Munkoyo: a source of plants amylases for a traditional fermented beverage

In Africa, several sources of amylases are not well documented. Munkoyo roots are used as the source of amylases during the traditional preparation of a fermented beverage called munkoyo. These roots are unique as the synthesis and accumulation of amylases activities do not require germination. Despite this advantage, munkoyo roots are not well known as sources of amylases and they have not yet been introduced into industrial processes. Thus, the aim of this PhD project was to (1) promote munkoyo roots as sources of α- and β-amylases and to (2) propose pathways of optimization and industrialization of manufacturing munkoyo beverage. In the first part, purification, characterization and identification of α- and β-amylases from munkoyo roots was achieved. Amylases from roots of Eminia holubii, Eminia harmsiana, Rhynchosia insignis insignis and Rhynchosia insignis affinis were retained in our study. Compared to malted cereals, α- and β-amylases from munkoyo roots are more thermostable and their activities are optimal at high temperatures. However, these properties are closer to those of germinated cotyledons belonging to some Fabaceae family plants. Using LC-ESI MSMS analysis, this study showed significant matching of α- and β-amylases from munkoyo roots to germinated leguminous seeds. In the second part, the traditional production of munkoyo beverage was studied. The evolution of physicochemical parameters and ferments involved in spontaneous fermentation was investigated. Acidification is promoted by thermophilic and heterofermentative lactic acid bacteria. Alcohol production in munkoyo is due mainly to Saccharomyces cerevisiae. The study shows that knowledge of amylase properties and the use of an appropriate microbial starter will optimize the manufacturing process and the quality of munkoyo beverage.En Afrique, plusieurs sources d'amylases utilisées ne sont pas bien documentées. C'est le cas des racines de munkoyo utilisées comme sources d'amylases lors de la préparation traditionnelle de la boisson munkoyo. Les racines de munkoyo sont spécifiques parce que la synthèse et l’accumulation des activités amylases ne nécessitent pas de germination. Malgré cet avantage, les racines de munkoyo ne sont pas bien connues comme sources d'amylases et elles ne sont pas encore intégrées dans des procédés industriels. Ainsi, les objectifs de cette thèse étaient de (1) promouvoir les racines de munkoyo comme sources d'α- et β-amylases et (2) de proposer des voies d'optimisation et d'industrialisation de la fabrication de la boisson munkoyo. Dans la première partie, la purification, la caractérisation et l'identification des amylases des racines de munkoyo ont été réalisées. Les amylases provenant des racines d’Eminia holubii, Eminia harmsiana, Rhynchosia insignis insignis et Rhynchosia insignis affinis ont été retenues dans notre étude. Comparativement aux céréales maltées, les α-et β-amylases des racines de munkoyo sont particulièrement thermostables et leurs activités sont optimales à des températures élevées. Ces propriétés sont cependant proches de celles des graines germées de certaines fabacées. Les analyses par LC-ESI-MSMS ont montré des correspondances significatives des α- et β-amylases des racines de munkoyo avec celles des graines germées de fabacées. Dans la deuxième partie, la production traditionnelle du munkoyo a été étudiée. L'évolution des paramètres physico-chimiques et des ferments impliqués dans la fermentation spontanée a été étudiée. Les bactéries lactiques thermophiles et hétérofermentaires sont responsables de l'acidification du munkoyo. La production d'alcool est principalement due à une souche de Saccharomyces cerevisiae. L'étude montre que la connaissance des propriétés des amylases des racines de munkoyo et l’emploi d’un starter microbien approprié optimiserait le procédé de fabrication et la qualité de la boisson munkoyo