Laits et produits laitiers en alimentation humaine

Les produits laitiers

Le lait et les produits laitiers (formules pour nourrisson, fromages et yaourts) restent la principale source de calcium dans l’alimentation humaine (2/3 des apports) car sans eux il est impossible d’assurer les apports recommandés selon l’âge. Ils assurent de plus un apport protéique très important de bonne valeur biologique, ainsi que des peptides bio-actifs ; ils sont sources de phosphore, de potassium, d’oligo-éléments (zinc, iode, sélénium…) et de vitamines (A, B12, B1, B6…).
L’absorption active du calcium à tout âge s’effectue sous la dépendance du métabolite de la vitamine D la 1,25 dihydroxy vitamine D. La vitamine D est synthétisée à partir du 7 déhydro- cholestérol au niveau du derme sous l’influence des rayons ultra-violets et par conséquent du rayonnement solaire. La vitamine D ou cholécalciférol est transformée au niveau du foie en 25 hydroxy-calciférol et au niveau du rein en 1,25 dihydroxy-cholécalciférol. L’hypovitaminose D est relativement fréquente dans certaines populations du nord de la France et de l’Europe, chez les nourrissons, adolescents, les sujets âgés et les populations à peau colorée. Elle doit être corrigée pour éviter une réaction hyperparathyroïdienne néfaste pour l’os. La dose efficace à tout âge, en prévention, est de 800 à 1 000 UI/jour, à fin d’assurer un taux sanguin de 25 hydroxyvitamine D (qui représente le statut vitaminique D de l’individu) d’au moins 80 nmol/L (Vieth).
Chez l’adolescent et l’adulte, un régime équilibré apporte entre 600 et 700 mg par jour de calcium. La principale source de calcium alimentaire provient du lait et des produits laitiers et la consommation de lait et de produits laitiers enrichis ou non en vitamine D permet d’assurer, au mieux, le complément nutritionnel nécessaire lorsque les besoins atteignent 1 000 mg à 1 200 mg par jour .. Des compléments peuvent aussi être fournis par quelques eaux minérales calciques, certaines étant malheureusement trop riches en sulfates. A noter que tous les autres aliments courants sont pauvres en calcium, à l’exception des fruits secs, et de quelques rares légumes. Cependant, la biodisponibilité du calcium d’origine végétale est souvent diminuée par la présence de substances insolubilisantes (phytates, oxalates, polyphénols) et est en général inférieure à celle du calcium du lait qui sert de référence. Dans les produits laitiers, la biodisponibilité du calcium est meilleure car le calcium est lié à des protéines (caséine) ou à des polypeptides ce qui facilite ainsi son absorption.

Recommandations de l’Académie Nationale de Médecine 

 – Jusqu’à l’âge de 5-6 mois, les besoins sont couverts intégralement par le lait de femme ou par les formules pour nourrisson ; après l’âge de 6 mois et jusqu’à 3 ans les formules lactés (lait de suite et lait de croissance) sont nécessaires pour assurer les besoins en calcium, protéines et en acides gras essentiels, fer et vitamines. Ces formules ont bénéficié durant les dernières années d’améliorations successives : enrichissement en acides gras poly-insaturés, diminution de la quantité et amélioration de la qualité des protéines, enrichissement en certaines acides aminés, en vitamines liposolubles et hydrosolubles, en fer et en probiotiques. Il est important d’apporter après l’âge de 6 mois au moins un demi litre de lait sous forme de formules adaptées à l’âge. Le lait de vache entier ou demi écrémé n’est pas souhaité jusqu’à l’age de 1 an car il est pauvre en acides gras essentiels et en fer et trop riche en protéines.
Une réduction du nombre des formules (plus de 200 actuellement sur le marché en France) avec commercialisation de nouvelles préparations lactées plus limitées s’avère indispensable. Ces nouvelles formules doivent s’appuyer non pas par des allégations non justifiées mais sur des études et des recommandations de l’AFSSA, de celles de la société Européenne de Gastro-entérologie et de Nutrition (ESPGAN) publiées en 2005 et du comité de Nutrition de la Société française de Pédiatrie (2007).

