D1-UE3-Gonthier-De_la_bioénergétique_à_la_ration_alimentaire (3)-2015-pdf

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UE 3 – Biochimie clinique, Nutrition, Métabolisme
Gonthier
Date : 07/09/15
Promo : DCEM1
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Plage horaire : 14h-16h
Enseignant : Dr M-P. Gonthier
Ronéistes :
Damien GONTHIER
Thibault VISNELDA
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De la bioénergétique à la ration alimentaire
(3éme partie)
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II. Sources alimentaires des substrats énergétiques
1. Catégories d’aliments
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2. Types de substrats énergétiques – début du ronéo
a) Les glucides alimentaires
b) Les fibres alimentaires
c) Les lipides alimentaires
d) Les protéines alimentaires
e) Notion d’interconversion et substrats énergétiques circulants
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3. Utilisation des substrats énergétiques
a) Effets du repas (mesures des flux de substrats énergétiques)
b) Le jeûne
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Les annotations en rouge figurant dans ce ronéo constituent les éléments
importants à maitriser pour le prof, donc impérativement à retenir.
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2. Types de substrats énergétiques
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Les substrats énergétiques : glucides, lipides (y compris les corps cétoniques dont le cerveau
a besoin), protéines, sont apportés par l’alimentation.
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On distingue 3 états en fonction du temps qui sépare de la dernière prise alimentaire :
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● la période post prandiale : elle correspond aux 8 heures qui suivent la prise alimentaire.
Les organes tels que le foie, le cerveau, les tissus périphériques prennent les nutriments
(glucides++) dont ils ont besoin lors de cette phase et le reste est mis ensuite en réserve
surtout sous forme de glycogène et de triglycérides.
● la période post absorptive : 12 heures de jeûne (le matin à jeûne). On puise dans les stocks.
● le jeûne au-delà de 16 heures
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Rôles des substrats énergétiques :
* satisfaire les besoins immédiats d’ATP par leur oxydation dans le cycle de Krebs (10Kcal
disponible lorsque la cellule rompt ses 3 liaisons ester, donc molécule très riche).
* reconstituer les réserves de glycogène et de protéines.
Le stockage des protéines se fait surtout au niveau des muscles squelettiques qui les
utiliseront lors du jeûne prolongé.
Le glycogène est stocké surtout au niveau du foie et des muscles squelettiques, sachant que
les muscles squelettiques, lors de la glycogénolyse, vont garder pour eux le glucose formé
alors que le foie va le distribuer à tout l'organisme.
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Leur utilisation préférentielle dépend de l'état métabolique et hormonal :
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• les glucides sont oxydés en période post prandiale par les tissus insulinodépendants et en
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permanence par les tissus non insulino-dépendants (cerveau, éléments figurés du sang)
• les acides gras sont oxydés plutôt quand leur niveau est élevé dans le sang (période post
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absorptive et jeûne, exercice physique)
• les protéines sont oxydées en cas d’afflux important (foie en période post prandiale). Le
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foie utilise les acides aminés obtenus pour ses propres synthèses et redistribue les AA en
surplus au muscle et si il y a encore excédents d'AA ils seront oxydés pour donner de l'ATP.
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a) Les glucides alimentaires
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Définition : ce sont des composés à chaîne carbonée comportant des fonctions alcool,
aldéhyde et cétone. D’où le terme anglais carbohydrate (hydrate de carbone).
Cm (H₂O) n
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Intérêt nutritionnel : ce sont des substrats énergétiques obligatoires pour les tissus glucodépendants (cerveau, cellules sanguine) et préférentiels pour les autres. On rappelle que 1 g de
glucides équivaut à 4 kcal.
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Classification : il en existe 2.
➔ Structurale : Glucides simples/complexes
➔ Nutritionnelle : Glucides assimilables/non assimilables ou fermentescible.
Rmq : Généralement les glucides simples sont dits assimilables, c'est à dire absorbés au
niveau de l'intestin, ainsi qu'un type de glucide complexe absorbable (amidon).
Le reste des glucides complexes ne sont pas absorbés, et les bactéries du colon dotées de
puissant complexes enzymatiques vont les dégrader : on appellera ces glucides complexes
dégradés des fibres alimentaires.
