Sommaire ~ RESUME .3 1. MORINGA OLETFERA : CARACTÉRISTIQUES BOTANIQUES 4 2. RAPPEL DES UTILISATIONS TRADITIONNELLES 5 2.1. NUTRITION 2.2. HUILE 2.3. MÉDECINE 2.4. PURIFICATIONDE L'EAU 2.5. AGROFORESTERIE 2.6. DIVERS' 5 5 6 6 6 6 3. DONNÉES BIBLIOGRAPHIQUES EXPLIQUANT CES PROPRIÉTÉS 8 3.1. NUTRITION 3.2. MÉDECINE 3.3. PURIFICATION DE L'EAU 8 10 11 4. DONNÉES SCIENTIFIQUES SUR CE POL YÉLECTROL YTE NATUREL 11 5. PÔLES DE RECHERCHE SUR MORTNGA OLETFERA 14, 6. BIBLIOGRAPHIE 14 ~ ~. .r je Résumé " L'eau douce est une ressourcerare de la planètequi deviendral'un des enjeuxmajej.lrsdu 21ème siècle. La gestion de l' eau potable est au cœur de cette stratégie d~ maîtrise de l'environnement et met en œuvre des processus onéreux et des procédés technologiques inaccessiblesaux populations démunies. Dans ce contexte, BHD axe ses recherches sur des processus simples et robustes de purification de l'eau pour des usages ménagers.Une réponse adéquate paraît être l'adaptation de méthodes traditionnelles à des processus modernes. AinsiMoringa oleifera, arbre tropical, est utilisé depuis des siècles en Afrique de l'Est dans les processus de purificationde l'eau. En fait, cet arbre, de la familledes Moringacées, possède de multiplesapplications.Il est cultivé en Indé et en Afrique de l'Est pour la consommation de ses organes comestiblestels que les feuilles,les fruits ou les tubercules. Moringa est aussi utilisé en médecine traditionnellepour les propriétés antimicrobiennes de ses graines et ses feuilles dans les traitements des dermatoses. Cependant, c'est pour ses graines que Moringa oleifera est le plus apprécié: elles contiennentune huile d'excellente qualité et les principes actifs responsables du processus de purificationde l'eau. Ses graines broyées sont introduites dans l'eau et permettent la sédimentation de la matière organique telle que les boues, les bactéries et les virus. Cette propriété des graines est due à la présence d'une protéine de réserve représentant 40% du poids de la graine et possédant des caractéristiques de polyélectrolyte. Les protéines chargées positivement forment une sorte de maillageet s'agrègent avec la matière organique chargée négativement pour former des floculats par un phénomène de réticulation. Ces floculats vont sédimenter, ~çe.JJuicorrespond à la première..8tapc-de-purffication-de p.eau des~technoiogiesmodernës dës pays' industrialisés,appelée floculation. La protéine responsable de la réticulation a été purifiée et sa séquence peptidique est connue. ~ . ~1"t)0-~: - ~'.\.r ~~\\~~ ~ j'ë;\N ~P-. \~ 5rtk;~\(, \ ~~V <m~"Q, ,( 1\\ ",,\-,) c; ~\" --7\)~ \\~"Q. ~~~~r ~\\~~~'~~\~~A~7 . . ~\h-<-,~ - \} lV~y- \N'f- h ~~\-. ~j !"\..}:o" - \\ t\,\tt\ ~ u tV~Ssl\ 1.. - D ~f('f\U~ -).1\ CN\I\ f'\ 1)P' ~ tJ\\lï\"~ ruS-tr ~t ~~'{ l~~ ~{) . "'. ~ 1 ~ I~ ~. / ~~ r~l~ 311-4~ '" 3 !}~l~. Fl nC / t \ I~' H~. ~ . .= .- ;' 1. ., Moringa oleifera : caractéristiques MOl'ingaoleifera Lam. est un arbre originaire des versants sud de 1'Himalaya au nord de l'Inde. Cet arbre ressemble aux Capparidacées et aux Papilionacées mais possède sa propre famille, celle des Moringacées, qui ne regroupe qu'un seul genre: celui des Moringa. Le genre MOl'ingaregroupe seulement 14 espèces connues.Moringa oleifera est aussi incorrectement connu sous le nom de MOl'inga aptera et Moringa pterygosperma. De nosjours, cet arbre est cultivé en Amérique tropicale, en Mrique tropicale,-..au$ri.Lanka,~eIb Inde, au Mexique, en Malaisie, en Indonésie et aux Philippines. Sa distribution géographique s'étend des régions subtropicales sèches aux forêts tropicales humides. En effet, Moringa se développe' à des précipitations annuelles variant de 0.5 à 4 mètres. Moringa pousse daQs des sols dont le pH varie entre 4.5 et 8. II paraît donc évident que Moringa oleifera s'adapte à différentes conditions climatiques botaniques c'::\' )liv-I!'