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Cinétique de l'élimination du cyanure dans le manioc

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par Emmanuel ATIBU KAZINGUVU
Université de Kinshasa - Licence en Sciences groupe Chimie 2004
  

Disponible en mode multipage

TABLE DES MATIERES

DEDICACE...................................................................................................i

AVANT-PROPOS..........................................................................................ii

TABLE DES MATIERES 1

INTRODUCTION 3

CHAPITRE I: GENERALITES 6

I.1. GENERALITES SUR LE MANIOC 6

I.1.1. Historique et origine 6

I.1.2. Description sommaire 6

I.1.3. Composition chimique. 7

I.2. Etude Cinétique . 8

CHAPITRE II. L'ACIDE CYANHYDRIQUE ET LA TOXICITE DU MANIOC 9

II.1. L'acide cyanhydrique et la toxicité du manioc 9

II.3. Maladies liées à la toxicité du manioc . 13

PARTIE EXPERIMENTALE 16

CHAPITRE III. MATERIELS ET METHODE 17

III.1. Matériels 17

III.1.1. Echantillons 17

III.1.2. Appareillage 17

III.2. Méthode 17

IV.1.Détermination des paramètres cinétiques 23

IV.2. Contribution à l'étude thermodynamique. 27

IV.2.1. Détermination de la constante de partage vrai. 27

IV.2.2. Détermination de l'enthalpie libre 30

CONCLUSION 35

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 36

INTRODUCTION

Le manioc est le plus important tubercule tropical cultivé. Ce tubercule constitue une source majeure d'énergie diététique pour plus de 500 millions de personnes.

Il est connu comme le meilleur producteur des hydrates de carbone (sucres) parmi les cultures de produits de base.

Selon FAO, le manioc occupe la 4ème place des cultures vivrières dans les pays en voie de développement après le riz, le maïs et le blé. Les feuilles de manioc sont relativement riches en protéines, vitamines A et B et sont aussi comestibles.

Selon FAO et IFAD le manioc peut être le point de départ important pour la croissance dans plusieurs pays si la diversification de la production et l'utilité commerciale de cet important tubercule est améliorée. (9)

Le problème majeur est la présence du cyanure dans le manioc qui est un poison et qui doit être éliminé avant la consommation. Jusqu'à nos jours, il n' y a pas de méthode de traitement approprié pour se débarrasser du cyanure dans le pays en voie de développement tel que la République Démocratique du Congo.

La consommation du manioc contenant le cyanure conduit quelques fois à une terrible maladie nerveuse appelée "KONZO" et aussi provoque-t-elle l'apparition du goitre chez un nombre important de personnes.

Le KONZO qui signifie en YAKA (une des langues du Bandundu) jambes fatiguées, est une maladie caractérisée par une paralysie de deux jambes et la personne atteinte voit ses deux jambes trembler et s'affaiblir, elle devient incapable de se tenir débout. Il y a certainement à notre avis une relation entre la présence du cyanure dans le manioc et cette maladie.

Il y a plusieurs procédés utilisés pour le traitement du manioc qui donnent différents produits et dépendent d'une région, d'un pays à l'autre.

En République Démocratique du Congo par exemple, le manioc est traité avec des techniques traditionnelles ; on a: les feuilles de manioc pilées, pâte de manioc, croquettes de manioc, farine de manioc (fufu), chikwangue, purée de manioc, gâteau de manioc, semoule de manioc, etc. Ces produits représentent la principale nourriture pour plus de 60% de la population.

BUT ET INTERET DU TRAVAIL

Le but principal est de mettre au point un procédé rapide, stable, sûr de transformation du manioc avec moins de substances toxiques dans les produits finis.

Notre démarche a consisté à évaluer le taux de libération de l'acide cyanhydrique dans le manioc et à proposer quelques conseils pratique pour l'amélioration des méthodes traditionnelles.

L'intérêt que revêt ce travail comporte deux aspects; à savoir:

· Sur le plan sanitaire, cette étude contribue à diminuer les risques d'exposition au cyanure suite à la consommation régulière du manioc, par l'optimisation du rendement de la transformation.

· Sur le plan scientifique, ce travail fournit des renseignements physico-chimiques sûrs et globaux pouvant servir à la mise au point d'un procédé de transformation industrielle.

Ce travail comporte quatre chapitres, outre l'introduction. Le premier chapitre présente les généralités sur le manioc et l'étude cinétique, le deuxième traite de l'acide cyanhydrique et de la toxicité du manioc, tandis que les deux derniers chapitres sont réservés aux matériels et méthode et aux résultats et à leur discussion. Enfin une brève conclusion achève nos investigations.

PARTIE THEORIQUE

CHAPITRE I: GENERALITES

I.1. GENERALITES SUR LE MANIOC

I.1.1. Historique et origine

Le manioc originaire de l'Amérique latine a été découvert en 1558 au bord de fleuve Congo (République Démocratique du Congo).

Le manioc était introduit en Afrique par les marchands d'esclave et après atteignit l'Asie au 17ème siècle.

Après 1850, la culture de manioc augmenta dans les territoires de l'Afrique de l'Est grâce aux efforts des Européens et arabes qui reconnurent sa valeur comme pièce de rechange dans les périodes fréquentes de famine (1).

La production globale a atteint 167,7 millions de tonnes en 1999. D'après FAO cette production sera 208,8 millions de tonnes en l'an 2005 (10).

I.1.2. Description sommaire

Le manioc, Manihot esculenta CRANTZ (Syn.Manihot utilissima POHL) est une dicotylédone pérenne de la famille des Euphorbiacées (4).

