L’enrichissement en fibres et en protéines

L’enrichissement en fibres et en protéines

Définition et généralités

Les fibres alimentaires sont des polymères glucidiques dont la définition précise varie selon les pays et les organismes scientifiques (Phillips 2013). La tendance internationale consiste à préciser les caractéristiques chimiques de base des fibres alimentaires ainsi que leur résistance à la digestion, de même qu’à exiger qu’elles procurent des effets physiologiques. La définition la plus récente retenue par Santé Canada (Santé Canada 2012b) est la suivante : 0000000 « Les fibres alimentaires sont :

1) les glucides ayant un degré de polymérisation ou nombre d’unités de saccharides de 3 ou plus naturellement présents dans les aliments d’origine végétale et n’étant ni digérés ni absorbés dans l’intestin grêle ;

2) les fibres nouvelles acceptées. »

Les fibres nouvelles comprennent notamment « les substances tirées de sous-produits agricoles et de matières végétales brutes, les substances d’origine animale ou bactérienne, les substances chimiquement modifiées et les produits de synthèse, qui n’ont habituellement pas d’antécédents d’utilisation en tant que sources de fibres alimentaires » (Santé Canada 2012b). La plupart des fibres alimentaires proviennent de la paroi cellulaire des fruits, des légumes, des noix, des graines de céréales et des graines oléagineuses (Cui et al. 2011). Les fibres sont classées en deux catégories basées sur leur solubilité dans l’eau : les fibres solubles et les fibres insolubles (Davidson and McDonald 1998; Dikeman and Fahey 2006; Roberfroid 1993).

Les fibres insolubles, principalement constituées de cellulose, d’hémicellulose et de lignine, servent essentiellement d’agents 6 gonflants, ce qui réduit le temps de transit et augmente le poids des selles. Ces fibres sont particulièrement retrouvées dans les céréales à grains entiers et le pain complet. Les fibres solubles, telles que les pectines, les gommes et certaines hémicelluloses, sont caractérisées par leur capacité à augmenter la viscosité du bolus alimentaire, réduisant les concentrations sanguines de glucose et de cholestérol. Contrairement aux fibres insolubles, les fibres solubles sont fermentées par la microflore du côlon, ce qui aboutit à la libération d’acides gras à chaînes courtes jouant un rôle important dans l’homéostasie de l’organisme (Davidson and McDonald 1998).

Les intérêts nutritionnels des fibres alimentaires Les intérêts nutritionnels des fibres alimentaires sur la santé humaine ont été intensément étudiés depuis les années 1970 et sont désormais bien connus et explicités. Les effets physiologiques des fibres alimentaires reconnus par Santé Canada (Santé Canada 2012b) sont :

– la régularisation de la fonction intestinale en augmentant le volume des selles ;

– la réduction des taux sériques de cholestérol total et/ou de cholestérol des lipoprotéines de faible densité ;

– la diminution de la glycémie et/ou de l’insulinémie postprandiales ;

– la procuration des métabolites énergétiques par la fermentation colique.

L’augmentation de la consommation d’aliments riches en fibres ou des suppléments de fibres réduit la concentration sanguine lipidique, abaisse la tension artérielle, améliore la maîtrise de la glycémie chez les personnes diabétiques, favorise la régulation intestinale, facilite la perte et le contrôle de poids et semble améliorer la fonction immunitaire (Anderson et al. 2009). Les personnes qui consomment de généreuses quantités de fibres alimentaires, comparativement à celles qui ont un apport en fibres minime, présentent moins de risques de développer des maladies cardiovasculaires, des accidents vasculaires cérébraux, de l’hypertension, du diabète, de l’obésité, certains problèmes gastro-intestinaux et certains cancers comme celui du côlon (Anderson et al. 2009; Jenkins et al. 2000; Kendall et al. 2010; Mann and Cummings 2009).

Les besoins en fibres

L’Enquête sur la santé dans les collectivités canadiennes (ESCC 2.2), réalisée en 2004, fournit les données les plus récentes sur la consommation alimentaire et l’apport nutritionnel des Canadiens de tous âges (Santé Canada and Statistique Canada 2004). 7 L’apport suffisant (AS) en fibres a été fixé à 14 g/1000 kcal/j chez tous les groupes d’âge d’un an et plus (IOM 2005). L’AS correspond à l’apport quotidien moyen recommandé estimé par rapport à l’apport nutritionnel chez un ou plusieurs groupes de personnes apparemment en bonne santé qui semblent conserver un statut nutritionnel adéquat. Le tableau 1-1 ci-dessous indique la quantité approximative correspondante de fibres selon l’âge et le sexe. Chez tous ces groupes d’âge et de sexe, d’après l’ESCC 2.2, l’apport moyen en fibres était inférieur à l’AS (Santé Canada 2012a).

