Agents bioactifs pour développer des aliments fonctionnels Monique Lacroix, Ph.D. Professeur Laboratoire de Recherche en Sciences Appliquées à l’Alimentation (RESALA) INRS-Institut Armand-Frappier 531 des Prairies, Laval,Qc,Canada H7V 1B7 email: [email protected] Études épidémiologiques 90% des diabètes de type II 80% des maladies cardiovasculaires 35% des cancers pourraient être évités par une meilleure alimentation et de meilleures habitudes de vie ! Qu’est-ce qu’un aliment fonctionnel ? Un aliment ou un ingrédient isolé d’un aliment qui peut avoir des effets bénéfiques sur la santé humaine Un marché représentant plus de $86 milliards aux USA et ce marché est en croissance de 7.5% par année Les pionniers 1996- Campbell Soup: Intelligent Quisine home-delivered 1997- Kellogg’s: All Bran ® Importance de la consommation des fibres pour la prévention du cancer de l’intestin. 1997- Quaker Oats: Fibres solubles et réduction des maladies coronariennes. 1997-Japon: Food for Specified Health Use (FOSHU) Les défis des chercheurs • Identification de composés actifs • Méthodes d’extraction ou procédés industriels permettant la préservation de la bioactivité des composés actifs • La digestibilité et la bioactivité des composés actifs • La standardisation des aliments et le contrôle de la qualité L’Avoine Contenu en β-glucan: 1.8 – 6 % Sucre complexe ayant un poids moléculaire de 1 x 106 kDa. Rôle 8 g en β-glucan peuvent réduire le niveau de glucose sanguin de 33% et la réponse à l’insuline de 40%: Diabetes Care, 1996, 19: 831-34. Une ingestion journalière de 140 g d’avoine peut réduire de 11-20% le contenu en cholestérol sanguin : Lancet,1963,2:30304; Critical review in Food Science and Nutrition 1990, 29: 95-147; Am.J. Clin. Nutr. 1991,54:678-83. Son de blé et incidence du nombre de tumeurs du colon (%) 80 70 60 50 1% fibres 4%fibres 8%fibres 40 30 20 10 0 Wheat Bran Bran Flakes All-Bran ® Alabaster et al., 1997. Food and Chemical Toxicology 35, 5,:517-522. Les acides gras Oméga Les oméga-3 Les acides eicosapentanoïque (EPA) Les acides docosahexanoïque (DHA) Les principales sources facilement assimilables Les poissons tels que le saumon et le thon Recommandation canadienne: 1-1.8 g/jour Contenu en oméga-3 dans le saumon : environ 0.8-1.4% Mode d’action Responsables du bon fonctionnement des tissus cérébraux et nerveux, de la production de l’énergie et d’un système immunitaire efficace Régulation du rythme cardiaque Protection contre la formation de plaques dans les artères assurent l’alimentation d’une peau sèche produisent un groupe important d’hormones, soit les prostaglandines Les polyphénols Antioxydants Limitent l’apparition de l’artériosclérose Réduisent le taux de cholestérol sanguin et inhibent l’oxydation des LDL Inhibent certaines enzymes responsables de la prolifération de cellules cancéreuses Se lient au collagène des vaisseaux sanguins en améliorant leur résistance et favorisant la vasodilatation Protégent l’ADN contre l’oxydation et la formation de lésions Bloquent la formation de cellules cancérigènes et tuent celles qui sont présentes par l’activation d’enzymes clés Anti-inflammatoires Critical Review in Food Science and Nutrition, 2005, 45: 287-306; Lancet: 1993 , 342 1007-1011 HO COOH HO O O Acides aminés arômatiques OH OH HO O Acide benzoïque OH Acide chlorogénique Acide cinnamique Flavonoïdes Flavonols Isoflavones OH HO OH O OH HO O+ HO OH O OH O OH OH HO O OH OH OH OH Quercétine OH OH O OH Flavanoïdes Anthocyanes Génistéine Cyanidine Épicatéchine Tannins Composés Phénoliques Groupes Classification Sources Structure COOH Acides Phénoliques Acide hydroxybenzoïque R1 R4 R2 R3 CH=CH-COOH Acide hydroxycinnamique Tomate, R2 R1 OH Flavonoïdes raisin, vin, produits de l’érable Flavones (ols) Flavanes (ols) Anthocyanes Isoflavonoïdes choux, érable Oignons, thé, pommes, broccoli, raisin, légumineuses Autres