Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2009. / Bibliogr.: f. [140]-157. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. 64-69. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. 100-108. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. [62]-66. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

L’obésité ne cesse d’augmenter avec l’adoption généralisée de la diète occidentale et atteint aujourd’hui des proportions pandémiques. Elle cause des désordres métaboliques néfastes pour la santé, augmentant ainsi les risques de développer du diabète de type 2 (DT2) et des maladies cardiovasculaires (MCV). Il est alors crucial de comprendre les effets des nutriments sur le développement de ces pathologies, car la nutrition représente un facteur clé de prévention. D’une part, la consommation excessive de sucres ajoutés est reconnue pour être néfaste pour la santé, mais ces sucres sont surconsommés du fait de leur omniprésence dans les aliments et boissons, notamment sous forme de saccharose. Afin de limiter leur consommation, il est important d’identifier des alternatives moins nocives. Les sucres naturels pourraient bien représenter une option intéressante de par les molécules autres que les sucres qu’ils contiennent. D’autre part, la consommation régulière de poissons protège du DT2 et des MCV. Afin de profiter au maximum de ces bienfaits, il serait pertinent d’identifier les nutriments bénéfiques des poissons et de les concentrer sous forme de nutraceutique ou d’aliment fonctionnel. Le saumon est notamment composé de plusieurs nutriments capables de moduler le développement de l’obésité et des désordres métaboliques associés. Il contient des oméga-3 (w-3) et de la vitamine D3 (VitD3) potentiellement bénéfiques pour la santé cardiométabolique. Il contient aussi des protéines de qualité dont nous avons isolé une fraction bioactive, appelée salmon peptide fraction (SPF). Toutefois, les effets de ces nutriments de saumon et leur combinaison ont été peu étudiés, et plusieurs de leurs effets et mécanismes d’action restent à élucider. Cette thèse avait donc pour ambition d’évaluer les effets cardiométaboliques des sucres naturels et des nutriments de saumon (w-3, VitD3, SPF) sur le développement de l’obésité et des désordres métaboliques associés. L’hypothèse générale est que « le remplacement du saccharose par des sucres naturels et la consommation des nutriments de saumon limitent le développement de l’obésité et de ses complications en modulant l’inflammation, la résistance à l’insuline et la santé intestinale ». Nous avons alors réalisé trois études évaluant les effets de la consommation chronique de ces différents nutriments sur le développement de l’obésité et des désordres métaboliques associés dans des modèles murins d’obésité induite par une diète riche en gras et en saccharose. Dans un premier temps, nous avons étudié les effets d’une supplémentation à faible dose de saccharose par rapport à du sirop d’érable, de la mélasse, du sirop de riz brun, du sirop d’agave, du sirop de maïs et du miel, ainsi qu’à du fructose, chez des rats Wistar initialement en santé pendant 8 semaines. Les résultats démontrent que remplacer le saccharose par des sucres naturels limite la résistance à l’insuline et l’inflammation hépatique. Dans une moindre mesure, le sirop d’érable, la mélasse et le sirop d’agave tendent aussi à protéger contre la stéatose hépatique. De plus, cette étude montre que le fructose n’est non seulement pas plus néfaste que le saccharose dans les doses utilisées, mais qu’il permet même d’atténuer la résistance à l’insuline et l’inflammation hépatique. Dans un deuxième temps, nous avons évalué les effets cardiométaboliques des nutriments de saumon, seuls ou en combinaison, dans deux études de 12 semaines. Nous avons d’abord étudié les effets de la VitD3 et des w-3 chez des souris C57BL/6J initialement en santé, puis les effets du SPF et de la VitD3 chez des souris LDLr-/-/ApoB100/100 à haut risque de développer des maladies cardiométaboliques. Les résultats démontrent que la supplémentation en VitD3 n’a pas d’effet chez les souris initialement en santé, ni n’améliore les effets bénéfiques des w-3. En revanche, elle prévient sensiblement le développement des désordres métaboliques associés à l’obésité chez les souris à haut risque de maladies cardiométaboliques. Elle réduit un facteur de risque de thrombose en circulation et l’inflammation dans l’iléon lorsqu’elle est seule, et la sensibilité à l’insuline lorsqu’elle est combinée au SPF. Finalement, nos travaux révèlent que le SPF limite l’obésité et ses complications notamment grâce à son action anti-inflammatoire sur le foie et le côlon. Cette thèse a donc permis d’élucider les effets de ces différents nutriments sur le développement de l’obésité et des désordres métaboliques associés, et à plus long terme du DT2 et des MCV, et de mieux comprendre leurs mécanismes d’action. / Obesity continues to increase with the widespread adoption of the Western diet and nowadays reaches pandemic proportions. It causes metabolic disorders that are harmful to health, increasing the risk of developing type 2 diabetes (T2D) and cardiovascular disease (CVD). It is therefore crucial to understand the effects of nutrients on the development of these pathologies because