Stéphane WALRAND, INRA - Équipe Alimentation et Santé Musculo-Squelettique Protéines végétales : b2match
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Protéines végétales :
atouts et freins à lever
Stéphane WALRAND, INRA
Équipe Alimentation et Santé Musculo-Squelettique
UMR1019 - Unité de Nutrition Humaine
INRA de Clermont-Ferrand/Theix
Quelques éléments de contexte
Actuellement, au niveau mondial, 65 à 70% des apports
protéiques sont issus de sources végétales
mais
seulement 35 à 40% dans les pays les plus développés
économiquement (PNNS 50/50)
80% dans les pays émergents mais la consommation
de protéines animales augmente
Répercussions socio-économiques, écologiques mais
également en termes de santé
Actuellement, une augmentation de l’obésité et un
vieillissement de la population
correspond
à des contraintes métaboliques et nutritionnelles
à la nécessité de développer de nouveaux aliments
2
Quelques éléments de contexte
Les recommandations alimentaires
protéiques sont précises et définies
Les protéines : des matériaux de construction et de fonction
Contiennent 20 acides aminés dont 9 acides aminés indispensables
Rôles multiples (structure, mobilité, immunité, communication
intercellulaire, enzymes, Trs, Rrs) donc nécessitent :
Renouvellement permanent va définir la qualité
fonctionnelle des protéines
Apports nutritionnels conseillés (ANC) pour soutenir le renouvellement :
ANC (adultes) : 0,8 g de protéines de bonne qualité/kg PC/ j
Fonction de l’équilibre en acides aminés indispensables et
de la digestibilité (+ de nouveaux critères émergents)
Consommation moyenne en France : 1,4 g protéines/kg PC/j 3
Dans ce contexte, quels sont les atouts
et les freins des protéines végétales, en
particulier issues des légumineuses ?
(Définissent la qualité alimentaire
de la protéine)
4
Des Freins
mais de bonnes nouvelles…
La teneur protéique
Le profil en acides aminés
La digestibilité
5
La teneur en protéines et en AA indispensables
Les sources animales (produits Les sources de protéines végétales
laitiers, viandes et produits carnés, ont des teneurs plus limitées en
poissons et produits de la pêche, acides aminés indispensables
œufs) sont plus riches en protéines
>40% dans les produits animaux
(g/100g matière sèche) :
Viandes/poissons > 70 30-40% dans les produits végétaux
Œufs 50
Fromages 40-50
Lait/yaourts 28-30
Acides aminés indispensables/ acides aminés totaux
0 10 20 30 40 50
La teneur des produits végétaux Bœuf
en protéines est variable avec : Œuf
Lait
légumineuses>céréales>légumes Haricots
verts Quinoa
Lentilles
(g/100g matière sèche) : Petits pois
Graines oléagineuses 30-35 Soja
Graines protéagineuses 20-30 Riz
Céréales 15 Pomme de Terre
Blé
Légumes verts 10
6
Le profil en AA
Au-delà de la teneur en acides aminés indispensables, le profil (et son
équilibre par rapport aux besoins) en acides aminés indispensables est
un critère de qualité protéique
Certaines sources de protéines
végétales sont déficientes en
certains acides aminés
indispensables au regard des
besoins humains (définis par la
% de la protéine de référence
300
protéine de référence).
250
200
Protéine de référence
150 148 144 142 138 143
(Afssa 2007) en mg/g protéine 114
100 98 91 94
Histidine 17 80 85
50 60
Leucine 59 Lys Met + Cys
Isoleucine 0
27
Valine 27
Lysine 45
AA soufrés 23
[AA limitant] (mg/g protéine testée) x100
Index chimique =
AA aromatiques 41 [même AA] (mg/g protéine de référence)
Thréonine 25
Tryptophane 6 7
Le profil en AA : le concept de l’AA limitant
Quelles sont les répercussions métaboliques ?