Ses racines tubéreuses et fasciculées sont riches en amidon et se conservent longtemps en bon état dans le sol. Les fleurs de manioc sont en grappe et avortent souvent: d'où la multiplication se fait par bouturage. Les feuilles sont alternes, à multiples lobes.

Il existe plus de deux cents espèces de Manihot dont Manihot glaziovii (Ceara); plante à caoutchouc et Manihot utilissima (manioc) qui est la plante vivrière la plus importante de la zone tropicale humide par sa productivité et sa plasticité (2)

La plante de manioc est connue sous des noms très divers: Ubi ketela (Indonésie); Manioca (Amérique de langue espagnole); Mandioca (Brésil); Manioc (Madagascar et Afrique francophone); Tapioca (Inde, Malaisie); Cassava (région anglophones d'Afrique, Thaïlande); (9).

En République Démocratique du Congo (R.D.C.), le manioc s'appelle en langues nationales: Songo (lingala); Mohogo (swahili); Tshomba (tshiluba) et Madioko (kikongo).

I.1.3. Composition chimique.

La conclusion du «Congrès du manioc et des plantes tropicales des territoires de l'Union Française » de 1949 mentionnée par Barampama (1992) stipule que la faible proportion des calories lipidiques apportée par le manioc et l'insuffisance protidique aussi bien que la médiocre valeur biologique des protéines du manioc en font un aliment déséquilibré (5).

Pour le même auteur, s'il est vrai que les tubercules de manioc sont pauvres en matières nutritives, excepté les hydrates de carbone et certaines vitamines surtout la vitamine C, il ne faut pas perdre de vue que les feuilles conditionnent d'importantes quantités de protéine.

Le tableau i ci-dessous donne la répartition des constituants chimiques dans les différentes parties de la plante de manioc.

Tableau i: Composition chimique des principales parties de la plante, en pourcentage de matières sèches (13)

Constituants chimiques (%)*

PARTIES DE LA PLANTE

Racine entière

Ecorce

Cylindre centrale

Tige

Feuille

Matière sèche

35

30

40

30

15

Glucides

89

75

91

48

41

Lipides

1

2

0,5

9

6

Protides

2,5

4

2

10

25

Fibres

4,5

12

4

23

20

Cendres

3

5

2,5

10

8

Calcium

0,1

0,2

0,1

0,3

1,4

Phosphore

0,001

0,1

0,1

0,3

0,5

Fer

0,003

0,2

0,001

-

0,03

Sodium

0006

-

-

-

0,02

Potassium

1

-

-

-

2

Â-Carotène (mg)

-

-

-

-

30

Thiamine

0,1

-

-

-

1

Riboflavine

0,1

-

-

-

2

Niacine

1,5

-

-

-

8

Acide ascorbique

80

-

-

-

500

* Sauf, autre indication

I.2. Etude Cinétique (19).

Dans une étude cinétique, il est question de déterminer la loi de vitesse qui est liée au processus que l'on étudie. Pour ce faire, on détermine certains paramètres comme l'ordre de la réaction, la constante de vitesse...

Prenons comme cas illustratif un processus qui obéit à l'ordre 1 c'est-à-dire un processus pour lequel la vitesse ne dépend, à température constante, seulement de la concentration d'une entité réactionnelle.

k

Soit une réaction de premier ordre :

A B

Si et sont respectivement ; la formalité de B, la formalité de A, la concentration actuelle de a et la concentration actuelle de b :

Au temps t=0 : et (1)

Et au temps t>0 : et (2)

La vitesse de formation de B est : (3)

En intégrant cette vitesse, on obtient : (4)

Aux les conditions initiales, x=0 pour t=0, on obtient : (5)

On obtient enfin pour la loi de vitesse de réaction de premier ordre :

(6)

k est la constante de vitesse.

L'équation (6) peut s'écrire aussi : ou (7)

Ou encore

Les équations écrites en (6) donnent l'allure des courbes de formation de B et de disparition de A.

CHAPITRE II. L'ACIDE CYANHYDRIQUE ET LA TOXICITE DU MANIOC

II.1. L'acide cyanhydrique et la toxicité du manioc

Cet acide ne se trouve pas à l'état libre dans les tissus végétaux, mais sous forme de composés chimiques qui peuvent être des glycosides cyanogénétiques ou des cyanolipides.

Les glycosides cyanogénétiques sont des â- glycosides constitués d'un sucre non hydrolysable et d'un aglycone : linamarine et lotaustraline ( ou méthyllinamarine).(Monique L, et. Al ; 1992)

Le principe toxique essentiel qui existe en quantités variables dans toutes les parties de la plante de manioc est un composé chimique appelé linamarine. Il coexiste souvent avec son homologue méthylique appelé méthyllinamarine ou lotaustraline.

Figure 1: Structure des glucosides cyanogénétiques de manioc (15)

LINAMARINE LOTAUSTRALINE

Identiques sur le plan de la qualité, ces glucosides sont présents dans le manioc dans le rapport 93% à 97% pour la linamaroside contre 7 à 3% de la lotaustraloside (6)

Leur biosynthèse semble impliquer l'acide aminé L-valine pour la linamaroside et l'acide aminé L-isoleucine pour la lotaustraloside comme précurseurs, selon le schéma proposé par Conn et Butler, mentionnés par Rukiya (1988).

