Diversité et caractérisation des fibres alimentaires

Les Fibres Alimentaires: fonctionnalisation et propriétés nutrition-santé/ PARIS 29 mars 2018


Diversité et caractérisation des fibres

alimentaires

Dr Luc Saulnier

INRA - UR 1268 Biopolymères Interactions Assemblages (BIA)

Nantes - FRANCE

Les Fibres Alimentaires: fonctionnalisation et propriétés nutrition-santé/ PARIS 29 mars 2018 2

Les Fibres Alimentaires

!  Definition (2008/100/EC) •  Polymères de glucides (DP>3), qui ne sont ni digérés ni absorbés au

niveau de l’intestin grêle de l’homme appartenant aux catégories suivantes:

-  présents naturellement dans les aliments (+lignines et composés associés) -  extraits des végétaux et avec des effets bénéfiques scientifiquement

démontrés -  synthétiques avec des effets bénéfiques scientifiquement démontrés

!  Effet « santé » (EFSA Journal 2010; 8(3):1462) •  Etudes épidémiologiques

•  régulation du transit intestinal et réduction du risque des MCD, diabète et cancers…

•  Recommandations nutritionnelles: augmenter la consommation de fibres dans notre régime alimentaire -> 25g-35g/jour - En France consommation « moyenne » ~17g/jour


Les sources de fibres alimentaires

Gommes, polysaccharides d’algues Celluloses modifiées, inuline

Amidons résistants ...

α-galactosides, FOS, ....

PROTEINES LIPIDES, MINERAUX

LIGNINES CELLULOSE

HEMICELLULOSES PECTINES

PAROIS VEGETALES

Dans l’alimentation les

fibres proviennent essentiellement

des parois végétales des

céréales, fruits et légumineuses


La paroi végétale

LM: Lamelle Moyenne PP: Paroi Primaire

PS: Paroi Secondaire

2 µm

LM

PP PS

PS

Arabidopsis thaliana metaxylem Persson., et al., 2007, Plant Cell

!  Structure rigide et dynamique qui entoure les cellules végétales

•  Rôles: forme des cellules , adhésion cellulaire, protection …

! Assemblage de ≠ polymères •  polysaccharides, protéines, lignines

•  Substances pectiques solubles dans l’eau avec les chélatants du calcium •  Hémicelluloses solubles dans les bases diluées •  Cellulose insoluble dans les acides et les bases dilués Répartition ≠ : s. pectiques abondants dans lamelle moyenne, cellulose dans paroi secondaire


La cellulose

DP ~ 6000 dans la paroi primaire DP ~ 10-15000 dans la paroi secondaire

Homopolymère de D-glucose lié en β(1,4)


Les substances pectiques

!  Polymère complexe: multiblocs riche en acide galacturonique

!  Proportion et taille des domaines variables

Homogalacturonane (HG)

Rhamnogalacturonane I (RGI)


Les hémicelluloses

!  Xyloglucanes hémicelluloses majeures des parois Iaires des dicots et monocots (sauf graminées) 20% du poids sec de la paroi Iaire. !  Xylanes (AX, GX, GAX …) 5% paroi Iaire des dicots 20% paroi Iaire des graminées 20% des parois IIaire des dicots et monocots !  Mannanes Galactomannanes et Glucomannanes !  Beta-Glucanes Mixtes Spécifiques des graminées/céréales Homopolymères de D-Glucose lié en β-(1,3) et β-(1,4)

1 4 3

5 1

1

1 3

1 3

1 3

1 3

1 3

1 4 Cellotriosyl block (DP3)

Cellotetraosyl block (DP4)


Constituant phénolique de la paroi Acides HydroCinnamiques (HCA) & Lignines

A. férulique

!  HCA liés aux polysaccharides spécificité des graminées et de quelques dicotylédones

A. pCoumarique ARABINOXYLAN

COOH

OO

O O

OH

OH

ARABINOXYLAN

COOH

Model of a poplar lignin fraction (J. Ralph, 2003)

Labile bonds: β-O-4 in blue « Condensed » (resistant) bonds other

colors

Lignin units Phenylpropane with 0 (H), 1 (G) ou 2 (S) methoxyl

groups (R1 and R2)

O

R1

R2

CCC

αβγ

789

1

2 3

4

6 5


Interactions des polymères

!  Les interactions faibles Liaisons H: Cellulose - Xyloglucanes

!  Les interactions ioniques Pectines (homogalacturonanes)

!  Les interactions covalentes Bore (RG-II)