nutrition is a key preventive factor. On the one hand, excess consumption of added sugars is known to be harmful to health, but these sugars are over-consumed by their ubiquity in foods and beverages, especially in the form of sucrose. It is therefore important to limit their consumption and identify less harmful alternatives. Natural sugars may well be an interesting option for the molecules other than sugars they contain. On the other hand, regular fish consumption protects against T2D and CVD. In order to make the most of these benefits, it would be relevant to identify the beneficial fish nutrients and concentrate them as a nutraceutical or functional food. Salmon is notably composed of several nutrients able to modulate the development of obesity and associated metabolic disorders. It contains omega-3 (ω-3) and vitamin D3 (VitD3) potentially beneficial for cardiometabolic health. It also contains quality proteins from which we have isolated a bioactive fraction, called salmon peptide fraction (SPF). However, the effects of these salmon nutrients and their combination have been poorly studied, and many of their roles and mechanisms of action remain unclear. This thesis therefore aims to evaluate the cardiometabolic effects of natural sweeteners and salmon nutrients (ω-3, VitD3, SPF) on the development of obesity and associated metabolic disorders. The general hypothesis is that “the replacement of sucrose with natural sweeteners and the consumption of salmon nutrients limit the development of obesity and its complications by modulating inflammation, insulin resistance and intestinal health”. We then conducted three studies evaluating the effects of chronic consumption of these different nutrients on the development of obesity and associated metabolic disorders in murine models of diet-induced obesity. First, we studied the effects of a low-dose supplementation of sucrose compared to maple syrup, molasses, brown rice syrup, agave syrup, corn syrup and honey, as well as fructose, in Wistar rats initially healthy for 8 weeks. The results show that replacing sucrose with natural sweeteners limits insulin resistance and hepatic inflammation. To a lesser extent, maple syrup, molasses and agave syrup also tend to protect against fatty liver. In addition, this study shows that fructose is not only no more harmful than sucrose in the doses used, but it even helps to reduce insulin resistance and hepatic inflammation. In a second step, we evaluated the cardiometabolic effects of salmon nutrients, alone or in combination, in two 12-week studies. We first studied the effects of VitD3 and ω-3 in initially healthy C57BL/6J mice, then the effects of SPF and VitD3 in LDLr- / -/ApoB100/100 mice at high risk to develop cardiometabolic diseases. The results demonstrate that VitD3 supplementation has no effect in initially healthy mice, nor improves the beneficial effects of ω-3. In contrast, it slightly prevents the development of metabolic disorders associated with obesity in mice at high risk of cardiometabolic diseases. It reduces a thrombosis risk factor and inflammation in the ileum when it is alone, and insulin sensitivity when it is combined with SPF. Finally, our work reveals that the SPF limits obesity and its complications thanks to its anti-inflammatory action on the liver and colon. This thesis has thus allowed a better understanding of the effects of these different nutrients on the development of obesity and associated metabolic disorders, and in longer term T2D and CVD, and of their mechanisms of action.

Les composés mineurs de la membrane du globule de gras laitier (milk fat globule membrane, MFGM) ont été associés à diverses activités biologiques. Le babeurre, en raison de son processus d’obtention, est un produit d’origine laitière particulièrement riche en composés de la MFGM. Cette caractéristique explique l’intérêt grandissant porté à ce sous-produit de la fabrication du beurre, quadruplant le nombre d’articles scientifiques lui étant consacré au cours des 20 dernières années (PubMed). La grande majorité des travaux réalisés jusqu’à aujourd’hui au sujet du babeurre visait à fractionner ou encore à concentrer ses différents constituants, principalement ses phospholipides. Par contre, l’impact biologique de l’ensemble des composantes du babeurre, avant et après digestion, reste encore mal connu. Le but de cette recherche était donc d’évaluer l’impact de l’ensemble des constituants du babeurre sur différents facteurs de risque associés aux maladies cardiovasculaires (CVD). Dans un premier temps, les résultats de cette recherche ont permis de démontrer le potentiel du babeurre frais concentré par microfiltration (MF) à diminuer la solubilité micellaire du cholestérol dans un modèle d’étude in vitro. Ces résultats probants laissaient présager la capacité de certains constituants du babeurre à moduler l’absorption intestinale du cholestérol. Par contre, le fractionnement de ces derniers s’est avéré avoir un impact négatif sur le potentiel d’insolubilisation du cholestérol observé précédemment. Ensuite, les constituants mineurs du babeurre, fort possiblement en raison de ses phospholipides, ont démontré leur capacité à influencer positivement le profil lipidique chez des sujets modérément hypercholestérolémiques lors d’une