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Les protéines de pois : de leur fonction dans la graine à
leur utilisation en alimentation animale
C. Perrot
To cite this version:
C. PERROT
INRA Laboratoire de Biochimie
et
Technologie
des Protéines BP1627,
44316 Nantes CedexLes
protéines
de
pois :
de leur
fonction dans la
graine
à leur
utilisation
en
alimentation
animale
Quelles
sont
les bases
biochimiques
pouvant
expliquer
la
digestibilité
relativement limitée de certaines
protéines
végétales ? Quelles
améliorations
peuvent
apporter
les différents
traitements
technologiques appliqués
auxaliments
contenant
cesprotéines ?
En
prenant
l’exemple
du
pois protéagineux,
espèce
ayant
fait
l’objet
cesdernières
années
de
très
nombreux
essais
et
recherches,
cet
article
sepropose
de
faire le
point
sur cesquestions.
De
plus,
unéclairage
nouveauest
apporté
par
l’étude
de la
structure
et
de la fonction
physiologique
des
protéines
de
pois
ausein
de la
graine.
Parmi les matières
premières
riches enpro-téines,
substitutspossibles
ausoja,
lepois
(Pisum
satiuumL.)
a uneplace
relativementimportante,
surtout en France où ilrepré-sente 11 % des matières azotées totales utili-sées pour l’alimentation animale.
Le
pois
a faitl’objet
d’essaisd’incorporation
dans des
régimes
pouranimaux,
enremplace-ment du tourteau de
soja
ou d’autrespro-téines. Les animaux concernés sont essentiel-lement les
monogastriques :
porcs et volailles. Les résultats obtenus montrent unegrande
variabilité des
performances zootechniques
et,
enparticulier,
une variabilité de ladigesti-bilité des
protéines
depois,
celle-ci étant engénéral
inférieure à celle desprotéines
témoins(soja)
(Gatel 1992).
Une utilisation
optimale
dupois
protéagi-neux en alimentation animale nécessite donc
l’identification des facteurs
responsables
de la limitation de ladigestibilité
de sesprotéines
et,
sipossible,
leurneutralisation,
soit par la sélectionvariétale,
soit parl’application
de traitementstechnologiques.
Cet article étudie d’abord les
protéines
depois
en tant que réserves de lagraine,
enexa-minant leur
structure,
leurbiosynthèse
et leur utilisation lors de lagermination.
La deuxièmepartie
est ensuite consacrée auxprotéines
depois
en tantqu’aliment
pour les animauxmonogastriques (porcs
etvolailles),
en examinant les différents facteurssuscep-tibles de faire varier leur
digestibilité. Enfin,
la dernièrepartie
de cette étudeprésente
lesconséquences
del’application
de traitementstechnologiques
sur la valeur nutritionnelledes
protéines
depois.
Résumé
---Riche en protéines, le pois est une matière première d’origine européenne parti-culièrement intéressante pour l’alimentation des animaux monogastriques. Dans la graine de
pois, la
principale fonction des protéines est de servir de réserve d’azote et d’acides aminés. Cette fonctionengendre,
pour ces protéines, certainescaractéristiques particulières, telles qu’une structure particulièrement compacte,
ou une résistance à l’hydrolyse avant la germination. En alimentation animale, les protéines de pois
présentent
une digestibilité assez variable, généralementinférieure à celle d’aliments témoins (soja). La
digestibilité
des protéines peut être limitée àplusieurs
niveaux : au niveau de l’hydrolyse par les enzymesdiges-tives, au niveau de l’absorption des produits d’hydrolyse et au niveau de la réac-tion de l’animal à l’aliment, pouvant se traduire par une perte accrue de
pro-téines
endogènes.
Différents facteurs ont été proposés pourexpliquer
la limitation de ladigestibilité
des protéines de pois : présence d’inhibiteurstryp-siques, de lectines, de fibres, structure particulière des protéines, antigénicité de
ces protéines.
L’application
de traitementstechnologiques
peut avoir desconsé-quences positives (dénaturation de protéines, inactivation d’inhibiteurs, perte de la structure cellulaire...) ou négatives (réticulation, insolubilisation de protéines)
1
/ Les
protéines
de
pois,
réserves de la
graine
Connu
depuis l’antiquité,
lepois
a d’abordété cultivé comme
légume
sec destiné àl’ali-mentation humaine. Très
apprécié
aussicomme
légume
frais(le
«petit pois
» est unegraine
cueillie avantmaturité),
il a connu un essor considérable à la suite dudéveloppe-ment des industries de conserve et de
surgé-lation. Le
petit
pois
estaujourd’hui
le pre-mierlégume
de conserve en France. Lepois
aété
l’objet
de nombreux travaux derecherche,
les
plus
célèbres étant sans aucun doute ceuxde Mendel
(1865),
sur la transmissionhérédi-taire de certains caractères
morphologiques
(graine
lisse ouridée,
couleur de lafleur...)
qui
ontposé
les bases de lagénétique
mo-derne.
Parmi les milliers de variétés de
pois
exis-tant,
certaines ont étéspécialement
sélection-nées pour une utilisation en alimentationanimale sur des critères de rendements de
culture et de teneur élevée des
graines
enprotéines,
onparle
alors de «pois
protéagi-neux ». En
1993,
laproduction française
depois protéagineux
était de 3 750 000 t.l.i / La
graine
de
pois
La
graine
est unorganisme
complexe,
qui,
àl’abri de ses
téguments,
contient unembryon
figé
dans sa croissance. Elle contient aussi lesréserves
qui
luipermettront,
lorsque
lesconditions seront
favorables,
de s’enraciner et de devenir une nouvelleplante.
