Construction d’un modèle de la digestion des protéines laitières chez le porc et évaluation de l’impact de la structure de l’aliment

Afin de concevoir des aliments à propriétés biologiques ciblées, on s’intéresse à l’impact sur la dégradation des protéines laitières des modifications de structure dictées par les procédés de transformation appliqués à l’aliment. Une approche de modélisation à partir de données in vivo sur des mini-porcs a permis de mettre en évidence des différences de cinétiques de transit et d’hydrolyse liées au traitement thermique et au mode de gélification.

 

Contexte et enjeux : Les unités MIA-Jouy (MIA), STLO et GMPA (CEPIA)  et le laboratoire L2S (CNRS) ont collaboré dans le cadre du PEPS INRA/CNRS « Compréhension et modélisation du devenir de l’aliment dans le tube digestif » pour mener à bien cette étude. L'évaluation nutritionnelle des aliments est encore à ce jour largement abordée en fonction de leur teneur en constituants nutritifs. Or il est désormais établi que la dynamique de la digestion peut avoir elle aussi un impact sur le bien-être et la santé. Une attention croissante est donc portée aux mécanismes susceptibles d’influer sur la cinétique de la digestion. Parmi eux, la structure et les propriétés physico-chimiques de la nourriture ingérée apparaissent comme des paramètres clés (Turgeon & Rioux, 2011). Ainsi, au-delà des aspects de composition, l'impact de la structure et des procédés de transformation de la matrice alimentaire doit être donc évalué en vue d’approfondir notre compréhension des propriétés nutritionnelles des aliments. Ce thème de recherche ouvre de nouvelles perspectives pour la conception de produits alimentaires à propriétés fonctionnelles ciblées.

Le lait et ses dérivés sont particulièrement adaptés pour étudier l'effet de la structure de la matrice sur les mécanismes de digestion. En effet, les protéines laitières ont de très bonnes propriétés nutritionnelles, sont consommés dans le monde entier. De plus, un grand nombre de structures et de propriétés  physico-chimiques capables d’influencer la digestion peuvent être obtenus grâce à des procédés technologiques largement utilisés dans l’industrie laitière.

Des expériences invivo ont été conduites sur des mini-porcs. Les données recueillies sont complexes, car la digestion des protéines dans la partie supérieure  du tractus gastro-intestinal met en jeu des phénomènes mécaniques (broyage et mélange dans l’estomac avec les sécrétions gastriques, vidange gastrique, transit dans l’intestin grêle...) et biochimiques (hydrolyse par les enzymes gastriques et pancréatiques) pour aboutir à l’étape finale de la digestion qui est l’absorption des acides aminés. 

 

Résultats : Six matrices laitières ont été étudiées: un lait cru, un lait traité thermiquement (TT), les deux gels pressures correspondants, et deux gels acides à base de lait TT, dont l’un a été brassé avant ingestion.  Des cinétiques de concentrations de matière sèche, d’un marqueur de la phase liquide et de protéines intactes à la sortie de l’estomac ont été mesurées, ainsi que les concentrations en acides aminés plasmatiques. Une première étape d’analyse des  données a montré que la structure (liquides, types de gel) et le traitement thermique impactent fortement les mécanismes de digestion (Barbé et al., 2013). Une approche de modélisation a ensuite été adoptée pour évaluer les différents mécanismes susceptibles d’expliquer les différences observées. Nous avons développé un modèle de compartiment suffisamment fin pour permettre de tester différentes hypothèses comportementales pour chaque matrice et nous avons estimé les paramètres correspondants par une approche Bayésienne (Gelman etal., 2003). Nous avons ainsi mis en évidence le fait que les différences de comportement dans le transit et dans l’apparition des acides aminés plasmatiques s’expliquent par des phénomènes de coagulation ou de synérèse qui se produisent dans l'estomac. Un intérêt supplémentaire du modèle est de permettre la reconstruction de quantités non observées au cours des expériences telles que les sécrétions endogènes, le volume de l'estomac ou de la cinétique vidange gastrique. 

 

Perspectives :L’objectif est de poursuivre à une échelle plus fine l’étude de l’impact de la matrice laitière, en s’intéressant à l’hydrolyse  des protéines et aux profils peptidiques générés. Ce travail de modélisation se situe par ailleurs dans une perspective de modélisation plus complète du tractus digestif humain ou porcin, en lien avec l’axe MODALTUB du département CEPIA (interaction aliment/hôte) et le métaprogamme MEM (interaction aliment/microbiote).

 

Valorisation :Barbé F, Ménard O, Le Gouar Y, Buffière C, Famelart M-H, Laroche B, Le Feunteun S, Dupont D & Rémond D (2013) The heat treatment and the gelation are strong determinants of the kinetics of milk proteins digestion and of the peripheral availability of amino acids. Food Chemistry, 136(3-4), 1203-1212.

Le Feunteun S, Barbé F, Rémond D, Ménard O, Le Gouar Y, Dupont D & Laroche B, Impact of the dairy matrix structure on milk protein digestion kinetics: Mechanistic modelling based on mini-pig invivo data , soumis

 

Références bibliographiques :

Gelman A, Carlin JB, Stern HS & Rubin DB (2003) Bayesian data analysis. Chapman and Hall/CRC, London, UK.

Turgeon SL & Rioux LE (2011) Food matrix impact on macronutrients nutritional properties. Food Hydrocolloids, 25(8), 1915-1924.

 

Contact : Béatrice Laroche, MIA Jouy-en-Josas