On appelle ces glucides complexes non assimilables ou fermentescibles.
Ces fibres alimentaires sont utilisées, fermentées par la microflore intestinale comme substrats
énergétiques.
En effet, la microflore intestinale a la capacité de couper les liaisons C-C et de générer des
AG à courtes chaînes comme le lactate, l'acétate qui sont des substrats importants et qui
empêchent le vieillissement et favorisent la régénération de la paroi du colon. Ceci explique la
protection contre l'apparition du cancer colorectal et des polypes chez les populations qui
consomment beaucoup de fibres alimentaires.
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Classification structurale :
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La structure des glucides conditionne leur capacité à être absorbés.
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NB :
• L'amidon -> glucide complexe qui constitue presque 50°/o de la consommation en glucides
journaliers ; glucose répété plus de 5000 fois (soit sous forme linéaire qui constitue
l'amylose, soit avec des ramifications qui constituent l’amylopectine).
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• La cellulose -> abondant dans les parois végétales qui vont constituer des fibres
alimentaires.
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Classification nutritionnelle :
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C’est la classification des glucides selon leur capacité à être digéré ou pas par les enzymes
digestives.
On distingue :
➔ Les glucides assimilables : digérés par les enzymes digestives
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Glucides libres :
• Oses (glucose, fructose)
• Diholosides (saccharose, lactose, maltose)
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Polyosides de réserve :
• Amidon
• Glycogène
➔ Les glucides non assimilables : fermentés par la microflore intestinale
-
Polyosides de structure :
• Cellulose
• Hémicellulose
• Pectine
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o Les sources alimentaires de glucides :
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VEGETALES
ANIMALES
Céréales : glucose+/-, amidon++, fibres Viandes et coquillages : glycogène
alimentaires
Légumes : glucose, fructose, saccharose, Lait (+ produits laitiers) : lactose
fibres alimentaires
Fruits : glucose, fructose, saccharose, fibres
alimentaires
NB: Miel = source de fructose
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o Propriétés générales des oses et diholosides :
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Propriété optique (déviation de la lumière)
Grande solubilité dans l’eau
Réducteurs généralement
Propriétés édulcorantes (saveur sucrée)
Le pouvoir sucrant (PS) d’un glucide représente la quantité de glucide nécessaire pour qu’un
individu puisse percevoir une saveur sucrée. Il est défini par rapport au PS du saccharose.
Celui-ci est déterminé pour une solution de 30 g/L à 20°C (PS=1) .
Ex : il faut 23 g de fructose pour avoir la même sensation de sucré, donc
PS (fructose) = 30/23 = 1,3
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Glucides
PS
Saccharose
1
Lactose
0,2
Maltose
0,4
Glucose
0,7
Fructose
1, 3
Selon le PS, on aura besoin de plus ou moins de sucre pour une même sensation au final.
Ainsi, on peut noter que le fructose est le glucide le plus intéressant :
- Industriellement parlant, il en faut moins pour la préparation des aliments (coût
moindre)
- Médicalement parlant, il est plus favorable pour un patient diabétique (on conseille
notamment à ces personnes de consommer du miel riche en fructose plutôt que le
sucre du commerce)
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o Propriétés de quelques glucides alimentaires majeurs :
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✓ GLUCOSE
-C’est un aldohexose et c'est le sucre le plus répandu à l’état combiné (il est peu présent sous
forme libre).
-L’apport alimentaire en glucose doit être de 5g/j.
-C’est le seul glucide libre circulant dans le sang (env. 1g/L) ! /!\ On parle ici de la
circulation générale à l’exception de la veine porte qui contient tous les nutriments digérés et
où on peut distinguer d'autres types de glucides. On rappelle ensuite que le foie accueille 3
glucides de l’alimentation (glucose, fructose, galactose), les deux derniers étant transformés
en glucose pour les réactions de métabolisme suivantes.
-Dans le foie, tous les hexoses sont transformés en glucose.
-Ce glucide est stocké sous forme de glycogène dans le foie et dans le muscle mais aussi
transformé en glycérol pour un stockage dans le tissu adipeux sous forme de TG.
-Il est oxydé par glycolyse dans les cellules si besoin énergétique.
