L'acidose chez la chèvre laitière et l'usage du carbonate
de potassium (K2CO3) : Impact sur les composantes
du lait et la production
Mémoire
Stéphanie Dion
Maîtrise en sciences animales - avec mémoire
Maître ès sciences (M. Sc.)
Québec, Canada
L’acidose chez la chèvre laitière et l’usage du carbonate
de potassium (K
2
CO
3
) : impact sur les composantes du
lait et la production
Mémoire
Stéphanie Dion
Sous la direction de :
Yvan Chouinard, directeur de recherche
Daniel Rico, codirecteur de recherche
ii
Résumé
Le carbonate de potassium (K2CO3) est un additif alimentaire disponible sur le marché souvent
recommandé dans l’alimentation des bovins laitiers pour limiter l’acidité du rumen à la suite d’une ingestion importante de glucides rapidement fermentescibles et prévenir la baisse du taux de matière grasse du lait qui en résulte. Chez la chèvre laitière, les effets du K2CO3 sont méconnus. L’objectif de ce projet de recherche vise
à évaluer l’utilisation du K2CO3 comme traitements préventif et/ou curatif, pouvant empêcher la chute des
matières grasses du lait chez des chèvres laitières en début de lactation recevant une ration riche en concentrés. Chez des chèvres de race Alpine, l’apport d’une ration riche en concentrés en début de lactation (rapport fourrage:concentrés de 45:55) a eu à long terme, des répercussions sur les performances et a provoqué une inversion des composantes du lait, c.-à-d. que le taux de matière grasse était inférieur au taux de protéines au terme des 56 jours de traitement. Dans les conditions de l'expérience actuelle, l’ajout du K2CO3 comme
traitement préventif et/ou curatif n’a pas permis d’éviter le risque d’une chute des matières grasses laitières chez des chèvres en début de lactation recevant une ration riche en concentrés.
iii
Abstract
The objective of this study was to verify the use of potassium carbonate (K2CO3) as a preventive and/or
a recovery treatment to prevent a low milk fat production when early-lactating dairy goats are receiving a diet rich in concentrates. A commercially available supplement of K2CO3 is often recommended for dairy cattle in
early lactation to limit the rumen acidity following the intake of diets high in rapidly fermentable carbohydrates. In dairy goats, the effects of K2CO3 are unknown. In this experiment conducted in Alpine dairy goats, high intake
in concentrates (forage:concentrate ratio 45:55) had long-term effects on lactation performances, and caused a reversal in the proportion of major components of the milk, i.e., the fat content was lower than the protein content after 56 days of treatment. Under the conditions of this current experiment, the addition of K2CO3 as a preventive
and/or a recovery treatment did not affect milk fat production when early lactating dairy goats were receiving a high-concentrate diet.
iv
Table des matières
Résumé ...ii
Abstract ... iii
Table des matières ...iv
Liste des figures ...vi
Liste des tableaux ... vii
Liste des abréviations en français ... viii
Liste des abréviations en anglais ...ix
Remerciements ... xii
Avant-propos ...xv
Introduction ... 1
Chapitre 1 Revue des travaux antérieurs ... 3
1.1 Caractéristiques générales des matières grasses laitières chez la chèvre ... 3
1.1.1 Anatomie et physiologie de la mamelle caprine ... 3
1.1.2 Composition et structure des matières grasses ... 5
1.1.3 Profil en acide gras du lait ... 6
1.2 Métabolisme des matières grasses alimentaires du rumen au prélèvement par la glande mammaire . 7 1.2.1 Lipolyse des matières grasses alimentaires... 8
1.2.2 Biohydrogénation des acides gras insaturés... 9
1.2.3 Biosynthèse des acides gras microbiens ... 11
1.2.4 Digestion et absorption des matières grasses alimentaires et microbiennes ... 12
1.3 Lipogenèse de la glande mammaire ... 13
1.3.1 Synthèse des acides gras de novo par les cellules de la glande mammaire ... 14
1.3.2 Prélèvement des acides gras préformés par la glande mammaire ... 14
1.4 Facteurs influençant la teneur en matière grasse laitière chez la chèvre ... 15
1.4.1 Facteurs intrinsèques ... 16
1.4.1.1 Sélection génétique ... 16
1.4.1.2 Stade de lactation et parité ... 17
1.4.1.3 Santé du pis ... 18
1.4.2 Facteurs extrinsèques ... 19
1.4.2.1 Photopériode ... 19
v
1.4.2.2.1 Stress de chaleur ... 20
1.4.2.3 Rapport fourrage:concentrés / Pourcentage de concentrés ... 21
1.4.2.3.1 Acidose ruminale ... 22
1.4.2.3.2 Théorie de la chute de la matière grasse du lait ... 24
1.5 Additifs alimentaires pour moduler le pH ruminal ... 27
1.5.1 L’apport en substance tampon ... 27
1.5.1.1 Apport de K2CO3 sur l’environnement ruminal et la synthèse de la matière grasse du lait . 27 1.6 Objectif de ce mémoire ... 32
1.7 Références ... 33
Potassium carbonate as a supplement to improve milk fat concentration and yield in early-lactating dairy goats fed a high-starch, low-fiber diet ... 42
2.1 Résumé ... 43
2.2 Interpretative summary ... 44
2.3 Abstract ... 45
2.4 Introduction ... 46
2.5 Materials and methods ... 46
2.5.1 Goats, Experimental Design, Diet and Treatments ... 46
2.5.2 Experimental Measurements, Samplings and Analyses ... 47
2.5.2.1 Body Weight and Feed Intake. ... 47
2.5.2.2 Milk. ... 48
2.5.2.3 Ruminal Fluid. ... 48
2.5.2.4 Blood Samples. ... 49
2.5.3 Statistical Analysis ... 49
2.6 Results and Discussion ... 50
2.6.1 Treatment Assessment ... 50
2.6.2 DMI, BW and Milk Yield ... 51
2.6.3 Ruminal Fermentation ... 52
2.6.4 Blood Parameters ... 53
2.6.5 Major Constituents, FA Profile and Minerals of Milk... 53
2.7 Conclusions ... 54
2.8 Acknowledgements ... 54
2.9 References ... 56
Conclusion générale ... 74
vi
Liste des figures
Figure 1.1 Structure de la mamelle d’une chèvre laitière montrant les parties sécrétrices et citernales des
glandes (a) ainsi que l’organisation des alvéoles (b). Tirée de l’Institut de l’élevage (2006). ... 3
Figure 1.2 Lait de chèvre centrifugé. (1) trois globules de gras contiennent du matériel cytoplasmique d'un
côté (x 4800). (2) À plus grand grossissement (x 28 000) du matériel cytoplasmique des globules de gras, on peut voir une mitochondrie, des ribosomes et des citernes du réticulum endoplasmique rugueux. Tirée de Wooding et al. (1970). ... 4
Figure 1.3 Schématisation de l’hydrolyse des matières grasses alimentaires dans le rumen. AGV = Acides
gras volatils. Adaptée de Nagaraja (2016). ... 9
Figure 1.4 Les voies de biohydrogénation dans des conditions ruminales normales (trans-11; flèches vertes)
et alternatives (trans-10; flèches rouges; lors de perturbations ruminales) des acides -linolénique et
linoléique. Adaptée de Ferlay et al., 2017 et Fougère, 2018. ... 10
Figure 1.5 Synthèse des acides gras par les microorganismes du rumen. L’astérisque (*) représente
l’absorption des acides gras alimentaires par les bactéries du rumen et les astérisques (**) représentent l’α-oxydation des acides gras à chaîne paire. Adaptée de Vlaeminck et al. (2006)... 12
Figure 1.6 Principales voies de production des acides gras trans et des acides linoléiques conjugués du lait.
