Utilisation digestive des graines protéagineuses traitées, et leur valorisation par les vaches laitières

Digestive use of treated proteaginous seeds, and their valuation by dairy cows

• Auteur / Autrice : Solveig Mendowski
• Direction : Pierre Nozière, Patrick Chapoutot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique et Physiologie
• Date : Soutenance le 06/12/2019
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut National de la Recherche Agronomique (France). Unité Mixte de Recherche sur les Herbivores (Clermont-Ferrand, Puy-de-Dôme)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Schmidely
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Veerle Fievez, Sophie Lemosquet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Schmidely, Corine Bayourthe

Mots clés

Mots clés contrôlés

Panse

Protéagineux

Élevage laitier

Mots clés libres

Graines protéagineuses

Féverole

Lupin

Extrusion

Protéines

Vaches laitières

Proteaginous seeds

Faba bean

Lupin

Extrusion

Proteins

Dairy cows

Résumé

Dans un contexte où le tourteau de soja importé d’Amérique (le plus souvent OGM et cause d’une importante déforestation) pour l’alimentation des animaux d’élevage est pointé du doigt, des alternatives à son utilisation dans l’alimentation des vaches laitières sont étudiées. Par exemple, l’utilisation des graines protéagineuses (féverole, lupin, pois) produites en France, du fait de leur teneur en protéines intéressante, pourrait être un moyen. Mais, distribuées crues aux animaux, leurs protéines sont très dégradables dans le rumen, ce qui pénalise leur valeur azotée pour le ruminant. Une possibilité est d’appliquer à ces graines des traitements thermiques pour protéger leurs protéines d’une trop forte dégradabilité dans le rumen. L’objectif de cette thèse, conduite dans le cadre du projet PROLEVAL, était de tester des combinaisons « matière première × traitement technologique » pour optimiser la dégradation des protéines de graines protéagineuses dans le rumen, sans altérer leur digestibilité dans l’intestin. Suite à des essais préalables in vitro et in situ, des régimes à base de féverole et de lupin, distribués crus ou extrudés selon différentes conditions, ont été testés lors de deux essais in vivo sur vaches laitières, dans lesquels les rations étaient iso-protéiques et la méthionine non limitante. Le 1er essai comparait l’utilisation du tourteau de soja à la féverole ou au lupin, distribués crus, extrudés à 140°C et extrudés à 160°C. Les différents résultats ont montré que le tourteau de soja peut être remplacé par de la féverole ou du lupin sans altérer significativement les performances laitières des vaches. À 140°C, des réactions de Maillard ont permis la protection des protéines d’une trop grande dégradabilité ruminale par rapport aux graines crues, sans altérer l’absorption des acides aminés dans l’intestin grêle, entrainant une meilleure production laitière avec la féverole. En revanche, à 160°C, ces réactions ont semblé trop protéger les protéines, qui ont été moins bien absorbées dans l’intestin. Dans le 2ème essai, de la féverole a été distribuée crue, extrudée à 140°C comme dans le 1er essai, et extrudée à 140°C après une maturation spécifique visant à améliorer la complexation des protéines avec des sucres exogènes (maturation avec des sucres réducteurs) ou endogènes (libérés par maturation avec un cocktail enzymatique). Les différents résultats ont confirmé que l’extrusion à 140°C de la féverole protège les protéines de la dégradation ruminale. L’ajout de sucres réducteurs a conduit à une surprotection des protéines, dont les acides aminés ont été moins bien absorbés dans l’intestin grêle. L’addition du cocktail enzymatique a en revanche conduit à un niveau d’absorption des acides aminés dans l’intestin grêle similaire à celui obtenu avec la féverole extrudée à 140°C sans condition de maturation spécifique.En parallèle de ces essais, une synthèse bibliographique quantitative a été réalisée sur l’utilisation des graines protéagineuses, crues et traitées thermiquement, dans l’alimentation des vaches laitières. Les résultats confirment ceux obtenus in situ et in vivo dans le cadre de cette thèse : les traitements thermiques protègent les protéines de la dégradation dans le rumen mais les bénéfices de cette protection sur les performances zootechniques des animaux nécessitent une bonne maîtrise du traitement appliqué.En conclusion, les graines protéagineuses peuvent remplacer le tourteau de soja dans l’alimentation des vaches laitières, sous réserve d’un traitement thermique adapté.

Importation of soybean meal from America, which are most often GMO and cause of significant deforestation, is nowadays increasingly questioned in animal feeding. For dairy cows, alternatives such as French produced proteaginous seeds (faba bean, lupin, pea) are investigated, because of their interesting protein content. However, when distributed raw to animals, their proteins are very degradable in the rumen, which penalizes their nitrogen value for ruminants. One possibility is to apply heat treatments to these seeds to protect their proteins from too high degradability in the rumen.The objective of this thesis, conducted as part of the PROLEVAL project, was to test combinations of "raw material × technological treatment" to optimize the degradation of proteaginous seeds’ proteins in the rumen, without altering their digestibility in the intestine. Following in vitro and in situ experiments, diets containing faba bean and lupin distributed raw or extruded under different conditions were tested in two in vivo experiments on dairy cows. Diets were iso-crude protein and non-limiting methionine. The first experiment compared soybean meal with faba bean or lupin, distributed raw, extruded at 140°C and extruded at 160°C. The different results showed that soybean meal could be replaced by faba bean or lupin without significantly altering the dairy performance of cows. On one hand, at 140°C, Maillard reactions led to protection of proteins from ruminal degradability compared with raw seeds, without altering the absorption of amino acids in the small intestine, leading to better milk production with faba bean. On the other hand, at 160°C, these reactions seemed to overprotect the proteins, which were less absorbed in the intestine. In the 2nd experiment, faba bean was distributed raw, extruded at 140°C in the same way as in the 1st experiment, and extruded at 140°C after a specific maturation, which aimed at improving the complexation of proteins with exogenous sugars (maturation with reducing sugars) or endogenous (released during maturation with an enzymatic cocktail). The different results confirmed that extrusion at 140°C of faba bean protects proteins from ruminal degradation. On one hand, addition of reducing sugars led to overprotection of the proteins, whose amino acids were less absorbed in the small intestine. On the other hand, addition of the enzymatic cocktail led to a level of absorption of amino acids in the small intestine similar to the one obtained with faba bean extruded at 140°C without specific maturation conditions.In addition to these experiments, a quantitative bibliographic synthesis was carried out on the use of proteaginous seeds, raw and heat-treated, in dairy cows diets. The results confirm those obtained in situ and in vivo in the context of this thesis: heat treatments protect proteins from degradation in the rumen, but the benefits of this protection on the zootechnical performance of animals require good control of the applied treatment.In conclusion, proteaginous seeds can replace soybean meal in dairy cows diets, when subjected to the appropriate heat treatment.