Valoriser les protéines végétales dans des mélanges protéiques de forte qualité nutritionnelle pour des populations ciblées. Preuve de concept avec un produit destiné à prévenir les dysfonctionnements métaboliques chez les personnes âgées – P-Probs

P-Probs a réuni toutes les compétences nécessaires à un projet de recherche translationnelle, qui va des dernières avancées en matière de nutrition protéique à la création d'un produit alimentaire. Il associait deux équipes de renommée internationale dans le domaine du métabolisme et de la nutrition des protéines et des acides aminés (UMR1019-UNH, INRA/UCA ; UMR914-PNCA, AgroParisTech/INRA/UPSay), un industriel de la première transformation (Tereos Starch & Sweeteners Europe) et une entreprise agroalimentaire (General Mills-Yoplait). Une doctorante a été recrutée dans le cadre du projet, qu'elle a pu suivre dans sa totalité.

Le projet était découpé en 5 tâches de recherche. Les tâches 1 et 2 visaient à produire et caractérisé un mélange optimal de protéines végétales répondant aux critères prédéfinis (essentiellement la composition en acides aminés). La biodisponibilité des acides aminé du mélange a été évaluée in vivo sur un modèle porcin. La tâche 3 avait pour objectif d'évaluer l'effet sur la santé, à long terme, du mélange développé. Les paramètres d'évaluation portaient sur le métabolisme des protéines musculaires, l'inflammation chronique et la fonction endothéliale chez des rats âgés dans le cadre d'un régime standard ou d'un régime occidental. La tâche 4 devait incorporer le mélange de protéines végétales dans un produit alimentaire. L'objectif était principalement de produire un prototype expérimental pour les essais cliniques, mais des efforts ont été déployés pour garantir la mise au point d'un produit présentant une bonne stabilité et une qualité sensorielle acceptable par les consommateurs. L'objectif de la tâche 5 était de valider les effets sur la santé du mélange de protéines sélectionné, à court terme (pendant la phase postprandiale). Les paramètres d'évaluation portaient sur le métabolisme des protéines, la fonction endothéliale et l'inflammation chronique chez des personnes âgées. Cette dernière tâche a impliqué 2 structures d'investigation clinique pilotées par le CHU de Clermont-Ferrand : le Centre d'Invertigation Clinique pour l'étude de la fonction endothéliale, le CRNH Auvergne pour l'étude du métabolisme protéique. Les analyses en spectrométrie de masse pour cette dernière étude ont été réalisées par l'Infrastructure de Recherche MetaboHub.

La première étude a constitué la base conceptuelle du projet. À partir d'une base de données regroupant 151 ingrédients protéiques végétaux, nous avons utilisé des méthodes d'optimisation mathématique pour élaborer des mélanges capables de reproduire les profils en acides aminés de protéines animales de référence. Les résultats ont montré qu'en combinant différentes sources végétales, il est possible d'obtenir des profils en acides aminés indispensables très proches de ceux du lait, de la viande ou de l'œuf. Cette étude a démontré que les limitations nutritionnelles généralement attribuées aux protéines végétales peuvent être largement compensées par la complémentarité entre les sources.

La deuxième étude a permis de tester cette approche chez des rats âgés. Nous avons comparé un mélange optimisé de protéines végétales, enrichi notamment en leucine, arginine et cystéine, à des protéines laitières. Les résultats ont montré que les protéines végétales étaient aussi efficaces que les protéines de lait pour maintenir la masse maigre, la masse musculaire et les capacités fonctionnelles musculaires au cours du vieillissement. La synthèse protéique musculaire après le repas était également comparable. Même dans un contexte alimentaire riche en sucres et en graisses, aucune diminution de leur efficacité n'a été observée. Ces résultats montrent que des mélanges végétaux correctement formulés peuvent soutenir le maintien de la masse musculaire avec une efficacité similaire à celle des protéines animales.

Une découverte parallèle du projet a montré que la lysine et l'homoarginine sont étroitement liées sur le plan métabolique. Ce résultat souligne l'importance de l'équilibre en acides aminés des mélanges protéiques développés dans P-Probs et suggère que leur optimisation pourrait avoir des effets dépassant le seul maintien de la masse musculaire, notamment sur certains déterminants de la santé cardiométabolique.

La troisième étude a évalué les effets d'un mélange végétal optimisé sur la fonction vasculaire de personnes âgées présentant des facteurs de risque cardiométaboliques. Trois repas riches en sucres et en graisses saturées ont été comparés : un repas contenant le mélange de protéines végétales, un repas contenant des protéines de lait et un repas pauvre en protéines. Tous les repas ont induit une altération transitoire de la fonction endothéliale et une augmentation de certains marqueurs inflammatoires après le repas. Toutefois, ni les protéines végétales ni les protéines laitières n'ont permis d'atténuer ces effets.

Dans l'ensemble, nos travaux montrent que des mélanges de protéines végétales peuvent atteindre une valeur nutritionnelle comparable à celle des protéines animales et préserver efficacement la masse musculaire liée au vieillissement. En revanche, les bénéfices attendus sur certains paramètres cardiométaboliques, notamment la fonction vasculaire postprandiale, n'ont pas été confirmés.