Adaptée de Chilliard et al. (2001). ... 15
Figure 1.7 Évolution de la teneur en matière grasse et de la production de lait en fonction du stade de
lactation chez la chèvre. Adaptée de Ciappesoni et al. (2004). ... 18
Figure 1.8 Effet de la température ambiante sur la consommation alimentaire des chèvres de race Alpine
nourries avec un régime fourrager à 100 % ou un régime avec un rapport fourrage:concentrés de 50:50. Adaptée de Lu et Richard (1986), citée par Lu (1989). ... 21
Figure 1.9 Conséquences métaboliques d’un apport important de glucides rapidement fermentescibles dans
la ration sur le pH ruminal et les populations microbiennes du rumen. Adaptée de Schwartzkopf-Genswein et al. (2003). ... 23
Figure 2.1 Milk yield (A), milk fat concentration (B) and yield (C), milk fat-to-protein ratio (D), ruminal pH (E),
milk fat trans-11 18:1 (F) and trans-10 18:1 (G) concentrations, trans-11-to-trans-10 18:1 ratio (H), de novo milk fatty acid concentration (I) and daily secretion (J), as well as preformed milk fatty acid concentration (K) and daily secretion (L) in goats fed a diet with a forage-to-concentrate ratio of 55:45 (Baseline period; 27 ± 4 DIM) or 45:55 (Period 1; 55 ± 4 DIM) on a DM basis. Dots = Least squares means (n = 20). P-values are presented for the confounded effects of time and diet. ... 73
vii
Liste des tableaux
Tableau 1.1 Teneurs moyennes et leurs coefficients de variation (CV) des classes de lipides retrouvées dans
les matières grasses laitières des vaches et des chèvres. ... 6
Tableau 1.2 Le profil en acides gras du lait de vache, de brebis et de chèvre... 7 Tableau 1.3 Variation de la composition du lait de différentes races caprines selon le pays... 16 Tableau 1.4 Production et composition du lait de chèvres présentant des comptes de cellules somatiques bas,
moyens et élevés à 200 jours de lactation. ... 19
Table 2.1 Composition of the experimental TMR... 60 Table 2.2 Nutrient composition of experimental TMR ... 61 Table 2.3 Intake, body weight, milk yield, feed efficiency, and refusal composition of early-lactation dairy goats
fed a high-concentrate diet without K2CO3 for two periods (control treatment), with K2CO3 for two periods
(preventive treatment), and with K2CO3 only in the second period (recovery treatment). ... 63
Table 2.4 Rumen pH and concentrations of NH3-N and VFA in early-lactation dairy goats fed a
high-concentrate diet without K2CO3 for two periods (control treatment), with K2CO3 for two periods (preventive
treatment), and with K2CO3 only in the second period (recovery treatment). ... 65
Table 2.5 Blood parameters of early-lactation dairy goats fed a high-concentrate diet without K2CO3 for two
periods (control treatment), with K2CO3 for two periods (preventive treatment), and with K2CO3 only in the
second period (recovery treatment). ... 66
Table 2.6 Concentration and yield of major milk constituents, and mineral profile of milk in early-lactation dairy
goats fed a high-concentrate diet without K2CO3 for two periods (control treatment), with K2CO3 for two periods
(preventive treatment), and with K2CO3 only in the second period (recovery treatment). ... 67
Table 2.7 Milk fat composition of early-lactation dairy goats fed a high-concentrate diet without K2CO3 for two
periods (control treatment), with K2CO3 for two periods (preventive treatment), and with K2CO3 only in the
viii
Liste des abréviations en français
AGV Acide gras volatilALC Acide linoléique conjugué
CCS Comptage de cellules somatiques
CoA Coenzyme A
DACA Différence alimentaire cations-anions
MAPAQ Ministère de l’Agriculture, des Pêcheries et de l’Alimentation du Québec
MS Matière sèche
mÉq Milliéquivalent
ix
Liste des abréviations en anglais
ADF Acide detergent fiberBW Body weight
CP Crude protein
CON Control treatment
DCAD Dietary cation-anion difference DHIA Dairy herd improvement association
DIM Days in milk
DM Dry matter
DMI Dry matter intake
FA Fatty acid
FAME Fatty acid methyl esters FCM Fat-corrected milk
N Number of samples
NDF Neutral detergent fiber
OM Organic matter
PREV Preventive treatment PUFA Polyunsaturated fatty acids R2 Coefficient of determination
REC Recovery treatment
SCC Somatic cell count
SCS Somatic cell score
SEM Standard error of the mean TMR Total mixed ration
x
xi
“Si la chèvre avait la queue plus longue, elle pourrait balayer les étoiles.”
xii
Remerciements
Le présent mémoire fait l’objet d’un travail d’équipe en son entier. Sans l’aide des collaborateurs, je n’aurais pu mener à bien ce projet de recherche. Tout d’abord, j’aimerais remercier mon directeur de maîtrise, Yvan. Merci pour ton support, ta rigueur et ta révision tout au long de ce projet. Tu m’as transmis sans équivoque ta passion pour la recherche et pour la finesse du détail. J’ai toujours adoré discuter de nouvelles idées de projets avec toi. Les compétences que j’ai acquises à tes côtés m’ont assurément fait évoluer en tant que jeune agronome et je me considère très choyé d’avoir pu travailler au sein de ton excellente équipe.
Merci à Rachel et Marie-Ève d’avoir cru en mon habilité à réaliser ce beau projet. Vous avez été comme des mères dans cette belle aventure. Vous avez toujours été disponibles, empathiques et rassurantes lorsque j’avais des questions ou des entêtements. Merci de m’avoir encouragée dans toutes les opportunités qui se sont présentées au fil de mon parcours, clin d’œil au Zoo. À chacune votre façon, vous avez été déterminantes dans mon cheminement personnel et professionnel, je vous en serai toujours reconnaissante. Merci également pour tous vos conseils de « Mamans », ils ont été énormément précieux. Je vous aime!
Merci, Micheline et Yolaine pour votre support technique et votre surveillance au laboratoire. Merci à tous les étudiant.es et stagiaires du Département en sciences animales ainsi que Geneviève Bégin d’Agriculture et Agroalimentaire Canada, qui ont contribué à la réalisation de mes analyses au laboratoire. Merci également à Annie et Annick pour avoir réalisé les prises de sang des chèvres lors de la phase expérimentale.
Merci au Centre de recherche en sciences animales de Deschambault (CRSAD) de m’avoir accueilli comme l’une des vôtres au sein de l’équipe et de m’avoir permis de réaliser ce projet de recherche grâce à la ferme expérimentale caprine. Un merci tout spécial à Janie de m’avoir pris par la main à mon retour de France et de m’avoir transmis son expertise et sa rigueur afin de réaliser une phase expérimentale impeccable. Je n’oublierai jamais nos doux matins en voiture entourés d’un bon café McDo réconfortant pour débuter une folle journée de collecte. Merci à Daniel, mon codirecteur de maîtrise, pour son expertise et son soutien scientifiques. Je suis toujours émerveillée devant ton désir de comprendre les principes fondamentaux des productions animales. Je remercie également le personnel agricole du CRSAD, Michael, Luc et Paul. Merci de m’avoir aidée avec la phase expérimentale de mon projet. Vous avez enrichi mon expérience à la ferme avec chacune de vos personnalités bien distinctes.
J’aimerais également remercier les partenaires financiers, le Ministère de l’Agriculture, des Pêcheries et de l’Alimentation du Québec et Agriculture et Agroalimentaire Canada, qui ont permis de concrétiser ce projet par le biais du Programme Innov’Action Agroalimentaire dans le cadre de l’entente Cultivons L’Avenir 2.
xiii
Merci à Chantal Lemieux et feu Alain Fournier du Ministère de l'Agriculture, des Pêcheries et de l'Alimentation du Québec pour leur aide dans la conceptualisation et la réalisation de ce projet.
Merci également au local 4206 du Département des sciences animales et à tous les étudiants aux études graduées qui ont été sur mon passage, vous avez été ma vie sociale pendant toutes ces belles années. J’aimerais remercier tout particulièrement des personnes avec qui j’ai définitivement développé des affinités avec les années et avec qui, un jour qui c’est, je travaillerai.
Merci, Maxime, ta personnalité singulière m’a convaincu de devenir membre de l’ACCESA ainsi que du Comité santé et recherche du CEPOQ. Ces engagements ont enrichi mon expérience aux études graduées et ils ont définitivement été contributoires à mon parcours professionnel en tant qu’agronome, je t’en suis reconnaissante. Marguerite, une athlète hors pair, brillante et à la fois sensible et familiale. Tu as été une voisine de bureau exemplaire, je ne me suis jamais sentie jugée et tu as toujours été volontaire à rire de mes bêtises ou juste à m’écouter. Merci pour les échanges à la fois scientifiques ou justes sur la vie en général. Ta présence à ma gauche a définitivement embelli mes journées de travail. Anne-Marie, « ma partner in crime », tu es une personne inspirante, inarrêtable, sportive, intelligente et une maman dévouée. Notre différence d’âge n’a jamais paru et c’est la beauté de notre amitié. Toujours remplie d’histoires et de péripéties, tu ne te laisses jamais abattre. Pour moi, tu es un modèle de force et une source d’inspiration. Merci d’avoir été une confidente tout au long de mon parcours universitaire. Véronique, la personne la plus empathique, travaillante, dévouée et déterminée que je connaisse. Nos débuts ont commencé dans un des plus grands malaises, mais il a certainement valu la peine. Tu es un modèle d’excellence pour moi et tu as certainement eu une influence déterminante sur mon parcours aux études graduées. J’ai adoré et j’adore partager avec toi des cafés, des dîners, des marches, des courses, des cours de TRX et de natation, une journée de raquette (je continue à croire que c’est ma faute si nous sommes restées prises dans la neige lorsque tu conduisais), des congrès, l’enseignement, des moments difficiles, des moments de gloire, des discussions loufoques, des « Bonnes journées » presque tous les jours malgré la distance, des rêves de voyages improbables et des rénovations. Je devais faire une légère énumération pour mettre en perspective nos dernières années, mais également notre amitié. Quétaine, mais sincère, je me considère très chanceuse d’avoir une amie d’exception comme toi. Je nous souhaite encore plein d’années de fous rires et une retraite bien méritée. Merci d’être là.