Hemicelluloses-pectines Pectines protéines? Acides phénoliques

Polysaccharides-lignines

!  Enchevêtrement

Somerville et al. (2004) Science 306, 2206


Les graines de légumineuses un exemple de la diversité des fibres alimentaires

pois, pois chiche, les haricots, fèves, les lentilles…

Tégument 6-12 % de la graine

Parois : 90 % (MS)

Riche en cellulose cristalline Peu ou pas lignifiés, cutines

Cotylédon 88-94 % de la graine

Parois : ~ 6-10% (MS)

Epaisse/ céréales Riche en pectines, peu de cellulose

50 µm

Seed coat Storage tissue E


Les fibres alimentaires des cotylédons

Coupe de cotylédon pois

!  Amidon (résistant): -  RS1 physiquement inaccessible -  RS2 amidon natif -  RS3 : amidon rétrogradé -  RS4: amidons modifiés chimiquement

TDF SDF Cellulose Hemicel Pectines g/100g Distribution des Polysaccharides (%)

Parois 14 2-9 10 20 60

!  Oligosaccharides non digestibles 2,1- 4,1 % de la graine α-galactoside de DP 3 à 5: raffinose, stachyose, verbascose


Le dosage des fibres Les méthodes enzymatiques/gravimétriques simulent l’assimilation des

aliments dans le tube digestif

METHODES DE DOSAGE DES FIBRES TOTALES (TDF)

AOAC 985.29 AOAC 2001.03 AOAC 2009.01

Digestion enzymatique « in vitro »

α-amylase 95°C 15min α-amylase 37°C 16h

Récupération et dosage des fibres

Pesée des fibres solubles et insolubles de haute masse moléculaire = HMwDF

Dosage des fibres de faible masse moléculaire par HPLC

= LMwDF

TDF = HMwDF TDF = HMwDF+ LMwDF TDF = HMwDF+ LMwDF Amidon résistant inclus

•  Dernière évolution AOAC 2009.01 -> 2011-25


Le dosage des fibres

!  Quelques méthodes spécifiques: •  Dosage de l’amidon résistant (AOAC 2002.02) •  Dosage de l’inuline et FOS (AOAC 997-08 & 999-03 ) •  Dosage des beta-glucanes mixtes (AOAC 995-16)

Produits Végétaux % eau Teneur en fibres

(g/100g mh) 985.29 2009.01

Lentille 10,8 16-18

Lentille cuite 72 5,9

Grain de Blé 13,5 12,6 15,8

Pain Blanc 40 3,1 4,7

Pain Complet 43 6,9 8,3

Poire 83,2 3,2

Carotte 88,0 2,9

Concombre 95,6 1,2

Tomate 94,4 1,3

Pas d’indications sur : - la nature chimique des fibres - propriétés physico-chimiques (viscosité, CRE) - susceptibilité à la dégradation enzymatique (fermentation)


Digestion-absorption des macronutriments

Métabolisme du glucose et des lipides

Obésité Diabète NIDDM

Maladie cardiovasculaire

Transit Intestinal AGCC

Effet prébiotique

Santé du colon cancer, maladie inflammatoire

…

Caractéristiques/ quantité de fibres Bouche

Mastication

Estomac Vidange gastrique

Intestin grêle

Fermentation

Microbiote

Colon

Fibres Solubles: viscosité

Fibres insolubles :

Capacité de rétention d’eau

Taille de particules

Effets technologiques sur la structure de la

matrice

Les mécanismes d’action des fibres

Kaisa Poutanen



!  Une large diversité de fibres alimentaires •  Composition et propriétés des parois dépendent des tissus (parenchyme/cotylédon/

albumen≠enveloppes/sons/coques) et des espèces végétales (céréales≠fruits et légumes •  Exsudats (gomme arabique ) •  Texturants alimentaires (pectines, alginates, guar… •  Inuline, fructanes, raffinose, stachyose (FODMAP)

CONCLUSIONS

!  Les effets nutritionels des fibres sont complexes •  Les fibres solubles et visqueuses ont des effets nutritionnels identifiés •  Les fibres insolubles sont plus ou moins facilement dégradées par les microorganismes

selon leur origine: paroi primaire ou secondaire •  L'effet sur le microbiote est très important mais pas l’unique mécanisme de leur action •  Les composés phytochimiques associés à la paroi ont des effets bénéfiques sur la santé

(lignanes ...) •  Fibres purifiées ≠ Fibres « originales » (mélange de différents types de fibres avec

d’autres composés associés (composés phénoliques…) •  Le son de blé est l’exemple” type” d’une source complexe de fibres

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