La
graine
depois
est,
dupoint
de vuephy-siologique,
unegraine
exalbuminée :contrai-rement aux
céréales,
elle ne contient pasd’al-bumen,
tissuspécialisé
dans l’accumulation desréserves,
mais est totalementremplie,
àmaturité,
par unembryon chargé
de réserves danslequel
une différenciation estdéjà
esquissée
(figure
1). Les réserves contenues dans lagraine
depois
sont desprotéines
(20
à 25 % du
poids
sec),
desglucides
(amidon
principalement :
30 à 50 % dupoids
sec),
et deslipides
(moins
de 2 % dupoids
sec).
Lafigure
2présente
une coupehistologique
degraine
depois.
Les cellules sont presque tota-lementremplies
de réserves :l’amidon,
stocké sous forme degrains d’amidons,
de forme ovoïde et de diamètre de 30 pm environ et lesprotéines,
stockées dans desorganites
spécialisés,
les corpsprotéiques,
de formesphérique
et de diamètre de 2 um environ.1.
2
/
Composition
des
protéines
de
pois
Les
protéines
dupois
se classent en deuxgrandes
familles selon les critères de solubilité définis par Osborne etCampbell
(1898) :
lesglobulines,
solubles dans destampons
salins,
forment cette famille : la
légumine
et la vici-line. Ellesappartiennent respectivement
auxtypes
deprotéines
« 11 S » et « 7 S», très
lar-gement
répandus
chez lesplantes
dicotylé-dones,
et dont la structure et laséquence
sontlargement
conservées entreespèces.
La seconde famille est constituée par lesalbu-mines, représentant
de 20 à 30 % des pro-téines totales. Leurcomposition
estbeaucoup
plus hétérogène
que celle desglobulines,
mais il existe néanmoins 2 albuminesmajeures
appelées
PA1 et PA2. Lacomposition
en acidesaminés des
protéines
depois
(tableau 1)
montre que celles-ci sont
globalement
pauvresen acides aminés soufrés et en
tryptophane.
Les
globulines
ont des teneurs très élevées enacides
aspartique,
glutamique
et leurs amides. Les albumines sontplus
riches en acidesami-nés soufrés et en
lysine.
La teneur et lacom-position
enprotéines
desgraines
depois
sontsusceptibles
de varier en fonction dugénotype
ou des conditions de culture despois.
L’effetdes facteurs
génotypiques
est néanmoinspré-pondérant
(Baniel 1993).
Ainsi,
les variétés ridées sontplus
riches en viciline que lesvariétés lisses
(Gueguen
et Barbot1988).
1.
3
/ Structure des
principales
protéines
de
pois
a /Légumine
(11 S)
La
légumine
est uneprotéine
de massemoléculaire élevée
(de
330 kDa à 400kDa),
composée
de 6 sous-unités detype
a-p.
Chaque
sous-unité,
de masse moléculaire de60 kDa
environ,
estcomposée
d’unpolypep-tide a
acide,
de 40 kDaenviron,
et d’unpoly-peptide
(3 basique
de 20 kDa environ(Gue-guen
1991).
Ces deuxpolypeptides
sont liésentre eux par un
pont
disulfure. Lalégumine
possède
une structure trèscompacte,
rigide,
riche en feuillets(3 (Subirade
et al1994).
Plietz et al
(1984)
ontproposé
un modèle enantiprisme
trigonal
pour décrire la structure de cette molécule. Dans cemodèle,
lespoly-peptides
a seraient situés à l’extérieur de lamolécule,
tandis que lespolypeptides (3
constitueraient le coeurhydrophobe
de lamolécule. Ces traits
généraux
sont communsà toutes les
protéines
detype
11S,
que l’on retrouve dans de très nombreusesespèces
(haricot,
soja,
tournesol,...). Néanmoins,
à l’intérieur d’une mêmeespèce,
il existe unetrès
grande hétérogénéité
moléculaire.Ainsi,
il existe au moins 22
polypeptides
acides et11
polypeptides basiques
différents chez lepois,
variant selon leur taille et leurpHi
(Matta
et al1981).
Cettehétérogénéité
decomposition
de lalégumine
depois
a desori-gines génétiques
(au
moins 10gènes
codent pour lalégumine
selon Boulter et al1987)
mais
également post-traductionnelles
(pro-téolyse,
désamidation).
Cettehétérogénéité
moléculaireempêche
la cristallisation de cetteprotéine.
b / Viciline
(7 S)
La viciline de
pois
est uneprotéine
oligo-mérique
de masse moléculaire de 150 kDaFeuillet j3 : appelée aussi structure à feuillets
plis-sés ; juxtaposition régulière face à face de chaînes poly-peptidiques, stabilisée par l’existence de liaisons
hydro-gènes entre les résidus carbonyle (CO) d’une chaîne et
amido (NH) d’une autre chaîne.
pHi : pH pour lequel la charge nette de la molécule est nulle ; au dessous de son pHi, la molécule est
pro-tonnée ; au dessus, elle est déprotonnée.
S : unité Svedberg (= 10-13 s) ; caractérise la vitesse de sédimentation d’une macromolécule dans un champ
centrifuge ; dépend de la masse de la molécule, et de sa
environ. Elle est
composée
depolypeptides
de 50 kDaenviron,
et d’ungrand
nombre depolypeptides
deplus
faible masse moléculaire(33,
30, 19, 15, 13,
12,5
kDa)
(Gueguen
1991). Sa structure(comme
toutes lesprotéines
detype
7S)
est celle d’un trimère de sous-unités de 50 kDa. Il a en effet été montré que lespolypeptides
de la viciline de taille inférieure à 50 kDa résultaient duclivage
post-traduc-tionnel d’unprécurseur
de 50 kDa. Comme lalégumine,
la viciline a une structuresecon-daire riche en feuillets
(3 (L’anson
et al 1988). Une autreglobuline
detype
7S,
laconvici-line,
a été identifiée dans lepois.