Principe de l’acide aminé limitant
Profil en AA équilibré Synthèse protéique optimale
par rapport aux besoins
1 AA en quantité insuffisante
70% perdus
(oxydation)
Protéine A 30% utilisés
pour la
synthèse
30%
Critère de qualité de
Protéine B l’apport en protéines
végétales puisque les
Protéine A
sources sont
Source Didier Rémond déséquilibrées en AA
Complémentarité nécessaire entre les sources protéiques
Ex : céréales + légumineuses 8
Le profil en AA : le concept de l’AA limitant
Exemple d’un travail de recherche actuel
Collaboration avec l’Unité IATE,
Montpellier (Pr Valérie Micard)
Blé dur (DW) Légumineuses
Protéines (13%) Protéines (>20%)
AA soufrés Lysine
Pauvres en lysine Pauvres en AA soufrés
Structuration par le procédé
Hydratation
Malaxage
Formage
Séchage
Matrices végétales mixtes structurées
Pâtes alimentaires
9
Le profil en AA : le concept de l’AA limitant
Résultats préliminaires-Modèle pâte
Effet formulation
Sur la composition nutritionnelle
AA indispensables 100% 35%
Recommandation*
(mg/g protéines) Blé fève
His 17 24 27
Ile 27 30 30
Leu 59 64 68
Lys 45 21 39
AA-soufré 23 2 27
AA-aromatique 41 71 60
Thr 25 23 30
Trp 6 11 11
Val 27 33 36
* Afssa, 2007
Pâte enrichie avec 35% fève : Laleg et al., 2016
Plus riche en protéines que la pâte de blé
Mieux équilibrée en acides aminés indispensables (Lysine, Thréonine)
10
10Le profil en AA : le concept de l’AA limitant
La complémentarité des sources : exemple d’un aliment
Evaluation de la qualité alimentaire d’une nouvelle pâte
chez le rat
Régimes : 4 régimes × 10 rats = 40 rats au total
FTHT Pâte 35% farine de fève
GTHT Pâte classique (6% gluten) Isoprotéiques
CS Control standard (caséine)
CSP Control sans protéines
Effets:
• Régime (la complémentarité des sources : blé + fève)
11Taux de croissance (g/j)
g/j 12
a
10
a
Apports 8
isoprotéiques
6
b
4
2
0
Témoin Pâtes Pâtes fève
Caséine a≠b pour pUtilisation protéique nette
%
UPN=(CZ-(AU+AF)+AUE+AFE)/CZ
90 a a
• AF=azote fécal 80
• AFE=azote fécal Endogène 70
• AU=azote urinaire
60
• AUE=azote urinaire Endogène
• CZ= consommation d'azote 50
b
Proll 1998
40
30
20
Apports iso-
10
protéiques
0
Témoin Pâtes Pâtes fève
Caséine a≠b pour pLa digestibilité Digestibilité dans
l’intestin grêle
Sources de protéines végétales :
Présence d’un réseau de
constituants glucidiques indigestibles
Structure des protéines
Présence de facteurs
antinutritionnels
Moindre digestibilité
et
Augmentation des
pertes endogènes
14La digestibilité
Sources de protéines végétales :
Présence de facteurs antinutritionnels
Procédés et préparations culinaires pour améliorer la digestibilité
Inhibiteurs trypsiques
Tanins
Lectines
Glucosinolates
Saponines
Phytates …
15Composition en AAI + digestibilité PDCAAS
L’indice chimique et la digestibilité permettent
Nouvel indice (rapport FAO 2013) :
de calculer le PDCASS (Protein Digestibility Corrected Amino Acid Score) DIAAS prend en considération la
Prédit la capacité des protéines alimentaires à couvrir digestibilité iléale
le besoin en AA indispensables
PDCAAS (%) = indice chimique x digestibilité (fécale)
= (mg AA limitant/g protéine)/(mg du même AA limitant/g protéine de réf) x digestibilité (fécale)
Certaines
légumineuses
comme le soja sont
caractérisées par un
bon PDCAAS
PDCAAS 100
indique qu’il n’y a
pas de limitation en
AA indispensables /
aux besoins et aux
capacités digestives
16Pour résumer…
Intrinsèquement, la plus faible teneur en protéines des aliments végétaux
(comparativement aux aliments animaux), le profil en acides aminés (surtout
les teneurs en AAI) et la digestibilité sont des freins à l’utilisation courante de
ces sources.