-La régulation du taux de glucose dans le sang se fait sous l’action principale de 2 hormones :
insuline (hypoglycémiante) et glucagon (hyperglycémiant).
-Pathologies associées : diabète, obésité.
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✓ FRUCTOSE
-C’est un cétohexose et le glucide des fruits et du miel. Il est présent dans l’alimentation
sous forme libre ou généralement lié au glucose (saccharose). L’apport alimentaire doit être
de 10 g/j.
-Il est absorbé par les cellules intestinales via GLUT-5 (entérocytes) et converti (transformé
en fructose-6-phosphate qui entre directement dans la 2e étape de la glycolyse) en glucose par
le foie.
-Il a un fort PS, d’où son utilisation essentielle comme « sucre ajouté » dans les produits
transformés par l’industrie agroalimentaire (surtout les boissons sucrées).
-C’est un produit obtenu industriellement après hydrolyse du saccharose ou par isomérisation
enzymatique du glucose obtenu par hydrolyse de l’amidon.
-L’excès de consommation induit une augmentation du taux sanguin de TG qui est un facteur
particulier du risque cardio-vasculaire et neuro-vasculaire. En effet, l’excès entraîne une
élévation de la glycémie et le glucose entre en jeu dans la formation des TG au niveau du tissu
adipeux.
-Chez l'homme il est aussi un constituant du sperme et sera donc également dirigé vers les
glandes séminales.
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✓ SACCHAROSE (ou sucrose)
-C’est un diholoside alliant glucose et fructose. C’est le sucre du commerce.
-Il est extrait de la betterave (1/3 de la production) et de la canne à sucre (2/3 de la
production).
-Il a une solubilité très élevée et qui augmente en présence de glucose d’où son utilisation
industrielle pour la fabrication de sirops.
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-Les principales sources alimentaires de saccharose sont : les fruits, le miel, la confiture, le
chocolat, les confiseries, les boissons sucrées et l’alcool.
-L’apport alimentaire doit être de 96 g/j (soit 15% de l’apport énergétique total).
Il est hydrolysé par une enzyme (invertase) de l’intestin grêle.
Sa surconsommation peut entrainer un risque de diabète, une obésité, des maladies cardiovasculaires.
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✓ LACTOSE
-C’est un diholoside alliant galactose et glucose. C’est le glucide du lait (6-7 g/100 mL pour
le lait maternel ; 5g/100 mL pour le lait de vache).
-Il est 10 fois moins soluble que le saccharose : la chaleur augmente sa solubilité (d’où
l’habitude de chauffer le lait pour faciliter la digestion).
-Il a une propriété réductrice : il réagit avec les fonctions amines du lait (notamment portées
la caséine) ! réaction de Maillard conduisant à un brunissement du lait et à son goût caramel
s’il est trop chauffé.
-Il est hydrolysé par la lactase intestinale dont l’activité diminue avec l’âge.
Chez le nourrisson l'expression commence à augmenter, il ne faut donc pas saturer l'enzyme.
Au moment de la croissance et de l'âge adulte l'expression est considéré comme optimale et
chez les seniors son expression diminue d'où l'intolérance chez certaines personnes âgées pour
le lait.
Il est dégradé par les bactéries coliques ce qui donnera du glucose et du galactose. Le glucose
prend la voie entérocytaire et est libéré au niveau du foie, au niveau de la veine porte.
Le galactose libéré entre dans la voie de la glycolyse sauf si il y a consommation excessive, il
sera alors transformé en acide lactique . Ainsi s’il y a une consommation excessive de lait,
l’apparition de l’acide lactique en grande quantité diminuera considérablement le pH du colon
ce qui augmentera les réactions de fermentations qui entraînera alors des diarrhées
(intolérance au lait), surtout chez le nouveau né. Ces diarrhées arrivent notamment quand on
boit du lait seulement le matin où quand une maman ne respecte pas les délais entre les
biberons de son enfant.
-En agroalimentaire, on utilise l’acide lactique, produit par hydrolyse du lactose, ce qui
entraine une diminution du pH du lait et sa coagulation (ex : yaourt).
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Réponse à une question d'une étudiante sur le débat concernant la conso de lait à l'âge
adulte : Il est difficile de dire à une personne adulte de ne pas boire de lait vu que le lait est
riche en Calcium et en Vit D en plus de la caséine qui est riche en AA essentiels.