Ellepré-sente de très
grandes homologies
deséquence
avec la viciline. Sa structure est celle d’un tri-mère de sous-unités de 70 kDa.
Comme pour la
légumine,
il existe une trèsgrande
hétérogénéité
moléculaire de la vici-line. Selon Boulter et al (1987) il existerait aumoins 15
gènes
codant pour la viciline dans lepois.
c / PA2 et
PA1,
les deux albuminesmajeures
L’albumine de haut
poids
moléculaire, PA2,
est un dimère de sous-unités de 25 kDa envi-ron.
Chaque
sous-unité est constituée d’unechaîne
polypeptidique
unique
etpossède
trois résiduscystéines,
dont deux forment unpont
disulfure. La structure de cette
protéine
estcompacte,
riche enfeuillets (3 (Gruen
et al1987).
L’albumine de bas
poids moléculaire, PA1,
serait,
selon Gatehouse et al(1985)
undimère de 11
kDa, composé
depolypeptides
de 6 kDa environ. Cetteprotéine
est excep-tionnellement riche ensoufre,
puisque
selonHiggins et
al(1986),
elle contiendrait 50 % des acides aminés soufrés totaux dupois.
d / Lectines
Les lectines
appartiennent
à la famille des albumines etreprésentent 2,5
% environ desprotéines
dupois
(Masson
et al 1986). Ce sont desprotéines
tétramériques
de 50 kDa envi-ron,composées
de deux chaînespolypepti-diques légères
de 7 kDa(a)
et de deux chaînes lourdes((3)
de 17 kDa. Les lectines depois
ne contiennent pas d’acides aminéssou-frés et leur structure secondaire contient une
proportion
élevée defeuillets (3 (Goldstein
et Poretz1986).
Le terme de lectines vient du latin
«
legere
»qui signifie
« choisir ». Eneffet,
cesprotéines,
trèslargement
présentes
dans lerègne végétal,
se lient de manièrespécifique
à certains résidus
glucidiques.
Laspécificité
de liaison varie en fonction del’espèce
végé-tale
(par exemple glucose/mannose
pour les lectines depois,
etgalactose/N-acetylgalacto-samine pour celles de
haricot).
Cettepro-priété
en fait deremarquables
outils utilisés enbiologie
pour letypage
des groupessan-guins,
l’investigation
des structures desur-face des
cellules,
la transformation de cel-lules.e / Inhibiteurs
trypsiques
Les inhibiteurs
trypsiques
depois
sontéga-lement des albumines et
représentent,
engénéral,
moins de 2 % desprotéines
totales de lagraine.
Ce sont desprotéines
monomé-riques
de faible masse moléculaire(inférieure
à 10
kDa),
capables
de se lier de manière irré-versible aux sites actifs de latrypsine
et de lachymotrypsine
(deux
sitesindépendants)
(Birk
et Smirnoff1992).
Chaque polypeptide
contient 7
ponts
disulfures(Huisman
etJans-man
1991).
1.
4
/
Synthèse
et
transport
des
protéines
dans
la
graine
La
synthèse
desprotéines
dans lagraine
commence 9 à 12
jours après
la floraison. Laphase
d’accumulation de cesprotéines
a lieudurant la
phase
de croissancequi
suit la divi-sion cellulairerapide
del’embryon.
Toutes lesprotéines
ne sont passynthétisées
au même moment : la viciline estsynthétisée
enpre-mier,
lectines etlégumine
s’accumulent ensuite successivement(Wenzel
etal 1993).
La
légumine,
la viciline et les lectines sonttransportées,
vial’appareil
deGolgi
vers lescorps
protéiques,
organites
destockage
desprotéines, d’origine
vacuolaire.Synthétisées
sous forme de chaînes
polypeptidiques,
ellesacquièrent
leur structure finale(oligomé-rique,
clivage
en différentspolypeptides)
au cours dutransport
et dustockage.
Il existe peu d’informations concernant la
synthèse
et la localisation des albumines dans lagraine.
SelonHiggins
et al(1986),
PA1 serait localisée dans les corpsprotéiques.
PA2 serait au contraire uneprotéine
cyto-plasmique
(Gruen
et al 1987). La localisation des inhibiteurstrypsiques
n’a pas été établie.1.
5
/ Mobilisation des
protéines
de réserve lors de
la
germination
La
germination
se caractérise par uneimbibition d’eau et une réactivation du méta-bolisme de la
graine.
Lalégumine,
laviciline,
etprobablement
l’albumine PA1 sont des pro-téines deréserve,
localisées dans les corpsprotéiques.
Ceux-ci ne sont pas desorganites
inertes,
mais sontcapables
de se transformer enlysosomes.
Dans lespremiers
jours
decroissance de
l’embryon,
les corpsprotéiques
enflent,
puis,
sans que leur membrane ne soit rompue,l’hydrolyse
desprotéines
commence.Shutov et Vaintraub
(1987)
ont montré que troisprotéases
au moins intervenaient dansla
dégradation
desprotéines
de réserve detype
11S et 7 S : uneprotéase
« A» (à
cys-téine),
synthétisée
de nouo à lagermination,
réalise une
protéolyse
limitée desprotéines.
Cette
protéolyse
limitée les rend ensuitesus-ceptibles
àl’attaque
par d’autresprotéases,
dont certaines étaientdéjà
présentes
dans lagraine
avantgermination.
Les travaux réali-sés sur d’autresplantes
(sarrasin,
haricot...)
moins interviennent pour
hydrolyser
les pro-téines de réserves.Si l’albumine PA1
paraît
dégradée
lors de lagermination
dupois
(Higgins
et al1986),
l’al-buminePA2,
persiste
de manière durable(Schraeder 1984).
Le rôle de PA2 reste inconnu. Les lectinespersisteraient également
après
lagermination,
selonCroy
et al(1984).
