santé et la sécurité du public et des personnes impliquées dans le transport, le stockage et le traitement de volumes élevés de feuilles de manioc.

Guidés par ces réflexions et financés par un projet UoR-GCRF (Global Challenges Research Fund), nous avons eu la chance d’atteindre la preuve de concept d’une approche de détoxification basée sur l’industrie, qui consiste à sécher au soleil les feuilles de manioc au niveau de la ferme pour accomplir une première réduction du cyanure induite par le séchage et empêcher toute émission supplémentaire de cyanure. Les feuilles séchées sont ensuite transformées en poudre par broyage industriel à impact. La poudre est reconstituée dans de l’eau et le pH de la bouillie est maintenu entre 3,5 et 4 pour éviter toute réaction indésirable. L’application de la décantation et de la microfiltration permet d’obtenir une farine de feuilles usagées humide dont le niveau de cyanure est non détectable. Un séchage conventionnel ultérieur produit ensuite une farine de feuilles.

Le premier jour, les délégués se sont vus présenter la percée en matière de détoxification et des informations contextuelles relayant la production agricole et les avantages nutritionnels qu’elle offre, ainsi que des détails sur l’agriculture et l’économie en Afrique subsaharienne. Le deuxième jour, les délégués se sont concentrés sur la sélection de la meilleure voie à suivre pour l’exploitation industrielle de la percée.

Établir un processus techniquement et financièrement viable pour générer des ingrédients alimentaires à base de feuilles de manioc exemptes de toxiques et d’antinutriments (T&AfCL) a été considéré comme une priorité absolue. La majorité des délégués ont exprimé une forte préférence pour que les ingrédients alimentaires T&AfCL se présentent sous la forme de farines/poudres peu raffinées afin de minimiser le temps de développement et les coûts de production du raffinage de ces ingrédients. Les délégués ont suggéré que, étant donné l’abondance des feuilles de manioc et leur faible prix commercial, de tels ingrédients alimentaires T&AfCL pourraient devenir un véhicule pour promouvoir une nutrition abordable à travers l’Afrique subsaharienne.

Nous pensons que la voie à suivre pour les feuilles de manioc, ainsi que pour d’autres ressources végétales inexploitées, nécessite de se concentrer davantage sur le développement de technologies qui pourraient fournir une détoxification et une élimination des composés anti-nutriments. S’attaquer à la mauvaise absorption des nutriments provenant de sources végétales nécessitera l’exploration de la relation entre la structure des tissus végétaux et la libération des nutriments dans l’intestin.

1. Latif S, Müller J. Potentiel des feuilles de manioc dans la nutrition humaine : A review. Trends in Food Science & Technology 2015, 44, 147-158
2. Burns AE, Gleadow RM, Zacarias AM, Cuambe C E, Miller RE, Cavagnaro TR. Variations de la composition chimique des feuilles et des racines de manioc (Manihot esculenta Crantz) affectées par la variation génotypique et environnementale. Journal of Agricultural and Food Chemistry 2012, 60, 4946-4956
3. Montagnac JA, Davis CR, Tanumihardjo SA. Valeur nutritionnelle du manioc pour une utilisation comme aliment de base et progrès récents pour l’amélioration. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 2009, 8, 181-194
4. Achidi AU, Ajayi OA, Bokanga M, Maziya-Dixon B. The use of cassava leaves as food in Africa. Ecol Food Nutr 2005, 44, 423-435
5. Hof KHV, West CE, Weststrate JA, Hautvast JGAJ. Facteurs alimentaires qui affectent la biodisponibilité des caroténoïdes. J Nutr 2000, 130, 503-506
6. Lattimer JM, Haub MD. Effets des fibres alimentaires et de leurs composants sur la santé métabolique. Nutrients 2010, 2, 1266-89
7. Kristensen M, Jensen MG. Les fibres alimentaires dans la régulation de l’appétit et de la prise alimentaire. Importance de la viscosité. Appetite 2011, 56, 65-70
8. Harris PJ, Smith BG. Parois cellulaires végétales et polysaccharides de parois cellulaires : structures, propriétés et utilisations dans les produits alimentaires. International Journal of Food Science & Technology 2006, 41, 129-143
9. Redgwell RJ, Fischer M. Dietary fiber as a versatile food component : An industrial perspective. Mol Nutr Food Res 2005, 49, 521-535
10. Latif S, Zimmermann S, Barati Z, Muller J. Détoxification des feuilles de manioc par traitements thermiques, au bicarbonate de sodium, enzymatiques et ultrasoniques. J Food Sci 2019, 84, 1986-1991
11. Montagnac JA, Davis CR, Tanumihardjo SA. Techniques de traitement pour réduire la toxicité et les antinutriments du manioc pour une utilisation comme aliment de base. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 2009, 8, 17-27
12. Sornyotha, Kyu KL, Ratanakhanokchai K. Purification and detection of linamarin from cassava root cortex by high performance liquid chromatography. Food Chem 2007, 104, 1750-1754
13. White WLB, Arias-Garzon DI, McMahon JM, Sayre RT. Cyanogenèse dans le manioc. The role of hydroxynitrile lyase in root cyanide production. Plant Physiol 1998, 116, 1219-1225
14. Bradbury JH, Denton IC. Méthodes douces de traitement des feuilles de manioc pour éliminer les cyanogènes et conserver les nutriments clés. Food Chem 2011, 127, 1755-1759
15. Okafor PN, Okorowkwo CO, Maduagwu EN. Expositions professionnelles et alimentaires des humains à l’empoisonnement au cyanure provenant de la transformation du manioc à grande échelle et de l’ingestion d’aliments à base de manioc. Food Chem Toxicol 2002, 40, 1001-1005

Reconnaissance

Les auteurs souhaitent remercier le soutien financier du projet « Converting cassava leaves into marketable food ingredients » UoR-GCRF.