Question/réponse: Les bébés qui ont un déficit en lactase suivent un régime spécial avec du
lait moins riche en lactose pour habituer l'intestin à apprendre à digérer le lait.
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✓ MALTOSE
-C’est un diholoside alliant 2 glucoses.
-C’est un glucide réducteur abondant dans le malt, farine formée à partir des grains d’orge et
utilisée comme matière première pour la fabrication de bière.
-Il peut dériver de l’hydrolyse de l’amidon par les enzymes salivaires et pancréatiques
(amylases) puis est lui-même hydrolysé par la maltase de la paroi intestinale, d’où la digestion
complète de l’amidon ingéré.
/!\ Dans une consultation avec un diabétique, bien penser à lui demander s’il boit de la
bière et en quelle quantité pour adapter son régime correctement.
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✓ AMIDON
- Principal glucide alimentaire, représente 50% des glucides consommés au quotidien.
- C’est un homoglycane (polymère de glucose). Il est considéré comme un glucide complexe
mais par contre il est assimilable.
- Il est constitué de 20 à 25 % d’amylose (chaine linéaire : 300-600 unités associé les une aux
autres par des liaisons α1-4) et de 80 à 85 % d’amylopectine (chaine ramifiée à 5% : 10⁵-10⁹
unités, la ramification ce fait par une liaison en α1-6), ce qui constitue le grain d'amidon.
- C’est la réserve glucidique des végétaux (l’amidon animal = glycogène). Il est abondant
dans les graines de céréales, les tubercules, les légumineuses et dans certains fruits.
- Les mammifères, y compris l’Homme, ont fait une biochimie évolutive, vu qu'ils ont été
tellement exposés à ce type de molécule dans les végétaux, notre organisme a acquis la
capacité à produire une amylase qui dégrade totalement l'amidon.
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- Tableau de comparaison de la teneur en amidon de différents aliments
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✓ Pour 100g de riz, il y a 75 à 90g d’amidon. On remarque que pour les céréales c’est
assez exceptionnel puisqu’il y a jusqu’à 90% d’amidon.
✓ En ce qui concerne les autres sources, au sein d’une même sous-famille, les teneurs en
amidon sont assez proches.
✓ Attention à la banane pour le diabétique. Elle est très riche en amidon (facilement
digéré).
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- L’amidon commence à être dégradé au niveau de la salive par l'amylase pendant la
mastication, puis elle est dégradée avec le pH gastrique.
- Puis quand le bol alimentaire passe dans l'intestin, le pancréas libère dans le liquide
pancréatique de l'amylase qui va prendre le relai pour achever la digestion de l'amidon.
- Donc l'amidon est totalement dégradé au niveau intestinal et absorbé dans l'intestin.
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- L’amidon est insoluble dans l’eau à température ambiante (ce n’est donc pas le glucide à
donner en cas d’hypoglycémie).
- L’amidon se comporte de manière particulière selon la température (ce qui fait varier sa
digestibilité).
- En effet le chauffage de l'amidon va modifier sa structure et sa capacité à retenir ou à
exclure les molécules d'eau
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- Lors du chauffage : l’amylopectine forme des cristaux piégeant l’eau et fait gonfler le grain
d’amidon entraînant une augmentation de la viscosité de l’aliment : la solution s’épaissit.
C’est la gélatinisation, on l'appel en agroalimentaire de la gélatine d'amidon.
- En agroalimentaire, on retrouve ce mécanisme dans la préparation du pain, des fécules de
pomme de terre, maïzena,… où l’amidon est utilisé comme épaississant, souvent utilisé par
les industrie en agroalimentaire pour compacter le biscuit.
- En nutrition : la gélatinisation rend l’amidon plus soluble et plus digestible, c'est à dire
qu'une quantité plus importante de glucose peut passer dans le sang.
- Lors de refroidissement, l’amylose forme des cristaux qui excluent l’eau. Il y a donc
formation de gels d’amidon (gélification).
- En agroalimentaire, si l’humidité est trop importante, le gel rétrograde et durcit (pain rassis,
gâteaux non levés : exclusion de l’eau des grains d’amidon de la farine) d’où le conseil de
conserver les céréales à l’abri de l’humidité notamment (perte de la croustillance).
