Evaluation de la qualité nutritionnelle de protéines issues de graines chez le rat en croissance. Effet de la germination.

L’augmentation de la population mondiale va rendre difficilement supportable, d’un point de vue écologique, l’évolution constante de la consommation de protéines alimentaires de sources animales. Il est donc nécessaire de développer de nouveaux aliments à base d’ingrédients végétaux riches en protéines de bonne qualité alimentaire. Cependant, la consommation de ces produits végétaux est souvent limitée en raison de leur contenu en facteurs antinutritionnels (FAN) qui diminue la digestibilité protéique. Il devient alors nécessaire de développer de nouveaux procédés de transformation limitant le contenu en FAN pour la production d’aliments destinés à l’alimentation humaine. La germination au sens strict, est un processus biologique qui commence à l’imbibition d’une graine quiescente nondormante et s’achève au moment de la rupture du tégument et de l’émergence de l’embryon. Ainsi la germination correspond à la reprise des métabolismes et à la réorganisation des composants cellulaires avant la consommation des réserves protéiques de la graine au moment de la percée radiculaire et de la croissance de la jeune plantule. Ce processus biologique dépend des conditions d’imbibition (température, lumière, O2…), de l’environnement microbiologique et de la valeur intrinsèque à la graine (espèce, variété, âge, taux d’oxydation des protéines). Sur le plan nutritionnel, de nombreux travaux montrent que la germination améliore l’accessibilité aux protéines stockées dans la graine, augmente la teneur en micronutriments et améliore les capacités anti-oxydantes de la graine, mais aussi des farines qui en sont issues. De plus, le processus de germination diminue le contenu en FAN. L’objectif de ce projet sera d’évaluer l’impact de la germination sur la densité nutritionnelle et la qualité alimentaire de farines ou d’isolats protéiques produits à partir de graines de céréales, de légumineuses et d’oléagineux. Cette étude sera menée chez le rat en croissance. Les effets bénéfices sur le plan nutritionnel de farines ou d’isolats protéiques produits à partir de graines germées seront appréhendés par comparaison avec des farines ou des isolats protéiques issus de graines non germées et avec un régime témoin à base de protéines animales (caséine).

L’augmentation de la population mondiale va rendre difficilement supportable, d’un point de vue écologique, l’évolution constante de la consommation de protéines alimentaires de sources animales. Il est donc nécessaire de développer de nouveaux aliments à base d’ingrédients végétaux riches en protéines de bonne qualité alimentaire. Toutefois, la présence de facteurs antinutritionnels (FAN) dans les aliments végétaux ainsi qu’une réticulation importante des protéines végétales les rendent moins digestibles pour l’Homme. L’utilisation de la germination pourrait permettre de lever ce verrou. La germination est un processus de développement de la plante contenu dans sa graine qui débute par une étape de reprise de l’activité métabolique après une période de dormance, ces graines sont alors dites « germées ». Ce bioprocédé est à la fois respectueux de l’environnement mais également simple à mettre en place, et peu coûteux. Il diminue le contenu en FAN, augmente l’accessibilité et la teneur en protéines et en micronutriments (sodium, magnésium, fer, zinc) ainsi que les capacités anti-oxydantes des graines (polyphenols). Ce projet pourrait donc permettre de mettre en évidence qu’un bioprocédé de transformation, la germination, permettrait de lever le verrou lié à l’utilisation de végétaux comme source de protéines alimentaires. Ce bioprocédé de transformation est d’autant plus interessant qu’il respecte le concept de « Naturalité » inscrit dans la transition alimentaire à laquelle nous faisons face actuellement.

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 mise à mort soit 38 jours au total. Les animaux subiront diverses interventions au début et à la fin du protocole. Elles auront pour but de : -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. -mesurer la fonctionnalité musculaire de façon non invasive et sur animal vigile. Cette mesure fait intervenir 4 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). L’appareil 3 permettra d’évaluer des paramètres statiques (surface des empreintes…) et dynamiques (vitesse…) de la locomotion. Il sera utilisé 2 fois et l’exercice durera moins de 7 secondes à chaque fois. Enfin, l’appareil 4 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. 150 rats concernés. -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. Une partie des rats (80 rats) seront 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. – mesure de la synthèse protéique dans les muscles squelettiques en fin de protocole. Après avoir été mis à jeun la veille, une partie des rats (80 animaux) subiront, le matin, une injection permettant de mesurer la synthèse protéique 50 minutes avant l’euthanasie. Les autres rats (70 animaux), après avoir été mis à jeun la veille, seront gavés avec un mélange permettant de mimer un repas. Ces rats subiront ensuite 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.

A leur arrivée, les animaux seront âgés de 4 mois. A la fin du protocole, ils seront mis à mort à l’âge de 9-10 semaines. Au cours de cette période de 5-6 semaines (dont 10 jours d’acclimatation) et en raison de l’avancée en âge, les rats auront pris du poids, de la masse grasse et de la masse maigre. Les différents régimes devraient moduler toutes ces modifications. L’hébergement des rats leur occasionnera un léger stress. En effet, les rats seront hébergés en cage individuelle afin de contrôler précisément leur consommation. De plus, 80 rats sur les 150 au total seront hébergés les 4 derniers jours du protocole dans une cage métabolique afin de récupérer l’ensemble des excréments. Durant le protocole, les animaliers observeront quotidiennement le comportement général de chaque rat, son apparence et contrôleront la présence d’eau et de nourriture. Hebdomadairement, les animaux seront pesés et un contrôle de consommation sera réalisé. L’état général de l’animal sera noté sur un cahier de suivi et l’expérimentateur sera informé de toutes observations anormales. Si un animal présente 3 points limites notables ou 1 point sévère, il sera pris une décision afin de limiter la douleur à son maximum. Plusieurs mesures de composition corporelle et de fonctionnalité musculaire seront réalisées. Ces mesures seront effectuées sur animal vigile mais sont peu stressantes. Enfin, une mesure de synthèse protéique musculaire sera réalisée chez les rats. Cette mesure nécessite l’injection d’une molécule non toxique et n’induisant pas de douleur en soi diluée dans du sérum physiologique, par voie sous cutanée 50 minutes avant la mise à mort. Les injections seront réalisées sur le dos de l’animal. Pour limiter le stress et la douleur induits par l’injection, il ne sera jamais injecté plus de 10ml de la solution à un animal et il ne sera jamais injecté plus de 2ml de solution en un même point. La première injection sera effectuée entre les omoplates. 70 rats sur les 150 seront également gavés avant l’injection. Pour réduire le stress des animaux induit par la contention et le gavage, les gestes seront réalisés par des manipulateurs expérimentés.

A la fin des 3 procédures, 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 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 nombreuses études menées au sein de l’équipe de recherche l’ont utilisé. L’étude vise à évaluer l’efficacité alimentaire et de caractériser l’effet d’un régime à base de protéines végétales issues de graines germées ou non sur le métabolisme protéique musculaire chez le rat en croissance. Les animaux seront 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.