-)«o f?;,,~ ~~,,,~.i. -r.,t..of {( ~' r JI>-'..";"«' , 1",,;,; .:.,~;'<1t!.:~'1- :.~ '\ ~0 n,<~) /0' . '~ ~ '~:;; ( \ "',. ::;;""h< ,,---,,,.?l ) #::: .",1(\ -~ - ~ l;'.M~ - -.., .':''''1..,.., ~,,,,\.""t.\~ .,,,, "ot.v..Ib;t1~1 '.:;:6<;!,). , t~ ~ ',r>. l) .? :" " .\I.,;",~: "l'''''. .! :1:,-."...",. {~.'.:;"{:-i,,,<,,), /(~'i:\ 1~' i d''''' ~:!<f-::', <,:~';':ii:~,~~ ~'~~N' 1) ~ki,',.,... ~,.;;"" il",,,:.;. t ,' ,~~~~!.""". .,:'h,;,.,. (,,:o~.;. .r { \ H'''''t.~1 1 j J'>'-'.,4,.I~"~w.~,,.i (,,,.:;,~. " J{:,,;.-;,~$. ~':",:,.. parmi lesquellesle climat semi-désertique.Ainsi, la meilleure croissance est observée dans déS sols sablonneuxet secs. Cette caractéristiqueest particulièrementimportante, étant donné que les feuilles de Moringa sont présentes durant la période sèche, alors que la plupart des autres espèces végétales perdent leur feuillesdurant cette période, La propagation de Moringa s'effectue par semis ou par bouturage. Sa croissanceest extrêmementrapide. Dans de bonnes conditions, on observe une croissance de 4 mètres par an, avec la premièrefloraison dès la première ou la deuxième année. La récolte des graines a lieuen mars-avril.Quelquefois,il y a une seconde floraison en septembre-octobre. 4 2. .,. t Rappel des utilisations traditionnelles Les arbres du genre Moringa sont connus et utilisésdepuis l'antiquité. L'Egypte cultivait Moringa peregrina à des fins médicinaleset pour extraire l'huile contenue dans les graines. De nos jours, Moringa oleifera est cultivée dans toutes les régions des tropiques pour ses feuilles, ses fruits, ses graines et ses racines qui possèdent une grande variété d'utilisations.dansles domaines de la nutrition et de la santé. ! 2.1. Nutrition La plupart des organes de la plante sont comestibles. Les jeunes fruits, connus sous le nom de « drumsticks» en Inde (les gousses sont en forme de pilon) sont consommés frais ou en conserve en qualité de légume et peuvent être cuisinésde différentes façons. Les feuilles sont vendues sur les marchés locaux et consomméespendant la saison sèche. Leur forte valeur nutritive est particulièrementrecherchée dans les régions où la sécurité alimentaire peut être menacée-pardes périodes de sécheresse.En effet, les feuilles de MOl'inga spnt présentes durant la saison sèche lorsqu'il n'y a pas d'aut~~ léguJ.11e~s i!:aiLdisponibles. Lès -fléurs -et i~ graines rôties peuvent égalementêtre consommées.Enfin, la racine est utilisée comme condiment;son goût ressembleà celui du radis noir; ce qui a valu à Moringa son nom anglophone de «Horseradish tree». Les glucosinolates produits par les racines sont responsablesde ce goût épicé. ' 2.2. 1 \ Huile ~ ~~ - ~" ~--- ~. ~ " Une huile d'excellente qualité est extraite des graines. Elles contiennent 35 à 40% de cette huile, connue sous le nom de « Ben-oil )}et dont l'utilisation s'étend de la cuisine aux lubrifiants pour les outils, jusque dans la cosmétique et la manufacture du savon. Cette huile est parfois utilisée comme lubrifiant pour les montres et autres mécanismesdélicats.ou comme source d'énergie pour les lampes. Les tourteaux de presse sont utilisés dans la fertilisation du sol"oudans l'alimentation animale. Cette huile est aussi uli\is.cie.demanière externe pour les""t:'rattements de maladies'd~ la -peau. n~xiste une forte demande po~r cette huile. Au IVfala.Wi, par exemple, la demande en huile dépasse largement l'offre disponible. Ainsi de l'huile de soja est importée d'Amérique latine à un prix très élevé. 