Sara Antonio DI MARIA Master 1 - UMR Nutripass

Sara Antonio DI MARIA
Master 1 - Biologie santé
Spécialité : Nutrition, Agro-valorisation et Sécurité des aliments
Année scolaire : 2014/2015
CARACTERISATION DE LA FRACTION FIBRE D'ALIMENTS DE
COMPLEMENT A BASE DE CEREALES ET DE LEGUMINEUSES
DESTINES A DE JEUNES ENFANTS ETHIOPIENS
Encadrantes : Claire MOUQUET-RIVIER
Christèle VERNIERE
UMR 204 – Nutripass (Nutrition et Alimentation des Populations Aux Suds)
La teneur en fibres d’aliments de complément céréaliers destinés à de jeunes enfants éthiopiens peut
être réduite par le décorticage des matières premières. Ainsi, deux farines infantiles ayant des teneurs en fibres
totales de 4,21 et 9,15 g/100 g MS ont été formulées. Par ailleurs, l’analyse des différentes fractions de fibres sur
les matières premières et les bouillies préparées avec ces farines a été effectuée dans un but comparatif suivant
les méthodes du Neutral Detergent Fibre (NDF), des fibres totales (TDF, AOAC 991.43) et la méthode intégrée
(INTDF, AOAC 2011.25). Des différences significatives ont été obtenues entre les fractions insolubles
quantifiées par les méthodes NDF et TDF, de manière variable selon les matières premières. La fraction de
fibres de masse molaire élevée quantifiée sur les bouillies par la méthode INTDF est plus élevée qu’avec la
méthode TDF. L’ajout de sources d’amylase dans les formules a également permis la réduction de certaines
fractions de fibres.
1. INTRODUCTION
Des études épidémiologiques ont montré que
l’apport en fibres alimentaires est associé à un poids
corporel moindre et une diminution de l’appétit; la
satiété serait une des explications possibles de cet
effet. Les fibres alimentaires sont définies par la
Commission du Codex Alimentarius comme des
«polymères glucidiques comportant 10 unités
monomériques ou plus, qui ne sont pas hydrolysées par
les enzymes endogènes de l'intestin grêle» (CODEX,
2008) 1 . Dans cette dernière définition des fibres, le
choix d’ajouter ou non les polymères de DP ≥ 3 est
laissé à l’appréciation des autorités nationales. Ces
polymères sont classés parmi les glucides
indigestibles, bien qu’une large fraction d’entre eux
soit métabolisée par la flore intestinale et disparaisse
dans le gros intestin. On distingue deux classes de
fibres alimentaires: les fibres insolubles (cellulose,
hémicellulose, pectine, lignine, etc.) et les fibres
solubles qui incluent celles de masse molaire élevée
(hémicelluloses et pectine solubles, β-glucanes,
certaines gommes, etc.) et celles de masse molaire
faible (fructo- et galacto-oligosides, maltodextrines
résistantes, polydextroses, etc.). 2
Dans l’article TER 3 choisi, Brunt et Sanders
(2012) ont analysé les fractions de fibres contenues
dans des aliments à base de blé et dans d’autres
produits céréaliers à haute teneur en amidon à l’aide de
deux méthodes enzymo-gravimétriques : la méthode
classique AOAC 985.29 4 & AOAC 991.43 5 et la
méthode AOAC 2009.01 6 . La méthode AOAC 985.29
& AOAC 991.43 (Total Dietary Fibre - TDF) permet
de mesurer la quantité de fibres insolubles (IDF) et
solubles de masse molaire élevée (HMWSDF).
Appliquant la méthode enzymo-gravimétrique et
chromatographique AOAC 2009.01, les auteurs ont
caractérisé les fibres solubles de faible masse molaire
(LMWSDF) par la chromatographie de perméation de
gel (GPC) et la chromatographie liquide à haute
performance échangeuse d'anions (HPAEC). Les
résultats obtenus montrent en premier lieu une bonne
concordance entre la teneur en fibres totales quantifiée
par la méthode classique et la teneur en fibres de masse
molaire élevée déterminée par la deuxième méthode.
Mais pour les échantillons ayant une teneur en amidon
importante, l’amidon digestible présent n’a pas été
complètement hydrolysé en glucose et maltose
contrairement à ce qui est décrit dans la méthode
AOAC 2009.01. Les auteurs proposent de corriger
cette imperfection par l’introduction d’une étape
supplémentaire d’hydrolyse à l’amyloglucosidase dans
le protocole. Cette amélioration figure d’ailleurs dans
la méthode « intégrée » AOAC 2011.25 7 (Integrated
Total Dietary Fibre -INTDF) proposée par McCleary
et al. (2012) 8 .
