La digestion in vitro des protéines

Comme il est difficile d‘entreprendre des études de la digestion GI chez l‘humain (coût, durée, étapes invasives), les modèles de digestion in vitro ont été très utilisés pour étudier les systèmes de délivrance des molécules bioactives protégées par encapsulation

(McClements et al., 2009). Le largage des nutriments de la matrice alimentaire est de plus en plus évalué en utilisant des systèmes de digestion in vitro qui permettent de cribler les effets de la matrice alimentaire sur la digestion de ses nutriments ou autres molécules la composant (Hur et al., 2010). La bioaccessibilité de mycotoxines d‘aliments solides (Versantvoort et al., 2005), le transport de minéraux comme le fer (Bering et al., 2006), la minéralisation de caroténoïdes (Garrett et al., 1999; Huo et al., 2007), la digestibilité d‘amidons (Wolf et al., 1999) ou du lait (Almaas et al., 2006), ou encore le profil peptidique de digestats de protéines de viande (Gatellier and Santé-Lhoutellier, 2009) et de la β-Lg (Moreno et al., 2008) ont été évalués dans différentes études in vitro. Les conditions de digestion adoptées diffèrent suivant la nature de la matrice alimentaire, le composé de l‘aliment qui est analysé et le niveau de sophistication du modèle (Hur et al., 2010), le but de ces modèles étant de mimer les conditions physiologiques humaines.

La présence de protéases est essentielle à la digestion des protéines. Au niveau gastrique, la pepsine est indispensable pour débuter la protéolyse digestive. Au niveau duodénal, le trio enzymatique trypsine, chymotrypsine, peptidases augmenterait la protéolyse de 39 à 66 % par rapport à une digestion avec le duo enzymatique trypsine, chymotrypsine (Abdel-Aal and Rabalski, 2008). La présence du trio permettrait d‘être plus proche des conditions in vivo. La présence d‘autres enzymes telles que les amylases et les lipases permet d‘hydrolyser les autres nutriments de la matrice, amidon et lipides respectivement. Par ces hydrolyses, la matrice serait plus dégradée et dans un état proche de celui qui serait obtenu en conditions in vivo.

Les formulations des solutions digestives sont aussi importantes. Les sels entrent en jeu sur la valeur de pH des solutions, mais aussi dans les interactions avec les nutriments. Les sels peuvent déstabiliser une matrice alimentaire et aider à sa digestion. Les jus gastriques peuvent être issus de prélèvements chez l‘humain comme ceux utilisés lors de la digestion de laits bovin et caprin (Almaas et al., 2006) ou lors de la digestion de lait maternel dans un modèle de digestion infantile (Chatterton et al., 2004). Certains modèles utilisent des solutions digestives de composition chimique simple comme des jus gastriques fait de pepsine dans une solution d‘HCl (Parrot et al., 2003), alors que d‘autres solutions sont de

composition complexe par la présence de plusieurs sels (Oomen et al., 2003; Versantvoort et al., 2005; Dupont et al., 2010a) et des protéines autres que les enzymes digestives comme la mucine (glycoprotéine) (Versantvoort et al., 2005; Kong and Singh, 2008b). Plus le milieu de digestion est complexe, plus il est proche des conditions in vivo.

Kong and Singh (2008b) ont développé un modèle, adapté d‘un modèle utilisé en pharmacie, afin d‘étudier la désintégration d‘aliments solides en conditions gastriques. Les aliments, de taille représentative de la fin de la digestion buccale, sont placés sur un support dans un cylindre de verre équipé d‘un analyseur de texture et rempli de la solution gastrique. La rotation permet la destruction mécanique par des forces de friction, et les matrices sont en contact avec la pepsine durant 2 h. Afin de mimer les temps de résidence dans l‘estomac et dans le petit intestin observés pour différents aliments, les durées des phases gastrique et intestinale peuvent varier selon la matrice alimentaire (Hur et al., 2010). Par exemple, Parrot et al. (2003) ont mis au point un système de digestion GI pour évaluer la digestion protéique d‘extraits solubles d‘un fromage Emmental avec une digestion gastrique de 30 min, suivie d‘une digestion intestinale de 4 h en présence de trypsine et pancréatine; la digestion a été réalisée dans des erlenmeyers sous agitation. La bioaccessibilité de composés phénoliques, de glucosinolates et de vitamine C contenus dans des brocolis, de même que la bioaccessibilité de flavones contenus dans un jus d‘orange ont été mesurées après 2 h de digestion gastrique en présence de pepsine et 2 h de digestion intestinale en présence de pancréatine et sels biliaires dans des tubes (Gil-Izquierdo et al., 2003; Vallejo et al., 2003).

La bioaccessibilité de nutriments de matrices alimentaires complexes est souvent évaluée dans des modèles de digestion très proches des conditions physiologiques par la composition des sucs, mais aussi par les différentes étapes digestives du modèle (Cabañero et al., 2004; Versantvoort et al., 2005). Cabañero et al. (2004) ont étudié la bioaccessibilité du sélénium dans des poissons avec un modèle mimant la digestion de la bouche à l‘intestin. Le modèle développé par Versantvoort et al. (2004), adapté de celui d‘Oomen et al. (2003), a permis d‘étudier la bioaccessibilité de mycotoxines dans des arachides (Versantvoort et al., 2005) et compte également les trois étapes de digestion GI (buccale,

gastrique, duodénale). Ces trois étapes sont essentielles pour l‘étude de la digestion de protéines présentes dans une matrice alimentaire afin de se rapprocher des conditions physiologiques humaines. Le modèle de Versantvoort et al. (2004) est aussi intéressant par les solutions de digestion employées qui contiennent différents sels (minéraux et biliaires) et toutes les enzymes digestives, conditions se rapprochant également des conditions physiologiques. Ce modèle de digestion a été utilisé récemment pour la digestion d‘un lait et a permis de suivre l‘apparition des peptides et des AA libres (Kopf-Bolanz et al., 2012).

La biodisponibilité des nutriments est étudiée pour évaluer l‘impact de son ingestion, en solution ou dans un aliment, sur l‘organisme. Par exemple, il a été suggéré par plusieurs auteurs que le lait et les produits laitiers aient des impacts nutritionnels et métaboliques uniques par l‘influence de leur structure sur la digestion et l‘absorption de leurs nutriments tels que les AA (Savoie et al., 1989; Hall et al., 2003; Nilsson et al., 2004; Nilsson et al., 2007; Argov et al., 2008; Lacroix et al., 2008). L‘impact métabolique de l‘ingestion de nutriments en solution ou dans des matrices alimentaires sera décrit dans les sections suivantes.