1 ~ 2.3. Médecine Les feuilleset les graines produisent des composés recherchés en méde.. cine traditionnellepour leurs activités antibiotiques. Les graines réduites en _... poudre entrent dans la compositionde certaines pommades utilisées dans le' traitement"des infections bactériennes de la peau (dermatoses). Les fleurs 1 "'" -- . 2.4. J.e:sJewU~s S- le.t racines sont uilli~~..esen o~é~çJ.~. tr~~itio'I1l1..e~daf,;L1t traitement des tumeurs (Hartwell, 1971). --~ Purification de l'eau Les graines sont utilisées dans des procédés traditionnels de purification de l'eau. Ces graines contiennent30 à 40 % d'une protéinede réserve chargée positivement et soluble dans l'eau: il s'agit. d'un pQlyélectrolytenaturel. Elle est responsable d'un phénomène de reticulation et forme une sorte de maillageoù sont piégés bactéries, virus et matières organiques. Lesté de la sorte, ce maillage sédimenteau fond, l'eau de surface devenant limpideet.pure. 2.5. Agroforesterie Ces arbres sont souvent utilisés en agroforesterie (avec du sorgho) pour leur capacité à pousser en sols pauvres avec peu d'entretien. Ils protègent le sol et l'enrichissent en azote. Ils sont aussi cultivés en tant que clôture naturelle et barrière de protection eonlr.e le vent. 2.6. Divers Cet arbre possède aussi des utilisations plus anecdotiques telles que la fabrication de papier avec la pulpe de son bois ou la production de méthane par la fermentation de ses taillis dans des digesteurs. 6 ~_.. . ..0".0"""'-'" 0.0' - -:-' ., ,. 3. Données bibliographiques expliquant ces propriétés 3.1. Nutrition En 1996, Folkard et Sutherland décrivent les feuilles de Moringa comme des légumes d'une très bonne qualité nutritionnelle;parmi les meilleuresdes plantes pérenn-es.Les feuilles contiennent 27% de protéines et des quantÏtésimportantes de calcium, de phosphore et de fer. Les mêmes ayteurs ont étudié la composition de l'hùile présente dans la graine. Son profile d'acide gras montre que cette huile est composée à 70 % d'acide oléique. Ceci signifie que l'huile de Moringa s'approche de la qualité de l'huile d'olive. Girija et ses collaborateurs décrivent e~ 1982 la biodisponibilitéde certaines molécules comme la thiamine, la riboflavine et la niacine des feuilles de Moringa oleifera consommées couramment comme légume dans les régions rurales de l'Andhra Pradesh en Inde. La disponibilité physiologique pour ces 3 composés est comparée pour trois légumes communs: l'amaranthe (Amaranthes gangeticus), le « gogu » (Hibiscus cannabinus) et les feuilles de « drumstick » (MOl'ingaoleifera). La blodisponibilitéde la thiamineet de la riboflavinesont plus élevées chezMoringa. Verma et ses collaborateurs ont étudié en 1976 la valeur nutritionnellede Moringa oleifera. Composition chimique de Moringa oleifera -- - 86.9g eau; 2.5g protéines; O.lg acides gras; 8.5g carbohydrates ; 4.8g fibres; 2g minéraux; 30mg calcium; llOmg P ; 5.3mg Fe ; 184 lU vit A ; O.2mgniacine ; 120mg acide ascorbique; 310Ilg Cu; 1.81lg1 . La composition en acides aminés pour 16 g d'azote est:3.6g arginine;-l.lg histidine; 1.5g lysine; O.8g triptophane; 4.3g phenylalanine; 1.4g méthionine; 3.9g thréonine; 6.5g leucine; 4.4g isoleucine; 5.4g valine. 