Composés phénoliques alimentaires à fort potentiel antioxydant et leur source (suite) Flavonols HO Quercétine OH O HO HO Flavanols C II O C II C OH HO Catéchines OH O HO CH2 CH I CH O HO HO C II O Raisins,vin, thé, sève et sirop d’érable OH HO Isoflavonoïdes Génistéine Oignons, thé, pommes,brocoli, raisins Légumineuses (soya) CH II C OH Fruits et légumes ayant un fort potentiel antioxydant Bleuet Canneberge mûres Framboise, fraise, Pommes Cerise, Prune Avocat, poire Orange, raisin rouge Pamplemousse, pêche,mangue Abricot, tangerine, ananas Banane, nectarine Kiwi Cantaloupe Melon miel Melon d’eau J. Agric. Food Chem. 2004, 52, 4026-37 13 000 Fève rouge Artichaut 6 000 Pomme de terre (Russet) 2 500 1 900 700 Ail, Choux rouge et frisé Choux de bruxelles oignon, patate douce, radis, épinard, betterave poivron, aubergine, brocoli céleri, chou-fleur, carotte 200 Propriétés antioxydantes et antimutagènes des produits de l’érable Evaluer les propriétés antioxidantes, antiradicalaires et antimutagènes des composés phénoliques totaux extraits de la sève et du sirop Thériault, Caillet, Kermasha et Lacroix, 2006, Food Chemistry 98, 490-501. Capacités antioxydantes Période de la saison Propriétés Inhibition antiradicalaires peroxidation (%) (%) Composés glycosylés Sève Sirop Sève Sirop 0 95 95 113 108 50 98 95 117 101 100 88 98 104 17 0 48 40 68 99 50 89 80 97 127 100 33 61 85 90 Composés aglycones Les composés phénoliques du raisin et du vin OH OH HO O Rôle de protection contre le Flavonoïdes développement de cancer et de maladies cardiovasculaires OH OH Épicatéchine OH OH Anthocyanes Protègent contre les rayons UV O+ HO OH OH Cyanidine Augmentent la résistance des vaisseaux sanguins Propriétés antiradicalaires des composés phénoliques des extraits de raisin Extraits Phénols totaux (g/100g) Propriétés antiradicalaires Propriétés antiradicalaires USP/mg extrait USP/mg phénols Pépins 81 138 171 Peau 79 100 126 Extrait entier 50 81 162 Caillet, Salmieri, Lacroix, 2006, Food Chemistry , 95,1-8. Séparation des composés phénoliques par HPLC 3 1 5 2 4 Pépins 1 1 5 3 4 2 2 3 Peau 5 4 Fruit entier Propriétés antiradicalaires de chaque fraction d’extrait de raisin Extraits Pépins Peau Fruit entier Fractions Propriétés antiradicalaires 1 101 2 69 4 54 1 63 2 70 1 91 3 220 4 122 5 100 Les composés phénoliques du chocolat Polyphénols totaux Catéchines et épicatéchines Fève de cacao Poudre de cacao Chocolat noir Chocolat au lait 6–8% 0.6 - 7 % 0.8 - 4 % 0.5 - 2% Food Research International 2000, 33, 449-459 0.03 – 0.3 % 0.05 – 0.2% 0.02 – 0.07% Mode d’action des catéchines -Préviennent l’oxydation des LDL par leur capacité de lier le fer et le cuivre -Permettent la vasodilatation des vaisseaux sanguins -Régularisent la pression sanguine en modulant la concentration en oxyde nitrique dans le sang -Préviennent le développement de l’artériosclérose -Modulation du système immunitaire -Propriétés antimicrobiennes -Propriétés anticancer La canneberge Étude in vivo 21 hommes 600 mL jus/jour Pendant 14 jours Augmentation du niveau de HDL de 8% 63 OH OH HO O Contenu en flavonols Plus de 200 mg/kg 62 61 60 59 58 OH 57 OH O 56 55 Quercétine 54 jour 0 Metabolism Clinical and Experimental 2005, 54, 856-861 jour 14 LDL oxydé µm/L Les composés actifs de l’ail et des oignons Temps de rétention dans le sang: 33 heures Soit 2 fois celui des polyphénols de thé Mode d’action --Activation des enzymes de détoxification : Phase II --Induisent l’apoptose des cellules cancéreuses: caspases --Protègent le système cardiovasculaire --Propriétés antioxydantes et antimicrobiennes --Protègent contre le développement du cancer de l’œsophage, l’estomac, le colon, le cerveau --Antimutagènes --Anti-inflammatoires: cytokines pro-inflammatoires: IFNγ--Protègent contre l’artériosclérose --Antimicrobiens ex: E.coli, Salmonella, S.aureus, Pseudomonas, Helicobacter