Figure 2: Etapes de la biosynthèse d'un glucoside cyanogénétique (11)

Amino acide N-Hydroxylaminoacide Aldoxime

Nitrile á - Hydroxynitrile glucoside cyanogénétique

La linamarine est un glucoside cyanogénétique qui est transformé en acide cyanhydrique toxique ou acide prussique lorsqu'il entre en contact avec la linamarase, une enzyme qui est libérée quand les cellules des racines de manioc se rompent a linamarase est une enzyme endogène qui a son optimum d'activité à pH 5,5 - 6. Elle est détruite à72°C. c'est une ß- glucosidase (Bourdoux et al ; 1980)

Figure 3: Dégradation enzymatique de la linamarine (4)

+

Linamarase

+ H2O

Linamarine Glucose Cyanohydrine

Oxynitrilase

+ HCN

Acetone acide cyanhydrique

La linamarine est par ailleurs un composé assez stable qui n'est pas modifié durant la cuisson du manioc. Si elle passe de l'intestin dans le sang comme glucoside intact, elle est probablement excrétée inchangée dans l'urine sans dommage pour l'organisme (Philbrick, et al. 1977).

Cependant la linamarine ingérée peut libérer du cyanure dans l'intestin durant la digestion.

L'acide cyanhydrique (HCN) est un composé volatil. Il s'évapore rapidement dans l'air à des températures supérieures à 28°C et se dissout facilement dans l'eau. Il peut aisément être perdu durant le transport, l'entreposage et l'analyse des échantillons. La teneur normale en cyanogène des tubercules de manioc se situe normalement entre 15 et 400 mg de HCN/kg de poids frais (7).

La concentration varie largement entre les variétés de même qu'avec les conditions écologiques et culturelles. La concentration des glucosides cyanogénétiques augmente du centre vers la périphérie du tubercule (Bruijn, 1973). Généralement, la teneur en cyanure est beaucoup plus élevée dans la peau (écorce) du manioc.

Les méthodes traditionnelles de transformation et de cuisson du manioc. Si elles sont appliquées avec soin, peuvent réduire la teneur en cyanure jusqu'à des niveaux non toxiques.

Une méthode de transformation efficace libérera la linamarase en désintégrant la microstructure de la racine de manioc. En amenant cette enzyme en contact avec la linamarine, le glucoside est transformé en acide hydrocyanique. Le cyanure libéré se dissout dans l'eau quand la fermentation est provoquée par un trempage prolongé et s'évapore quand le manioc fermenté est séché.

Le séchage au soleil de petits morceaux de manioc frais pendant une courte durée n'est pas un bon procédé de détoxication. Le cyanure ne sera pas complètement libéré et l'enzyme sera détruite pendant le séchage.

Les techniques de transformation par séchage au soleil ne réduisent que de 60% à 70% la teneur totale en cyanure durant les deux premiers mois de conservation. Les résidus de cyanure peuvent être très importants dans les tubercules secs, de 30 à 100 mg/kg (Casadei, 1988). La simple cuisson à l'eau de morceaux de racine fraîche n'est pas toujours une garantie de non-toxicité car le cyanure ne pourrait être que partiellement libéré, et une fraction seulement de la linamarine passerait dans l'eau de cuisson.

La réduction des cyanures varie si le produit est mis dans l'eau froide (27°C) ou directement dans l'eau bouillante (100°C).

Après 30 minutes de cuisson, les cyanures ne sont plus, dans le premier cas, que 8% de leur valeur initiale, et dans le seconde cas environ 30% (Essers, 1986).

Plusieurs auteurs ont suggéré différents niveaux minimaux pour la toxicité. Rosling (1987) a exprimé l'opinion qu'une dose de plus de 20 mg pour 100 g de manioc est toxique, tandis que Bolhis (1954) a établi la dose toxique de 50 à 60 mg par jour pour un adulte Européen.

II.2. Détoxication de l'acide cyanhydrique dans l'organisme

Le cyanure est détoxiqué dans l'organisme par la conversion en thiocyanate, un composé soufré ayant des propriétés goitrigènes.

Les substrats essentiels pour la conversion du cyanure en thiocyanate sont le thiosulfate et 3-mercapto-pyruvate dérivés principalement de la cystéine, de la cystine et de la méthionine, les acides aminés contenant du soufre.

La vitamine B12 sous la forme d'hydroxycolabamine influence vraisemblablement la conversion du cyanure en thiocyanate.

L'hydroxycolabamine augmenterait l'excrétion par voie urinaire de thiocyanate chez des animaux expérimentaux ayant ingéré de petites doses de cyanure (Wokes et Picard, 1955; Smith et Duchett, 1965). De 60 à 100% du cyanure injecté en concentration toxique sont transformés en thiocyanate en l'espace de 20 heures et la transformation enzymatique représente plus de 80% de la détoxication du cyanure (Wood et Cooley, 1956).

Le thiocyanate est largement distribué dans les liquides du corps, y compris la salive, dans laquelle il peut facilement être détecté.

Chez l'homme en bonne santé un équilibre dynamique entre le cyanure et le thiocyanate est maintenu. Un régime pauvre en protéines, particulièrement un régime dans lequel les acides aminés soufrés font défaut peut réduire la capacité de détoxication et rendre ainsi une personne plus vulnérable à l'effet toxique du cyanure (15).

La consommation excessive de manioc comme source unique d'énergie alimentaire et source principale de protéines, pourrait donc accentuer la sensibilité à la toxicité du cyanure.

II.3. Maladies liées à la toxicité du manioc (3).

Plusieurs maladies ont été associées aux effets toxiques du manioc. Ceci a été confirmé dans l'état pathologique de l'intoxication aiguë par le cyanure et dans le goitre.