4.0g eau; 38.4g protéines; 34.7g huile; 16.4g N; 3.5g fibre; 3.2g minéraux L'huile,.contient: 9.3% acide palmitique, 7.4% acide stéarique, 8.6% acide behenique et 65.7 acides oléiques. Les acides myristiques et lignocériques sont également présents en faible quantité. 75g eau; 6.7g protéines; 1.7g acidhs'gras; 14.3g 440mg Ca;~90mgp;-7 - carbohydr.ales;O.9g~fip~~;2.3~minéraux; ., Fe;ïl(r~u; 5.1~g 1; lï-300 lU Vit A; 1201lgvit B; O.8mgacide nicotinique; 220mg acide ascorbique; 7.4mg tocopherol.Des substances oestrogéniques incluant des composés antitumoralLx,du bet sitostérol et de la pectinest~rase sont également présentes. La composition en acides aminés pour 16 g d'azote est: 6g arginine; 2.1g histidine; 4.3g lysine 1.9g triptophane; 6Ag phénylalanine; 2g méthionine; 4.9g thréonine; 9.3g leucine ; 6.3g isoleucine ; 7.1g valine. 8 ./ \ 3.2. Médecine \ 1 Nwosu et Okafor ont effectué une étude préliminaire sur les activités antifongiques de quelques espèces médicinales contre le basidiobolus et autres champignons parasites de la peau. Les essais sont effectués sur desextraits de plantes récoltées f,ty..Nigeti'L C~s ~~traits - sont dilués au dixième d-ansun milieu d' agarose où est inoculé le champignon. Les extraits de Moringa oleifera inhibent la croissance de Tricophyton rubrum et T. mentagrophytes. Ces résultats indiquent qu'il est possible d'utiliser certains de ces extraits dans le traitement de phycomycosessous-cutanées chez l'Homme et les animaux. Faizi et ses collaborateurs se sont intéressés en 1995 à la caractérisation de glycosideshypotenseurs issus d'extraits de Moringa oleifera' Six nouveaux glycosides et trois autres déjà connus ont été isolés à partir des feuilles de MOl'inga. La plupart de ces composés, des'\ glycosides complètement acétylés, comprenant des groupements nitrile, carbamate et thiocarbamate, sont très rares dans la nature. Les thiocarbamates sont responsables d'une activité hypotensive que la même équipe a décrite un an plus tôt. C'est la première fois que des groupements nitriles, isothiocyanates et thiocarbamates sont isolés de la même plante. L'isothiocyanate et les glycosides niaziminimeA et ~ = "'"'= -B~-eümprenant~thi~earl:mmatc3, ~ tenseur. montre~o.furt / j30tcnt:elshyl*P' .~ Caceres et son équipe ont effectué plusieurs travaux sur les propriétés pharmacologiques de Moringa oleifera. En 1991, ils mènent une première étude sur l'activité antimicrobienne d'extraits de feuilles, de racines et de graines de cette plante. Ce potentiel antimicrobien est testé in vitro contre des bactéries, des levures, des dermatophytes et des helminthes pathogènes. Cette étude démontre que le jus frais des feuilleset l'extrait aqueux des racines inhibent la croissance de Pselldomonas aeruginosa et de Staphilococclis aw'eus. Au- . cune activitén'est démontrée sur 4 autres bactéries pathogènes et sur le vers. Candida albicans. Aucune inhibition n'est observée sur les dermatophytes. En 1992, les mêmes auteurs poursuivent leur étude de criblage du potentiel de MOl'inga oleifera en testant son activité antispasmodique,anti-inflammatoireet diurétique. Dans le Journal of Ethnopharmacology en 1992, ils décrivent ces trois activités pharma- . cologiques avec des infusions de fleurs, de feuilles, de racines, de graines et d'écorce sur le modèle expérimental du rat. De telles activitéssont localisées principalement dans les graines et également quelque peu dans les racines. 