 – Les adolescents qui ne consomment pas de produits laitiers sont déficients en calcium car leur régime de base ne fournit que 500 à 600 mg de calcium soit la moitié des apports nutritionnels conseillés (Cnerna-Afssa, 2001). Ils ont un risque fracturaire élevé à moyen terme et à un âge avancé. Dans la perspective de la prévention primaire de l’ostéoporose après la cinquantaine et de fractures qui lui sont associées, il est important de promouvoir des apports en produits laitiers car diverses études d’intervention ont démontré les effets bénéfiques des produits laitiers sur l’accumulation du capital osseux au cours de la croissance.

– Chez la femme enceinte, les produits laitiers restent la source principale de calcium pour assurer ses besoins et ceux de son fœtus, l’apport conseillé de calcium étant de 1 000 à 1 200 mg/jour.

– Chez l’adulte et la femme ménopausée, l’association de calcium (1 200-1 500 mg/jour) et de vitamine D (800-1 000 UI/jour) permet de réduire le risque de fracture à partir de l’âge de 50 ans, et tout particulièrement, chez les sujets âgés, qu’ils soient ou non, en institution. Les produits laitiers restent la source principale de calcium et protéines sous forme de lait allégé, fromages ou yaourts. Comme cela ne relève plus de la nutrition normale, une surveillance biologique s’impose pour éviter les risques d’un surdosage.

Ajustement en fonction de la pathologie 

– Chez la femme ménopausée ou le sujet âgé, le supplément en calcium et vitamine D doit être systématiquement conseillé s’il existe des risques importants d’ostéoporose ou s’il existe une ostéopénie révélée par l’ostéo-densitométrie en association avec les différents traitements de la maladie, notamment les biphosphonates ; les apports calciques (1 200 mg/jour), chez eux, sont assurés en totalité ou partiellement par les produits laitiers.

-La prévention et le traitement des maladies de surcharge (obésité, diabète de type 2 et dyslipidémies) tire bénéfice des produits laitiers allégés, source de protéines et de calcium et d’agents bioactifs. L’adjonction de vitamine D et d’acides gras poly-insaturés oméga 3 au lait, offre d’intéressantes perspectives pour améliorer ses propriétés nutritionnelles.

 – Enfin, il importe de mettre en garde contre les rumeurs alarmistes propagées par quelques livres récents qui attribuent aux produits laitiers (et donc au calcium) une longue liste de maladies (dont l’ostéoporose !).Les seules contre-indications du lait sont l’allergie, en général non persistante, aux protéines laitières (surtout caséine) chez le nourrisson. L’intolérance au lactose par manque de lactase se voit essentiellement dans les populations asiatiques ou dans les régions méridionales et ne concerne que le lait de vache et non les fromages et produits fermentés.

