Compréhension de la relation entre la microstructure du lait et des produits laitiers et leurs propriétés nutritionnelles


Les aliments sont la source des nutriments essentiels à la santé chez l'humain. Actuellement, des aliments-santé ou aliments fonctionnels sont développés par l'ajout de molécules bioactives à des aliments traditionnels, alors que très peu de travaux s'intéressent à l'importance de l'organisation moléculaire et structurale des nutriments dans les aliments sur leurs propriétés santé. Les nutriments des matrices alimentaires doivent être bioaccessibles puis biodisponibles pour atteindre les organes vitaux et être métabolisés. Les protéines laitières ont une valeur nutritionnelle importante par leur composition en acides aminés (AA) essentiels et en acides aminés branchés qui ont un impact sur plusieurs réponses métaboliques postprandiales. Ces protéines ont aussi un rôle technologique essentiel dans le processus de fabrication des yogourts. Des polysaccharides (PS) peuvent être ajoutés dans les yogourts pour les stabiliser. Des études précédentes ont montré que des amidons, des pectines (PS communs utilisés par les industriels laitiers) et des beta-glucans (stabilisants d'intérêt comme fibre soluble) pouvaient moduler la digestion des protéines (in vitro et in vivo) et certaines réponses métaboliques postprandiales. Les lipides sont incorporés différemment en fonction de la structure des aliments (lait, fromage, etc) et peu d'information est disponible sur la façon dont se comportent les lipides dans l'environnement gastrique et l'impact sur les processus digestifs. La grande variété de fromages existants (composition, texture, etc) suggère une hétérogénéité potentielle dans ces processus digestifs et d'absorption.

L'objectif général de ce projet est de comprendre le lien entre les caractéristiques physiques des matrices laitières et la bioaccessibilité /biodisponibilité des nutriments protéiques et lipidiques. L'approche expérimentale utilisée comporte les objectifs spécifiques suivants :

  1. Étude des propriétés des matrices laitières dans l'environnement gastro-intestinal à l'aide d'un système modèle.
  2. Étude de l'effet des facteurs de composition et de procédé sur la bioaccessibilité et la biodisponibilité des nutriments liposolubles sur les gels présure (fromage) et des nutriments azotés (peptides et acides aminés) des gels acides (yogourts) de viscosités variées.

Résultats

Des simulateurs de digestion gastro-intestinale ont été développés pour l'étude des matrices solides (fromages), semi-solides et liquides (laits, yogourts). Ces systèmes opèrent en mode statique et permettent la prise d'échantillons pendant les phases buccale, gastrique et duodénale. Des techniques d'analyse des digestats ont été mises au point afin d'étudier la dégradation des matrices laitières et la cinétique de libération des nutriments (acides aminés, peptides et acides gras). Aussi, des méthodes de caractérisation des matrices (microstructure, rhéologie) ont été sélectionnées afin d'établir le lien entre les propriétés physiques des produits laitiers et leur comportement dans l'environnement gastro-intestinal.

Les résultats obtenus sur les fromages commerciaux démontrent clairement un lien entre les caractéristiques physiques des fromages et leur comportement dans l'environnement gastro-intestinal. L'influence des traitements thermiques du lait montre une différence dans les vitesses d'hydrolyse des protéines. Les stabilisants utilisés dans la formulation des yogourts influencent également la digestion des protéines en modulant la proportion de peptides et protéines solubles et la libération des acides aminés en phase gastrique. En fin de digestion duodénale, entre 60 et 80% des peptides et protéines des yogourts étaient solubles et plus de 75% des peptides avaient une masse molaire inférieure à 1000 Da. Une étude in vivo chez l'animal réalisée avec les mêmes yogourts enrichis en stabilisant a aussi montré un impact de l'ajout de PS de nature différente sur la biodisponibilité de certains AA et sur certaines réponses métaboliques. Quinzeminutes après l'ingestion du yogourt avec beta-glucan, la glycémie a significativement diminué et la clairance à l'insuline a augmenté par rapport aux autres yogourts.

L'étude de fromages commerciaux a permis d'identifier les paramètres rhéologiques pouvant expliquer le comportement des matrices fromagères pendant la digestion. L'enrichissement en calcium du fromage cheddar a retardé la dégradation de la matrice pendant la digestion, mais en même temps a stimulé l'activité des lipases. La précipitation des sels calciques d'acides gras dans la phase duodénale de la digestion pourrait favoriser l'activité lipolytique, mais en même temps influencer la biodisponibilité des acides gras. L'étude in vivo a montré que le fromage supplémenté en calcium et formulé avec l'huile de beurre (contrôle) provoque la plus forte augmentation de la concentration des triglycérides sanguins. Ce résultat est cohérent avec les travaux réalisés en système modèle in vitro qui démontrent une accélération de la lipolyse pendant la digestion de fromages enrichis en calcium. Il semble également que des concentrations élevées en calcium et en acides gras à longues chaînes puissent réduire l'augmentation postprandiale du cholestérol sanguin.

Retombées

Ces résultats fournissent une base d'interprétation novatrice des études cliniques déjà réalisées pour améliorer la compréhension des effets santé des aliments transformés. Ils soulignent le rôle important que peut avoir la microstructure des produits laitiers (telle que dirigée par la composition et les procédés de transformation) sur leurs propriétés nutritionnelles. L'approche développée représente un outil de caractérisation des qualités nutritionnelles différentielles des matrices du lait et de produits laitiers (yogourt et fromage) comme sources de nutriments permettant 1) une première évaluation comparative préliminaire aux études in vivo plus coûteuses; 2) un choix judicieux des procédés et formulations basé sur les aspects nutritionnels; 3) de comprendre les effets de la composition et des procédés de fabrication des produits laitiers sur les caractéristiques du bol alimentaire et la cinétique de libération des nutriments. Des produits laitiers spécifiques adaptés aux exigences nutritionnelles de différents marchés cibles (gestion du poids vs satiété; prévention du diabète vs libération contrôlée du glucose) pourront être développés.

Chercheur responsable

Sylvie Turgeon, Université Laval

Équipe de recherche

  • Michel Britten, Centre de recherche et de développement sur les aliments
  • Sylvie F. Gauthier, Université Laval
  • André Marette, Université Laval

Année du concours

2010

Durée

3 ans

Montant

107 325 $

Partenaires financiers

  • Agriculture et Agroalimentaire Canada
  • Ministère de l'Agriculture, des Pêcheries et de l'Alimentation du Québec
  • Novalait inc.

Appel de propositions

Innovation en production et en transformation laitières – V