Parmi leshypothèses
faites sur le rôle des lectinesdans la
plante,
on trouve des fonctions suppo-sées derégulateurs
decroissance,
detrans-porteurs
desglucides
ou desprotéines,
depromoteurs
de lasymbiose
avec les bactériesfixatrices d’azote. Un rôle de défense de la
graine
aégalement
étéenvisagé ;
la notiond’anticorps
deplantes
a étéemployée.
Le rôle
central joué
par lesprotéases
au cours de lagermination
peut
laisser supposer que les inhibiteurs deprotéases
auraient la fonction de maintenir celles-ci inactives dans lagraine. Cependant,
aucune interaction n’ajamais
été mise en évidence entre inhibiteursde
protéases
etprotéases
intervenant dans lagermination
(Royer
1975).
D’autres rôles ont étéproposés
pour cesinhibiteurs,
celui dedéfense contre les
insectes,
ou celui derégu-lateur de la
transcription
de l’ADN : des pro-téines detype
trypsine
sont en effetcapables
d’agir
sur latranscription
desgènes
enhydrolysant
les histones(Royer
1975).
C’estpeut-être
cettepropriété
des inhibiteurstryp-siques qui
serait àl’origine
de leursproprié-tés
anti-carcinogènes
(Birk
et Smirnoff1992).
En
conclusion,
onpeut
retenir que, dupoint
de vuephysiologique,
lesprincipales
protéines
dupois
sont desprotéines
deréserve,
dont le rôle est d’être une sourced’azote,
decarbone,
de soufre pour les besoins futurs del’embryon.
Leursprincipales
carac-téristiques
sont résumées dans le tableau 2. SelonHiggins
(1984),
lesprincipales
caracté-ristiques
desprotéines
de réserve sont les suivantes : une teneur élevée en azote(richesse
englutamine, asparagine),
unestructure
compacte
et unecapacité
àl’agréga-tion
permettant
un «compactage
écono-mique
», une résistance àl’hydrolyse
avant lagermination,
mais unesusceptibilité
àl’hy-drolyse
au moment oùl’embryon
a besoind’utiliser ses réserves. En ce
qui
concernel’hydrolyse
deprotéines
de cetype,
onpeut
remarquer que la
conjonction
deplusieurs
enzymes esttoujours
nécessaire pour assurerleur mobilisation à la
germination.
Enfin,
onremarque aussi la très
grande hétérogénéité
intrinsèque
de ces différentesprotéines.
2
/ Le
pois :
aliment
pour
les
animaux
monogastriques
2.i
/ Résultats obtenus :
performances zootechniques
et
digestibilité
des
protéines
Les différents essais de
régimes
à base depois
réalisés in vivo font état d’unegrande
variabilité derésultats,
aussi bien en cequi
concerne lesperformances zootechniques
desanimaux que le coefficient de
digestibilité
desprotéines
(Quéméré 1990, Gatel 1992,
UNIP-ITCF1993).
Cettegrande
variabilité de résultats a des causesméthodologiques
(Gatel 1992),
maisprovient
aussi de la varia-bilité decomposition
de la matièrepremière
et de laréponse
de l’animal à celle-ci.Dans une
synthèse
récente des essaisfran-çais
etétrangers
sur l’utilisation dupois
parles
porcins, Quéméré
(1990)
rapporte
qu’une
incorporation
depois
à un taux élevé(40 %)
ne provoque pas, en moyenne, de baisse de
performances
chez les porcs encroissance-finition,
à conditioncependant
que lesrégimes
soientsupplémentés
en acidesporce-lets,
desperformances
de croissance réduites ont été observées pour des taux d’incorpora-tionsupérieurs
à 15-20 %. Chez lepoulet,
Barrier-Guillot et al(1992) rapportent
unebaisse de
performance
despoulets
recevantun
régime
à base depois
(30 %)
parrapport
à ceux recevant unrégime
témoin.Les coefficients de
digestibilité
iléale appa-rente de l’azote et des acides aminés dupois
cru, chez le porc, sont engénéral légèrement
inférieurs à ceux de la farine de
soja
(Gatel
1992,
UNIP-ITCF1993) (tableau 3).
Chez leporcelet,
Le Guen(1993) rapporte
uncoeffi-cient de
digestibilité
apparente
de 69 % pour lesprotéines
d’unrégime
à base depois
crucontre 82 % pour un
régime
témoin(farine
depoisson).
D’un
point
de vuepratique,
l’existenced’une variabilité non maîtrisée
oblige
lesfabricants d’aliments du bétail à
prendre
des marges de sécuritéimportantes.
C’estpour-quoi
de nombreuses recherches ont actuelle-ment pour but l’identification du ou desfac-teurs du
pois
responsables
de la limitation de ladigestibilité
desprotéines,
et laquantifica-tion de leur
part
deresponsabilité
dans les différences observées.2.
2
/
Bases
biochimiques
expliquant
la limitation de
la
digestibilité
des
protéines
La
digestibilité
desprotéines
peut
être limi-tée àplusieurs
niveaux :l’hydrolyse
des pro-téines par les enzymes du tractusdigestif
peut-être
incomplète,
l’absorption
desproduits
d’hydrolyse
peut
être réduite par despertur-bations de la
perméabilité
de la barrièreintes-tinale, enfin,
l’alimentpeut
induire uneréac-tion
physiologique
del’animal,
entraînant,
parexemple,
uneperte
deprotéines endogènes.
Les différentes
hypothèses
iciregroupées
seront examinées enprenant
encompte
leurinfluence
possible
à ces différents niveaux. a / Inhibiteurstrypsiques
Les inhibiteurs
trypsiques
sont les «fac-teurs antinutritionnels » les
plus largement
étudiés. Les
premières protéines
de cetype
furent isolées dans le
soja
(Kunitz
1945),
mais on les trouve très
largement répandues
dans le
règne
végétal.