LAITS ET PRODUITS LAITIERS EN ALIMENTATION HUMAINE

La complexité organisationnelle des composants du lait a permis, paradoxalement, une application privilégiée, à ce liquide, de nombre de procédés technologiques innovants tels que les technologies séparatives à membrane. L’industrie laitière est maintenant à même de mettre à la disposition des consommateurs des produits classiques (laits liquides et fromages au lait cru) de haute sécurité hygiénique, n’ayant subi que des traitements thermiques modérés voire nuls, traitements toujours dommageables tant pour les qualités organoleptiques que pour la bio-activité de nombre de molécules laitières. La mise en commun des acquis cognitifs de la Recherche sur les propriétés physiques et physico-chimiques des composants protéiques du lait avec les potentialités nouvellement offertes par ces technologies, notamment la microfiltration sur membrane, a aussi permis de différencier la cinétique d’assimilabilité des deux grands groupes de protéines (concept des protéines lentes et rapides), de produire des nouveaux dérivés débactérisés, hautement purifiés (caséine micellaire native et isolats de protéines de lactosérum répondant tant à des besoins de nutrition (laits infantiles, régimes amaigrissants) qu’à des besoins de fonctionnalité technologique. La même technologie a été appliquée au colostrum dans le but de produire un « sérocolostrum » stérile contenant des immunoglobulines, des facteurs de croissance et d’autres molécules biologiquement actifs. Combinés avec d’autres technologies séparatives, les procédés à membrane devraient permettre à brève échéance, les séparations et purifications industrielles des protéines dites mineures du lait auxquelles il est attribué une activité essentielle dans la fixation du calcium par l’os ou encore le transport physiologique de nombreuses vitamines. Sur un autre plan, grâce à la maîtrise acquise des réacteurs enzymatiques à membrane), des études cliniques ont pu être mises en place avec la Recherche médicale pour démontrer l’activité physiologique de plusieurs peptides bioactifs tels que le κ-caséinomacropeptide inducteur de la sécrétion de CCK (cholécystokinine), le αS1CN (91-100) à activité de type benzodiazépine, le κCN (106-116) à activité anti thrombotique ou encore les phosphopeptides des caséines αS et β facilitant l’absorption du fer et probablement aussi celle du calcium.

I.N.R.A. Recherches laitières, 65 rue de Saint Brieuc, 35042 Rennes Cedex 02 23 48 57 47