10 3.3. Purification de l'eau En 1984, l'équipe de Berger décrit les graines de Moringa oleifera et M stenopetala et leur utilisation traditionnelle dans les processus de purification de l'eau. Ces deux types de graines contiennent un coagulant naturel utilisé dans de traitement domestique de l'eau. En 1987, l'équipe de Madsen décrit l'effet des graines de MOl'ingasur la coagulation de la matière organique présente dans l'eau et les conséquences sur la concentration bactérienne. Le traitement de l'eau effectué à 30°C selon la méthode traditionnelle utilisée dans les villages soudanais, conduit à une réduction de 80 à 99.5% de la turbidité. Parallèlement la population bactérienne est réduite de 90 à 99.99% durant les 1 ou 2 heures qui suivent le traitement. Les bactéries sont concentrées dans le sédiment coagulé. Cependant, durant les 24 heures suivantes, une augmentation de la population bactérienne est observée. Ceci est dû au redémarrage de la croissance bactérienne dans la phase aqueuse. Cette croissance est observée pour Salmonella typhimurium, Shigella sonnei et quelquefois pour Escherichia colf. Ce phénomène n'est pas observé pour Vibrio cholera, Streptococcusfaecaliset Clostridiumperfrigens: En 1995, l'équipe de Gassenschmidtisolela protéine responsable du phénomène de réticulation et de biofloculation. Ils caractérisent biochimiquementcette protéine qui se comporte comme un polyélectrolyte. ---- 4. ,.- ... - .. ~ ~ - -,""" Données scientifi_ques sur ce polyélectrolyte naturel Dans n'importe quel procédé de purificationde l'eau, il est essentiel d'éliminer la plus grosse par-'tie des particules en suspension avant d'entamer l'étape de désinfection. Cette première étape de floculation,consistantà éliminerla matière solide, est généralementréalisée avec des polyélectrolytes ajoutés à l'eau trouble. La floculation s'explique parle fait que les particules chargées négativement de la matière organique se lient aux charges positives des macromolécules polyélectrolytes par la forcede Coulomb.La réduction des forces électrostatiques de répulsion mène àl'agglomération des particules. Généralement,de nombreuses particules se lient à la surface d'une seule macromolécule polyélectrolyte.Ceci mène à !'agglom~[atio..n~et à la formation.".defloculats grâce/à fif'f(fffifg'frôn-de' e-ponfseOûeles pâfficuler-cl1argéesnégativementet positivement. ' Ces coagulants sont le plus souvent des produits chimiques coûteux tels que le sulfate d'aluminiumou des polyélectrolytessynthétiques.A10ringa oleifera ou M stenopetala peuvent être des substituts à ces produits chimiquesdont l'accessibilité est limitée dans les PVDs. 11 2 ~ .., " '" " .d\ Dans ces régions, les procédés traditionnels de purificationde l'eau utilisent des mâtériaux régionaux d'origine végétale ou minérale, comme l'a décrit Jahn en 1981 et 1986. Des genres appartenant à la famille des Capparidacées et des Papilionacées sont utilisés pour clarifier l'eau des foyers. Par ~~emple,les branches et l'éçorce de Boscia senega{ensisLam., de la familledes Capparidacées, sont utilisées pour clarifier l'eau. En Egypte et au nord-Soudan, les graines de Papilionacées, incluant les genresphaseolus (haricot), Pisum (pois), Arachis (cacahouète) et Lupinus (lupin), sont utilisées dans les processus de clarification de l'eau, bien que leurs effets soient faibles. Les plantes du genre Vicia (vesce), plus efficaces, sont utilisées dans les mêmes procédés en ~~olivie.