Mais,
certaines sources végétales ont des teneurs élevées en protéines (ex des
légumineuses)
certaines sources végétales sont bien équilibrées en AAI
par des procédés technologiques (complémentarité, chauffage, trempage…), il
est possible d’améliorer significativement la qualité alimentaire des sources protéiques
végétales
17Des atouts
mais encore beaucoup de
recherches à mener…
La densité nutritionnelle : microconstituants, fibres
L’index glycémique faible
La vitesse de digestion et d’assimilation protéiques
La richesse en acides aminés à fonction biologique spécifique
La richesse en peptides caractérisés par une activité biologique
18La densité nutritionnelle
Composition de quelques légumineuses cuites
CIQUAL 2013 Valeurs cumulées
Energie Eau Protéines Lipides Glucides Fibres Minéraux Vitamines B
(kcal/100g) (g/100g) (g/100g) (g/100g) (g/100g) (g/100g) (mg/100g) (mg/100g)
Fèves 60 82 5 0.8 6 4 348 4.5 (B3)
Haricots 105 69 8 0.4 14 7 605 0.6
Lentilles 112 68 8 0.6 17 4 546 1.6
Pois cassés 120 69 9 1.0 14 10 626 1.6
Tofu 125 77 12 7.0 2 0.5 687 0.7
Source : Ciqual
Aliments : Exemple : pour un individu de 70kg, une
-riches en protéines portion de 250g de lentilles cuites, c’est :
-pauvres en lipides
-riches en glucides complexes (IG faible) -34% des ANC en protéines
-riches en fibres -33% des ANC en fibres
-bonnes sources en micro-constituants -16% des ANC en vitamines B
19La vitesse de digestion protéique
L’utilisation postprandiale des protéines (Boirie Y, Am J Physiol 1996 ; PNAS 1997)
(Dangin M, J Physiol 2003)
dépend de leur vitesse de digestion
400 Leucinémie (µM)
Bilan net
1,00
300 *
Lactosérum 0,80
200
Caséine 0,60
100
0
0 60 120 180 240 300 360 420 min
Caséine Lactosérum
isoazoté
Les protéines « rapides » entraînent un meilleur
bilan protéique que les protéines « lentes »
20La vitesse de digestion protéique
(Tang, Am J Physiol, 2009)
Les protéines rapides exercent un effet positif plus important sur
l’anabolisme protéique
Lactosérum > Soja > Caséine 21La vitesse de digestion protéique :
modification par les procédés
Exemple d’un travail de recherche actuel
Collaboration avec l’Unité IATE, Montpellier
(Pr Valérie Micard)
Blé dur (DW) Légumineuses
Protéines (13%) Protéines (>20%)
AA soufrés Lysine
Pauvres en lysine Pauvres en AA soufrés
Modification des barèmes thermiques
Différentes réticulations protéiques
Matrices végétales mixtes structurées
Pâtes alimentaires
22La vitesse de digestion protéique
Comment accélérer la vitesse de digestion protéique ?
