Impact de la fermentation et/ou de la germination de graines de céréales et de légumineuses sur la digestibilité protéique chez le rat en croissance.

La transition vers un régime plus végétal et durable fait partie des grandes évolutions de l’alimentation. Augmenter la consommation de sources protéiques végétales telles que les légumineuses et les céréales complètes devient un enjeu majeur. Ces sources végétales sont des vecteurs de fibres et de micronutriments dont la consommation est associée à une prévention des maladies chroniques. Cependant, la qualité nutritionnelle moindre des protéines végétales est à prendre en compte pour proposer des produits adaptés aux besoins de la population. Les protéines végétales issues des céréales et légumineuses ont souvent des profils en acides aminés incomplets par comparaison avec les protéines d’origine animale. De plus, ces protéines végétales contiennent des facteurs antinutritionnels interférant avec l’absorption des micronutriments et réduisant la digestibilité des protéines. Aussi, l’utilisation de bioprocédés tels que la fermentation et la germination permettrait de lever ce verrou tout en respectant le concept de « Naturalité » inscrit dans la transition alimentaire actuelle. Il est apparu récemment un intérêt pour la combinaison de ces deux procédés afin de parfaire la digestibilité protéique des aliments végétaux et d’optimiser la biodisponibilité de micronutriments. Alors que la germination est un processus biologique commençant à l’imbibition d’une graine quiescente et s’achevant au moment de la percée de la radicule, la fermentation résulte de l’action spontanée ou dirigée de communautés microbiennes endogènes, et/ou ajoutées, sur des matières premières d’origine animale ou végétale. Les aliments résultant de ces procédés sont profondément modifiés sur le plan biochimique et contiennent une biomasse microbienne élevée, le plus souvent vivante. La fermentation est bien maîtrisée sur les matrices liquides animales mais elle reste exploratoire et complexe sur les matrices solides végétales. De plus, l’utilisation de ce type de fermentation sur des graines germées n’a, à notre connaissance, jamais été investiguée pour l’alimentation humaine. Aussi, l’efficacité alimentaire de matrices végétales ainsi traitées doit être absolument évaluée chez l’animal avant toute consommation par l’Homme. Le projet a pour but d’évaluer l’impact de la fermentation solide sur la digestibilité protéique et les effets santé de différents prototypes d’aliments germés ou non germés à base de céréales et de légumineuses chez le rat en croissance.

A court terme, du fait de la composition équilibrée en acides aminés indispensables dans le mélange orge et pois chiche, comparable à celle de protéines animales, et de l’utilisation de façon associée de la fermentation et la germination pour limiter les facteurs antinutritionnels, nous postulons que le régime à base de protéines végétales issues de graines traitées par germination puis fermentation présentera une efficacité métabolique similaire au régime contenant la caséine en termes de croissance, d’accrétion protéique corporelle et de régulation du métabolisme protéique chez le rat jeune. A plus long terme, le projet aura un impact positif sur le plan environnemental et sociétal et contribuera à l’élaboration de nouveaux aliments à forte valeur ajoutée, grâce à l’optimisation des conditions de fermentation solide adaptés au contexte végétal combiné à la germination. Ses bioprocédés répondent pleinement aux attentes actuelles des consommateurs : naturalité, absence de conservateurs et potentiels bénéfices santé. Par ailleurs, la maîtrise croissante des communautés microbiennes et la possibilité de créer et optimiser des consortiums à fonctionnalités ciblées font de ces aliments une mine d’innovations pour l’avenir face aux défis qui attendent nos systèmes alimentaires. Les bénéfices attendus du projet devraient répondre à la fois à des enjeux environnementaux mais aussi de santé publique. En effet, ce projet devrait permettre d’augmenter la part des végétaux dans l’alimentation afin de contribuer à un rééquilibrage de la consommation de protéines animales versus protéines végétales dans le but d’aller vers un modèle alimentaire plus vertueux d’un point de vue nutritionnel et environnemental. Ceci permettra de diversifier l’alimentation et de prévenir les carences nutritionnelles. De plus, le développement de produits de bonne qualité nutritionnelle et sources de protéines pourrait prévenir le risque de dénutrition de populations spécifiques comme les personnes âgées en leur apportant des produits digestibles, ayant des goûts/textures adaptés et répondant à leurs besoins nutritionnels. De plus, ces nouveaux aliments pourraient également prévenir l’apparition de dysbioses intestinales via la consommation d’aliments vecteurs de microorganismes « positifs ». Pour finir, la valorisation par fermentation solide pour l’alimentation humaine permet une nette réduction des émissions de gaz à effet de serre ainsi qu’une sauvegarde des ressources en eau douce.