Lepois
serait une deslégumineuses
en contenant lemoins,
environ8 fois moins que le
soja
cru. Il existecepen-dant des différences
importantes
entreculti-vars, certaines variétés de
pois
detype
« hiver » contenant 2 à 3 fois
plus
d’inhibi-teurs
trypsiques
que les variétés deprin-temps (Leterme
et al1992).
Le lien entre inhibition de croissance et inhibiteurstryp-siques
a étélogiquement
établi par la consta-tationqu’un régime
à base desoja
cru étaitincapable
derépondre
aux besoinsnutrition-nels du rat en croissance. Chez le porc, on
montre que les
performances
des animaux recevant unrégime
à base depois
riches eninhibiteurs
trypsiques
sont inférieures à celles d’animaux recevant despois
pauvresen inhibiteurs
trypsiques
(Leterme
et al1990,
Perez et Bourdon1992).
La
responsabilité unique
des inhibiteurstrypsiques
dans la limitation de ladigestibi-lité des
protéines
depois
estcependant
très controversée. Le retrait sélectif de cespro-téines dans le
soja
cru améliore lesperfor-mances de croissance chez le
rat,
mais neper-met pas de rétablir un niveau
identique
àcelui du
régime
témoin(Kakade
et al1973).
Le Guen
(1993)
a montré que ces facteursn’étaient pas les seuls
responsables
dans la limitation de ladigestibilité
desprotéines
depois
chez leporcelet :
eneffet,
le coefficient dedigestibilité
iléaleapparente
desprotéines
dupois
entier est de 69% ;
celui d’un isolat deprotéines
depois
est de 84% ;
celui d’un iso-latauquel
onajoute
unequantité
d’inhibi-teurs
trypsiques
équivalente
à celle dupois
entier est de 77 %. Les inhibiteurstrypsiques
n’expliqueraient
donc que la moitié de la limi-tation de ladigestibilité
desprotéines
dupois
chez leporcelet.
D’autrepart,
lespoulets
sonten
général
très peu sensibles aux variationsde teneurs en inhibiteurs
trypsiques
despois
(Carré
et al1991,
Barrier-Guillot et al1992).
Le mécanisme par
lequel
les inhibiteurstrypsiques
diminuent ladigestibilité
des pro-téines n’est pas clairement établi : deuxtypes
de mécanismes au moins sontsusceptibles
d’être
impliqués
(Huisman
et Jansman1991).
D’une
part,
les inhibiteurs se liant de manièreirréversible à la
trypsine,
ladigestibilité
apparente
desprotéines
peut
être réduite par défautd’hydrolyse
desprotéines
alimentaires. D’autrepart,
ladigestibilité
apparente peut
être réduite par laprésence,
dans lesdigestas,
d’unequantité importante
deprotéines
endo-gènes
sécrétées par lepancréas :
il existe eneffet un mécanisme de
régulation négative,
par voiehormonale,
de la sécrétionpancréa-tique ;
cetterégulation
estgouvernée
par laquantité
detrypsine
libre.Lorsque
latrypsine
est liée irréversiblement à des inhibiteurstrypsiques,
cetterétro-régulation
nepeut
plus
avoir lieu et la sécrétion
pancréatique
est aug-mentée. Unehypertrophie
dupancréas
et unesécrétion accrue, en
réponse
àl’ingestion
d’unrégime
riche en inhibiteurstrypsiques,
ont été constatées chez lasouris,
lerat,
lecobaye,
lepoulet.
Chez les animaux deplus grande
taille(porc,
chien, veau),
cesphénomènes
n’ont pasb / Lectines
Les
propriétés
de liaisonspécifique
decer-tains
composés
glucidiques
par les lectines sontsusceptibles
d’avoir une incidencephy-siologique
ou nutritionnelle. Les lectines sonttenues pour
responsables
de latoxicité,
pour les hommes ou pour lesanimaux,
delégumes
consommés crus ou
improprement
cuits : c’estle cas du haricot
(Phaseolus
vulgaris),
dupois-sabre
(Canavalia
ensiformis),
du ricin(Ricinus
communis). Les lectines de Phaseo-lusvulgaris
et celles de Canavaliaensiformis
(Concanavaline A)
ont été lesplus largement
étudiées. Résistantes àl’hydrolyse pepsique,
elles sontcapables
de se lier à desrécepteurs
spécifiques
des cellulesépithéliales
de l’intes-tin(Nakata
et Kimura1985,
Pusztai et al 1991). Cette liaisonengendre
des lésionslocales,
undéveloppement
anormal desmicrovillosités,
et altèrel’absorption
des nutriments. Ellepeut
conduire aussi à uneinfiltration de
bactéries,
et à uneinternalisa-tion des
lectines,
permettant
leur entrée dans lesystème sanguin.
Les lectines depois,
cependant,
ne semblent pas provoquer dedommages
à la muqueuseintestinale,
ni d’al-tération dansl’absorption
des nutriments(Bertrand
et al1988).
Selon cetauteur,
laprotection
des cellules del’épithélium
intesti-nal serait due à la neutralisation des lectines par les nombreuxglycoconjugués
présents
dansl’aliment,
et libérés lors de ladigestion.