Exemple : travailler sur la complémentarité des sources + modification des barèmes hydro-
thermiques lors de la fabrication des pâtes alimentaires
Barème
thermique de
fabrication
Faible température
Forte température
Laleg, 2016
Liaisons Ponts Autres Liaisons Ponts Autres
Type de liaison faibles DiS liaisons faibles DiS liaisons
covalentes covalentes
23La vitesse de digestion protéique :
modification par les procédés
Modèle pâte
Intérêt d’un séchage à basse température
Résultats de digestibilité in vitro
Pâtes sèches Lysine disponible (% MS)
100% blé dur 0.29 Laleg et al., 2016
35% fève 55°C 0.76
35% fève 90°C 0.42
Séchage à 55°C: préserve la biodisponibilité de la lysine
Pâte 35% fève: contient plus de lysine disponible qu’une pâte de blé classique, quelle
que soit la température de séchage
24
24La vitesse de digestion protéique
Exemple d’un aliment
Evaluation des barèmes thermiques sur la qualité
alimentaire des pâtes aux légumineuses chez le rat
• 6 régimes × 10 rats = 60 rats au total
Régimes:
FBT Pâte 35% fève séchée en basse température
FTHT Pâte 35% fève séchée à haute température
Isoprotéiques
GBT Pâte 6% gluten séchée en basse température
GTHT Pâte 6% gluten séchée à haute température
CS Control standard
CSP Control sans protéines
Effets:
Régime (la complémentarité des sources : blé + fève)
et Séchage (l’effet des barèmes hydrothermiques sur la réticulation des protéines)
25Taux de croissance
g/j 12
a a a≠b pour pDigestibilité
DAV=(CZ-(AF-AFE))/CZ
• Avec: DAV= digestibilité azotée vraie
• AF=azote fécal
• AFE=azote fécal endogène
%
1,05
• CZ= consommation d'azote
a réf Proll 1998
c
1 b,c c
b
0,95
a≠b≠c pour pUtilisation protéique nette
%
90
b
80 b,c a≠b≠c pour pEn résumé…
L’utilisation de procédés technologiques favorisant les
liaisons chimiques faibles entre les protéines pourrait
permettre d’améliorer la digestibilité de ces aliments.
A confirmer par des études complémentairesRichesse en acides aminés à fonction biologique spécifique
Richesse du soja en leucine
Rôle signal de certains AA
Exemple : la leucine
→ stimule la synthèse
protéiquePour résumer…
Ces aliments :
représentent de bonnes sources de :
-protéines
-glucides à faible IG
-fibres Dans le même aliment !
-micro-constituants
sont pauvres en lipides
peuvent être transformés en fonction des contraintes métaboliques
(protéines rapides)
contiennent des acides aminés indispensables à fonctions biologiques
caractérisées
Mais,
recherches encore nécessaires pour révéler et valoriser ces atouts
31Finalement, ces
aliments ont-ils des
effets santé ?
Peu de données dans la
littérature…
Contrôle du poids
Prévention du diabète de type 2
Prévention des maladies cardiovasculaires
32La gestion du poids
21 études compilées (n=940
sujets, IMC autour de 30kg/m²)
Apport moyen : 132g/j de
légumineuses (mélange ou haricots
ou pois)
Perte globale de 0,34 à 1,74 kg
(restriction calorique ou non)
versus les groupes contrôles
Egalement perte de tour de taille
et de masse grasse
33La prévention du diabète de type 2
41 études compilées (n=253 sujets, sujets sains et diabétiques de type 2)
Apport de 15 à 465g/j de légumineuses (mélange, haricots), 7 à 112 jours
Réduction de la glycémie et de l’insulinémie à jeun, de l’HbA1c et de l’index
d’insulino-résistance HOMA-IR 34La prévention des maladies cardiovasculaires
10 études compilées (n=268 sujets, sujets sains et hypercholestérolémiques)
Apport de 80 à 440g/j de légumineuses (mélange ou haricots ou pois ou lentilles), 28 à 56 jours
Réduction des concentrations sanguines du cholestérol total, du LDL-cholestérol et des triglycérides
35Conclusion
Conclusions et futures pistes
Protéines animales Protéines végétales
Apport de fibres, de
Tous les AA indispensables micro-constituants et de
Bonne digestibilité Atouts nutritionnels glucides complexes
Pauvres en lipides
Déficience en certains AA
Apport d’AG saturés
Freins nutritionnels indispensables
Pauvres en fibres
Digestibilité
Nécessité d’améliorer la biodisponibilité et les
caractéristiques alimentaires des protéines
végétales
37Conclusions et futures pistes
L’utilisation des sources protéiques végétales en
alimentation humaine nécessite certains
développements qui sont une source d’innovations.