Dans le cadre du projet FF-IID (Feeding style
Fibre – Infant Intake Determinants) qui vise à
améliorer l’appétit de jeunes enfants éthiopiens âgés de
6 mois à 2 ans, mené en collaboration avec le Center of
Food Science and Nutrition de l’Université d’Addis
Abeba, l’équipe « Nutrition – Aliments » de l’UMR
Nutripass de l’IRD cherche à évaluer les effets positifs
potentiels de la promotion de l’alimentation active et
également à observer les effets de la diminution de la
teneur en fibres sur l’amélioration de l'appétit et sur les
quantités d’aliments ingérées par repas. L’objectif
principal du stage est de formuler deux types de farines
infantiles différant par leurs teneurs en fibres, une à
haute teneur et l’autre à faible teneur en fibres. Pour
cela, nous avons tout d’abord caractérisé les teneurs en
fibres des différentes matières premières utilisables
pour la préparation d’aliments de complément à l’aide
de deux méthodes, TDF et NDF (Neutral Detergent
Fibre). La méthode NDF est adaptée de la méthode de
Van Soest (1991) 9 . Ceci nous a permis de formuler les
deux types de farines à partir desquelles nous avons
préparé des bouillies. Les teneurs en fibres de ces
bouillies ont été quantifiées grâce aux méthodes TDF
et INTDF. Une partie de mon travail de stage a
consisté à adapter cette dernière méthode au
laboratoire. Nous avons également pu évaluer
l’influence de la cuisson, du décorticage et de
l’addition d’une source d’amylase sur la teneur en
fibres des aliments formulés.
Abréviations: AOAC: Association of Official
Chemists ; DP: Degré of polymérisation ; MS: Matière
Sèche; IDF: Insoluble Dietary Fibre ; HMWSDF:
High Molecular Weight Soluble Dietary Fibre;
LMWSDF: Low Molecular Weight Soluble Dietary
Fibre; TDF: Total Dietary Fibre; INTDF: Integrated
Total Dietary Fibre; NDF: Neutral Detergent Fibre ;
GPC : chromatographie de perméation de gel;
HPAEC:
chromatographie
liquide
à
haute
performance échangeuse d'anions.
2. Matériels et Méthodes
Les matières premières utilisées durant le stage
sont le maïs, le mil et les pois cassés.
L’échantillonnage et les traitements de séchage, de
torréfaction et de décorticage traditionnel ont été
réalisés par l’équipe de l’Université d’Addis Abeba en
janvier 2015.
2.1. Détermination de la composition globale
Les protéines ont été dosées suivant la méthode de
Kjeldahl, le dosage des lipides a été effectué par
extraction à l’éther de pétrole, la teneur en cendres a
été déterminée par une combustion totale à 530°C/5h
et la teneur en matière sèche a été mesurée après
séchage à l’étuve à 105°C jusqu’à poids constant.
2.2. Méthodes de dosage des fibres (Annexes 1 et 2)
2.2.1. NDF
Cette méthode permet l’extraction des fibres
insolubles (cellulose, hémicelluloses et lignine) au
détergent neutre.
2.2.2. TDF
La méthode TDF permet de quantifier la teneur en
fibres totales sur des échantillons secs, teneur
correspondant à la somme IDF + HMWSDF. 1g
d’échantillon préparé en double, est incubé
successivement avec une α-amylase, une protéase et
une amyloglucosidase puis filtré une première fois à
travers des creusets frittés afin de récupérer un premier
résidu (R 1 ), les IDF. Le filtrat obtenu est précipité
dans l’éthanol à 78% puis filtré et le résidu 2 (R 2 )
obtenu correspond aux HMWSDF qui sont quantifiées
par pesée. Sur le premier duplicata, les teneurs en
protéines restant dans les résidus sont déterminées par
la méthode de Kdjeldahl et sur le second, les teneurs
en cendres sont mesurées. La teneur totale en fibres est
calculée selon la formule suivante :
2.2.3. INTDF
Dans cette méthode appliquée sur les produits
prêts à consommer, les fractions IDF et HMWSDF
sont déterminée selon une procédure similaire à la
méthode TDF. La fraction LMWSDF est déterminée
par
quantification
des
α-galactosides
par
chromatographie échangeuse d’anions.
2.3. Formulation des farines, cuisson et caractérisation
des fractions fibres.
L’entrée des données de fibres TDF obtenues sur
les matières premières dans ALICOM, un logiciel de
formulation d’aliments de complément, nous a permis
de formuler deux farines infantiles de teneurs en fibres
totales différentes. Avec chacune des farines, nous
avons préparé trois bouillies par cuisson pendant 5
minutes à ébullition: une première sans source
d’amylase, une deuxième avec de l’α-amylase BAN et
une troisième avec du malt de sorgho.
Les différentes fractions de fibres ont été
quantifiées sur les farines et les bouillies par les
méthodes TDF et INTDF.