Selon Huisman et Jansman(1991)
et Grant et Van Driessche(1993)
la différence de toxi-cité entre lectines depois
et lectines dehari-cot serait due à leurs
spécificités
de liaison :glucose/mannose
pour lepois, galactose/
N-acetylgalactosamine
pour leharicot ;
les cellules matures des microvillosités intesti-nalesportent
généralement
des résidusgluci-diques complexes,
sites de liaisons pour les lectines de haricot.D’une manière
générale,
chez lepois,
les lectines ne sont pas considérées commed’im-portants
facteurs antinutritionnels(UNIP-ITCF
1993).
c / Tanins
L’effet
négatif
des tanins sur ladigestion
des
protéines
a été démontré chez le porc(Grosjean
et al 1991) et chez lepoulet
(Lacas-sagne et al 1991). Les tanins sont des compo-sés
polyphénoliques,
de masse moléculaire de500 Da à 3000
Da ;
ils ont lacapacité
defor-mer des
complexes
avec différentesmacromo-lécules,
dont lesprotéines.
Ils sont ainsisus-ceptibles
d’affecterl’hydrolyse
desprotéines,
en se liant aux
protéines
alimentaires ou auxenzymes. De
plus,
ils semblent provoquer des sécrétions salivaires accrues.Seuls les
pois
à fleurs colorées contiennent des tanins(UNIP-ITCF
1993) ;
c’est le cas despois
fourragers
dont lesgraines
ne sont pasutilisées en France pour l’alimentation des
monogastriques.
d / Fibres
La teneur en fibres d’un aliment exerce en
général
une influencenégative
sur lecoeffi-cient de
digestibilité
apparente
desprotéines
chez le porc(Stanogias
et Pierce1985,
Hall etal 1988). Chez le
poulet,
Carré et al(1991)
supposent
que le facteurexplicatif
de la limi-tation de ladigestibilité
desprotéines
depois
est lié auxparois cellulaires,
celles-cidimi-nuant l’accessibilité des enzymes aux nutri-ments
(protéines
etamidon).
Chez leporcelet,
Le Guen(1993)
faitégalement l’hypothèse
que la structure cellulaire dupois
serait unfacteur diminuant la
digestibilité
des pro-téines. Cette baisse du coefficient dedigesti-bilité
apparente
desprotéines
enprésence
defibres
peut
être liéecependant
à d’autrescauses que la limitation de leur accessibilité :
transit
accéléré, adsorption
deprotéines
surles fibres (Perrot
1994),
synthèse
accrue deprotéines
endogènes, synthèse
accrue de pro-téines bactériennes dans le cas de fibresfer-mentescibles
(Darcy
1984).e /
Phytates
Les
phytates
sont la forme de réserve duphosphore
dans lesplantes ;
ilsreprésentent
de 1 à 5 % dupoids
sec desgraines
delégumi-neuses
(Huisman
et Jansman1991).
Lesphy-tates ont des
propriétés chélatantes,
et sontsupposés interagir
avec les minéraux et lesprotéines (Gorospe
et al1992).
Un effet fai-blement inhibiteur desphytates
a étédémon-tré sur la
protéolyse
invitro,
mais aucun effetn’a pu être mis en évidence in vivo
(Knuckles
et al
1989).
f
/ Structure résistante desprotéines
depois
La structure des
principales protéines
depois
est engénéral
compacte,
globulaire,
riche en feuillets
(3 (voir
paragraphe
1.3).
Selon certains
auteurs,
la faible valeur nutri-tionnelle desprotéines
delégumineuses
pour-rait être enpartie
due à ces contraintes struc-turales. Plumb et Lambert(1990)
ont montré que lesprotéines
detype
11S,
dont lalégu-mine de
pois, présentent
unegrande
résis-tance à
l’hydrolyse
par latrypsine :
lepoly-peptide
a est clivé en unerégion
trèslimitée,
lepolypeptide
(3 est complètement
résistant. Lalégumine
depois
estplus susceptible
àl’hydrolyse
par lapepsine,
probablement
enraison de la déstabilisation de sa structure à
pH
acide(Perrot 1994).
Dans tous les cas,c’est le
polypeptide 0, plus hydrophobe (plus
compact)
qui présente
leplus
de résistance àl’hydrolyse.
Parmi les
protéines
detype
7 S(comme
laviciline),
c’est laprotéine
du haricot (Phaseo-lusuulgaris),
laphaséoline,
qui
a été trèslar-gement
étudiée. Bradbear et Boulter(1984)
ont montré que la
phaséoline
native est très résistante àl’hydrolyse
par latrypsine.
Dans desdigestas
iléaux de porcs,Begbie
et Rossune
extrapolation
à la viciline depois
desrésultats obtenus sur la
phaséoline
est assezdifficile. En
effet,
laphaséoline
du haricot estun trimère de sous-unités intactes de 50
kDa,
alors que les sous-unités de la viciline sont clivées
post-traductionnellement
enpolypep-tides de
plus
faiblepoids
moléculaire. Deplus,
laphaséoline
estbeaucoup plus
glycosy-lée que la viciline. Cescaractéristiques
de laphaséoline
lui confèrentprobablement
unerésistance
supérieure
àl’hydrolyse
enzyma-tique.
La viciline depois
est en effet trèssus-ceptible
àl’hydrolyse
par latrypsine
et,
contrairement à la
légumine,
elleparaît
résisterdavantage
à lapepsine
(Perrot 1994).
L’albumine PA2 est résistante à
l’hydrolyse
enzymatique
par latrypsine
(Gruen
et al 1987). Ce résultat a étéconfirmé,
mais il aété
également
montré que l’albumine PA2 était trèssusceptible
àl’hydrolyse
par lapep-sine,
probablement
en raison d’unedéstabili-sation de sa structure à
pH
acide (Perrot1994). Il n’existe pas, à notre
connaissance,
de travaux concernant l’albumine PAI.Dans le
chapitre
consacré auxlectines,
nous avons mentionné leur résistance àl’hy-drolyse pepsique
(Nakata
et Kimura1985,
Pusztai et al 1991). Elles sont
également
résistantes àl’hydrolyse
par latrypsine
et lachymotrypsine
(Perrot 1994). Cette résis-tancepeut
s’expliquer
par la structurecom-pacte
de cesprotéines,
mais aussi par unepossible protection
par liaison deligands
(sucres, protéines
glycosylées...).
