Design de communautés bactériennes pour fermenter un nouvel aliment associant lait et légumineuse
Résumé
Diversifier les sources alimentaires devient crucial dans un contexte de systèmes alimentaires durables1. La part des légumineuses, malgré leur fort taux protéique, a fortement décliné dans notre diète depuis 50 ans. Un moyen de les réintroduire est de les utiliser sous d’autres formes. Associer des protéines animales et végétales et les fermenter peut ainsi apporter des bénéfices supplémentaires, organoleptiques et nutritionnels aux légumineuses. Cependant, n’ayant aucun aliment fermenté de référence, rassembler dans des communautés bactériennes, des souches qui ne colonisent pas les mêmes habitats et dont on ne sait pas a priori si elles vont coopérer ou non, nécessite de revoir les concepts conduisant à former de nouvelles communautés.
Objectif et Stratégie utilisés
Pour ce faire, nous avons utilisé des espèces de bactéries lactiques largement utilisées pour fermenter des ressources alimentaires variées. Nous avons choisi de concevoir ces communautés bactériennes sur la base de leur complémentarité métabolique, sur deux critères : la capacité des souches à fermenter les sucres et à hydrolyser les protéines des différentes ressources, dans le cas présent du lait bovin et de la farine de lupin. Notre stratégie a consisté à : i) sélectionner in silico des espèces de bactéries lactiques possédant les gènes impliqués dans le métabolisme des sucres ; ii) cribler in vitro un ensemble de souches capables d’utiliser les protéines et les sucres du lait et/ou du lupin et iii) concevoir des communautés composées de souches aux fonctions complémentaires.
Principaux résultats obtenus
L’étude in silico a permis via les données génomiques disponibles pour les souches de bactéries lactiques mésophiles homofermentaires, de rechercher trois enzymes, β-galactosidase, α-galactosidase et α-glucosidase, impliquées respectivement dans l’hydrolyse du lactose (lait), du raffinose et/ou du stachyose et du saccharose (lupin). Une fois les espèces bactériennes d’intérêt sélectionnées, le criblage in vitro a permis de confirmer pour chaque souche l’utilisation des sucres et de tester les activités protéolytiques globales sur les caséines et les protéines de lupin. Un «clustering» des souches a permis ensuite de regrouper les souches considérées comme « métaboliquement équivalentes » sur les critères choisis et de concevoir les communautés afin qu’elles expriment tous les critères, i.e. hydrolyse des sucres et des protéines. Les mixtes lait-lupin ont été fermentés par différentes souches de bactéries lactiques, lactocoques et lactobacilles, associées sous forme de communautés ou en culture pure afin d’estimer la plus-value des communautés. Les niveaux de populations bactériennes ont été évalués avant et après fermentation ainsi que le pH, la protéolyse globale, et les teneurs en sucres résiduels, en acides organiques, en acides aminés libres et en composés volatils.
Nos résultats montrent que les populations bactériennes dans les communautés étaient en général plus élevées que dans les cultures pures. De façon cohérente, les milieux fermentés par les communautés avaient également un pH plus faible et une teneur plus élevée en acide lactique produit. De plus, les teneurs en sucres du lupin étaient diminuées, notamment celles du raffinose, du stachyose et du verbascose, sucres impliqués dans certains troubles digestifs. De même, la teneur en hexanal généralement associé à une flaveur indésirable était fortement réduite après fermentation.
Conclusion
Il est apparu que les souches coopéraient entre elles. Ainsi, les souches hydrolysant les protéines favorisaient la croissance des souches non protéolytiques, en leur fournissant peptides et acides aminés libres. Enfin, la fermentation des matrices mixtes a permis de moduler les cinétiques d’hydrolyse des protéines lors de la phase de digestion gastrique in vitro. Ces travaux illustrent une démarche de conception de communauté bactérienne qui peut être, transférable à d’autres matrices, mixtes ou non pour aider à diversifier les aliments fermentés à base de légumineuses.