L'organisme peut sans danger détoxiquer à peu près 20 mg de cyanure par jour, mais si ce niveau augmente pour atteindre 30 mg, des symptômes d'intoxication aiguë apparaissent chez la plupart des consommateurs, et commence alors l'épidémie.

L'augmentation du thiocyanate, thiosulfate dans le sang bloque l'iode et l'empêche d'entrer dans la thyroïde pour former les hormones thyroïdiennes (T3 et T4). Ceci entraîne donc le goitre dû à l'hypothyroïdie.

L'hypothyroïdie est une affection qui a des répercussions directes sur la santé, l'intelligence et le développement harmonieux de l'organisme humain.

Cette carence en iode empêche donc la production des hormones thyroïdiennes notamment T3 et T4 dont les actions multiples peuvent être classés en 2 groupes:

1. Action sur le développement de l'organisme (croissance et différenciation).

- In utero, les hormones thyroïdiennes sont essentielles pour la différenciation et la maturation des tissus foetaux.

- Après la naissance, ces hormones sont indispensables à la croissance du squelette et d'à peu près tous les organes, ainsi qu'au développement du système nerveux central.

Une insuffisance thyroïdienne commencée pendant la vie foetale ou à la naissance (hypothyroïdie congénitale ou hypothyroïdie néonatale) entraîne une hypotrophie des neurones corticaux. Cela aboutit à l'insuffisance du développement du cerveau et conduit aux lésions définitives de celui-ci (crétinisme mental).

2. Régulation de l'activité métabolique et action viscérale:

- Les hormones thyroïdiennes contrôlent le métabolisme des glucides, des lipides, de l'azote et surtout, la calorigènèse. Elles constituent un fantastique accélérateur du métabolisme de l'organisme.

- Les hormones thyroïdiennes règlent la vitesse des réactions enzymatiques par agénésie de la glande thyroïde aboutit au nanisme et au crétinisme.

Le crétinisme est toujours présent dans les régions où le goitre est endémique.

L'ingestion du cyanure présent dans les aliments conduit à sa détoxication dans l'organisme grâce à la production de thiocyanate. Le thiocyanate a la même taille moléculaire que l'iode et intervient sur la dose d'iode par la glande thyroïde (Bourdoux et al., 1978).

En cas d'ingestion de quantités importantes de manioc insuffisamment traité, il peut y avoir une surcharge chronique de cyanure conduisant à une élévation du niveau de thiocyanate dans le sérum qui passe à 1-3 mg/100ml le niveau normal étant d'environ 0,2 mg/100 ml. Dans de telles conditions, la présence d'une excrétion accrue d'iode et d'une absorption réduite d'iode par la glande thyroïde aboutit à un rapport d'excrétion thiocyanate/iode (SCN/I) faible. Il semble que si ce rapport dépasse trois, le goitre endémique apparaît (7). Ce phénomène ne peut se produire que si la dose d'iode est inférieure à 100 mg/jour.

Quand le rapport SCN/I est inférieur à deux, il existe un risque de crétinisme endémique, état caractérisé par une grave arriération mentale et des anomalies neurologiques (Erman et al., 1983).

Des études réalisées en R.D.C. (ex. Zaïre) ont montré que les habitants d'Ubangi, qui consomment de grandes quantités de manioc séché au soleil mais non fermenté, présentent un rapport SCN/I faible allant de deux à quatre et sont atteints de goitre endémique et de crétinisme.

Mais à Kinshasa la capitale, où les habitants mangent de la pâte de manioc fermentée et séchée, le rapport SCN/I passe de trois à cinq et les cas de goitre sont peu fréquents.

Un faible rapport conduit à des quantités anormales de l'hormone stimulant la thyroïde et à de petites quantités de thyroxine (T4).

Ayangade et al. (1982) ont constaté que chez les femmes enceintes, le niveau de thiocyanate dans le sang du cordon était proportionnel à celui du thiocyanate dans le sérum maternel, indiquant que le thiocyanate dans le lait maternel, ce qui indique que les glandes mammaires ne concentrent pas le thiocyanate et les enfants nourris au sein ne sont pas affectés.

Quand des suppléments d'iode sont donnés par exemple, par l'adjonction d'iodure de potassium aux réserves locales de sel, le goitre est réduit malgré une injection élevée et continue de produits dérivés du manioc.

Là où la ration de sel est modérée ou variable, l'huile iodée, absorbée par voie orale, fournit une protection pour un ou deux ans.

Dans la jungle amazonienne, certains indigènes consomment jusqu'à 1 kg de manioc frais cuit par jour et jusqu'à trois litres de bière de manioc fermenté, mais on n'a pas signalé de cas de goitre ou de neuropathie ataxique. Ces tribus consomment aussi d'énormes quantités de protéines animales et de protéines de poisson et trouvent ainsi dans leur alimentation un rapport important d'acides aminés soufrés et d'iode.

PARTIE EXPERIMENTALE

CHAPITRE III. MATERIELS ET METHODE

III.1. Matériels

III.1.1. Echantillons

Nous avons utilisé deux variétés de manioc le SADISA (frais et sec) et le MVUAMA (sec), qui étaient à leurs 6ème jour après récolte.

Ces tubercules provenaient de la station de MVUAZI dans le Bas-Congo et nous étaient parvenus par le truchement de l'INERA.