Le lait est un milieu extraordinairement complexe. Les Biochimistes, les plus experts, estiment que ce liquide doit contenir plus de 100 000 espèces moléculaires différentes. Ces molécules s’assemblent et interagissent au gré de la température, de la lumière ou de la composition de l’atmosphère environnante, dès la sortie de la mamelle. Cette complexité extrême, cette richesse, trouve sa raison d’être, sa finalité, dans le fait que le lait est l’unique réponse alimentaire aux besoins de vie, voire de survie, du jeune mammifère, à la période, peut-être, la plus critique de son existence, celle qui suit sa naissance, période où l’organisme nouveau-né doit tout à la fois entamer une croissance rapide et faire face à une multitude d’agressions du milieu environnant.
De manière un peu paradoxale, il peut être dit que c’est la complexité physico-chimique organisationnelle du lait ; y sont, en effet, présentes toutes les formes structurales de la chimie biologique: ions, molécules, macromolécules, micelles dont les dimensions s’étagent de quelques angströms à 300 – 400 nm ainsi que des particules également de taille variée, de 0,2 µm à plus de 10 µm, (globules de matière grasse, cellules somatiques, bactéries) qui a facilité l’application de nombre de procédés technologiques novateurs comme les séparations basées sur l’exclusion stérique mettant en œuvre les membranes poreuses (osmose inverse, nanofiltration, ultrafiltration et microfiltration).
Grâce à la « fécondation croisée » qu’a permis l’approche multidisciplinaire mise en place au début des années 70 entre les biochimistes des protéines, les microbiologistes et les chercheurs en génie des procédés, un « cracking » du lait a été conçu [1] (Figure 1). L’industrie laitière dispose maintenant des technologies propres à assurer la mise à disposition des utilisateurs d’aval (nutritionnistes ou consommateurs finaux) tant des produits classiques de qualité accrue que toute une palette de nouveaux dérivés laitiers répondant aux besoins de nutrition voire de préservation de la santé de diverses catégories de population.
Ces produits classiques sont des laits liquides ou des fromages de haute sécurité hygiénique ayant subi des traitements thermiques d’intensité fortement diminuée voire nulle, ce qui non seulement assure le maintien de la bio-activité native de nombre de composants (Immunoglobulines, β-lactoglobuline, Lactoferrine) mais la « débactérisation » réalisée permet aussi une maîtrise totale des écosystèmes ajoutés d’acidification et d’affinage des produits fermentés. Dans la figure 2 sont représentées les principales étapes des procédés mettant en œuvre la technologie de microfiltration sur membrane (MF) et conduisant à deux types commerciaux de lait liquide : lait « cru » (durée de vie 14 jours) et lait pasteurisé à durée de vie allongée (30 jours) [2]. Le lait cru obtenu selon cette technologie est parfaitement à même de constituer la matière première de fabrication des fromages au lait cru [2, 3]. Pour cela, il doit être ensemencé avec un écosystème microbien spécifique à chaque variété de fromage. Les recherches menées tant au sein des laboratoires de l’INRA qu’au sein des entreprises ont permis la mise sur le marché de fromages à pâte molle (Camembert notamment) de typicité de goût et de texture indistinguable des meilleurs fromages traditionnels et quasiment sans risque hygiénique (moins de 2 bactéries pathogènes par fromage !) [2]. Une innovation récente en matière de conception de membranes MF a permis d’atteindre le niveau requis de « débactérisation » (RD > 13) pour une stérilisation du lait écrémé, ce qui conduira à offrir aux consommateurs un lait de longue conservation, moins chauffé (96°C – 5 s, traitement nécessaire pour inactiver les enzymes endogènes) que l’actuel lait UHT (148°C- 3 s) et une durée de vie à température ambiante supérieure à 12 mois, lait ayant une très faible teneur en composés de la réaction de Maillard et donc sans goût de cuit [4].
Nombre de dérivés de très haute qualité bactériologique fortement purifiés correspondant à des besoins nutritionnels spécifiques de diverses catégories de populations ont été développés. Par la mise en contact du lait écrémé avec une membrane MF ayant un diamètre de pores moyen égal à 0,1 µm, il est obtenu la séparation et la purification des deux grands groupes de protéines du lait la caséine micellaire native et les protéines du lactosérum dont nous avons montré avec l’équipe du CNRH [5] que le premier conduisait chez l’homme à une assimilation lente au contraire du second, à assimilation rapide. Les isolats de protéines sériques ainsi obtenus sont utilisés dans la formulation des laits infantiles et des produits de régime amaigrissant mais aussi en raison de leur capacités à mousser et à structurer l’eau dans des industries d’aval (crèmes glacées, charcuterie, panification). La caséine micellaire induit l’accroissement de la masse musculaire chez les personnes âgées mais son débouché le plus conséquent est l’enrichissement des laits de fromagerie. Une propriété originale de cette caséine a été la mise au point d’un …dilueur, hautement efficace en termes de fertilité, de sperme équin [6]. L’application de la même technologie MF au colostrum bovin, liquide laitier peu exploité du moins dans notre pays, nous a conduit à proposer l’obtention d’un « sérocolostrum » stérile [7] contenant sous forme biologiquement active (du fait de l’absence de traitement thermique dénaturant) et concentrée, les immunoglobulines (IgG), les facteurs de croissance ainsi que d’autres molécules telles que qu’un polypeptide riche en proline, dénommé « colostrinine » dont une étude clinique récente indiquerait qu’il pourrait stabiliser l’évolution de la maladie d’Alzheimer [8].
