Soutenance mémoire
Nutriments essentiels : glucides, lipides et protéines
Les glucides, les lipides et les protéines sont également des nutriments essentiels. Ce sont les sources d’énergie de l’organisme et ils permettent d’assurer l’entretien de la vie cellulaire, la synthèse ou la réparation de certains constituants cellulaires et le fonctionnement de l’organisme (activité cérébrale, respiration, digestion). Ces composés sont principalement apportés par les aliments d’origine animale mais aussi par certains végétaux. Les fruits, les légumes et les céréales sont riches en glucose, fructose, saccharose, amidon et fibres alimentaires. Les acides gras essentiels, tels que l’acide linoléique (oméga 6) et l’acide αlinolénique (oméga 3) sont apportés par des huiles végétales telles que les huiles de noix ou de colza. Les acides gras essentiels sont importants car ils entrent dans la composition des lipides membranaires et jouent un rôle dans la fluidité membranaire. Enfin, certains végétaux sont riches en protéines végétales comme le sarazin, le quinoa, les noix ou les haricots.
Les minéraux
Les minéraux sont des éléments indispensables au fonctionnement de l’organisme. L’organisme ne pouvant pas les synthétiser, ils doivent être apportés par l’alimentation. Les végétaux apportent à notre organisme des quantités considérables en minéraux. Selon leur importance quantitative dans le corps humain, les minéraux sont classés en trois catégories : les macroéléments, les microéléments et les oligoéléments. Les macroéléments sont ceux retrouvés en plus grande quantité dans l’organisme et regroupent le sodium (Na), le potassium (K), le calcium (Ca), le magnésium (Mg), le phosphore (P), le chlore (Cl) et l’azote (N). Les microéléments sont retrouvés en plus faible quantité et regroupent le fer (Fe), le cuivre (Cu), le cobalt (Co), le zinc (Zn), le manganèse (Mn), l’iode (I), le fluor (F), le soufre (S) et le sélénium (Se) [17]. Les oligoéléments sont souvent classés avec les microéléments et sont plus retrouvés sous forme de traces dans l’organisme, c’est le cas du Cu, du Se, du Mn et du Co. Les minéraux sont indispensables à l’activité du corps humain, ils sont incorporés dans les membranes cellulaires, participent à la structure osseuse et sont essentiels à l’activité de certaines hormones, protéines et enzymes. Les noix, les bananes, les légumes verts, les herbes, les abricots sont riches en minéraux.
Les fibres alimentaires
Les fibres alimentaires appartiennent à la catégorie des glucides, plus précisément à la classe des polyosides (composés de plus de 10 sucres). Ce sont les constituants de la paroi des cellules végétales. Les fibres alimentaires sont classées sous forme de glucides non assimilables car elles ne sont pas digérées par les enzymes du tube digestif et sont hydrolysées uniquement par la microflore du colon [18]. La pectine, la cellulose, l’hémicellulose, les hydrocolloïdes, les β-glucanes et les amidons résistants sont quelques fibres alimentaires consommées par l’Homme [19]. Les céréales, les légumineuses et les fruits sont très riches en fibres alimentaires. Les fibres absorbent les lipides et le cholestérol et facilitent leur élimination dans les selles, permettant de réduire les risques de maladie cardio-vasculaire. Elles permettent également de réguler la glycémie car elles retardent l’absorption des sucres et évitent l’augmentation trop rapide du taux de glucose dans le sang après les repas.