III.1.2. Appareillage

Pour arriver aux résultats que nous présentons, nous avons utilisé les appareils suivants:

- un dispositif de distillation par entraînement à la vapeur (deux ballons de distillation connectés en série un réfrigérant, un erlenmeyer);

- des pipettes de 10 ml;

- des pieds gradués de 50 ml;

- une plaque chauffante;

- un thermomètre;

- des ballons de 250 ml ;

- Une balance Mettler AE 10 ;

III.2. Méthode

Pour déterminer quantitativement le taux de cyanure dans les tubercules de manioc, nous avons utilisé la méthode argentimétrique (méthode de titrage au nitrate d'Argent) et cela en nous inspirant de la méthode décrite par BRUDZYNSKI (1982) (6).

a. Principe

L'acide cyanhydrique libéré par hydrolyse enzymatique est entraîné par la vapeur d'eau; récupéré dans une solution alcaline et titré par argentimétrie.

La réaction principale pendant la titration est la suivante:

2 CN- + Ag+ [Ag(CN)2]-

L'on observe par contre que l'ion [Ag(CN)2]- formé a tendance à se combiner avec l'ion Ag+ à chaque addition de AgNO3; pour former un précipité.

[Ag(CN)2]- + Ag+ Ag[Ag(CN)2]

Cette combinaison est rendue impossible étant donné la présence d'un excès de NH4OH, qui solubilise l'argento-cyanure d'argent.

L'on atteint la fin de la réaction lorsque tous les ions CN- ont été liés. A cet instant, le surplus d'Ag+ se combine aux ions I- contenus dans le milieu réactionnel; suite à son insolubilité dans le NH4OH, l'AgI précipite préférentiellement en laissant un trouble (blanchâtre au jaunâtre) dans le milieu.

b. Réactifs

Les différents réactifs utilisés ont été préparés au laboratoire, soit par la méthode de dilution, soit par la méthode de pesée. Ainsi les différents réactifs sont :

- AgNO3 0, 1 M ;

- NaOH 0,75 M ;

- NH4OH 13 M ;

- KI 0,3 M.

C. Mode opératoire

- Dans dix ballons de 250 ml, râper 50 g de matière fraîche ou sèche (manioc) et remplir d'eau jusqu'au trait de jauge ;

- Après chaque intervalle de temps de 7 heures, prendre un échantillon dans lequel l'on prélève 100 ml de solution que l'on distille par entraînement à la vapeur pour récupérer l'acide cyanhydrique libéré par hydrolyse. Le deuxième échantillon est traité après 14 heures et ainsi de suite ;

- Le distillat est recueilli dans un erlenmeyer de 100 ml contenant 5 ml de NaOH 0,75 M ;

- On arrête la distillation lorsqu'on atteint environ 10 ml de distillat ;

- Ensuite, on ajoute 5 gouttes de NH4OH et 2 gouttes de KI avant le titrage au AgNO3 0,1 M.

Ce titrage se fait sur fond noir afin de bien observer l'opalescence due à la formation de AgI.

Dans l'essai à blanc, le distillat est remplacé par l'eau distillée.

La différence des quantités: (ml) de AgNO3 utilisé pour le titrage de l'échantillon, et (ml) utilisé pour le blanc (eau distillée) indique la quantité de cyanure dans l'échantillon.

Pour chaque échantillon, trois titrages sont réalisés.

d. Calcul

D'après la réaction de titrage:

2 NaCN + AgNO3 NaCN.AgCN + NaNO3; l'on constate que :

1 mole de Ag+ réagit avec 2 moles de CN-, donc ;

107,85 g de Ag+ 1 M neutralisent 2 x 26,018 g de CN-, autrement dit; 1000 ml de Ag+ 1 M neutraliseront 52,04 g de CN-.

Dans ce cas 1000 ml de Ag+ 0,1 M neutraliseront g de CN-.

Donc, 1 ml de Ag+ 0,1M neutralise 5,204 mg de CN-.

Le cyanure résulte d'une réaction enzymatique qui se passe en deux phases :

- Dans la première phase, la linamarine subit une hydrolyse enzymatique pour donner le cyanohydrine, selon :

1.

+ H2O

Linamarase

+

Linamarine Glucose Cyanohydrine

- Dans la deuxième phase, la cyanohydrine est oxydé en acétone avec libération de l'acide cyanhydrique :

+ HCN

Oxynitrilase

2.

Cyanohydrine Acetone acide cyanhydrique

Notons que l'amertume du manioc est due à la présence simultanée de l'enzyme linamarase qui hydrolyse les glucosides cyanogénétiques contenus dans le tubercule et de l'ion cyanure qui est un puissant inhibiteur de la chaîne respiratoire (Rukiya).

CHAPITRE IV: RESULTATS ET DISCUSSIONS

Nous donnons dans les tableaux 1, 2, 3 ci-dessous les valeurs des concentrations du cyanure dans les variétés de manioc SADISA et MVUAMA provenant de MVUAZI dans la province du Bas-Congo, obtenus par argentimétrie.

Ces concentrations ont été mesurées chaque fois après 7 heures et ce pendant 3 jours.

Tableau 1: Concentrations de cyanure dans le manioc frais, type SADISA en milligramme de cyanure par kilogramme de manioc (mg/kg).