Combinés avec d’autres technologies séparatives telles que la chromatographie en phase liquide sur échangeurs d’ions, les technologies séparatives à membrane permettent déjà la purification à l’échelle industrielle des différentes protéines solubles dites majeures :
• β-lactoglobuline, source d’acides aminés soufrés, précurseurs de la biosynthèse du glutathion [9] et donc impliquée dans l’immuno-régulation et la prévention de nombreux cancers. Cette protéine ayant une structure spatiale de type lipocalline interviendrait aussi dans le transport de molécules hydrophobes (acides gras, phéromones ou assimilés). Mais elle présente une sensibilité très élevée à la réaction de Maillard, il y a formation de lysino-lactose au dessus de 40°C qui conduirait à une perte de disponibilité des lysines ainsi glycosylées, à une antigénicité accrue et probablement à un développement de l’allergénicité bien connue de cette protéine laitière [10] ;
• α-lactalbumine, source majeure de tryptophane (4 résidus par mole) et donc nutriment essentiel pour la biosynthèse des hormones cérébrales mais dont les oligomères auraient un effet apoptosique sur les cellules cancéreuses du poumon [11] ;
• lactoferrine, protéine aux propriétés multiples : apport de fer à l’organisme, protection antibactérienne, facteur de croissance et de prolifération cellulaire, activité anti-thrombotique [12].
• A échéance un peu plus lointaine, ce sera nombre de protéines solubles dites mineures (en raison de leur concentration relativement faible) qui seront produites commercialement comme celles présentes dans la fraction appelée « Milk Basic Proteins » en raison de leur pHi alcalin : mélange d’ostéopontine, de cystatine C et de kininogène qui jouerait un rôle régulateur essentiel dans la régulation de la prolifération des ostéoblastes et des ostéoclastes avec en corollaire la fixation des phosphates de calcium alimentaires par les os, ce qui permettrait de prévenir l’ostéoporose [13]. Un fort intérêt est aussi porté aux protéines de liaison avec les vitamines particulièrement celle liant l’acide folique qui accroisserait fortement sa biodisponibité de cette vitamine avec les conséquences positives en termes de malformations fœtales, d’artériosclérose, voire de cancer du tractus digestif [14].
La technologie des réacteurs enzymatiques à membrane (figure 3) permet de moduler et contrôler à volonté l’hydrolyse enzymatique des protéines en conditions physiologiques (rapport enzyme :substrat voisin de 1 :1 ; enzyme à l’état libre ; rétention totale de l’enzyme et du substrat ; éventuellement, séparation spécifique des produits intermédiaires de la réaction). Outre des hydrolysats peptidiques à finalité de nutrition entérale [15, 16] ou de nutrition infantile hypoallergénique, elle a été mise en œuvre pour la préparation de la plupart des séquences peptidiques à activité physiologique [17]. En dépit des nombreuses études (démonstration d’effet chez le modèle animal et chez l’homme, identification du mécanisme neuromédié du récepteur intestinal vers ceux du cerveau [18)) qui leur ont été consacrées, les premiers bio-peptides à activité morphino-mimétique isolés de la caséine β n’ont pas donné lieu, à notre connaissance à des développements industriels.[12]. Par contre, ont été commercialisés (Japon, USA, Chine) ces dernières années des laits boissons fermentés ou non à allégation anti-hypertensive basée sur leur contenu en séquences peptidiques (177-183 ; 39-52 ; 43-69) issues de l’hydrolyse de la caséine β et inhibant l’ACE (enzyme de conversion de l’angiotensine) [12]. De même, les études consacrées à la fraction C terminale de la caséine κ appelée glycomacropeptide ayant démontré l’induction de la sécrétion, chez le modèle animal et chez l’homme, de la CCK (cholécystokinine) [19] et donc la possibilité d’intervention sur la digestion des graisses ainsi que sur la régulation de la sécrétion des enzymes pancréatiques, des produits commerciaux sont proposés pour la régulation de la prise de nourriture [20]. Lesdits produits mettent également en avant, la multi-fonctionnalité de ce peptide notamment celle de la partie N terminale, aisément séparée par hydrolyse trypsique, et ayant une activité anti-thrombotique démontrée in vitro et in vivo reposant sur le blocage des récepteurs spécifiques de la chaine γ du fibrinogène apparaissant sur les plaquettes sanguines lors du processus de la thrombose [21]. Il est aussi allégué des effets bifidogène [22] et anti toxine cholérique [23]. Dans un tout autre domaine de la physiologie humaine, un avis positif de l’AFSSA a été donné récemment, pour une allégation « anti stress chez les femmes particulièrement sensibles » pour la commercialisation d’un décapeptide isolé (séquence 91-100) de la caséine αS1 qui présente la propriété de se fixer sur les récepteurs des benzodiazépines..