Les vitamines
Les vitamines sont des molécules organiques indispensables au développement et la croissance de l’être humain. L’organisme ne peut les synthétiser (excepté pour la vitamine D) et elles doivent être apportées en quantité suffisante par l’alimentation. A ce jour, il existe 13 vitamines, le groupe des vitamines B comprenant la vitamine B1 (thiamine), B2 (riboflavine), B3 (niacine), B5 (acide pantothénique), B6 (pyridoxine), B7 (biotine), B9 (acide folique), B12 (cobalamine), la vitamine C (ou acide ascorbique), la vitamine A, la vitamine D, la vitamine E et la vitamine K. Elles sont classées en fonction de leur solubilité dans l’eau, les vitamines hydrosolubles comprennent la vitamine C et le groupe des vitamines B et les vitamines liposolubles comprennent les vitamines A, D, E et K. Les vitamines B sont les précurseurs de plusieurs coenzymes ayant une action bien spécifique et agissent en synergie dans l’organisme pour assurer les fonctions métaboliques [20]. Les vitamines C et E (Figure 2), de par leurs propriétés réductrices, sont de puissants antioxydants capables de piéger les espèces réactives. La vitamine C, hydrosoluble, protège les parties aqueuses alors que la vitamine E, liposoluble, protège les lipides membranaires de la peroxydation lipidique. La vitamine C est principalement apportée par les fruits frais (orange, citron pamplemousse, fraise, cassis, ananas). La vitamine E est principalement apportée par les huiles végétales et les noix. La vitamine D peut être apportée par les huiles de foie de poisson ou la chair de poissons gras, mais très rarement par les végétaux. Elle est la seule vitamine que l’organisme est capable de synthétiser. Elle peut être formée au niveau de la peau à partir du 7-14 dehydrocholestérol sous l’action des rayons ultraviolets (UV) [21]. Elle est importante dans le processus de minéralisation des os car elle y favorise la fixation du calcium. La vitamine K est apportée par certains légumes verts comme les choux ou les épinards. Elle joue le rôle d’activateur des facteurs impliqués dans la coagulation sanguine. La vitamine A est apportée sous forme de caroténoïdes à l’organisme. Elle est indispensable à la vision et est un agent anti-infectieux.
Lutte contre les maladies métaboliques liées à un stress oxydant
Le stress oxydatif est provoqué par un déséquilibre dans l’organisme entre les espèces réactives (ou radicaux libres) et les défenses antioxydantes de l’organisme. Les espèces réactives ou radicaux libres peuvent être classées en deux catégories : celles dérivées de l’oxygène que l’on appelle couramment les ROS (« Reactive Oxygen Species ») et celles dérivées de l’azote, appelées RNS (« Reactive Nitrogen Species »). Les espèces réactives peuvent provenir de sources endogènes comme les mitochondries, les microsomes, les péroxysomes, les cytochromes et certaines enzymes cytosoliques telles que la superoxyde dismutase (SOD), la xanthine oxydase et les NADPH oxydases. En effet, la xanthine oxydase et la SOD peuvent former de l’H2O2, qui peut être neutralisé par la catalase ou la péroxydase. Des sources exogènes comme les UV, les radiations, les pesticides et le tabac peuvent être à l’origine de la formation des espèces réactives [25]. En condition physiologique normale, les espèces réactives sont neutralisées par les défenses antioxydantes de l’organisme (SOD, glutathion, catalase, etc). Mais lorsque les espèces réactives deviennent trop nombreuses et que les défenses antioxydantes de l’organisme ne peuvent plus les neutraliser, l’organisme est en situation de stress oxydant [26]. Les radicaux libres présents en trop grande quantité, peuvent causer des dommages au niveau de l’ADN, des protéines ou des lipides et sont responsables de plusieurs maladies dégénératives et chroniques, telles que le diabète, l’obésité, le cancer, les maladies neurodégénératives ou les maladies cardio-vasculaires [1]. Ces troubles métaboliques sont étroitement liés et définis par le syndrome métabolique. Le syndrome métabolique fait référence à la coprésence de facteurs à risque cardio-vasculaire, tels que la résistance à l’insuline, l’obésité, la dyslipidémie