Temps de trempage

Volume de AgNO3 en ml

Concentration du CN- en mg/kg

 

2ème essai

3ème essai

Moyenne

 

07 heures

0,5

0,6

0,6

0,56#177;0,06

145,712#177;0,050

2

14 heures

0,7

0,6

0,7

0,66#177;0,06

171,732#177;0,050

3

21 heures

0,8

0,9

0,9

0,86#177;0,06

223,772#177;0,050

4

28 heures

0,9

1,0

0,9

0,93#177;0,06

241,986#177;0,050

5

35 heures

1,2

1,2

1,3

1,23#177;0,06

320,046#177;0,050

6

42 heures

1,4

1,4

1,5

1,43#177;0,06

372.086#177;0,050

7

49 heures

1,5

1,4

1,5

1,47#177;0,06

382,494#177;0,050

8

56 heures

1,5

1,4

1,5

1,47#177;0,06

382.494#177;0,050

9

63 heures

1,5

1,6

1,5

1,53#177;0,06

398,106#177;0,050

10

70 heures

1,5

1,5

1,6

1,53#177;0,06

398,106#177;0,050

 

Tableau 2. Concentration de cyanure dans le manioc séché type SADISA en mg de cyanure par kg de manioc (mg/kg)

Temps de trempage

Volume de AgNO3 en ml

Concentration du CN- en mg/kg

 

2ème essai

3ème essai

Moyenne

 

07 heures

0,3

0,2

0,3

0,26#177;0,06

67,652#177;0,050

2

14 heures

0,3

0,3

0,4

0,33#177;0,06

85,866#177;0,050

3

21 heures

0,4

0,4

0,3

0,36#177;0,06

93,672#177;0,050

4

28 heures

0,4

0,4

0,5

0,43#177;0,06

111,886#177;0,050

5

35 heures

0,6

0,5

0,5

0,53#177;0,06

137,906#177;0,050

6

42 heures

0,5

0,6

0,6

0,56#177;0,06

145,712#177;0,050

7

49 heures

0,6

0,6

0,7

0,63#177;0,06

163,926#177;0,050

8

56 heures

0,7

0,7

0,8

0,73#177;0,06

189,946#177;0,050

9

63 heures

0,7

0,8

0,7

0,73#177;0,06

189,946#177;0,050

10

70 heures

0,8

0,8

0,7

0,73#177;0,06

189,946#177;0,050

 

Tableau 3. Concentration de cyanure dans le manioc séché type MVUAMA en mg de cyanure par kg de manioc (mg/kg).

Temps de trempage

Volume de AgNO3 en ml

Concentration du CN- en mg/kg

 

2ème essai

3ème essai

Moyenne

 

07 heures

0,1

0,1

0,2

0,13#177;0,06

33,826#177;0,050

2

14 heures

0,1

0,2

0,2

0,16#177;0,06

41,632#177;0,050

3

21 heures

0,2

0,3

0,3

0,26#177;0,06

67,652#177;0,050

4

28 heures

0,3

0,4

0,3

0,33#177;0,06

85,866#177;0,050

5

35 heures

0,3

0,4

0,4

0,36#177;0,06

93,672#177;0,050

6

42 heures

0,5

0,5

0,6

0,53#177;0,06

137,906#177;0,050

7

49 heures

0,6

0,5

0,6

0,56#177;0,06

145,712#177;0,050

8

56 heures

0,6

0,6

0,7

0,63#177;0,06

163,926#177;0,050

9

63 heures

0,6

0,7

0,6

0,63#177;0,06

163,926#177;0,050

10

70 heures

0,6

0,6

0,7

0,63#177;0,06

163,926#177;0,050

 

- A la lumière des tableaux 1, 2 et 3, l'on constate que la concentration du cyanure augmente avec le temps de trempage et l'on atteint un palier pour le SADISA frais après 63 heures de trempage et pour le SADISA sec et le MVUAMA sec après 56 heures de trempage. Ceci peut se comprendre non seulement par le fait que le maximum de cyanure a été éliminé, mais aussi par le fait de l'augmentation de la concentration en acide et donc de la diminution du pH, car en milieu acide (pH 4 ou moins), la décomposition de la cyanohydrine est bloqué et il devient stable (Cooke, 1978).

- Les variétés SADISA et MVUAMA secs ont subit un séchage court à 60°C dans l'étuve, ce qui justifie leurs faibles teneur par rapport à la variété fraîche (Cooke et Maduagwu, 1978). Ces résultats sont en accord avec ceux de Hahn (1983) qui a également confirmé le fait que le cyanure dans le manioc peut être réduit par séchage au soleil ou par friture.

- De manière générale, la teneur normale en cyanure d'après Coursey se situe entre 15 et 400 mg/kg de poids frais et les résidus du cyanure peuvent d'après Casadei être très importants dans les tubercules secs, de 30 à 100 mg/kg (7).

La base de la classification des variétés de manioc est fondée sur la teneur en acide cyanhydrique qu'elles contiennent (18):

· Variété douce : 50 mg de HCN/kg de matières fraîches ;

· Variété amère : plus de 50 mg de HCN/kg de matières fraîches.

Rulhand et Bolhius adoptent la classification suivante :

· Variété douce : 50 mg HCN/kg de matières fraîches ;

· Variété intermédiaire : 50 à 100 mg de HCN/kg de matières fraîches ;

· Variété amère :> 100 mg HCN/kg de matières fraîches.

Nos résultats confirment ainsi le fait que nos tubercules aient été amers.

IV.1.Détermination des paramètres cinétiques

Dans une étude des réactions chimique, il s'agit généralement de répondre à un certain nombre de questions dont celles de savoir : comment se présente le schéma réactionnel?, à quelle vitesse se déroule la réaction ?, quel est l'ordre de réaction ?, quand est ce qu'on atteint l'équilibre?...dans le but d'établir les lois de vitesse liées à ce processus.

C'est à ces questions que nous essayons de répondre concernant l'équilibre que nous étudions.