3. Résultats et Discussion
3.3. Teneur en fibres des matières premières.
Les résultats de teneurs en fibres sur les matières
premières (Tableau 1) montrent que le décorticage
diminue significativement (p<10 - 4) la teneur en fibres
quelle que soit la méthode de dosage employée. Nous
avons ainsi pu formuler des farines infantiles dont les
teneurs en fibres varient du simple au double (Tableau
2). Cependant, les résultats obtenus par les méthodes
NDF et TDF sont significativement différents (p<0,05)
pour le maïs et le pois avec des augmentations ou
diminutions allant de 10 à 30 % et de 30 à 60%
respectivement. La différence n’est pas significative
pour le mil (<10%). De plus, on remarque que la
fraction de fibres quantifiée sur le pois par la
méthode TDF est supérieure à celle du NDF; ceci
pourrait s’expliquer par la présence d’amidon résistant,
qui n’est pas pris en compte dans la méthode NDF.
3.4. Fraction fibres dans les aliments composés.
L’utilisation d’une source d’amylase ne modifie
pas significativement la teneur en IDF (Fig.1A) alors
qu’elle diminue la teneur en HMWSDF (Fig.1B). Les
teneurs en HMWSDF des formules HF et LF ne sont
pas significativement différentes mais la teneur en IDF
est fortement diminuée dans la formule LF. Par contre,
les deux facteurs « source d’amylase » et « formule »
n’ont pas d’effet significatif (p>0,05) sur la fraction
LMWSDF (Tableau 3). La teneur en HMWDF est
diminuée significativement par l’ajout d’une source
d’amylase. (Fig. 2). D’autre part, après ajustement sur
les variables de formule et de source amylasique, la
différence entre les méthodes TDF et INTDF est
significative. Les résultats obtenus avec la méthode
INTDF sont plus élevés qu’avec la méthode TDF. Ceci
pourrait s’expliquer par une hydrolyse incomplète de
l’amidon avec la méthode INTDF, qui serait alors
quantifié dans la fraction IDF. Ceci peut contribuer à la
variabilité des résultats obtenus avec cette méthode.
Par ailleurs, la cuisson n’a pas eu d’effet significatif
sur les différentes fractions de teneurs en fibres
(résultats non représentés).
4. CONCLUSION
Le décorticage des matières premières diminue
la teneur en fibres alimentaires des produits céréaliers.
Ceci a permis la formulation de deux farines infantiles
à teneurs en fibres différentes. L’addition d’une source
d’amylase permet de réduire davantage la teneur en
fibres. Des analyses ultérieures expliqueraient l’écart
des résultats obtenus par les méthodes INTDF et TDF.
Des études sur le terrain permettront d’évaluer
l’acceptabilité des farines composées auprès des jeunes
enfants éthiopiens.
Tableau 1
Teneurs en IDF obtenues sur les matières premières par les méthodes NDF et TDF.
Composition Globale
Code
Echantillon
Echantillon
Graines entières de Maïs
Maïs faiblement décortiqué
Maïs fortement décortiqué
Enveloppes du Maïs
Graines entières de Pois
Pois torréfiés décortiqués
Graines entières de mil
Mil faiblement décortiqué
Mil fortement décortiqué
Enveloppes du mil
MA - WG
MA - HF
MA - LF
MA - H
FP - WG
FP - RS
MI - WG
MI - HF
MI - LF
MI - H
Matière
sèche
(g/100 g)
89,66
91,28
90,65
93,26
90,07
92,25
88,47
90,30
89,52
89,57
Lipides Protéines
4,40
2,39
0,70
12,39
0,76
1,31
0,80
1,03
0,86
1,07
Cendres
(g/100g MS)
8,23
7,91
7,12
11,47
22,64
24,35
6,59
6,55
6,00
9,41
1,19
0,86
0,65
3,54
2,81
2,74
2,74
2,68
3,75
3,26
NDF
Fibres
NDF
9,14
5,14
2,21
30,08
9,62
4,30
9,00
8,37
7,12
16,22
Total Dietary Fibre
IDF
SDF
TDF
(g/100g MS)
0,93
7,62
0,94
3,81
0,71
1,90
1,74
29,24
1,53
12,30
1,30
6,93
1,24
8,57
1,38
7,73
1,18
6,54
1,67
17,44
8,55
4,84
2,61
30,98
13,83
8,24
9,82
9,11
7,73
19,10
Abréviations : MA-WG: Whole Grain Maize; MA-HF: High Fibre Maize; MA-LF: Low Fibre Maize;
MA-H : Maize Husk; FP-WG : Whole Grain Field Pea; FP-RS : Roasted Split Field Pea; MI-WG :
Whole Grain Millet; MI-HF: High Fibre Millet; MI-LF: Low Fibre Millet; MI-H: Millet Husk ; IDF:
Insoluble Dietary Fibre; SDF: Soluble Dietary Fibre.