Merci à ma grande famille (Papa, Alex, Chantall, Laurence, Christian, Sarah-Jeanne, Isarose, Carole, François, Lucas, Milène et Michel) de m’avoir encouragée tout au long de mes études. C’est définitivement la fin.
Enfin, j’aimerais remercier mes premiers amours. Alex, tu m’as encouragée et tu as été à mes côtés du début jusqu’à la fin de mon parcours universitaire sans jamais douter de mes capacités. Merci de me pousser
xiv
à être la meilleure version de moi-même, en tant qu’étudiante, conjointe et nouvellement maman. Merci de toujours croire en moi et de me rassurer dans les moments où je me remets le plus question...Dieu c’est que ça arrive. Je t’aime mon Loup. Je suis fébrile de connaître la suite de notre histoire à l’amour est dans le pré.
Élisabeth, ma fille, tu es ma plus belle surprise et c’est du haut de tes 15 mois que tu m’encourages à terminer cette belle et grande expérience. J’adore te regarder t’émerveiller devant les petites choses de la vie. Je me dépêche d’écrire ses mots pour aller jouer et découvrir le monde avec toi. Je t’aime! Maman.
xv
Avant-propos
Le deuxième chapitre du présent mémoire contient un manuscrit d’article scientifique rédigé entièrement en anglais. Je suis l’auteure principale de cet article et j’ai réalisé majoritairement tous les travaux de recherches (collecte de données, analyses en laboratoire, statistiques et rédaction) toujours sous la supervision de mon directeur Yvan Chouinard, de mon codirecteur Daniel Rico et de mes superviseures Rachel Gervais, Marie-Ève Brassard et Janie Lévesque. L’article scientifique a été soumis et accepté dans le Journal
of Dairy Science sous le titre suivant avec ses auteurs :
Potassium carbonate as a supplement to improve milk fat concentration and yield in early-lactating dairy goats fed a high-starch, low-fiber diet
S. Dion1, M.E. Brassard1, J. Levesque2, D. E. Rico2, G. F. Tremblay3, R. Gervais1 and P. Y. Chouinard1
1Département des Sciences Animales, Université Laval, Québec, QC, Canada G1V 0A6
2Centre de recherche en sciences animales de Deschambault, Deschambault, QC, Canada G0A 1S0
3Québec Research and Development Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Québec, QC, Canada, G1V
1
Introduction
Selon le Portrait-diagnostic sectoriel de l’industrie caprine au Québec réalisé en 2017 par le Ministère de l’Agriculture, des Pêcheries et de l’Alimentation du Québec (MAPAQ), la production canadienne de lait de chèvre se partage à 98 % entre la province de l’Ontario et celle du Québec. Au cours de la dernière décennie, les parts ontariennes du marché du lait de chèvre ont passé de 72 % en 2010 à 79 % en 2015 contre 28 % à 21 % pour celles de la province de Québec pour ces mêmes années. Cette baisse de 7 % des parts de marché de la province de Québec ne s’est toutefois pas traduite par une diminution de la quantité de lait produit. En moyenne entre 2010 et 2015, la production de lait de chèvre est restée stable se traduisant par un volume total de 11,0 millions de litres par année et par des recettes monétaires s’approchant de 11,4 millions de dollars (MAPAQ, 2017). À l’instar du nombre d’entreprises et du cheptel caprin, le prix du lait de chèvre est aussi resté relativement stable (104,3 $/hl en 2019). Cette stagnation est la conséquence d’une compétitivité féroce avec l’Ontario où les prix sont plus bas en raison d’un surplus de lait sur le marché.
La consommation de lait chèvre au Québec est encore très marginale puisqu’elle occupe moins de 1 % des parts de marché de l’ensemble du lait de consommation vendu. Pourtant, un engouement pour les produits transformés à base de lait de chèvre comme le lait de consommation, le yogourt et le beurre ont été observés entre 2010 et 2016 alors qu’une augmentation de 10 % a été rapportée (MAPAQ, 2017). La transformation fromagère demeure cependant le principal marché (80 à 85 %; MAPAQ, 2017). D’ailleurs, en 2016, on estimait cette production à 895 tonnes (MAPAQ, 2018) comptabilisant plus de 200 fromages de chèvre québécois (MAPAQ, 2017). Selon le programme de contrôle laitier caprin de Lactanet en 2016, la production moyenne d’une chèvre était de 817,5 litres par lactation ce qui représente une amélioration de la productivité de 3,8 % par rapport à 2010 (MAPAQ, 2018). Récemment, les producteurs québécois ont eu des conflits avec les transformateurs fromagers pour des raisons reliées principalement à un prix sous compétitif et à la qualité du lait (Jung, 2018). Pour ces raisons, certains transformateurs ont délaissé le marché québécois pour celui de l’Ontario (Samson, 2019).
La matière grasse du lait peut être affectée par plusieurs éléments intrinsèques à l’animal (génétique, stade de lactation, santé du pis) et à l’environnement (photopériode, saison, traite), mais l’alimentation est souvent l’élément prédominant (Bauman et Griinari, 2001). En 2015, 63 % des troupeaux caprins sous la supervision de Lactanet avaient un contrôle laitier ou plus pendant l’année où l’on pouvait observer des inversions de taux des composantes, c.-à-d. où le taux de matière grasse était inférieur au taux de protéines (Brunelle, communication personnelle, 2016). La qualité de certains fromages est négativement affectée par une inversion de composants, car la texture des produits obtenus est qualifiée de granuleuse et le goût recherché de « chèvre » est manquant ou moins prononcé (Morand-Fehr et al., 2007). L’inversion de
2
composantes du lait peut être liée à des conditions d’acidose ruminale subclinique (Sandrucci et al., 2019). L’acidose subclinique peut être induite par des régimes alimentaires riches en concentrés en début de lactation visant à combler les besoins élevés des animaux et à engendrer une baisse du rapport matières grasses:protéines du lait (Giger-Riverdin et al., 2014). Cette maladie nutritionnelle est causée par une acidification importante du rumen affectant sa flore et sa faune et influençant ultimement la dégradation des nutriments. Dans de telles conditions, l’hydrogénation des acides gras alimentaires par les bactéries (la biohydrogénation) du rumen peut être altérée et un déplacement vers des voies alternatives de biohydrogénation est privilégié produisant des intermédiaires appartenant à la famille des acides gras trans-10 (18:2 trans-10, cis-12 et 18:1 trans-10). Ces acides gras trans-10 sont connus comme ayant des effets inhibiteurs directs ou indirects sur la synthèse des matières grasses laitière (Shingfield et al., 2010). Des études récentes chez la vache laitière ont montré qu'une supplémentation en carbonate de potassium (K2CO3) pourrait
permettre de mieux contrôler le pH du rumen et la teneur en matières grasses du lait (Harrison et al., 2012; Jenkins et al., 2014). À notre connaissance chez la chèvre laitière, les effets potentiels du K2CO3 sont méconnus.
Ainsi, l’objectif des travaux présentés dans ce mémoire était de valider l’utilisation du K2CO3 comme traitement
préventif ou curatif contre l’acidité du pH ruminal et l’inversion des composantes du lait chez des chèvres recevant une ration riche en concentrés en début de lactation.