Notons que pour étudier le mécanisme réactionnel, on étudie le nombre d'étapes élémentaires d'une réaction et la détermination de k permet de dénombrer les lois de vitesse d'une réaction.

L'ordre de réaction par contre, c'est la somme des exposants dans la loi de vitesse. Les résultats expérimentaux montrent qu'en général, la vitesse de réaction dépend d'une certaine manière des concentrations des espèces réagissantes. L'ordre de réaction donne alors l'expression de cette dépendance.

Cinétique enzymatique

Comme la réaction que nous étudions est une réaction enzymatique, il aurait été mieux de faire une cinétique enzymatique dont l'équation de base (équation de Michaelis Menten) est :

Avec:

· : Vitesse maximum d'une réaction, qui est obtenue pour des fortes concentrations en substrat, lorsque l'enzyme est saturée ;

·  : Vitesse initiale de la réaction ;

· : Constante de Michaelis, c'est la concentration en substrat pour laquelle la vitesse de la réaction est égale à la moitié de la vitesse maximum ;

· : Concentration du substrat.

Notons que, la détermination de ces grandeurs exige qu'on varie la concentration du substrat en laissant intact celle de l'enzyme (l'objectif étant de saturer tous les sites actifs de l'enzyme, cela en vue d'atteindre la vitesse maximale de la réaction catalysée par l'enzyme.

Il ne nous a pas été facile de le faire, car la linamarase est produite par l'échantillon lui-même, n'ayant pas le contrôle de l'enzyme, nous n'avons pu varier la concentration du substrat (linamarine) en maintenant la quantité de l'enzyme constante en vue d'atteindre et de faire ainsi une cinétique enzymatique.

Voilà pourquoi, nous nous sommes rabattu à la cinétique formelle.

Figure 4 : Allure des courbes donnant la variation de la concentration du cyanure dans les variétés de manioc SADISA (frais), SADISA (sec) et MVUAMA (sec) en fonction du temps.

a. SADISA frais

Temps (heure)

C

x

C - x

 
 

7

14

21

28

398,106

398,106

398,106

398,106

145,712

171,732

223,772

241,986

252,394

226,374

174,334

156,120

0,00396

0,00442

0,00574

0,00641

-2,402

-2,355

-2,241

-2,194

k

0,024242#177;0,003105 h-1

b. SADISA sec

Temps

(heure)

C

x

C - x

 
 

7

14

21

28

189,946

189,946

189,946

189,946

67,652

85,866

93,672

111,886

122,294

104,080

96,274

78,060

0,0080

0,0096

0,0104

0,0128

-2,087

-2,017

-1,984

-1,892

k

0,020309#177;0,002507 h-1

c. MVUAMA sec

Temps (heure)

C

x

C - x

 
 

7

14

21

28

163,926

163,926

163,926

163,926

33,826

41,632

67,652

85,866

130,100

122,294

96,274

78,060

0,0076

0,0082

0,0104

0,0128

-2,114

-2,087

-1,984

-1,892

k

0,025277#177;0,003933 h-1

La constante de vitesse «k» est obtenu en portent en fonction de temps en utilisant le programme origin 6.1. sur ordinateur.

Détermination du temps de demie vie (1/2)

Le temps de demie vie sera pour nous le temps de demie extraction, ce qui correspond à la moitié de la concentration totale du cyanure dosable ou extractible.

Notons, cependant que le temps de demie vie pour une réaction de premier ordre s'écrit :

Les résultats obtenus sont repris dans le tableau 4:

Tableau 4. Temps de demie vie de l'élimination du cyanure dans les variétés de manioc SADISA (frais), SADISA (sec) et MVUAMA (sec).

Echantillons

Constante de vitesse

(heure-1)

Temps de demie vie

(heure)

SADISA (frais)

SADISA (sec)

MVUAMA (sec)

0,024242#177;0,003105

0,020309#177;0,002507

0,025277#177;0,003933

28,587 h

34,123 h

27,416 h

N.B. : Le temps de demie vie pour l'ordre 1 est indépendant de la concentration des entités réactionnelles.

IV.2. Contribution à l'étude thermodynamique.

Dans l'étude thermodynamique, nous nous sommes limité à la détermination de la constante d'équilibre de partage vrai () et à celle de l'enthalpie libre standard () lié au processus.

IV.2.1. Détermination de la constante de partage vrai.

L'élimination du cyanure dans le manioc est un équilibre de partage entre deux phases : la phase solide constituée du manioc et la phase aqueuse.

Le cyanure sous forme glucosique et non glucosique est libéré après hydrolyse enzymatique du manioc.

Le cyanure libéré dans le manioc passe en solution aqueuse par diffusion, donc l'élimination du cyanure sera limitée par le phénomène de diffusion et l'action enzymatique.

L'action enzymatique s'estompe à pH = 4, seule la diffusion gouverne la réaction d'élimination.

Pour déterminer la constante de partage vrai ; définissons les termes suivants :

·   : est la formalité du cyanure dans la phase solide ;

· = x : est la formalité du cyanure dans la phase aqueuse ;

·   : est la concentration actuelle du cyanure libre dans la phase solide ;

·   : est la concentration actuelle du cyanure lié dans la phase solide ;

·   : est la concentration actuelle du cyanure dans la phase aqueuse.