Tableau 2
Composition des formules HF (High Fibre) et LF (Low Fibre) obtenues à l’aide de ALICOM.
Produit
Maïs fortement décortiqué
Pois torréfiés décortiqués
Graines entières de maïs
Graines entières de pois
Enveloppe du maïs
Lait entier (poudre)
Sucre (poudre)
Huile de palme
Huile de soja
Sel iodé
Premix Nutrifaso*
CaCO3
Farine totale
Composition Composition
pour LF
pour HF
(en % MS)
(en % MS)
_
_
43,66
27,25
_
_
_
42,16
27,25
2,00
12,25
10,01
3,84
1,85
0,61
0,30
0,23
100
Teneur estimée en fibres dans la formule LF : 4,21 g/100 kcal
Teneur estimée en fibres dans la formule HF : 9,15 g/100 kcal
*Complément minéral et vitaminique
A
Teneur en
IDF (%)
20
Influence des facteurs :
- source d’amylase : N.S. (p=0,0641)
- formule : S. (p<10¯4)
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
HF
LF
Sans source d'amylase
HF
LF
HF
Avec amylase BAN
LF
Avec du malt
B
Teneur en
HMWSDF(%)
1,6
Influence des facteurs:
- source d'amylase: S.(p=0,0305)
- formule : N.S. (p=0,3896)
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
HF
LF
Sans source d'amylase
HF
LF
Avec amylase BAN
HF
LF
Avec du malt
Abréviations: HF: High Fibre; LW: Low Fibre; N.S: Non-Significatif ; S:Significatif.
Fig. 1. Teneurs en fibres caractérisées par la méthode INTDF sur les bouillies en fonction de la
source amylasique et de la formule composée (HF ou LF). Les barres d’erreurs représentent les écarttypes et les effets des facteurs sont estimés par analyse de variance au seuil de 5%.
Tableau 3
Teneurs en raffinose, stachyose et verbascose analysées par HPAEC suivant la source d’amylase et la
formule sur les bouillies de farines composées.
Raffinose
Source
amylasique
Aucune
Aucune
Amylase BAN
Amylase BAN
Malt
Malt
Stachyose
Verbascose
LMW-SDF
(Somme ± E-m.)
(g/100g MS)
Formule
HF
LF
HF
LF
HF
LF
0,175
0,188
0,222
0,212
0,230
0,314
0,754
0,876
0,778
0,825
0,825
0,874
0,355
0,381
0,361
0,376
0,319
0,415
1,285 ± 0,003
1,445 ± 0,035
1,361 ± 0,082
1,414 ± 0,132
1,374 ± 0,146
1,603 ± 0,037
ª La fraction LMW-SDF correspond à la somme des teneurs en raffinose, stachyose et verbascose.
E-m. = écart-moyen
Influence des facteurs:
- méthode: S. (p<10¯4)
- source d'amylase: S.(p=0,0452)
- formule : S. (p<10¯4)
Teneur en Fibres HMW‐
DF (%)
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
HF
LF
HF amyl.
Méthode INTDF
LF amyl.
HF malt
LF malt
Méthode TDF
Fig.2. Teneurs en fibres HMW-DF par les méthodes TDF et INTDF sur les bouillies. Les barres
d’erreurs représentent les écart-types et les effets des facteurs sont estimés par analyse de variance au
seuil de 5%.
Références bibliographiques
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for special dietary uses. Cape Town, South Africa, 3-7, Novembre 2008. ALINORM 09/32/26, 52-53.
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meased by a new integrated AOAC method. Food Chemistry, 140, 586-589.
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Brunt, K. & Sanders, P. (2013). Improvement of the AOAC 2009.01 total dietary fibre method for
bread and other high starch containing matrices. Food Chemistry, 140, 574-580.
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AOAC Official Method 985.29. Total dietary fiber in foods, 1985.
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AOAC Official Method 991.43. Total, soluble, and insoluble dietary fibre in foods, 1991.
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AOAC Official Method 2009.01. Total dietary fiber in foods, enzymatic-gravimetric
chromatographic method, 2009.
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Determination of total dietary fiber (CODEX definition by enzymatic method and liquid
chromatography: Collaborative study. Journal of AOAC International, 95(3), 824-844.
9
Van Soest, P.J., Robertson, J.B., Lewis, B.A., (1991) Methods for dietary fiber, neutral detergent
fiber, and non-starch polysaccharides in relation to animal nutrition. Journal of Dairy Science,
74(10):3583-97.
ANNEXES
Annexe 1
Schéma représentatif des composants des fibres alimentaires mesurées par les methodes TDF et
INTDF (adapté de McCleary et al., 2012)
Annexe 2
Fractions de fibres alimentaires classées selon les méthodes AOAC 985.29 & AOAC 2009.01 (adapté
de Hollman et al.,2013)