Ce mémoire se décline en deux chapitres. En premier lieu, le chapitre 1 consiste en une revue des travaux antérieurs portant sur les caractéristiques de la matière grasse du lait caprin, le métabolisme des gras alimentaires et les facteurs pouvant influencer la synthèse de gras du lait chez la chèvre. De surcroît, des moyens pouvant limiter l’acidité du rumen ainsi que les connaissances actuelles sur la supplémentation en K2CO3 dans l’alimentation de la vache laitière seront présentées. En deuxième lieu, le Chapitre 2 présente, sous
forme d’article scientifique, l’expérience que nous avons menée et les résultats de recherche y étant associés. En somme, l’objectif poursuivi dans ce mémoire est de démystifier les effets de l’utilisation du K2CO3 comme
supplément alimentaire en début de lactation chez des chèvres recevant une ration riche en concentrés.
3
Chapitre 1 Revue des travaux antérieurs
1.1 Caractéristiques générales des matières grasses
laitières chez la chèvre
La chèvre se distingue des autres ruminants laitiers, entre autres, par l’anatomie de sa glande mammaire et par la composition de son lait.
1.1.1 Anatomie et physiologie de la mamelle caprine
La mamelle caprine est composée de deux glandes indépendantes (Figure 1.1a; Institut de l’élevage, 2006). Chacune contient une partie supérieure responsable de sécréter le lait (le tissu sécrétoire) ainsi qu’une partie inférieure responsable d’emmagasiner le lait dans un réservoir (la citerne). Le tissu sécrétoire est composé de milliards d’alvéoles. L’alvéole est le lieu dans lequel le lait est sécrété. Elle est recouverte d’une couche de cellules épithéliales accolées (lactocytes) qui synthétisent le lait à partir des éléments du sang irriguant les glandes mammaires (Figure 1.1b). L’expulsion du lait des lactocytes se fait par les cellules myoépithéliales (cellules musculaires qui entourent l’alvéole) qui sous l’effet de l’ocytocine (une hormone) se contractent et relâchent le lait dans la lumière des alvéoles. Par la suite, le lait est drainé du milieu alvéolaire vers la citerne de la glande et du trayon par l’intermédiaire de canaux galactotrophes/lactifères. Un même canal galactotrophe qui rassemble un groupe de 10 à 100 alvéoles se nomme un lobule et plusieurs lobules assemblés forment un lobe. Sur le plan histologique, la glande mammaire caprine ressemble beaucoup à celle des bovins et des ovins (Lemelin et al., 2009; Institut de l’élevage, 2006).
Figure 1.1 Structure de la mamelle d’une chèvre laitière montrant les parties sécrétrices et citernales des
4
La sécrétion du lait découle de deux fonctions essentielles chez les mammifères : 1) une fonction de filtration du sang des vaisseaux qui entourent les alvéoles (eau, minéraux, protéines sanguineset l’azote non protéique); et 2) une fonction de synthèse des cellules sécrétrices à partir des métabolites sanguins (lactose, matières grasses, protéines coagulables (les caséines) et les protéines solubles (présentent dans le lactosérum) (Pradal, 2012). De façon successive lors de la traite, trois fractions de lait sont sécrétées : le lait citernal, le lait alvéolaire et le lait d’égouttage. Les citernes des glandes mammaires des petits ruminants sont proportionnellement plus grandes que celles des vaches laitières. Elles y représentent entre 40 à 80 % du volume total (Marnet et Mckusick, 2001). Ainsi, le lait récolté à la traite chez la chèvre provient à environ 70 à 80 % de la citerne et 20 à 30 % des alvéoles (Institut de l’élevage, 2006). Cette caractéristique physique permet aux chèvres d’être traites dans un temps moyen de trois minutes, ce qui est très rapide (de Crémoux et al., 2016); et puisque la majorité du lait se situe dans la citerne, il n’est pas nécessaire de stimuler la mamelle avant la traite (Institut de l’élevage, 2006). Toutefois, la stimulation par la trayeuse est essentielle, car elle déclenche une décharge d’ocytocine qui est responsable de l’expulsion des matières graisses laitières qui se trouvent à 75 % dans la fraction alvéolaire (Labussière, 1988). Par ailleurs chez les caprins, la sécrétion du lait est de type apocrine (Dulin et al., 1982). L’existence de ce type de sécrétion a été identifiée chez la chèvre par Wooding et al. (1970) lors d’une étude par microscopie électronique du matériel cellulaire dans des globules de gras (Figure 1.2). La sécrétion apocrine est le détachement par pincement d’un bout de la cellule sécrétrice au moment du relâchement des éléments synthétisés au sein de la cellule. Des fragments de différentes tailles de la cellule aussi nommés débris cellulaires contenant des organelles (sauf le noyau) se retrouvent dans le lait (Neveu et al., 2002). En raison de ce mécanisme de sécrétion, la forte teneur en cellules anucléées rend le comptage de cellules somatiques moins précis par certaines méthodes d’analyse au laboratoire.
Figure 1.2 Lait de chèvre centrifugé. (1) trois globules de gras contiennent du matériel cytoplasmique d'un
côté (x 4800). (2) À plus grand grossissement (x 28 000) du matériel cytoplasmique des globules de gras, on peut voir une mitochondrie, des ribosomes et des citernes du réticulum endoplasmique rugueux. Tirée de Wooding et al. (1970).
5
1.1.2 Composition et structure des matières grasses
Sous forme de petits globules ou de gouttelettes de gras, les matières grasses laitières représentent entre 3,0 à 7,2 % du lait sécrété par les cellules épithéliales de la glande mammaire chez les chèvres (Gantner et al., 2015). Le globule de gras est formé d’un noyau et d’une membrane complexe permettant de se stabiliser et de se protéger contre la lipolyse et l’oxydation dans la phase aqueuse du lait (Couvreur et Hurtaud, 2007; Bernard et al., 2018). En moyenne, les globules de gras du lait de chèvre ont un diamètre de 3,5 µm (Park et al., 2006). Cette petite taille, comparativement aux globules de gras du lait de vache (4,9 µm) et du lait des humains (4,5 µm; Yao et al., 2016), leur confère une meilleure dispersion en solution et permet une homogénéisation naturelle. D’un point de vue nutritionnel, cette caractéristique physique des matières grasses du lait de chèvre permet une meilleure digestion des gras, car l’action des lipases pancréatiques a lieu sur une plus grande surface de contact (Gantner et al., 2015; Park, 2017). Par ailleurs, leur taille et l’absence d’agglutinine, une enzyme responsable d’agglomérer les globules de gras, sont associées à une faible capacité de former de la crème à la surface du lait (Gantner et al., 2015; Park, 2017).
Le globule de gras contient différents composants classifiés selon leur polarité; les lipides neutres et les lipides polaires (Rodríguez-Alcalá et Fontecha, 2010). Parmi les lipides neutres, on retrouve majoritairement des triacylglycérols (Tableau 1.1). Ces derniers sont formés de trois acides gras estérifiés à un glycérol et ils sont particulièrement présents dans le noyau du globule de gras. Quant aux lipides polaires, ceux-ci sont principalement composés de phospholipides et on les retrouve plus précisément dans la membrane du globule puisqu’ils sont d’excellents agents émulsifiants. Outre ces effets protecteurs, la membrane est responsable d’empêcher l’agrégation et la coalescence des globules (Gantner et al., 2015). Au cours des dernières années, la membrane des globules de gras a été un élément de recherche important en raison de ses composantes connues pour leurs propriétés bioactives et leurs bienfaits potentiels sur la santé humaine. Selon une revue réalisée par Spitsberg (2005), certains phospholipides ont été associés à des effets inhibiteurs du cancer du côlon, de pathogènes gastro-intestinaux, de la maladie d'Alzheimer, de la dépression et du stress. Par la taille réduite de leurs globules, les matières grasses du lait de chèvre présentent des teneurs en lipides polaires plus élevées que celles du lait de vache (0,65 contre 0,36, respectivement).
6
Tableau 1.1 Teneurs moyennes et leurs coefficients de variation (CV) des classes de lipides retrouvées dans
les matières grasses laitières des vaches et des chèvres.
Composant lipidique Moyenne Vache CV Moyenne Chèvre CV
Lipide neutre (%) 99,64 0,01 99,35 0,02
Lipide polaire (%) 0,36a 3,94 0,65b 2,66
Lipide neutre (% de lipides totaux)
Ester de cholestérol 0,04 2,70 0,04 2,46
Triacylglycéride 97,75 0,10 97,32 0,06
Cholestérol/Diglycéride/acide gras libre 1,81 6,32 1,89 2,93
Monoglycéride 0,04 2,99 0,10 9,96
Phospholipide (% des lipides polaires)
Lactosylcéramide 5,10a 13,42 7,57b 6,32 Phosphatidyléthanolamine 36,58a 0,57 29,17b 8,99 Phosphatidylinositol 6,18 4,86 5,77 3,69 Phosphatidylsérine 7,28 5,71 7,65 8,65 Phosphatidylcholine 24,60a 4,30 26,25b 3,69 Sphingomyéline 20,25a 6,44 23,24b 6,51
a, b, c Une lettre différente est attribuée à des groupes significativement différents (p < 0,05).