athérogène et l’hypertension artérielle [27–29]. Le syndrome métabolique est donc associé à un stress oxydant [30]. Les antioxydants endogènes ou exogènes sont capables de piéger et de neutraliser les espèces réactives, et donc de réduire les risques de ces troubles métaboliques. Les végétaux, plus particulièrement les fruits et légumes, étant très riches en antioxydants, sont indispensables pour lutter contre ces maladies. Afin de répondre aux attentes des consommateurs, désireux de nouveaux produits sains aux bénéfices nutritionnels améliorés, la recherche d’aliments ou de compléments alimentaires riches en antioxydants s’est intensifiée ces dernières années
La fermentation lactique à travers le temps et l’espace
La fermentation lactique est utilisée par l’Homme depuis l’Antiquité dans le but de conserver les aliments facilement périssables mais aussi d’apporter de nouveaux goûts, des arômes et de la texture. A cette époque, les seuls moyens de conservation des aliments étaient le séchage, le fumage, le salage et la fermentation. Les premiers aliments végétaux fermentés étaient à base de céréales et de fruits. La fermentation alcoolique de l’orge en bière et des raisins en vin remonterait entre 6000 et 1700 ans avant Jésus-Christ en Mésopotamie et en Egypte [6]. D’autre part, d’autres boissons alcooliques à base de riz, de miel et de fruits étaient produites en Chine 7000 ans av. J.-C. [31]. Les concombres fermentés sont apparus 2000 av. J.-C. au Moyen-Orient [32]. Les légumes fermentés (chou, radis, navets, concombres, betteraves) sont apparus en Chine 300 ans av. J.-C., et servaient de repas aux ouvriers surtout pour survivre aux périodes hivernales lors de la construction de la Muraille de Chine [33]. Il semblerait que la choucroute européenne proviendrait de Chine, et que la « recette » fut emmenée lors de l’invasion de l’Europe centrale par les Mongols au XIIIème siècle [32]. A l’époque, les aliments fermentaient naturellement, sans aucune maîtrise du processus de fermentation. La connaissance des microorganismes impliqués dans le processus de fermentation est apparue bien plus tard avec la découverte de Von Leeuwenhoek et Hooke en 1665 [34]. Puis, John Lister démontra, en 1877, le rôle d’une bactérie Bacterium lactis (aujourd’hui Lactococcus lactis) dans les laits fermentés. Par la suite, la fermentation sera définie par Louis Pasteur comme « La vie sans l’air ». Avec la connaissance des microorganismes, la révolution industrielle et la concentration de fortes populations dans les grandes villes, la production et la commercialisation d’aliments fermentés ont connu une croissance exponentielle. Ainsi, différents types d’aliments fermentés à base de viande, légumes, fruits, lait, poissons, céréales ont vu le jour et restent aujourd’hui encore, largement consommés et très appréciés partout dans le monde. Les légumes fermentés les plus consommés en Europe et aux Etats-Unis sont les cornichons, les olives et la choucroute. La choucroute a été importée aux Etats-Unis par les immigrants venant d’Allemagne et d’autres pays de l’Europe. Plusieurs aliments à base de fruits ou de légumes fermentés sont consommés également en Asie, comme le kimchi.
Taxonomie
Les bactéries lactiques appartiennent au phylum XIII des Firmicutes, la classe I des Bacilli et l’ordre II des Lactobacillales. Il existe plus de 500 espèces de bactéries lactiques classées sous forme de genres répartis en six grande familles [48] :
– Lactobacillaceae qui comprend les genres Lactobacillus et Pediococcus.
– Aerococcacea qui comprend les genres Abiotrophia, Aerococcus, Dolosicoccus, Eremococcus, Facklamia, Globicatella et Ignavigranum.
– Carnobacteriaceae qui comprend les genres Alkalibacterium, Allofustis, Alloiococcus, Atopobacter, Atopococcus, Atopostipes, Carnobacterium, Desemzia, Dolosigranulum, Granlucatella, Isobaculum, Lacticigenium, Marinilactibacillus, Pisciglobus et Trichococcus.
– Enterococcaceae qui comprend les genres Bavariicoccus, Catellicoccus, Enterococcus, Melissococcus, Pilibacter, Tetragenococcus et Vagococcus.
– Leuconostocaceae qui comprend les genres Leuconostoc, Fructobacillus, Oenococcus et Weissella.