).La structure des inhibiteurs
trypsiques
depois
(7ponts disulfure)
leur confèreégale-ment une
grande
résistance àl’hydrolyse
enzymatique
(Bradbear
et Boulter1984,
Weder 1986). Leur activité inhibitrice est entièrement conservéeaprès
3 hd’hydrolyse
par lapepsine
(Perrot
1994).On
peut
donc conclure que lesprotéines
depois
(etprobablement
celles d’autreslégumi-neuses)
présentent
une relative résistance àl’hydrolyse
enzymatique.
Néanmoins, compte
tenu de ce
qui
précède,
il semble que laconjonction
des effets de lapepsine
et de latrypsine
soit efficace pourhydrolyser
lamajeure
partie
desprotéines
dupois :
légu-mine,
viciline,
albumine PA2. Cecipeut
rap-peler
les événements de lagermination
au cours delaquelle plusieurs
protéases
inter-viennent pour mobiliser lesprotéines
de réserve dupois.
Parcontre,
les inhibiteurstrypsiques
et les lectines(3
à 5 % des pro-téinestotales)
semblent bien constituer une source d’acides aminés(notamment soufrés)
nondisponibles
pour l’animal.g / Réaction
d’hypersensibilité
des animauxLes
protéines
desplantes,
et enparticulier
celles des
légumineuses,
sontsusceptibles
de provoquer des réactions detype
allergique
chez les
jeunes
animaux.L’hypersensibilité
aux
protéines
desoja
du veaupréruminant
aété très étudiée. Ces réactions
allergiques
concernent environ 20 % desanimaux,
etconduisent à des
performances zootechniques
médiocres,
à une altération de laparoi
intes-tinale,
unedégradation
de l’état de santégénéral,
parfois
même à la mort(Lallès
1993).
Dans le sérum de veaux recevant dusoja
dans leuralimentation,
on constate uneélévation du taux
d’anticorps
circulants contre lesglobulines
dusoja : glycinine
etconglycinine
(Mathis 1991).
Cesphénomènes
deréponse
immunologique
sontégalement
observés chez leporcelet,
mais elles sontgénéralement plus
transitoires(Dreau 1994).
Chez le veau recevant du
pois,
on constate laformation
d’anticorps
contre lalégumine,
et très peu contre laviciline,
mais pas designes
cliniques
(Nunes
Do Prado et al1989).
Chez lesporcelets,
on constate aussi une formationd’anticorps
contre lesprotéines
depois
(Hamer
et al1992) ;
la fraction albumine dupois,
et notamment une albumine « de29 kDa », que nous identifions comme
PA2,
serait très
impliquée
dans laréponse
immu-nologique
des porcs(Gruppen
et al 1993). Ces animaux neprésentent
pas nonplus
designes
cliniques.
En
conclusion,
onpeut
donc dire que lepois
est une
légumineuse
ayant
une teneur assezélevée en
protéines
(24
% de sonpoids
sec),
une teneur élevée enlysine,
et des teneursfaibles en acides aminés
soufrés,
et entrypto-phane.
Il se caractérise aussi par descoeffi-cients de
digestibilité
desprotéines
assezvariables,
engénéral
inférieurs à ceux dusoja
(Gatel 1992).
Pour tenterd’expliquer
cettevariabilité,
et cette limitation de ladigestibilité
desprotéines,
de nombreux fac-teurs ont étéévoqués ;
leurs effetspossibles
sont résumés sur la
figure
3. Parmi cesfac-teurs,
seuls les inhibiteurs deprotéases
sont actuellement considérés commeimportants.
Cette
importance
est encore relative car seulsles porcs
paraissent
y êtresensibles,
et les inhibiteurs deprotéases
n’expliqueraient
que la moitié de la limitation de ladigestibilité
desprotéines
depois
(Le Guen 1993). Deplus,
deux études récentes semblent montrerque leur
digestibilité
réelle serait élevée(de
l’ordre de 90%)
et que leur faible coefficient dedigestibilité
apparente
serait surtout dû àune
augmentation
despertes
deprotéines
endogènes
(Huisman
1991,
Le Guen1993).
De nombreuses recherches sont actuellement menées dans le but d’identifier les facteurs
responsables
de la limitation de ladigestibi-lité des
protéines
depois.
3
/
Effets
des traitements
technologiques
surla
digestibilité
des
protéines
de
pois
Différents
types
de traitementstechnolo-giques
sontsusceptibles
d’êtreappliqués
aupois.
Parmiceux-ci,
on trouve lebroyage
(sys-tématiquement appliqué),
lagranulation
(à froid ou àchaud),
l’autoclavage,
lasépara-tives visant à
séparer
les constituantsprinci-paux du
pois
(amidon,
protéines,
fibres).
Dans ce
chapitre,
nonexhaustif,
noustraite-rons successivement des effets attendus
(et
observés)
dubroyage,
des traitementsther-miques
outhermo-mécaniques,
et destechno-logies séparatives
sur ladigestibilité
des pro-téines depois,
enessayant
notamment de lesrelier aux différentes
hypothèses
décritesplus
haut.3.
1
/
Broyage
Le
broyage
détruisant unepartie
des struc-tures cellulaires de lagraine,
onpeut
s’at-tendre à ce que
l’hydrolyse
desprotéines
soit favorisée par la diminution de la taille desparticules
depois,
c’est-à-direlorsqu’on
per-met uneplus
grande
accessibilité despro-téines aux enzymes
digestives.