Adapté de Rodríguez-Alcalá et Fontecha (2010).
1.1.3 Profil en acide gras du lait
Il est connu que le lait de chèvre contient des teneurs en acides gras à chaînes courte et moyenne (6:0 à 14:0) plus élevées comparativement au lait de vache et de brebis (Tableau 1.2). Cette principale différence réside dans les proportions plus grandes des acides caproïque (6:0), caprylique (8:0), caprique (10:0) et laurique (12:0; Jandal et al., 1996). Les acides gras 6:0, 8:0 et 10:0 ont ainsi été nommés d’après les caprins en raison de leur teneur importante dans leur lait (Haenlein, 2004). De plus, ils sont fortement corrélés au goût typique de « chèvre » (Park et al., 2017). Ces acides gras peuvent former entre 15-18 % de la matière grasse laitière totale par rapport à 5-9 % chez la vache et ils contribuent à sa meilleure digestibilité (Bernard et al., 2018). Selon Tziboula-Clarke (2003), ces acides gras à courte et moyenne chaîne proviendraient d’une différence dans la polymérisation de l’acétate, un acide gras volatil produit lors de la fermentation par les bactéries dans le rumen.
Quant aux acides gras à chaîne impaire et ramifiée (iso et anteiso), ils se retrouvent en proportions similaires dans le lait de chèvre et de vache (Park et al., 2017). Il en est de même pour les acides gras saturés et mono-insaturés. Les acides gras saturés et mono-insaturés composent en quasi-totalité à plus ou moins 96 % la matière grasse du lait des ruminants. Par l’action de la population microbienne de leur estomac, les ruminants ont la capacité d’hydrogéner les acides gras insaturés. Ce processus sera décrit ultérieurement dans le présent chapitre. Quant à la proportion des acides gras polyinsaturés (18:2-18:3), elle est légèrement plus élevée chez les caprins de 25 % par rapport aux vaches (Castro-Gómez et al., 2014). Selon une revue
7
scientifique rédigée par Bernard et al. (2018), le lait de chèvre contient entre 59 et 74 % d’acides gras saturés et de 2,5 à 7,3 % d’acides gras polyinsaturés.
Tableau 1.2 Le profil en acides gras du lait de vache, de brebis et de chèvre.
Acide gras (AG), % Vache Brebis Chèvre
4:0 3,20 ± 0,23 2,47 ± 0,3 2,01 ± 0,4 6:0 2,08 ± 0,17 1,97 ± 0,19 2,39 ± 0,47 8:0 1,21 ± 0,14 1,78 ± 0,23 2,70 ± 0,4 10:0 3,05 ± 0,47 6,00 ± 0,99 9,71 ± 1,48 10:1 0,84 ± 0,16 0,52 ± 0,09 0,69 ± 0,14 12:0 3,28 ± 0,53 3,15 ± 0,53 4,26 ± 0,63 14:0 12,15 ± 0,99 11,21 ± 1 9,63 ± 0,72 14:1 1,02 ± 0,15 0,17 ± 0,03 0,14 ± 0,02 15:0 1,09 ± 0,17 0,85 ± 0,11 0,67 ± 0,1 16:0 32,19 ± 1,58 29,32 ± 2,02 27,69 ± 1,7 16:1 1,38 ± 0,15 1,04 ± 0,07 0,70 ± 0,08 17:0 0,57 ± 0,06 0,55 ± 0,2 0,51 ± 0,07 17:1 0,32 ± 0,05 0,31 ± 0,07 0,27 ± 0,05 18:0 8,93 ± 1,81 11,75 ± 1,2 9,66 ± 1,94 18:1 trans total 2,59 ± 0,81 2,39 ± 0,55 2,57 ± 0,43 18:1 cis total 22,21 ± 1,91 22,45 ± 2,57 21,7 ± 2,32 18:2 cis-9, cis-12 3,00 ± 0,91 2,73 ± 0,39 3,74 ± 0,7 18:2 cis-9, trans-11 0,38 ± 0,18 0,52 ± 0,17 0,51 ± 0,13 18:3 0,24 ± 0,09 0,53 ± 0,41 0,28 ± 0,06 20:0 0,27 ± 0,49 0,29 ± 0,09 0,17 ± 0,04 Somme AG saturés 68,02 ± 2,56 69,35 ± 2,87 69,40 ± 2,60 AG mono-insaturés 28,36 ± 2,34 26,87 ± 2,53 26,07 ± 2,36 AG polyinsaturés 3,61 ± 0,98 3,78 ± 0,76 4,53 ± 0,76 AG saturés / AG insaturés 2,15 ± 0,26 2,29 ± 0,32 2,29 ± 0,28
Selon la méthode Folch modifiée par Iverson et al. (2001). Adapté de Castro-Gómez et al. (2014).
1.2 Métabolisme des matières grasses alimentaires du
rumen au prélèvement par la glande mammaire
Étant un herbivore et faisant partie de la famille des ruminants, la chèvre laitière se nourrit principalement de fourrages. Sur une base de matière sèche (MS), la teneur en lipides des fourrages se situe entre 6 et 8 % sous forme de galactolipides et de phospholipides localisés principalement dans les feuilles (Harfoot, 1978). Une grande partie des acides gras retrouvés dans les plantes fourragères sont insaturés et majoritairement constitués d’acides linolénique (18:3 cis-9, cis-12, cis-15), linoléique (18:2 cis-9, cis-12) et
8
oléique (18:1 cis-9; Harfoot et Hazlewood, 1997). Le stade de maturité et l’espèce sont des éléments pouvant faire varier la teneur en lipides et le profil en acides gras des fourrages (Boufaïed et al., 2003).
D’autres ingrédients importants incorporés dans les rations des chèvres laitières sont les concentrés. Cette catégorie d’aliments comprend les céréales (maïs, blé, orge, avoine, etc.), les protéagineuses (pois, fèverole), ainsi que les oléagineuses (soya, canola) et leurs dérivés (tourteaux). Les producteurs ont souvent recours aux céréales et aux oléagineuses pour augmenter la densité énergétique de la ration et aux protéagineux et tourteaux d’oléagineuses pour augmenter la teneur en protéines. Les proportions calculées de ces différents ingrédients (fourrages et concentrés) dans les rations dépendent du stade physiologique de l’animal et de ses besoins nutritionnels. Les lipides des concentrés sont différents de ceux des fourrages, étant constitués à 98 % de triacylglycérols. Dépendamment de la nature du concentré, la teneur en lipides varie. Les oléagineuses peuvent atteindre des concentrations allant jusqu’à 50 % de matière grasse (p. ex. tournesol). Les protéagineuses et les tourteaux d’oléagineuses sont composés de 1 à 10 % de matière grasse, tandis que les céréales en contiennent de plus faibles proportions, soit de 1 à 6 %. Mis à part quelques exceptions, ces ingrédients contiennent majoritairement des acides gras insaturés comme les acides linoléique, oléique, palmitique et -linolénique (Cuvelier et al., 2005).
Ainsi, malgré une alimentation contenant une importante quantité d’acides gras insaturés, le lait de chèvre est plutôt riche en acides gras saturés. Ce phénomène s’explique par deux réactions biochimiques très importantes dans le rumen. D’une part l’hydrolyse des lipides alimentaires (lipolyse) et l’hydrogénation des acides gras et d’autre part, la synthèse d’acides gras par les microorganismes du rumen.
1.2.1 Lipolyse des matières grasses alimentaires
Les lipides alimentaires (galactolipides, phospholipides et triacylglycérols) sont rapidement hydrolysés après leur ingestion par des lipases et des estérases produites par les bactéries et les protozoaires de la flore ruminale. Cette étape permet de libérer presque la totalité du glycérol, du galactose, du phosphore et des acides gras de ces molécules complexes (Figure 1.3; Jenkins, 1993). Les bactéries lipolytiques les plus connues sont
Anaerovibrio lipolytica et Butyrivibrio fibrisolvens. Il a été rapporté que plus de 85 % des triacylglycérols sont habituellement hydrolysés, mais que plusieurs facteurs peuvent avoir des répercussions sur ce taux (Bauman et Lock, 2006). Par exemple, la lipolyse est plus élevée lorsque des rations enrichies en lipides sont offertes aux animaux et elle est plus faible quand le pH ruminal est très acide parce que l’activité et la croissance des bactéries sont réduites dans ces conditions.