Plus précisément pour la région du Québec, les apports habituels moyens en fibres des femmes se chiffraient à près de 16 g/j et ceux des hommes étaient de l’ordre de 18 g/j (Institut National de Santé Publique du Québec 2009). Il a donc été postulé que la majorité des adultes québécois et canadiens ont probablement des apports insuffisants en fibres alimentaires. Plus récemment, des apports similaires ont été rapportés chez la population américaine, malgré une augmentation de la quantité de fibres consommée entre 2001 et 2010 (McGill et al. 2015). Le gouvernement canadien continue donc de promouvoir l’importance d’un apport en fibres adéquat auprès de la population

Les intérêts nutritionnels des protéines Tout comme les fibres, les protéines ont également des effets bénéfiques sur la santé démontrés et reconnus. Les aliments à haute teneur en protéines aident au contrôle du poids corporel. En effet, les protéines ont un pouvoir satiétogène plus fort que les glucides et les lipides, lié notamment à une forte thermogénèse, à une augmentation de la libération d’hormones anorexigènes (incrétines), et à une meilleure régulation de la glycémie (Anderson and Moore 2004; Veldhorst et al. 2008; Westerterp-Plantenga et al. 2012; Westerterp-Plantenga et al. 2009). La consommation de protéines est aussi associée au développement de la masse musculaire maigre (Westerterp-Plantenga et al. 2012) et peut également contribuer à une meilleure santé osseuse (Bonjour 2005).

La valeur nutritive des protéines alimentaires dépend de leur composition en acides aminés, de leur digestibilité et des réactions de détérioration qu’elles peuvent subir au cours des processus de transformation et d’entreposage (Friedman 1996). La composition en acides aminés varie selon l’origine des protéines. Globalement, les protéines végétales, bien que complémentaires et indispensables, contiennent moins d’acides aminés essentiels que les protéines animales (Friedman 1996). Les acides aminés essentiels ne peuvent être synthétisés par l’organisme et doivent nécessairement être apportés par l’alimentation. Les protéines laitières, plus précisément les protéines de lactosérum, ont une excellente valeur biologique et sont une source riche d’acides aminés essentiels, en particulier la leucine qui a un rôle majeur dans la stimulation de la synthèse de protéines musculaires (Ha and Zemel 2003; Smithers 2008).

Ces atouts spécifiques font de ces protéines un ingrédient de choix pour les sportifs (Smithers 2008). De plus, les protéines de lactosérum sont riches aussi en acides aminés à chaînes ramifiées (leucine, isoleucine et valine) qui sont rapidement digérés et absorbés (Boirie et al. 1997; Abou-Samra et al. 2011), ce qui diminue la concentration de glucose sanguin postprandial, favorise la sécrétion d’incrétines, et ainsi améliore le contrôle de la glycémie et du poids corporel (Akhavan et al. 2010; Nilsson et al. 2004; Abou-Samra et al. 2011). Les protéines de lactosérum seront davantage présentées dans la section 1.2.4.1 de ce chapitre.

