Cinétiques d’hydrolyse des protéines et des lipides lors de digestions in vitro d’aliments modèles : influence des paramètres de structure des matrices

Lipolysis and proteolysis kinetics during in vitro digestions of model foods : influence of the structure parameters of the matrix

• Auteur / Autrice : Damien Mat
• Direction : Isabelle Souchon, Camille Michon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des aliments
• Date : Soutenance le 27/02/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : AgroParisTech (France ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génie et Microbiologie des Procédés Alimentaires - GMPA
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Carrière
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Carrière, Sylvie Turgeon, Didier Dupont, Marie-Caroline Michalski, Anne-Marie Davila
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvie Turgeon, Didier Dupont

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéines

Lipides

Hydrolyse

Digestion

Cinétique enzymatique

Aliments

Mots clés libres

Digestion in vitro

Émulsions

Structure de la matrice alimentaire

Hydrolyse des protéines et des lipides

Aliments fonctionnels

In vitro digestion

Emulsions

Food matrix structure

Hydrolysis of proteins and lipids

Functional foods

Résumé

L’aliment est une source structurée de nutriments. Les différents éléments qui le composent sont arrangés et associés à plusieurs échelles et lui confèrent des propriétés organoleptiques et rhéologiques. Cette structure va être déconstruite par les différents étages de l’appareil digestif et prise en charge par l’organisme et son microbiote. La réponse qualitative et cinétique du système digestif à une structure particulière doit donc être prise en compte pour compléter notre compréhension des attributs nutritionnels de l’aliment et aller vers des formulations à visée de bien-être et de santé.Cette thèse s’est concentrée sur des matrices complexes riches en protéines de type émulsions huile dans eau. Tout en gardant constante la composition (10 % d’huile et 15% de protéines de lactosérum), des matrices de structures diverses et parfaitement maîtrisées ont été définies puis préparées en modulant les conditions des procédés de fabrication. Pour étudier leur comportement lors de la digestion, un protocole de digestion in vitro statique a été mis en oeuvre, associé à la titration par pH-stat. Cette méthodologie a permis de suivre, de façon originale, l’hydrolyse, et des protéines, et des lipides, au cours de la phase intestinale simulée.Son usage a ensuite été étendu à la phase gastrique pour le suivi de la protéolyse par la pepsine. L’étude des matrices solides représente un challenge dans les protocoles in vitro car elles ont un degré de complexité supplémentaire par rapport aux matrices liquides ou semi-solides. Une partie du travail s’est ainsi concentrée sur l’étude de l’effet de la taille des fragments sur la libération des nutriments, ainsi que leur impact sur la qualité de la mesure par pH-stat.Le potentiel de ce travail méthodologique a été démontré sur différents effets de structure des aliments sur la digestion. L’état physique de la phase continue en particulier et la taille des gouttelettes d’huile étaient parmi les plus influents. Des interactions entre protéolyses et lipolyse ont aussi été observés, ce qui démontre que le suivi simultané des cinétiques d’hydrolyse est un aspect important pour une compréhension plus complète des effets de structure.Par ailleurs la collaboration avec des physiologistes et des microbiologistes a permis la conduite de deux études in vivo chez le rat dont les premiers résultats attestent d’un effet structure à la fois sur la composition du microbiote et sur des marqueurs physiologiques.

Food is a structured source of nutrients. Its different components are arranged and associated on several scales and provide organoleptic and rheological properties. This structure is going to be deconstructed by the different stages of the digestive tract and managed by the organism and its microbiota. The qualitative and kinetical response of the digestive tract to a specific structure must then be taken into account to complete our understanding of the nutritional attributes of the food and achieve functional formulations aiming to well-being and health.This thesis focused on complex protein-rich oil-inwater emulsion-type matrices. While keeping the composition constant (10 % oil and 15 % whey proteins), matrices with various and perfectly controlled structures have been designed and prepared by modulating the conditions of the fabrication process. To study the behavior during the digestion, a static in vitro digestion protocol has been carried out, associated to pH-stat titration. This method allowed to follow, in an innovative way, concurrent hydrolysis of both lipids and proteins during the simulated intestinal phase.Its use was then further extended to the gastric phase in order to follow the proteolysis by the pepsin. The study of solid matrices represents a challenge in in vitro protocols since they have an additional degree of complexity compared to liquid and semi-solid ones. A part of this work thereby focused on the study of the influence of the size of the fragments on the nutrients release, as well as on their impact on the quality of the pH-stat monitoring. The methodologic potential of this work has been demonstrated on different structure effects of the food onto its digestion. The physical state of the continuous phase in particular and the size of oil droplets were among the most influent parameters. Interactions between proteolysis and lipolysis were also observed, proving that simultaneous following of the hydrolysis kinetics is an important aspect for a more complete understanding of the structure effects.Moreover, collaborating with physiologists and microbiologists allowed the conduct of two in vivo studies with rats, the first results of which attest a structure effect on the microbiota composition and on physiological markers.