Après l’hydrolyse des liaisons ester, la fraction glucidique (glycérol et galactose) est rapidement fermentée en acides gras volatils (propionate et butyrate) par les bactéries. Ces derniers sont absorbés rapidement par les parois du rumen et contribuent à combler les besoins énergétiques de l’animal (NRC, 2007).
9
Les acides gras saturés libérés pourront transiter dans le tube digestif alors que les acides gras insaturés subiront une seconde transformation. Les acides gras insaturés sont vus comme étant toxiques pour les bactéries du rumen. Ainsi, comme mécanisme de défense, ces dernières vont saturer les doubles liaisons sur les chaînes carbonées (Jenkins et al., 2008). Cette transformation est connue sous le nom de la « biohydrogénation », un mécanisme qui contribue également à réduire les concentrations d’hydrogène dans l’environnement du rumen (Drackley, 2004).
Figure 1.3 Schématisation de l’hydrolyse des matières grasses alimentaires dans le rumen. AGV = Acides
gras volatils. Adaptée de Nagaraja (2016).
1.2.2 Biohydrogénation des acides gras insaturés
Lors de la biohydrogénation, les acides gras insaturés subissent différentes transformations selon leur degré d’insaturation et leur configuration (Figure 1.4). La biohydrogénation des acides gras insaturés peut prendre différentes voies selon les conditions ruminales.La voie prédominante empruntée par les bactéries du rumen dans des conditions optimales est la voie dite du trans-11. Dans des conditions où le pH ruminal est faible et/ou la ration est riche en amidon et supplémentée en acides gras insaturés, la voie alternative dite du
10
Figure 1.4 Les voies de biohydrogénation dans des conditions ruminales normales (trans-11; flèches vertes) et
alternatives (trans-10; flèches rouges; lors de perturbations ruminales) des acides -linolénique et linoléique. Adaptée de Ferlay et al., 2017 et Fougère, 2018.
La voie prédominante de la biohydrogénation de l’acide linoléique commence par une première réaction d’isomérisation convertissant la liaison cis sur le carbone 12 en trans sur le carbone 11 créant l’isomère 18:2
cis-9, trans-11. Cette transformation donne naissance à un acide gras ayant une gamme d’effets positifs sur la santé humaine, l’acide linoléique conjugué (ALC; Cuvelier et al., 2005). À partir de cet acide gras, l’action d’une réductase microbienne hydrogènera la double liaison cis en position 9 pour former de l’acide vaccénique, 18:1
trans-11. Le 18:1 trans-11 est le principal précurseur de la formation d’ALC dans la glande mammaire. Finalement, une seconde hydrogénation du 18:1 trans-11 aura lieu afin de produire un acide gras saturé, l’acide stéarique (18:0).
Comparativement à l’acide linoléique, l’hydrogénation de l’acide -linolénique n’implique pas directement la formation de 18:2 cis-9, trans-11. En revanche, le sentier principal permet la production du 18:1
trans-11. Quant à l’acide oléique contenant une seule double liaison, il peut être directement hydrogéné en acide stéarique ou être soumis à l’action d’isomérases qui peuvent le convertir en plusieurs acides gras mono-insaturés (Cuvelier et al., 2005). Selon Mosley et al. (2002), il y a un éventail d’isomères trans peuvent être formés à partir du 18:1 trans-11 par les microorganismes du rumen (trans-6, 7, 9, 10, 12, 13, 14, 15 et 16).
Les différents sentiers de biohydrogénation ruminale réduisent les teneurs en acides gras polyinsaturés de 60 à 90 % par rapport aux proportions de ces acides gras retrouvées dans l’alimentation (Mele et al., 2008). Selon Doreau et Ferlay (1994), l’hydrogénation de l’acide -linolénique est presque complète, alors que celle de l’acide linoléique se situe entre 60 à 95 %. Ces taux sont cependant réduits lorsque le niveau de concentrés
11
augmente dans la ration. Les proportions d’acides linoléique et -linolénique hydrogénées passent à des valeurs inférieures à 60 et 70 %, respectivement, lorsque les rations contiennent plus de 70 % de concentrés. Les régimes riches en concentrés sont associés à de faibles valeurs de pH qui diminue la lipolyse et par conséquent limite le processus de biohydrogénation, puisque seuls les acides gras libres peuvent être hydrogénés (Doreau et Ferlay, 1997).
1.2.3 Biosynthèse des acides gras microbiens
La population microbienne du rumen comprend majoritairement des bactéries, des protozoaires ciliés et flagellés, ainsi que des champignons (Nagaraja, 2016). Il est important de considérer la composition lipidique des microorganismes du rumen puisqu’elle correspond en partie aux lipides qui se retrouvent disponibles au niveau des intestins et par absorption pourront être incorporés dans les matières grasses laitières. Chez les ovins par exemple, les lipides composant les bactéries et les protozoaires correspondent de 10 à 20 % des matières grasses totales du rumen (Harfoot et Hazlewood, 1997).
La matière lipidique des microorganismes du rumen est constituée, en majorité, de phospholipides (40 %) et d’acides gras non estérifiés (40 %) (Arrigoni et al., 2016). Ces matières grasses sont utilisées principalement comme matériel pour fabriquer les membranes cellulaires (Mele et al., 2008; Arrigoni et al., 2016). Plus de 90% d’acides gras retrouvés dans les bactéries sont saturés et représentés par l’acide palmitique et l’acide stéarique (Jenkins, 1993, Arrigoni et al., 2016). Les bactéries et les protozoaires ont la possibilité d’incorporer des lipides d’origine alimentaire dans leur cellule ou de synthétiser de novo des acides gras à longue chaîne. De plus, divers isomères trans dérivés de la biohydrogénation de l’acide linoléique et linolénique provenant de l’alimentation se retrouvent en quantité importante en tant que composantes des bactéries du rumen (Vlaeminck et al., 2006). Selon Jenkins (1993), la contribution de ces isomères dépend du taux de matière grasse de la ration et des espèces présentes dans le liquide ruminal. Lorsque la quantité de lipides ingérée augmentent, les microorganismes préfèrent incorporer les acides gras préformés au sein de leur membrane au détriment de la synthèse de novo des acides gras.
Les microorganismes ont aussi la capacité de synthétiser des acides gras à chaîne impaire (15 et 17 atomes de carbones) et/ou ramifiée (iso-14 iso-15, anteiso-15, iso-16, iso-17, anteiso-17) au sein de leur propre cellule (Doreau et Ferlay 1994). L’obtention de ces derniers dépend de l’espèce microbienne et du substrat utilisé (Figure 1.5). Les acides gras ramifiés sont synthétisés à partir de l’élongation de précurseurs ramifiés issus du métabolisme des acides aminés ramifiés (iso-valéryl-CoA, 2-méthylbutyryl-CoA et l'iso-butyryl-CoA), Les acides gras à longue chaîne contenant un nombre pair de carbones (16:0 et 18:0) sont synthétisés à partir de l’acétate et du butyrate alors que les acides gras à chaîne impaire (15:0 et 17:0) sont obtenus à partir du propionate et du valérate (Mele et al., 2008; Vlaeminck et al., 2006; Harfoot et Hazlewood, 1997; Jenkins, 1993).
12
Figure 1.5 Synthèse des acides gras par les microorganismes du rumen. L’astérisque (*) représente l’absorption
des acides gras alimentaires par les bactéries du rumen et les astérisques (**) représentent l’α-oxydation des acides gras à chaîne paire. Adaptée de Vlaeminck et al. (2006).
Les bactéries sont aussi capables de synthétiser des acides gras mono-insaturés (16:1 et 18:1) par une voie anaérobie en déshydratant un intermédiaire d’un acide gras à 10 carbones, le β-hydroxydecénoate, sous la forme 10:1 cis-3, empêchant la réduction vers le 10:0. Par conséquent, l’élongation se poursuit produisant des acides gras mono-insaturés (Jenkins, 1993). Quant aux acides gras polyinsaturés, seules les cyanobactéries, absentes du rumen, sont capables de les synthétiser. La présence de ces acides gras dans les cellules microbiennes s’explique donc par leur capacité à utiliser les acides gras préformés retrouvés dans le liquide ruminal (Harfoot et Hazlewood, 1997; Jenkins, 1993).