– Streptococcaceae qui comprend les genres Lactococcus, Lactovum et Streptococcus.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
PARTIE I : ÉTUDE BIBLIOGRAPHIQUE
CHAPITRE I : La fermentation lactique des produits végétaux
I.1. Les aliments végétaux, sources de nutriments
I.1.1. L’eau
I.1.2. Nutriments essentiels : glucides, lipides et protéines
I.1.3. Les minéraux
I.1.4. Les fibres alimentaires
I.1.5. Les vitamines
I.1.6. Les caroténoïdes
I.1.7. Les composés phénoliques
I.1.8. Lutte contre les maladies métaboliques liées à un stress oxydant
I.2. La fermentation lactique des aliments végétaux
I.2.1. La fermentation lactique à travers le temps et l’espace
I.2.2. Intérêt de la fermentation lactique
I.2.3. Quelques produits végétaux fermentés à travers le monde
La choucroute
Le kimchi
Le kombucha
I.3. Les bactéries lactiques
I.3.1. Principales caractéristiques
La voie homo-fermentaire
La voie hétéro-fermentaire
I.3.2. Taxonomie
I.3.3. Les molécules d’intérêt
I.3.3.1. L’acide lactique
I.3.3.2. Les exo-polysaccharides
I.3.3.3. Les bactériocines
I.3.3.4. Autres substances antimicrobiennes
I.4. Bénéfices nutritionnels et effets santé des aliments végétaux fermentés
I.4.1. La préservation et la durée de conservation
I.4.2. L’élimination des composés antinutritionnels
I.4.3. L’amélioration des propriétés sensorielles
I.4.4. La préservation des minéraux et des vitamines
I.4.5. L’amélioration de la digestibilité
I.4.6. Les probiotiques
I.4.7. Augmentation des capacités antioxydantes
CHAPITRE II : Ecosystèmes microbiens des fruits et légumes fermentés
II.1. Pilotage de la fermentation lactique des fruits et des légumes
II.1.1. Effet du pH
II.1.2. Effet de la température
II.1.3. Effet de la teneur en sucre et en sels
II.1.4. La composition de l’aliment
II.1.5. Le type de fermentation choisi
II.2. Les fermentations spontanées
II.2.1. Définition
II.2.2. Microorganismes impliqués
II.2.3. Exemple de fermentation lactique spontanée de fruits et légumes
Le kimchi
La choucroute
Les olives
II.2.4. Limitation des fermentations spontanées
II.2.4.1. Risque de contamination
II.2.4.2. La production d’amines biogènes
II.3. Les fermentations contrôlées
II.3.1. Définition
II.3.2. Les ferments ou starters
II.3.2.1. Les starters allochtones
II.3.2.2. Les starters autochtones
II.3.2.3. Les critères de sélection
II.3.3. Intérêt des fermentations contrôlées
II.4. Émergence des starters autochtones
II.4.1. Émergence des jus de fruits et légumes fermentés
II.4.2. Propriétés fonctionnelles des starters
II.4.3. Exemples d’application et souche de bactéries lactiques utilisées
II.4.4. Du starter autochtone vers les starters commerciaux
CHAPITRE III : Utilisation de Weissella comme starters
PARTIE II : PARTIE EXPÉRIMENTALE
CHAPITRE I Diversité de la flore bactérienne lactique présente à la surface de fruits et légumes de la Réunion
Introduction
Résultats
Article 1 : Tropically grown fruits and vegetables as a diversity pool for lactic acid bacteria
Résultats complémentaires
Introduction
Matériels et méthodes
Résultats et Discussion
Discussion et perspectives
CHAPITRE II Augmentation de l’activité antioxydante de préparations/boissons végétales par fermentation lactique
Introduction
Résultats
Article 2 : Lactic fermentation as an efficient tool to enhance the antioxidant activity of tropical fruit juices and teas
Résultats complémentaires
Introduction
Matériels et méthodes
Résultats et Discussion
Discussion et perspectives
DISCUSSION ET PERSPECTIVES GENERALES
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