- En nutrition, l’amidon rétrogradé qui a été gélifié sera beaucoup moins digeste pour les
amylases digestives. Il sera donc fermenté par les bactéries du colon de manière similaire aux
fibres alimentaires (mangé du pain rassis aura les mêmes effets que mangé des fibres
alimentaires).
C’est intéressant de connaître ces processus pour pouvoir aider une personne avec des
problèmes intestinaux à optimiser ses habitudes alimentaires pour un meilleur transit
intestinal.
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c) Les fibres alimentaires
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Historiquement ce terme était utilisé pour le son de blé (la cuticule du blé) que l'on donne au
animaux.
Ce sont des polymères glucidiques complexes qui constituent la paroi des cellules végétales
qu’elles rendent rigides et résistantes. La distribution dans la paroi végétale est la suivante :
* couche externe = pectine
* couche intermédiaire = cellulose
* couche interne = hémicellulose
Les sources alimentaires de fibres sont les céréales, légumes, fruits.
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On peut retrouver des morceaux de paroi végétale de fruit dans nos selles.
C’est important car souvent les mères ne veulent pas que les enfants mangent la peau des
fruits, or il faut les manger car c’est la seule localisation des fibres alimentaires au sein du
fruit et elles ont un impact intéressant sur la santé des cellules du colon.
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Selon les sources alimentaires, il y a une variabilité de la teneur en fibres. On peut distinguer
des sources alimentaires riches en fibres alimentaires :
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On voit qu'il y a une très grande variabilité des teneurs en fibres selon la source considérée.
Il existe aussi des variabilité en teneur de fibres intra-famille.
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Légumes / Fruits crus : riches en eau ! effet dilution, donc moins concentré.
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Le procédé de transformation industrielle va impacter sur la teneur finale en fibres par
rapport à la teneur existante dans la matière première.
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Aparté sur la farine (ronéo 2013 mais intéressant)
Tout part du grain de blé avec à l’intérieur le germe et à l’extérieur la cuticule (appelé
aleurone). Il est broyé, puis 2 processus sont mis en place, l’un mène à la farine blanche,
l’autre à la farine complète. On remarque qu'il y a un impact du mode de transformation du
grain de blé sur sa concentration en fibre.
Pour la blanche c’est uniquement le germe, la cuticule a été retiré, ce n’est que de l’amidon.
Pour la complète : cuticule+germe, c’est riche en minéraux, fibres et vitamines. Quand le brin
de blé est décortiqué on broie les deux séparément au niveau industriel et on les ajoute en fin
de chaîne. On paye donc plus cher le personnel, les contrôles qualité avant les mélanges etc…
Le son, c’est la cuticule, c’est le fameux « déchet » que l’on donne aux animaux.
Farine type 55 (blanche) – 70 (semi-complète) – 80 (complète) ! ratio : teneur en minéraux
(reflet de la présence en cuticule)
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- Elles sont dites « fibres alimentaires » car non digérées par les enzymes du tube digestif,
mais elles sont hydrolysées par la microflore colique, d’où le nom de glucides non
assimilables ou glucides fermentés cibles.
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- L’apport recommandé est de 35g/j. Une étude épidémiologique montre qu'une population
qui consomme a peu près cette quantité par jour est protégé contre des pathologies diabétiques
et contre le cancer du colon.
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La microflore colique qui est dotée d'un système enzymatique très puissant qui est capable de
couper les glucoses de ces glucides complexes, ce qui va finalement formé des acides gras a
courtes chaînes.
L'avantage est qu'un sujet normo-glycémique ou diabétique qui consomme des fibres
alimentaires, aura un impact moindre sur l'élévation de la glycémie. Les fibres alimentaires,
par rapport à l’amidon, doivent d'abord subir une dégradation par la flore, puis un peu de
passage de glucose.
Alors que si un sujet consomme un glucide simple, dés l'intestin le glucose est libéré et on
voit rapidement une élévation de la glycémie.
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Chez un sujet chez lequel l'on doit surveiller l'index glycémique, il est préférable de
consommer des fibres alimentaires vu que la glycémie augmente beaucoup plus tardivement.