pylori, Candida J. Nutr, 2001: 131 (3s) 1032S-1040S; Nat.Prod. Rep. 2005, 22, 351-68 Int. J. Cancer, 1999, 81,1,20-23.;Food Research International 2000, 33, 449-459 Critical Reviews inFood Sc. And Nutrition 2004, 44:479-88; O S S Alliicine (diallylthiosulfinate) OH OH HO O OH OH O Quercétine S C N R Isothiocyanates Les crucifères Contenu en isothyocyanates Brocoli 0.5 – 3.7 μg/gr Choux de Bruxelles : 2.5% Choux : 1% Mode d’action -- Bloquent l’action des molécules carcinogènes: Inhibent enzymes P45 -- Engendrent l’apoptose : activent les caspases -- Augmentent l’activité des enzymes de détoxification de la cellule: Phase I -- Relation inverse entre la consommation des crucifères et le cancer du colon, de la prostate, du sein, le lymphome (non Hodgkin’s) , cancer du cerveau et leucémie -- Molécules antimicrobiennes, antifongiques, insecticides et antiprotozoaires Am. Society for Nutritional Sciences, 2001, 3027S-3033S; Cancer Letters 2004, 203: 35-43 Activité de la caspase – 3 Enzyme qui détruit les cellules cancéreuses Carcinome du rein MBL CAKI-1 HT-29 U-87 BAEC Flavone 2.3 1.1 1.1 0.9 1.1 EGCG 1 1.1 1.1 0.9 1.3 Genistéine (Soya) 0.9 0.8 1.3 0.7 1.0 Isothiocyanate 8 1.4 0.9 1 0.6 Resvératrol 1 1.1 1.2 0.8 1.2 Cancer Letters 2004: 203, 35-43 Composition de la tomate Fraction Flavonoïdes totaux eq/% Lycopène mg/% Vitamine C mg/% Pouvoir antioxydant µM TEAC/100g Peau 20 9 17 212 Pulpe 8 3 9 82 Graines 12 2 8 114 USDA, 1998; Les aliments contre le cancer, 2005, Trécarré; Critical Reviewa in Food Sc. And Nutrition 2003: 1,1:1-18; Food Research International 2005, 38: 487-494 Le lycopène de la tomate Pâtes de tomates: 29 mg/% Sauce: 18 mg/% Sauce tomate: 11 mg/% Tomate en conserve et jus de tomate: 10 mg/% Tomate crue: 3 mg/% Rôle Excellent antioxydant Effet connu: Protège contre le développement du cancer de la prostate Efficacité surtout dans les produits cuits à base de tomates Protège contre les maladies cardiovasculaires USDA, 1998; Les aliments contre le cancer, 2005, Trécarré; Critical Reviewa in Food Sc. And Nutrition 2003: 1,1:1-18; Food Research International 2005, 38: 487-494 Autres nutriments ayant un fort potentiel antioxydant Vitamine C: Cassis, fruits exotiques, agrumes, persil, poivron, choux, légumes verts, mangue, papaye Vitamine E: Fromages, graines oléagineuses, huiles végétales, huile d’olive, noix, germe de blé, oeufs Vitamine Aet B-carotène: Foie, huile de foie, abricot, choux, courge, carotte, brocoli, tomate, piment, citrouille, mangue, papaye Sélénium: Poissons, champignons, champignon Shiitake, thon, noix du Brésil Critical review in Food Sc. and Nutrition 2004: 44, 275-295. Les aliments en développement Designed foods Fruits et légumes riches en nutriments: vitamines et polyphénols: tomates transgéniques (78 x plus de flavonoїdes) Fruits irradiés Sélénium Calcium Produits enrichis: Jus Lait fermenté riche en probiotique Ajout de probiotiques dans les aliments OBJECTIFS DE NOS LABORATOIRES Médecine préventive: Collaboration avec l’industrie pour la prévention de maladies alimentaires Pour développer: Nouvelles technologies Nouveaux produits Pour assurer: L’innocuité alimentaire La conservation de la valeur nutritive Pour réduire: L’ajout d’additifs alimentaires Les déchets provenant des aliments et des emballages alimentaires Pour améliorer: La protection alimentaire Groupe de recherche Chercheur principal: Associé de recherche: Agent de recherche: Monique Lacroix, Ph.D. Stéphane Caillet, Ph.D. Stéphane Salmiéri, B.Sc.A. Chercheurs étudiants: Mathieu Millette, M.Sc. Mélanie Turgis, B.Sc. Laura Ursachi, B.Sc. Gilbert Cornut, B.Sc. Dominic Dussault , B.Sc. TECHNOLOGIES EN ÉMERGENCE MISE AU POINT DE BIO-FILMS ENROBAGES ET EMBALLAGES NATURELS BIO-ACTIFS ÉTUDES SUR LES COMPOSÉS NATURELS BIO-ACTIFS Études physico-chimiques et évaluations sensorielles Analyses chimiques et microbiologiques Merci