1.2.4 Digestion et absorption des matières grasses alimentaires et
microbiennes
Après avoir été hydrolysé, hydrogéné et/ou incorporé au sein des membranes cellulaires des bactéries et des protozoaires, la majorité des lipides à la sortie du rumen sont sous forme d’acides gras saturés libres (85-90 %) et de phospholipides (10-15 %; Drakley, 2004). Mis à part les conditions acides de l’abomasum qui ont pour rôle de débuter la dégradation de la matière organique, il n’y a pas de digestion des lipides dans l’omasum et l’abomasum. La quantité de gras qui quitte le rumen est ainsi similaire à celle qui arrive au petit intestin. La digestion des matières grasses débute donc dans le duodénum.
Les matières grasses arrivent au duodénum en deux phases bien distinctes : 1) une phase insoluble qui comprend les matières grasses qui sont adsorbées aux particules alimentaires, aux débris cellulaires ou aux cellules microbiennes, et 2) une phase soluble qui regroupe les gras en émulsion avec la lécithine et la
13
lysolécithine sous forme micellaire (Doreau et Ferlay,1994). Pour faciliter l’absorption des gras à travers la muqueuse intestinale, les lipides de la phase insoluble doivent migrer vers la phase soluble micellaire. Les micelles sont essentielles au transport des acides gras vers le site d’absorption de l’épithélium intestinale. Les micelles se forment à l’aide de la bile et du suc pancréatique synthétisés par le foie et le pancréas, respectivement, qui se déversent à l’entrée du duodénum. La bile contient des sels biliaires et de la lécithine. Le suc pancréatique contient des électrolytes et des phospholipases qui convertissent la lécithine en lysolécithine. Cette lysolécithine, combinée aux sels biliaires, permet de désorber les acides gras des particules de la phase insoluble et améliore leur diffusion à travers les cellules de la paroi intestinale (Lock et al., 2006).
L’absorption des matières grasses se fait principalement dans la région du jéjunum du petit intestin et est très similaire à celles des non ruminants. Une fois diffusés dans les cellules épithéliales de l’intestin, les acides gras à chaîne contenant moins de 12 carbones sont directement transportés au foie liés à l’albumine du sang. Les acides gras contenant 12 carbones et plus sont réestérifiés en triglycérides pour être par la suite associés au cholestérol, aux phospholipides et à des protéines spécifiques pour former des lipoprotéines de très faible densité (VLDL) ou des chylomicrons puis être transportés via la lymphe afin de parvenir à la circulation sanguine (Cuvelier, 2005; Doreau et Ferlay,1994). Pendant leur transport dans le sang, les triglycérides des VLDL ou des chylomicrons peuvent être hydrolysés par une enzyme, la lipoprotéine lipase, libérant les acides gras qui peuvent être absorbés et métabolisés par les tissus périphériques. Les acides gras captés par les tissus peuvent servir de carburant pour la production d’énergie. Ils peuvent également être réestérifiés en triacylglycérols en mis en réserve dans les tissus adipeux ou sécrétés dans les matières grasses laitières (Drackley, 2004).
1.3 Lipogenèse de la glande mammaire
Chez les ruminants, les acides gras qui composent les matières grasses laitières proviennent de deux origines bien distinctes. Les acides gras peuvent être 1) synthétisés de novo dans les cellules épithéliales de la glande mammaire, ou 2) prélevés de la circulation sanguine (Bernard et al., 2008). La synthèse de novo est responsable de la formation des acides gras à courte et moyenne chaînes (4:0 à 14:0). Les acides gras préformés sont prélevés du plasma et contiennent 18 carbones et plus. Ces acides gras proviennent de l’absorption des lipides alimentaires ou microbiens et de la mobilisation des réserves de graisse corporelle (Bauman et Griinari, 2001). Les acides gras contenant 16 atomes de carbone proviennent environ à parts égales de la synthèse de novo et de la circulation sanguine. Entre 40 à 50 % des acides gras sécrétés dans le lait proviennent de la synthèse de novo et 50 à 60 % sont prélevés de la circulation sanguine (Bernard et al., 2008; Chilliard et al., 2000, 2001; 2003).
14
1.3.1 Synthèse des acides gras de novo par les cellules de la glande
mammaire
Contrairement à plusieurs découvertes faites par des recherches chez la vache laitière, le concept de la synthèse des acides gras de novo du lait s’est développé dans les années 1950 avec une étude physiologique réalisée chez la chèvre laitière en utilisant un isotope radioactif (C14; Palmquist, 2006). La synthèse de novo est
réalisée à partir des acides gras volatils issus de la fermentation microbienne dans le rumen : l’acétate et de β-HO-butyrate (Bauman et Davis, 1974). Chez la vache laitière, les proportions relatives d’acétate et de butyrate produit lors de la fermentation ruminale sont respectivement de 66 et 11 % (Sauvant et al., 2011). Ces deux molécules sont prélevées de la circulation sanguine et servent de précurseurs à la synthèse des acides gras dans le cytoplasme des cellules de la glande mammaire. Avant d’initier le processus, ces acides gras volatils doivent être convertis sous leur forme active soit en acétyl-CoA et en butyryl-CoA pour intégrer la voie métabolique principale de synthèse (Chilliard et al., 2000). La première étape est une réaction de carboxylation où un groupement carboxyle est ajouté à l’aide de l’acétyl-CoA carboxylase (ACC) à l’acétyl-CoA pour former du malonyl-CoA. Par la suite une enzyme complexe, l’acide gras synthétase (FAS) fixe une molécule acétyl-CoA et allonge la chaîne de carbones en utilisant des groupements malonyl au cours de 7 réactions cycliques pour parvenir à former de l’acide palmitique (16:0) (Bauman et Davis, 1974). Pendant l’élongation de la chaîne de carbones, l’enzyme thioestérase I peut interrompe la séquence de réactions et des acides gras à plus courte chaîne peuvent être libérés. Une activité plus importante de cette enzyme dans la glande mammaire de la chèvre pourrait expliquer la concentration plus élevée des acides gras à courte chaîne dans leur lait par rapport à celui de la vache (Chilliaird et Ferlay, 2004).
1.3.2 Prélèvement des acides gras préformés par la glande mammaire
Comme discuté précédemment, les acides gras préformés qui parviennent à la glande mammaire par la circulation sanguine sont majoritairement sous forme de triglycérides dans les VLDL ou les chylomicrons et proviennent de l’absorption des lipides alimentaires, de la synthèse microbienne dans le rumen et des tissus adipeux. À leur arrivée à la glande mammaire, les triglycérides majoritairement composés des acides palmitique (16:0), (18:0) et oléique (C8:1 cis-9), sont prélevés à l’aide d’une enzyme, la lipoprotéine lipase. Contrairement aux acides gras synthétisés de novo, les acides gras préformés ne sont pas allongés. Ils peuvent toutefois être désaturés par une enzyme nommée delta-9 désaturase. Dans la glande mammaire, environ 40 % du 18:0 et une plus petite proportion du 14:0 et du 16:0 sont désaturés en 18:0 cis-9, 14:0 cis-9 et 16:0 cis-9. La désaturation des acides gras par la delta-9 désaturase est primordiale, car elle réduit leur point de fusion et permet aux matières grasses de garder une certaine fluidité pour être sécrétés dans le lait (Chilliard et al, 2000). La fonction de cette enzyme est importante puisqu’elle lui confère la responsabilité de déterminer en partie la composition et la production des matières grasses retrouvées dans le lait (Gervais, 2009). La delta-9 désaturase15
est aussi responsable de la désaturation des acides gras trans créant différents isomères comme le 18:2 cis-9,
trans-11, le principal isomère de l’ALC dans le lait provenant de la transformation du 18:1 trans-11 d'origine ruminale (Figure 1.6).
Figure 1.6 Principales voies de production des acides gras trans et des acides linoléiques conjugués du lait.
Adaptée de Chilliard et al. (2001).
La synthèse de novo des acides gras dans la glande mammaire, le prélèvement des acides gras préformés et la désaturation sont des voies métaboliques qui produisent un éventail d’acides gras (Chilliard et al., 2000). Par distribution asymétrique, les acides gras retrouvés dans la cellule épithéliale mammaire vont être réestérifiés à un glycérol pour former à nouveau un triglycéride qui sera assemblé à d’autres triglycérides et formera une gouttelette de gras avant d’être sécrétés dans le lait (Couvreur et Hurtaud, 2007).
1.4 Facteurs influençant la teneur en matière grasse
laitière chez la chèvre
La teneur en matière grasse laitière est influencée par de multiples facteurs reliés à l’animal et à son environnement. Les facteurs les plus importants seront présentés dans la section suivante.
