Modeling lactic acid fermentation of gowé, a sorghum-based fermented beverage

Munanga Bettencourt de Jesus, Mestres Christian, Loiseau Gérard, Adinsi Laurent, Fliedel Geneviève, Sacca Carole, Akissoé Noël, Kouame Christelle, Grabulos Joël, Hounhouigan Joseph Djidjoho. 2014. Modeling lactic acid fermentation of gowé, a sorghum-based fermented beverage. In : Report on the AFTER Congress: Promoting traditional African foods: innovations, quality and market access. ESP-UCAD, CIRAD, AAFEX. Dakar : UCAD-CIRAD, Résumé, 2 p. AFTER Congress. 1, Dakar, Sénégal, 11 Novembre 2014/12 Novembre 2014.

Titre français : Modélisation de la fermentation lactique du gowé, une boisson fermentée à base de sorgho

Résumé : The Gowe is a Beninese traditional cooked paste pre pared from sorghum. It is sold as is and then diluted and consumed in as a sweet, slightly acidic drink. The traditional manufacture of Gowe includes the unit operations of malting, fermentation and cooking. A Gowé of high quality relies on a sufficient acidification during fermentation and th e hydrolysis of starch by the malt amylases which produces fermentable substrates and imparts a sweet taste. The kinetic of lactic fermentation thus depends on the malt amylasic activities that are in return inhibited by the acidification due to the production of lactic acid. In addition, the Gowe sh all present a good sanitary quality that will be promoted by a fast and sufficient acidification. Th e objective of this study is to propose a global model combining predictive microbiology and predictive biochemistry, for predicting and optimizing the preparation of a Gowe with high organoleptic an d sanitary qualities. Two strains of Lactobacilli ( Lb casei and Lb brevis ), known to have different potentialities for acidification were grown on liquid medium MRS. A pathogenic strain of Bacillus cereus was grown on nutrient broth to test the resistance to contamination of the gowe and thus ensure the sanitary quality. We modelled the growth of the strains at constant pH according to a logistic model that determines the growth rate and the duration of the lag phase. Secondly, a cardinal model was used to model the effect of temperature and pH on the gr owth. The kinetics of mortality of B. cereus with pH has also been modelled using reaction of order 1 . We then determined the speed of production of lactic acid, which increases linearly with the r ate of growth of lactic acid bacteria, and modeled the effect of lactic acid on the pH of the medium. The variation of α-amylase activity with temperature and pH was also modeled with empirical laws and the rate of the hydrolysis of starch and of the production of free sugars (mainly glucose and maltose) was modelled by enzymic kinetic with competitive inhibition by the products of reactions (sugar free). A global fermentation simulator was then built. The comparison of measured and predicted values showed that the model gave a fairly good prediction of the microbial populations (Lactobacilli and B. cereus ), but also the acidity and the rate of free sugars . This tool thus allowed proposing scenarios of fermentation to optimize both the organoleptic and sanitary qualities of gowe. Several optimized scenarios could be offered to economic operators, depending on their technological level.

Résumé (autre langue) : Le Gowé est une pâte cuite traditionnelle originaire du Bénin préparée à partir de sorgho. Vendue en l'état, elle est ensuite diluée et consommée sous forme d'une boisson sucrée et légèrement acide. La fabrication traditionnelle de Gowé comprend les étapes de maltage, fermentation et cuisson. Un Gowé de bonne qualité organoleptique s'appuie sur une acidification suffisante pendant la fermentation et l'hydrolyse de l'amidon du sorgho par les amylases du malt qui produit des substrats fermentescibles et confère au produit un goût sucré. La cinétique de la fermentation lactique dépend donc des activités amylasiques du malt qui sont inhibées en retour par l'acidification due à la production d'acide lactique. En outre, le Gowé doit présenter une bonne qualité sanitaire qui sera favorisée par une acidification rapide et suffisante du produit. L'objectif de cette étude est de proposer un modèle global couplant microbiologie prévisionnelle et biochimie prédictive, permettant de prédire et d'optimiser la préparation d'un Gowé de haute qualité organoleptique et sanitaire. Deux souches de lactobacilles (Lb casei et Lb brevis), connues pour avoir différentes potentialités d'acidification ont été cultivées sur milieu MRS liquide. Une souche pathogène de Bacillus cereus a été cultivée sur bouillon nutritif pour tester la résistance à la contamination du gowé et ainsi en assurer la qualité sanitaire. Nous avons modélisé la croissance des souches à pH constant selon un modèle logistique, qui détermine le taux de croissance et la durée de la phase de latence. Deuxièmement, un modèle cardinal a été utilisé pour modéliser l'effet de la température et du pH sur la croissance. La cinétique de mortalité de B. cereus en fonction du pH a par ailleurs été modélisée en utilisant une réaction d'ordre 1. Nous avons ensuite déterminé la vitesse de production d'acide lactique, qui croît linéairement avec le taux de croissance des bactéries lactiques, et modélisé l'effet de la teneur en acide lactique sur le pH du milieu. La variation de l'activité α-amylasique avec la température et le pH a été par ailleurs modélisée avec des lois empiriques et la vitesse d'hydrolyse de l'amidon et de production des sucres libres (principalement glucose et maltose) modélisés par une cinétique enzymatique avec inhibition compétitive par les produits de réactions (sucres libres). Un simulateur de fermentation global a été alors construit. La comparaison des valeurs mesurées et prédites a montré que le modèle donnait une assez bonne prédiction des populations microbiennes présentes (Lactobacilles et B. cereus), mais aussi de l'acidité et du taux de sucres libres. Cet outil a permis ainsi de proposer des scénarios de fermentation permettant d'optimiser à la fois les qualités organoleptique et sanitaire du gowé. Plusieurs scénarios optimisés peuvent être proposés aux opérateurs économiques, en fonction de leur niveau technologique. (Texte intégral)

Classification Agris : Q02 - Traitement et conservation des produits alimentaires
Q04 - Composition des produits alimentaires

Auteurs et affiliations

• Munanga Bettencourt de Jesus, CIRAD-PERSYST-UMR Qualisud (FRA)
• Mestres Christian, CIRAD-PERSYST-UMR Qualisud (FRA)
• Loiseau Gérard, Montpellier SupAgro (FRA)
• Adinsi Laurent, UAC (BEN)
• Fliedel Geneviève, CIRAD-PERSYST-UMR Qualisud (FRA)
• Sacca Carole, CIRAD-PERSYST-UMR Qualisud (FRA)
• Akissoé Noël, UAC (BEN)
• Kouame Christelle
• Grabulos Joël, CIRAD-PERSYST-UMR Qualisud (FRA)
• Hounhouigan Joseph Djidjoho, UAC (BEN)

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/585254/)

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