Les rats seront hébergés en cage individuelle pour contrôler précisément leur consommation pendant toute la durée du protocole depuis leur arrivée à l’animalerie jusqu’à leur sacrifice soit 38 jours au total. Les animaux subiront diverses interventions au cours du protocole. Elles auront pour but de : (1) mesurer la composition corporelle sur animal vigile via une technique non invasive peu stressante réalisée 2 fois et d’une durée de 2 minutes à chaque fois. (2) mesurer la fonctionnalité musculaire de façon non invasive et sur animal vigile. Cette mesure fait intervenir 3 appareils. Ces mesures seront réalisées sur la base du « volontariat » car il est impossible d’obliger les animaux à réaliser les exercices. L’appareil 1 servira à mesurer la force et sera utilisé 2 fois pour une durée de manipulation de l’animal de 30 secondes à chaque fois. L’appareil 2 permettra d’évaluer l’équilibre et la coordination motrice et sera utilisé 2 fois. La durée dépendra de l’endurance et de la volonté du rat à réaliser l’exercice (5 minutes au maximum). Enfin, l’appareil 3 permettra d’appréhender l’activité ambulatoire totale et ne sera utilisé qu’à la fin du protocole. L’expérience dure 10 minutes et est non stressante. (3) mesurer la rétention azotée (azote ingérée – azote excrétée) au niveau corps entier. Cette mesure nécessite la récupération de la totalité des fèces et de l’urine produits. Les rats concernés hébergés dans une cage métabolique conçue pour permettre cette récupération. La durée du passage sera réduite au maximum (4 jours au total) sans compromettre les résultats du projet. (4) mesurer la synthèse protéique dans les muscles squelettiques en fin de protocole. Après avoir été mis à jeun la veille, les 50 rats subiront, le matin, une injection permettant de mesurer la synthèse protéique 50 minutes avant l’euthanasie. Tous les rats seront ensuite mis à mort sous anesthésie générale gazeuse.

Dès leur arrivée à l’animalerie et durant toute la durée du protocole expérimental, tous les rats (50) seront hébergés en cage individuelle. Cet isolement affectera le bien-être de ces animaux sociaux en induisant une détresse chronique. Lors de leur séjour en cage métabolique pendant les 4 derniers jours du protocole, les animaux seront soumis à un stress physique et une détresse supplémentaires par rapport à l’hébergement en cage individuelle. En effet, la taille des cages métaboliques est réduite comparativement aux cages d’hébergement standard. De plus, le sol est composé d’une grille qui affecte le bien-être des animaux.

A la fin de la procédure, les animaux seront mis à mort afin de pouvoir réaliser les analyses sur les différents tissus prélevés qui permettront de répondre aux objectifs du projet.

Les animaux utilisés sont des rats Wistar âgés de 4 semaines au début de la mise sous régime car ces animaux présentent un métabolisme très proche de celui de l’Homme tout particulièrement au niveau de notre métabolisme cible, le métabolisme protéique. C’est pourquoi le choix de cette espèce est préconisée par l’Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture (Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO) pour évaluer l’efficacité nutritionnelle d’un régime. Ce modèle est bien connu du laboratoire et de récentes études menées au sein de l’équipe de recherche l’ont utilisé. L’étude vise à évaluer l’efficacité alimentaire et à caractériser l’effet d’un régime à base de protéines végétales issues d’un mélange de graines germées ou non puis ayant été soumis à une fermentation ou non, sur le métabolisme protéique musculaire chez le rat en croissance. Les animaux seront donc âgés de 4 semaines et seront de poids homogène (environ 300g) au début du protocole. Ils seront âgés de 9-10 semaine à la fin de l’étude en tenant compte des 10 jours d’acclimatation