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Les rôles nutritionnels des fibres
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* effet sur la motricité intestinale : les fibres alimentaires forment un réseau dense qui retient
l’eau et gonfle au cours du transit du bol alimentaire dans l’intestin, ce qui ralentit la digestion
des aliments et facilite leur évacuation par le côlon ! prévention de la constipation.
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* effet sur l’absorption des lipides : les fibres adsorbent (piéger) les lipides et facilitent leur
élimination dans les selles ! prévention des maladies cardiovasculaires.
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* effet sur l’absorption des glucides : les fibres retardent l’absorption des sucres et évitent
l’augmentation trop rapide du taux de glucose dans le sang après le repas ! intérêt pour le
patient diabétique dont le contrôle hormonal de la glycémie fait défaut.
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* effet sur l’absorption des minéraux : les fibres se lient à l’acide phytique qui se complexe
aux minéraux et diminue leur absorption.
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* effet bénéfique sur l’état du côlon : les fibres sont dégradées par les bactéries coliques en
métabolites = acides gras à courte chaîne (butyrate, lactate, acétate) qui sont des substrats
énergétiques pour les cellules de la paroi colique et pour la microflore colique ! prévention
du cancer du côlon, il y a un renouvellement constant de la paroi colique (renouvellement des
colonocyte) évite le vieillissement de la paroi, on retarde donc l’apparition de polype pouvant
engendrer des tumeurs.
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Question d'un élève : Est que si lors d'un repas on mange des fibres alimentaires ça veut dire
qu'on adsorbe moins d'énergie que si on ne mange pas de fibres alimentaires ?
Réponse du professeur : C'est pas moins d'énergie mais une régulation de l'arrivée
énergétique, régulée dans le temps.
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Applications en industrie agroalimentaire :
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! Exemple de la pectine utilisée comme additif alimentaire (E 440) :
* agent épaississant et de gonflement car rétention d’eau importante
* agent stabilisant des mousses, crèmes, sauces, car stabilise les lipides et les protéines
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Le « E » utilisé pour les additifs alimentaires, montre qu'il fait partie de la classification
européenne, et qu'il a une autorisation de mise sur le marché. C'est un numéro d'ordre.
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! Exemple des fructo-oligosaccharides utilisés comme agents bifidogènes :
ajoutés dans les produits lactés fermentés, en raison de leur capacité à augmenter la croissance
des bifidobactéries de la microflore intestinale, qui les utilisent comme substrats de
fermentation ! augmentation de la population bactérienne qui facilite la digestion des
aliments non digérés par l’intestin grêle et assure la protection du côlon contre l’agression de
pathogènes, les substances toxiques...c’est ce que l’on appelle « probiotique » que nous
retrouvons dans nos yaourts tels que l’activia.
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Lorsqu'on consomme ce genre d'agent « probiotique » ou agent « bifidogène », cela va avoir
un effet trophique sur la population bactérienne du colon et sur la digestibilité des aliments,
cela évite les phénomènes de constipation et on a un peu l'effet fibre alimentaire.
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Probiotique : c'est un micro-organisme que l'on rajoute dans l'aliment et qui va augmenter la
population bactérienne du colon.
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Prébiotique : est une molécule glucidique (un nutriment) qui est utilisé par la flore pour
induire sa prolifération et favoriser sa digestion.
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Polémique : des chercheurs en nutrition ont constaté que des enfants américains (c'est vrai
aussi pour les français) grandissent très vite. Or on s'est rendu compte que leurs produits
lactés étaient très enrichis en probiotique, donc en bifido-bactéries qui en fait, bouleversent
totalement la flore intestinale de l’enfant au cours de sa croissance.
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Si on prend la flore intestinale d'une souris obèse et qu'on la met dans une souris qui n'a pas
de flore intestinale, la souris receveuse devient obèse.
On s'est rendu compte que l'obésité pourrait être dûe à la différence de la composition de la
flore intestinale.
Ainsi on pense désormais qu'il n'y a pas que la génétique mais aussi une flore intestinale qui
serait pro-obésogène ou anti-obésogène.
Les agents bifidogènes rajoutés en grande quantité dans les produits laitiers aux Etat-Unis,
expliqueraient pourquoi le pays a subi une augmentation aussi importante du taux d'obésité.
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