16
1.4.1 Facteurs intrinsèques
1.4.1.1 Sélection génétique
La sélection génétique est un moyen à long terme pour modifier les composantes du lait. La teneur en matière grasse du lait est un caractère génétiquement transmissible. Chez toutes les espèces, il y a des effets liés à la race ou au génotype. La proportion des différents composants du lait varie de façon considérable selon la race (Tableau 1.3). La teneur en matière grasse présente la plus grande variabilité dans le lait des chèvres, avec un écart de 5 unités de pourcentage entre les valeurs extrêmes. En 2004, Weppert et Hayes ont réalisé une étude portant sur l’impact génétique des caractères maternels sur le potentiel de production des chèvres laitières au Canada. Ces auteurs ont utilisé 81 037 échantillons de lait sur 485 troupeaux de chèvres de race Alpine, Toggenburg, Saanen et Nubian de première parité entre 1985 et 1995. Selon leur modèle, l’héritabilité de la production de matière grasse du lait est considérée comme moyennement transmissible à la progéniture avec une valeur de 0,21. Comparativement à d’autres études, cette valeur est inférieure à celles rapportées par Rupp et al. (2011) pour des chèvres de race Alpine et Saanens en France (respectivement 0,35 et 0,32), García-Peniche et al. (2012) pour des races confondues (Alpine, LaMancha, Nubian, Oberhasli, Saanen et Toggenburg) aux États-Unis (0,35), et plus élevées que celle rapportée par Torres-Vázquez et al. (2009) pour des chèvres Saanen au Mexique (0,19).
Tableau 1.3 Variation de la composition du lait de différentes races caprines selon le pays.
Pays Race Solides totaux (%) Teneurs en matière grasse (%)
Royaume-Uni Saanen 11,60 3,48 Alpine 3,77 Anglo-Nubienne 4,84 Toggenburg 3,69 France Alpine 3,38 Finlande Finnoise 12,60 3,90
Grèce Capra Prisca 14,80 5,63
Inde Jamnapari 14,69 5,59 Beetal 13,62 4,74 Barbari 14,93 5,69 Bengale noir 18,07 7,93 Parbatsar 14,57 5,00 Italie Sarde 5,10
Nigéria Rouge Sokoto 15,28 4,86
Nain Africain 18,68 6,90
Aradie du Sud Masri 11,13 3,06
Aardi 11,15 2,83
Espagne Murciano-Granadina 4,09
Verata 13,40 4,54
17
De plus, chez la chèvre laitière, plusieurs études ont été réalisées sur les impacts du polymorphisme du gène de la caséine αs1 (CSN1S1), une lactoprotéine synthétisée par la glande mammaire et importante pour la transformation fromagère. Des différences significatives pour la teneur en protéines du lait ont été associées à ce polymorphisme (Barbieri et al., 1995). De façon inattendue, le polymorphisme de cette caséine αs1 s’est avéré avoir également une corrélation positive avec la teneur en matière grasse du lait (Grosclaude et al., 1994). La concentration en matière grasse du lait de chèvre portant l’allèle FF (les chèvres avec une concentration faible de la caséine) contenait 49 % moins de gras que les chèvres ayant le génotype AA (Pitel et Delacroix-Buchet,1994, cité par Chilliard et al., 2006). Chanat et al. (1999) ont observé une accumulation de caséines immatures dans le réticulum endoplasmique chez les chèvres portant les allèles associés à de faibles taux de CSN1S1. Selon les auteurs, il y aurait un dysfonctionnement au niveau du système sécrétoire. L’engorgement des caséines dans le réticulum endoplasmique perturberait les mécanismes de fabrication de la membrane de globule gras de lait dans lequel les premières étapes d’assemblage ont aussi lieu. Aussi, Chilliard et al. (2006) ont réalisé une étude portant sur l’effet du génotype de la caséine αs1 sur le profil en acides gras du lait. Les chèvres portant les allèles défectifs ont produit des matières grasses avec des concentrations plus faibles en acides gras saturés 8:0 à 12:0 et 18:0, mais plus élevées en 16:0, 18:1 cis-9, 18:2 cis-9, cis-12, et 18:2 cis-9,
trans-11 par rapport à celle portant les allèles forts. À la lumière de ces résultats, les chercheurs suggèrent qu’une activité plus importante de la delta-9 désaturase découlerait d’une adaptation de la cellule épithéliale mammaire afin de garder le même point de fusion du lait et compenser pour la sécrétion inférieure des acides gras à chaîne moyenne (8:0 à 12:0). Cela dit, une sélection pour les allèles présentant un taux protéique élevé entraîne quasi assurément une augmentation du taux de matière grasse.
1.4.1.2 Stade de lactation et parité
Le stade de lactation peut avoir un impact sur la teneur en matière grasse du lait. Yang et al. (2009) rapporte que les teneurs en gras les plus élevées sont observées dans le colostrum pendant les premières 48 heures après la mise bas. Il est rapporté que la teneur en matière grasse diminue rapidement dans les premiers jours pour atteindre ses valeurs les plus faibles à la fin du deuxième mois de lactation. Ces valeurs minimales se maintiennent jusqu’au cinquième et sixième mois de lactation et augmentent graduellement jusqu’à la fin de la lactation (Figure 1.7; Lemelin et al., 2009). Plusieurs auteurs ont confirmé ce patron de variation des teneurs en matière grasses (Ciappesoni et al., 2004; Mioč et al., 2008; Mestawet et al., 2012; Šlyžius et al., 2017). Ces résultats peuvent être expliqués par la production laitière qui est inférieure en début et fin de lactation comparativement au milieu de lactation. Par effet de dilution, la concentration en matière grasse évolue inversement au volume de production. De plus, Chilliard et al. (2003) rapporte que la diminution de matière grasse en début de lactation pourrait aussi être reliée à la diminution de la disponibilité des acides gras libres comme substrat pour la glande mammaire au fur et à mesure que la lactation avance puisque la mobilisation des réserves adipeuses diminue.
18
Figure 1.7 Évolution de la teneur en matière grasse et de la production de lait en fonction du stade de lactation
chez la chèvre. Adaptée de Ciappesoni et al. (2004).
Quant aux nombres de lactations affectant la teneur en matière grasse du lait, plusieurs chercheurs rapportent des résultats divergents (Ciappesoni et al., 2004; Šlyžius et al., 2017; Carnicella et al., 2008; Mioč et al., 2008). Ciappesoni et al. (2004) ont observé que les chèvres en 1re lactation ont un taux de matière grasse
plus faible que celles étant à leur 2e et 4e lactation et plus. Selon l’étude de Šlyžius et al. (2017), la teneur en matière grasse du lait augmente avec le nombre de parités jusqu’à la 4e et 6e lactations pour diminuer par la
suite. Dans le cas de Carnicella et al. (2008), les chèvres de 1re parité ont obtenu un lait légèrement plus riche
(respectivement 3,6 et 3,5) par rapport aux autres groupes de chèvres. Finalement, Mioč et al. (2008) n’ont pas noté de différence entre les parités 1, 2, 3 et 4 et plus.
1.4.1.3 Santé du pis
La santé de la glande mammaire dans l’industrie laitière est généralement évaluée par le comptage de cellules somatiques (CCS). Le CCS comprend des cellules épithéliales et des globules blancs (lymphocytes, neutrophiles et macrophages). Baudry et al. (1997) ont regardé les effets du CCS sur les performances laitières de chèvres. Pour ce faire, ils ont séparé 20 796 chèvres selon leur CCS à 200 jours en lactation selon les critères suivants : 1) bas (CCS-B, une numération cellulaire individuelle > 750 000 cellules/ml), 2) moyen (CCS-M, au moins deux numération cellulaire individuelle > 750 000 cellules/ml et un maximum 2 numération cellulaire individuelle > 1 750 000 cellules/ml) et 3) élevé (CCS-É, au moins trois numération cellulaire individuelle > 1 750 000 cellules/ml). Ces trois classes ont été choisies afin de discriminer l’intensité de la réaction inflammatoire dans la mamelle. Selon leurs résultats (Tableau 1.4), la production laitière et le taux de matière grasse du lait des classes CCS-M et CCS-É étaient inférieurs à ceux des chèvres de classe CCS-B. De plus, le taux de protéine était supérieur chez les chèvres CCS-M et CCS-É comparativement à celles de la classe CCS-B. Ils
1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,70 3,00 3,30 3,60 3,90 4,20 4,50 Pro du ct io n la iti ère (k g) M at iè re s gra ss es d u la it (% )
Nombre de jours après la mise-bas Matières grasses Production laitière