Si : (i)

(ii)

Et que la constante d'équilibre (de partage) vrai est donnée par :

(1)

La constante de partage apparente :

(2)

En remplaçant (i) et (ii) dans (2), et en considérant l'inverse de Kapp , on obtient :

On obtient une droite en portant sur graphique en fonction de dont l'ordonnée à l'origine nous donne () ce qui nous permet d'obtenir la constante de partage vraie par la relation :

Les tableaux 5, 6, 7 donnent les résultats obtenus après calcul :

Tableau 5.Valeurs de pour le SADISA (frais)

x

C

 
 

145,712

171,732

223,772

241,986

320,046

372,086

398,106

398,106

398,106

398,106

398,106

398,106

2,732

2,318

1,780

1,645

1,244

1,069

0,007

0,006

0,005

0,004

0,003

0,003

En faisant la régression linéaire sur ordinateur, nous avons :

L'équation de la droite : = 0,011+383,025x1 ;

Le coefficient de corrélation : R2 = 0,97569;

: 1,0110,050

Tableau  6. Valeurs de pour le SADISA (sec)

x

C

 
 

67,652

85,866

93,672

111,886

137,906

145,712

189,946

189,946

189,946

189,946

189,946

189,946

2,808

2,212

2,028

1,698

1,377

1,304

0,015

0,012

0,011

0,009

0,007

0,007

En faisant la régression linéaire sur ordinateur, nous avons :

L'équation de la droite : = 0,063+181,157x;

Le coefficient de corrélation : R2=0,99688;

: 1,06730,050

Tableau 7. Valeurs de pour le MVUAMA (sec)

x

C

 
 

33,826

41,632

67,652

85,866

93,672

137,906

163,926

163,926

163,926

163,926

163,926

163,926

4,846

3,938

2,423

1,909

1,751

1,189

0,030

0,024

0,015

0,012

0,011

0,007

En faisant la régression linéaire sur ordinateur, nous avons :

L'équation de la droite : = 0,003+162,005x;

Le coefficient de corrélation : R2=0,99922 ;

: 1,0030,050

Nous obtenons des pentes négatives parce que la concentration du cyanure lié dans le solide est une fonction décroissante du temps.

IV.2.2. Détermination de l'enthalpie libre

A l'équilibre, l'enthalpie libre standard liée au processus est donnée par :

La température de travail était de 27°C ou encore 300 K, R vaut 8,314 . Les valeurs de calculées sont consignés dans le tableau 8 ci-dessous :

Tableau 8. Valeurs d'enthalpie libre calculées.

Variété

 

SADISA (frais)

SADISA (sec)

MVUAMA (sec)

- 27,286#177;0,050

- 161,751#177;0,050

- 7,471#177;0,050

Les enthalpies libres de Gibbs standard sont négatives, ce qui laisse traduire la spontanéité du processus de partage du cyanure entre la phase solide et la phase aqueuse.

ANNEXE

Synthèse des hormones thyroïdiennes.

La synthèse des hormones thyroïdiennes par la glande implique une prise de l'iode du sang et son incorporation dans la glande thyroïdienne.

Figure i : Ci-dessous donne le schéma de formation de l'hormone T4.

2I-++ Thyroïde peroxydase

Thyroglobuline

2I-++ Thyroïde peroxydase

+

Diiodotyrosine

Thyroxine (T4)

Figure 5. Allure de la droite de la variation de par rapport à , pour la variété SADISA frais.

Figure 6. Allure de la droite de la variation de par rapport à , pour la variété SADISA sec.

Figure 7. Allure de la droite de la variation de par rapport à , pour la variété MVUAMA sec.

CONCLUSION

Les études antérieures sur l'élimination du cyanure dans le manioc ont démontré que la teneur en cyanure dans le manioc varie d'une variété à l'autre. Cette teneur varie d'une manière générale entre 15 et 400 mg de cyanure par kilogramme de poids frais (Coursey) et de 30 à 100 mg de cyanure par kilogramme de poids secs d'après Casadei.

Nos études sur les maniocs améliorés provenant de l'INERA, Sadisa et Mvuama ont données les résultats qui sont en accord avec les travaux antérieurs :

- SADISA (frais)  : 398,106#177;0,303 mg de CN-/kg ;

- SADISA (sec)  : 189,946#177;0,303 mg de CN-/kg ;

- MVUAMA (sec)  : 163,926#177;0,303 mg de CN-/kg.

Nous avons également mené une étude cinétique pour déterminer la loi de vitesse (ordre de la réaction et constante de vitesse) lié au processus d'élimination. Il ressort de nos expériences que l'élimination aqueuse du cyanure dans le manioc se comporte comme une réaction d'ordre 1.

Puisque le cyanure est à l'origine de plusieurs maladies dues à la carence en iode, nous avons également déterminé le temps de demie vie (demie extraction) en milieu fermé pour les espèces précitées.

- SADISA (frais)  : 28,587 heures ;

- SADISA (sec)  : 34,123 heures ;

- MVUAMA (sec)  : 27,416 heures.

Ces données sont très importantes afin de limiter le risque d'intoxication due au cyanure. Pour ce faire un trempage de 1 kg de ces variétés dans 5 litres d'eau et ce pendant au moins 72 heures baisse considérablement le taux du cyanure dans nos variétés et ainsi le risque d'intoxication est minimisé.

Les valeurs des constantes de partage et d'enthalpie libre standard montrent que l'élimination du cyanure dans le manioc est un processus spontané à partir du moment que l'action enzymatique a pris fin.

Nous souhaitons voir cette étude poussée plus loin par nos successeurs en vue d'effectuer une étude cinétique enzymatique au sens stricte et de compléter par d'autres expériences les autres paramètres thermodynamiques.

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9Impact, le film from Onalukusu Luambo on Vimeo.



BOSKELYWOOD from Ona Luambo on Vimeo.