Table des matières

Résumé
Abstract
Table des matières
Liste des tableaux
Liste des figures
Liste des abréviations
Remerciements
Avant-Propos
Introduction générale
Chapitre 1. Revue de littérature
1.1. L’enrichissement en fibres et en protéines
1.1.1. Les fibres alimentaires
1.1.1.1. Définition et généralités
1.1.1.2. Les intérêts nutritionnels des fibres alimentaires
1.1.1.3. Les besoins en fibres
1.1.2. Les protéines
1.1.2.1. Généralités
1.1.2.2. Les intérêts nutritionnels des protéines
1.1.2.3. Les besoins en protéines
1.1.3. Les défis d’enrichissement en fibres et protéines
1.1.3.1. La demande des consommateurs
1.1.3.2. Le développement de nouveaux produits enrichis
1.1.3.3. Les boissons
1.1.3.4. Les barres de collation
1.2. Les systèmes mixtes protéine-polysaccharide
1.2.1. Les interactions protéine-polysaccharide (P-PS)
1.2.1.1. Le comportement des systèmes mixtes P-PS
1.2.1.2. Les facteurs influençant les interactions P-PS
1.2.2. Les propriétés fonctionnelles des complexes P-PS
1.2.2.1. Stabilité et solubilité des protéines
1.2.2.2. Viscosité des systèmes mixtes
1.2.2.3. Gélification des systèmes mixtes
1.2.3. Quelques applications alimentaires basées sur les complexes P-PS
1.2.3.1. Agent de texture
1.2.3.2. Agent stabilisant
1.2.4. Les systèmes mixtes protéines de lactosérum-pectine
1.2.4.1. Les protéines de lactosérum
1.2.4.2. La pectine
1.2.4.3. Les interactions protéines de lactosérum-pectine
1.3. Les fibres des fruits comme source intéressante de pectine
1.3.1. La composition générale des fruits
1.3.2. Les polysaccharides de la paroi cellulaire végétale
1.3.3. Le potentiel nutritionnel et fonctionnel des fibres de fruits
1.3.4. L’effet des procédés de transformation alimentaire sur la pectine des fruits
1.3.4.1. Les réactions non-enzymatiques
1.3.4.2. Les réactions enzymatiques
1.3.5. Techniques de caractérisation de la pectine des fruits
1.3.5.1. Les teneurs en fibres et en pectine
1.3.5.2. Fractionnement de la pectine
1.3.5.3. Détermination du degré de méthylation
1.4. Le potentiel du bleuet comme source de fibres et de pectine
1.4.1. Présentation générale du bleuet
1.4.2. La production et la consommation du bleuet
1.4.3. La composition en fibres du bleuet
1.4.4. L’importance des composés phénoliques du bleuet
1.4.4.1. La composition des composés phénoliques du bleuet
1.4.4.2. Les interactions protéine-polysaccharide-polyphénol
1.5. Problématique, hypothèse, but et objectifs de recherche
1.5.1. Problématique
1.5.2. Hypothèse
1.5.3. But général
1.5.4. Objectifs
Chapitre 2. Application d’un blanchiment à basse température pour moduler la structure de la pectine au sein de purées de bleuets
Transition contextuell
Résumé….
Abstract….
2.1. Introduction
2.2. Materials and methods
2.2.1. Chemicals
2.2.2. Plant material
2.2.3. Characterization of purees from six blueberry cultivars
2.2.3.1. Composition and physicochemical characterization
2.2.3.2. Extraction of alcohol-insoluble residue (AIR)
2.2.3.3. Pectin content
2.2.3.4. Degree of methylation
2.2.4. Heat treatments and analysis
2.2.4.1. Heat treatments
2.2.4.2. Fiber characterization
2.2.4.3. Viscosity
2.2.4.4. Particle size
2.2.4.5. Extraction of pectin-rich fractions
2.2.4.6. Monosaccharide composition
2.2.4.7. Total phenolic content
2.2.5. Statistical analysis
2.3. Results and discussion
2.3.1. Characterization of purees from six blueberry cultivars
2.3.2. Influence of heat treatment on the purees
2.3.3. Influence of heat treatment on the pectin structure and solubility
2.3.3.1. Degree of methylation of pectin in AIR
2.3.3.2. Pectin solubility and distribution of the pectin-rich fractions
2.3.3.3. Monosaccharide composition of the pectin-rich fractions
2.3.3.4. Degree of methylation in the pectin-rich fractions
2.4. Conclusion
2.5. Acknowledgements
Chapitre 3. Étude des interactions entre la pectine d’une purée de bleuets et des protéines de lactosérum : fonctionnalité et application
Transition contextuelle
Résumé….
Abstract
Graphical abstract
3.1. Introduction
3.2. Materials and methods
3.2.1. Chemicals
3.2.2. Material
3.2.3. Blueberry puree preparation and characterization
3.2.4. WPI-blueberry mixture preparation and analysis
3.2.4.1. Soluble pectin, whey proteins, and polyphenols
3.2.4.2. Viscosity and consistency measurements
3.2.5. Smoothie preparation and analysis
3.2.6. Statistical analysis
3.3. Results and discussion
3.3.1. Pectin and whey protein solubility
3.3.1.1. Behavior in the mixtures without WPI addition
3.3.1.2. Behavior in the mixtures with WPI addition
3.3.2. Polyphenol solubility
3.3.3. Rheological and textural properties of the WPI-blueberry mixtures
3.3.4. Case study: Application of WPI-blueberry mixture in the smoothies
3.3.4.1. Viscosity and particle size of the smoothies
3.3.4.2. Stability of the smoothies
3.4. Conclusion
3.5. Acknowledgements
Chapitre 4. Utilisation de la purée de bleuets en interaction avec des protéines de lactosérum pour développer des barres riches en protéines
Transition contextuelle
Résumé…
Abstract..
4.1. Introduction
4.2. Materials and methods
4.2.1. Ingredients
4.2.2. WPI-blueberry preparation and bar manufacturing
4.2.3. Bar analysis
4.2.3.1. Bar composition
4.2.3.2. Bar physico-chemical characteristics
4.2.3.3. Bar color
4.2.3.4. Bar texture
4.2.3.5. Bar water activity and moisture content
4.2.4. WPI-blueberry powder characterization
4.2.5. Statistical analysis
4.3. Results and discussion
4.3.1. Bar composition
4.3.2. Bar physico-chemical and color characteristics
4.3.3. Bar texture and changes over time
4.3.3.1. Initial bar hardness related to the hydration properties of ingredient powders..
4.3.3.2. Bar hardening over time related to the hydration properties of bars
4.4. Conclusion
4.5. Acknowledgements
Conclusion générale
Principaux résultats et apports scientifiques
Portée des découvertes et retombées du projet
Limites des travaux
Perspectives
Bibliographie
Annexe 1. Matériel supplémentaire pour le chapitre 2
Annexe 2. Matériel supplémentaire pour le chapitre 3
Annexe 3. Matériel supplémentaire pour le chapitre 4

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