Bien que nous ne disposons au moment de l'écriture du rapport de l'ensemble des résultats du projet (l'étude sur le métabolisme protéique est en cours de finalisation), les premiers résultats démontrent déjà que des mélanges de protéines végétales peuvent atteindre une qualité nutritionnelle équivalente à celle des protéines animales. Ces avancées ouvrent des perspectives prometteuses pour le développement d’alternatives protéiques plus durables.

Les travaux futurs devront désormais porter sur les propriétés technologiques et organoleptiques des isolats et concentrés protéiques actuellement disponibles sur le marché ou en cours de développement. Une attention particulière devra être accordée aux procédés de production et de formulation afin d’optimiser la digestibilité des protéines — notamment par l’inactivation des inhibiteurs de protéases et l’amélioration de l’accessibilité des sites de coupure enzymatique — tout en réduisant la teneur en facteurs anti-nutritionnels tels que les acides pythiques, les lectines ou les saponines.

Une fois ces verrous levés, il sera possible de concevoir des substituts aux produits animaux présentant une qualité protéique comparable, ainsi que des Compléments Nutritionnels Oraux (CNO) spécifiquement adaptés aux besoins de différentes populations. L’évaluation de l’intérêt de ces produits devra ensuite être confirmée par des études d’intervention à long terme, ciblant notamment la re-nutrition, le maintien de la masse musculaire et l’amélioration de la santé cardio-métabolique.

Productions scientifiques et brevet en cours.
Pour atteindre ses objectifs, le projet P-Probs réunit des nutritionnistes et deux groupes agro-industriels internationaux spécialisés dans la transformation des matières premières végétales et dans la fabrication d’aliments.

En lien avec l’augmentation de la population mondiale, et l’élévation du niveau de vie dans les pays en voie de développement, la pression croissante sur le marché mondial des protéines, combinée à la volonté de développer des systèmes alimentaires plus durables, pousse actuellement l'agro-industrie à diversifier ses sources d’approvisionnement en protéines. De plus en plus d'attention est accordée aux végétaux, ceux-ci pouvant être produits en grandes quantités, et dans des conditions de culture très variées. En outre, pour les plantes de grande culture, la fraction protéique est souvent un coproduit de l’extraction d'huile ou d’amidon, qui pour l’instant est essentiellement utilisé en alimentation animale. Une des principales limites à l’utilisation des protéines végétales en alimentation humaine est la faible valeur nutritionnelle qui leur est généralement attribuée, d’une part en raison de leur composition en acides aminés indispensables, souvent déséquilibrée par rapport aux besoins de l’homme, et d’autre part en raison de leur digestibilité, généralement inférieure à celle des protéines animales. Cependant, en ‘craquant’ les produits végétaux et en recombinant les protéines végétales de diverses natures (globulines/albumines/gluténines) et origines (céréales/ légumineuses/graines oléagineuses), il doit être possible de constituer des mélanges présentant une composition en acides aminés adéquate, incorporables dans des matrices alimentaires assurant une bonne biodisponibilité de ces acides aminés. Pour un nombre croissant de ressources végétales (graines oléagineuses, graines protéagineuses, céréales …), des procédés d'extraction et de fractionnement des protéines, développés à l'échelle du laboratoire, sont aujourd’hui en cours de transposition à l'échelle industrielle. La valorisation de ces extraits protéiques en nutrition humaine est donc devenue un point clé pour la capitalisation de ces acquis. Une démonstration claire du potentiel nutritionnel élevé des mélanges de protéines végétales fait actuellement défaut, elle ouvrirait cependant les portes aux innovations agro-industrielles, avec le développement de nouveaux produits adaptés aux besoins spécifiques de consommateurs ciblés.
C’est l’ambition du projet P-Probs qui s’attachera à développer un mélange de protéines végétales de qualité nutritionnelle optimisée pour ralentir le développement de la sarcopénie (atrophie musculaire liée à l’âge) et du risque cardiométabolique (ensemble de facteurs de risque, dont l’inflammation systémique et vasculaire) chez les personnes âgées. Dans ce contexte, trois acides aminés semblent jouer un rôle majeur : la leucine, qui stimule la synthèse des protéines musculaires ; l’arginine, qui affecte la fonction endothéliale vasculaire et module potentiellement la perfusion en nutriment du muscle ; la cystéine, qui aide à lutter contre le stress oxydatif par la synthèse de glutathion. L’objectif sera donc de formuler un mélange de protéines végétales assurant un bon équilibre en acides aminés indispensables, une teneur élevée en leucine, arginine et cystéine, une digestibilité élevée, et présentant un bénéfice santé avéré pour la population ciblée. Une étude à long terme chez un modèle de rongeur permettra de tester l'efficacité du mélange de protéines proposé pour maintenir la masse musculaire et atténuer le développement des dérégulations métaboliques associées au vieillissement. En parallèle, un aliment ‘prototype’, basé sur le mélange de protéine sera produit puis testé dans deux essais cliniques pour sa capacité à stimuler l'anabolisme protéique postprandial, tout en réduisant l'inflammation postprandiale à bas bruit et le dysfonctionnement endothélial vasculaire, chez les personnes âgées.
Pour atteindre ses objectifs, le projet P-Probs réunit des nutritionnistes, et deux groupes agro-industriels internationaux spécialisés dans la transformation des matières premières végétales et dans la fabrication d’aliments.