~ Nous nous intéressons particulièrement dans ce dossier à l'espèce Moringa oleifera qui est ûtilisée dans les méthodes traditionnelles de purification de l'eau au Soudan. En fait,~s graines de six espèces les plus répandues du genre MorinJ!acontiennent des composés aux propriétés flocu~, comme l'a décrit Jahn en 1988. Il a également montré en 1991 que Moringa oleiferaet Mstenopetala montrent la plus forte activité de réticulation, comparable à celle du sulfate d'aluminium. Le processus de préparation est extrêmement simpleet peu onéreux. Dans un premier temps les graines sèches sont récoltées puis réduites en poudre par les mêmes presses que celles utilisées pour moudre la farine de maïs. La poudre finale est mélangéeà l'eau où les protéines solubles possèdent une charge positive nette et se comportent de la même manière que les polyélectrolytes de synthèse. D'après Folkard et ses collaborateurs, la dose de poudre utilisée dans les stations d'épuration pilotes varie de 75 à 250 mg/l selon le niveau de turbidité initiale de l'eau. Les performances de Moringa sont indépendantes du pH, ce qui est un point important dans certains pays du sud où les moyens de contrôle du pH ne sont pas toujours aisés. Moringa oleifera, utilisé en combinaison avec le bentonite se sodium (agent de poids), produit une qualité finale d'eau équivalente à celle obtenpe avec le sulfate d'aluminium. ~~ ~~"'=- - '" -'~-=-~ ~~- ~,~~ ~-~ ~.~~ "--, L'équipe de Gassenschmidt en 1995 a purifié une protéine de Moringa oleifera et étudié ses propriétés floculantes. La protéine isolée a été baptisée M02. L Son poids moléculaire est de 6,5 kDa et son point isoélectrique est atteint pour un pH de 10..!! s'agit d'une protéine fortement basique. Composition en acides aminés de M02.t : 3 2 1 15 7 1 2 2 1- 1 2 7' ..'~ "") . t .. Cette protéine comporte 60 acides aminés et ne possède pas de résidus Tryptophane. Aucune cystéine libre n'a été détectée par la réaction de Ellman. Ainsi, les résidus cystéine formeraient un pont disulfure. ~ Cette protéine a les mêmes propriétés floculantes que le polyélectrolyte synthétique 554K. Cette protéine possède de bons rendements de floculationà des concentrations variant de 0,4 à 1,2 gllitre. composition de la protéine M02.1 - -""- 16 14 12 III ~ 10 .~ ~ 8 III CI) .Q §c 6 4 :.:.:.,.:. :~~~ti .;.;.". 2 0 1!1!.i:::' :m: .... CI) CI) .-cru O>t ~ ru ru a. a. III ~< !;;;!:I CI) c ï:: 0 'CI) .E po :mii CI) .5 Qi .CIJ :1111111 CI) CI) .5 10 EE 19 :1 19 ~ "(5 r; CI) .5 '0 el: CI) c 13 >- ~r; CI) c '2 ru Ci: .~ ~ ~ U :g:g 'fij '2 -->. .2 .~ ~ :E Q) .5 g ..,~~ .!!! CI) c 13 iiJ J "- Q) c '2 ru jij >. c 'Q) .c a.. Q) cee ~~~ .!!! J: CI) cC CI) .~. !>. 1- Acides Aminés 13 - . '" . , .\ 5. Pôles de recherche sur Moringa oleifera Plusieurs équipes pluriffisciplinairestravaillent en coopération sur le thème de Moringa oleifera. En Afrique, une équipe établit des projets pilotes au Malawi, tandis que le Kenya Forestry Research Institute étudie le potentiel de productivité et la qualité pour l' agroforesterie de M oleifera et M stenopetala. En Europe, trois équipes travaillent en coopération. yne équipe grecque effectue des ,recherches sur la qualité nutritionnelle de l'huile de Moringa. Le départ~;qpntd'ingénierie et de microbiologie de l'Univelsité de Leiccster,en Angleter,e, poursuit des éti":,;essur le potentiel coagulant des graines et leur implicationdans le traitement des eaux. Enfin, une équipe Allemande, de l'institut de chimie et de biologie du centre de recherche fédéral, travaille sur les caractéristiques biochimiques de la protéine M02.1. ~ 6. i Berger M.R, Habs M., Jahn S.A., Sehmal D., 1984. 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