Néanmoins,
plusieurs
études réalisées chez lepoulet
(Lacassagne
et al1991,
Conan et al1992)
montrent que la diminution de la taille moyenne des
particules
d’une farine depois
(respectivement
de 500 à 160 um et de 800 à 300um)
ne provoque pas d’amélioration de ladigestibilité
desprotéines,
alors que ladiges-tibilité de l’amidon est
significativement
amé-liorée. Cecipeut
être dû à laphysiologie
digestive particulière
de ces animaux(rebroyage
dans legésier).
Deplus,
la taille moyenne desplus petites
particules
de cesétudes
(300
ou 160pm)
estsupérieure
ou del’ordre de celle des cellules de la
graine
depois.
Dans une farineayant
une taillemoyenne de
particules
de 250 um(autour
delaquelle
peut
s’étendre une assezlarge
distri-bution),
des structures cellulaires intactes sont encore visibles(figure
4a).
Onconçoit
assez bien que les
grains d’amidons,
plus
groset
plus
lourds,
puissent
« sortir » de cetype
de structure. Par
contre,
les corpsprotéiques
(diamètre
= 2um)
y seraient
davantage
rete-nus. Avec une mouture
beaucoup plus
fine(taille
moyenne de 30 um, obtenue parbroyage cryogénique),
nous avons obtenu unelibération totale des corps
protéiques
dans le milieu(figure
4b) (Perrot 1994).
3.
2
/ Effets des traitements
thermiques
D’une manière
générale,
chez le porc, on nedes
protéines
depois
après
différents traite-mentsthermiques (granulation,
extrusion,
autoclave...)
(Gatel
1992). Une des raresétudes montrant une amélioration notable de
la
digestibilité
desprotéines
chez leporcelet
après
cuisson-extrusion concernait unpois
riche en inhibiteurs
trypsiques
(Bengala-Freire et al 1991). Chez le
poulet,
ladigestibi-lité des
protéines
estsignificativement
amé-liorée (+ 1 à 5%)
par unegranulation
à lavapeur des farines de
pois
(Carré et al1991,
Conan et al 1992).Les différents traitements
thermiques
outhermo-mécaniques appliqués
auxpois
sontsusceptibles
d’avoir des effetspositifs
etnégatifs
sur ladigestibilité
desprotéines
depois.
a / Inhibiteurs
trypsiques
Les inhibiteurs
trypsiques
dupois
ont unestructure très
compacte,
trèsrésistante,
enraison de leur teneur
exceptionnellement
éle-vée enponts
disulfure. Nous avons vu quecela leur conférait une résistance à
l’hydro-lyse
enzymatique.
Cette structure leurconfère
également
une certaine résistance à la dénaturation la chaleur. Enconséquence,
leur inactivation n’est atteintequ’après
des traitements assezdrastiques :
si lagranula-tion à la vapeur
(80 °
C)
n’est pas suffisante pourpermettre
leurinactivation,
unautocla-vage à 100 °C
pendant
15min,
ou unecuis-son-extrusion sont efficaces
(Lessire
et al1988,
Aumaitre et al1992,
Gatel1992)
pourpermettre
leur inactivation totale.b / Lectines
Les traitements
thermiques
sont suscep-tibles d’inactiver leslectines,
par dénatura-tion de leur structure. Cet effet estdepuis
très
longtemps empiriquement
connu : si lesharicots communs
(Phaseolus
uulgaris)
crussont hautement
toxiques,
leurtrempage
suivi d’une cuissonadéquate
permet
leurconsom-mation sans aucun
danger !
Comme pour les inhibiteurstrypsiques,
la dénaturation(et
donc
l’inactivation)
des lectines nécessitel’emploi
detempératures
assezélevées ;
lagranulation
à la vapeur ne semble pasaffec-ter l’activité des lectines chez la féverole (Gatel 1992). ).
c / Tanins
Les traitements
thermiques
semblentdimi-nuer
légèrement
laquantité
de tanins doséschez le haricot
(Pastuszewska
et al1992).
Les basesbiochimiques
de cette baisse restent néanmoins obscures. Lechauffage pourrait
éventuellement diminuer leurcapacité
de liaison avec lesprotéines
(Gatel 1992).
d / Fibres
Des traitements
thermo-mécaniques
tels que lagranulation
à la vapeur ou lacuisson-extrusion sont
susceptibles
de détruirel’orga-nisation cellulaire des
pois
(Carré
et al1991,
Ben Hdech1993).
Onpeut
donc supposer que lesprotéines
serontplus
accessibles àl’hydro-lyse enzymatique
après
cetype
de traite-ment.e /
Phytates
Peu de travaux ont été consacrés à l’effet des traitements
technologiques
sur lesphy-tates. Chez la
lentille,
un traitementther-mique appliqué
après trempage
sembledimi-nuer la
quantité
dephytates
dosés de 30 % environ(Gorospe
et al1992).
f
/ Structure résistante desprotéines
Nous avons vu dans les deuxpremiers
cha-pitres
que laplupart
desprotéines
dupois
possédaient
une structure relativementcom-pacte,
rigide,
leur conférant une résistance assezimportante
àl’hydrolyse enzymatique.
Tout traitement affectant cette structure conduira donc à une
augmentation
de lasus-ceptibilité
àl’hydrolyse
desprotéines
depois.
Un traitement par la chaleur(99
°C,
pro-téines ensolution,
10 à 30min)
dénature lesprotéines
detype
11 S ou 7 S etpermet
engénéral
d’accroître considérablement leursusceptibilité
àl’hydrolyse enzymatique
(Nielsen et al 1988).Néanmoins,
les traitementstechnologiques
appliqués
auxprotéines
en alimentationani-male sont
susceptibles
de s’effectuer dans des conditions différentes de cellesprécédem-ment citées : les
protéines
sont engénéral
enmilieu peu
hydraté,
leur concentration estélevée,
lestempératures
appliquées
peuvent
dépasser
100&dquo;C,
et ungrand
nombre deconstituants