1-travailler sur la complémentarité via des mélanges de différentes sources
végétales
Permettra d’obtenir un profil « équilibré » en acides aminés (acides aminés limitants) mais nécessité « d’inventer » de
nouveaux aliments (ex pâtes)
2-travailler sur des sources ou des procédés permettant d’augmenter
l’efficacité alimentaire des protéines en optimisant la biodisponibilité
(digestibilité/assimilation/rétention)
3-travailler sur des procédés permettant de maintenir l’environnement
matriciel de la protéine
4-définir les profils et les activités biologiques des acides aminés et des
biopeptides issus soit de la source végétale et/ou de l’effet des procédés
5-définir de nouveaux aliments plus adaptés à certaines populations
spécifiques à partir de produits végétaux et de procédés de transformation
38swalrand@clermont.inra.fr
Merci de votre attention et merci à
Valérie Micard, Karima Laleg, Insaf
Berrazaga
La difficulté n’est pas de comprendre les idées nouvelles
mais d’échapper aux idées anciennes
John Maynard Keynes
39La vitesse de digestion protéique
Comment accélérer la vitesse de digestion protéique ?
Exemple : travailler sur la complémentarité et les réticulations protéiques entre les sources +
modification des barèmes hydro-thermiques lors de la fabrication des pâtes alimentaires
Taux de protéines
hydrolysées après
traitement par la
pepsine seule (30 min)
ou la pepsine + la
pancréatine (180min)
Laleg, 2016
40La vitesse de digestion protéique
De plus, la vitesse de digestion protéique pourrait être
accélérée par des procédés technologiques
Exemple : modification des barèmes hydro-thermiques lors de la
fabrication des pâtes alimentaires
Résultats de digestibilité in vitro
Lysine
Protéines
Pâtes disponible
(% MS)
(% MS)
100% blé dur 12.2 0.29
35% fève 16.4 0.76
35% fève séchage
16.3 0.42
haute température
41
Micard V, données non publiéesLa vitesse de digestion protéique :
modification par les procédés
Modèle pâte
Lien structure du réseau protéique et digestibilité
Effet formulation
Sur la structure du réseau protéique des pâtes cuites
Digestibilité in-vitro
Pâtes 100% blé 35% fève
% de protéines
42,04a 45,06b
hydrolysées
Pâte 35% fève: réseau protéique plus faible digestibilité in-vitro plus importante
42
42
Laleg et al., 2016La vitesse de digestion protéique :
modification par les procédés
Modèle pâte
Lien structure du réseau protéique et digestibilité
Effet des paramètres du procédé: température de séchage 90°C vs. 55°C
Sur la structure du réseau protéique des pâtes 35% fève cuites
T (°C)
Temps (min)
Digestibilité in-vitro
Pâtes 55°C 90°C
% de protéines
43,3a = 42,8a
hydrolysées
Séchage 90°C: Réseau protéique plus fort sans modification de la digestibilité in-vitro
43
43
Laleg et al., 2016Richesse en acides aminés à fonction biologique spécifique
Rôle signal de certains AA
Exemple : la leucine → stimule la synthèse protéique
Dardevet, 2000Richesse en acides aminés à fonction biologique spécifique
Richesse du soja en leucine Augmentation de la masse musculaire
après exercice ± complément en protéines
de lait ou sojaLa digestibilité
Sources de protéines végétales :
Présence d’un réseau de constituants glucidiques indigestibles
Structure des protéines Augmentation des
Présence de facteurs antinutritionnels pertes endogènes
Digestibilité dans l’intestin grêle
Aliment Digestibilité iléale Ref
Farine de blé 90.3 Bos et al., 2005
Farine de lupin 91.0 Mariotti et al., 2001b
Isolat de soja 91.5 Mariotti et al., 1999
Protéines de pois 89.9 Mariotti et al., 2001a
Protéines de colza 84.0 Bos et al., 2007
Œuf (cru/cuit) 51.3-90.9 Evenepoel et al., 1998
Bœuf 94.3 Sylvester et Cummings, 1995
Caséine 98.0 Deglaire et al., 2009
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