étude clinique réalisée en chassé-croisé. De plus, lors de cette même étude clinique, la consommation de babeurre, possiblement en résultante de l’action de composantes peptidiques, s’est avérée capable d’abaisser la tension artérielle chez des patients normotendus lorsque comparée à un placebo. Enfin, des peptides issus de l’hydrolyse de babeurre frais (UF) ont démontré un potentiel antioxydant supérieur à ceux obtenus du lactosérum (UF) et du lait écrémé dans un modèle d’étude in vitro. Dans le cadre de l’ensemble des études de ce projet, les différentes activités biologiques se sont avérées peu influencées par l’action des traitements thermiques lorsque les produits subissaient une hydrolyse (p. ex. à la suite de leur consommation). Les résultats de cette étude permettent de mieux comprendre les propriétés bénéfiques du babeurre et ouvrent la voie à une nouvelle utilisation de ce dernier comme ingrédient actif. En effet, ce projet novateur a permis de démontrer le potentiel du babeurre en tant qu’aliment fonctionnel plutôt que comme une source de composés nutraceutiques devant être purifiés ou concentrés. Ainsi, il semble que l’ensemble des constituants du babeurre joue un rôle au niveau des bienfaits observés sur les facteurs de risque de CVD. / The minor components in milk fat globule membrane (MFGM) are associated with various biological activities. Buttermilk, owing to its obtainment process, is a milk product particularly rich in MFGM components. This feature accounts for the growing interest in this by-product of the manufacturing of butter. The number of scientific articles dedicated to it has quadrupled in the past 20 years (PubMed). Until today the vast majority of tasks involving buttermilk aimed at either dividing or concentrating its various components, primarily, phospholipids. However, the biological effects of all the components in buttermilk before and after their digestion remains poorly understood. Therefore, the purpose of this research was to evaluate the impact that buttermilk components have on the different risk factors associated with cardiovascular disease (CVD). Initially, the results of in vitro model study revealed that buttermilk freshly concentrated by microfiltration (MF) has the potential to reduce the micellar solubility of cholesterol. These conclusive results presaged the capacity of certain components in buttermilk to regulate the intestinal absorption of cholesterol. Despite, their division proved to have a negative impact on the potential insolubilization of the cholesterol previously observed. Then, in a clinical crossover analysis, minor components of buttermilk - most likely phospholipids - demonstrated a capacity to positively influence the lipid profiles of moderately hypercholesterolemic subjects. Moreover, during this same study, the consumption of buttermilk compared with a placebo proved capable of lowering blood pressure in some patients, possibly resulting from its peptide components. That is to say that, in an in vitro model study, peptides derived from the hydrolysis of fresh buttermilk (UF) demonstrated antioxidant potential superior to those obtained from whey (UF) and skim milk. Within the framework of all studies on this project, various biological activities proved almost uninfluenced by the action of heat treatment when products were hydrolyzed following their consumption. The results of this study allow for a better understanding of the beneficial properties of buttermilk and pave the way for new uses of it as an active ingredient. Indeed, this innovative project has allowed us to demonstrate the potential of buttermilk as a functional food rather than as a source of ingredients needing to undergo a purification or concentration process. In this way, it seems that all components in buttermilk play a role in the observed benefits on risk factors of CVD.

Cette enquête postale a permis d'explorer les opinions, les croyances et les connaissances des diététistes et des médecins généralistes du Québec sur les aliments fonctionnels et les nutraceutiques (AFN). Quatre cent cinquante-neuf diététistes et 275 médecins ont répondu à notre questionnaire. L'enquête démontre que les diététistes et les médecins ont une attitude positive envers les AFN mais que des différences existent entre les deux corps professionnels. Les diététistes sont davantage intéressées, ont une opinion plus positive et de meilleures connaissances des AFN que les médecins. Les diététistes recommandent plus souvent des aliments fonctionnels que les médecins mais ceux-ci recommandent légèrement plus souvent des nutraceutiques. Pour les diététistes et les médecins, le fait de recommander ou non des AFN à leurs patients est influencé par leur intention d'en recommander et leur perception de contrôle sur ce comportement. La majorité des répondants avait recommandé des AFN à leurs patients dans l'année précédant l'enquête.

Le houblon (Humulus lupulus L.) est cultivé essentiellement pour ses inflorescences femelles appelées cônes et est utilisé dans les domaines brassicole et nutraceutique. Les principaux constituants des cônes sont les acides amers (acides α et β), connus comme agents d'amertume de la bière et ayant des propriétés anti-microbiennes, et le xanthohumol connu comme agent chimiopréventif du cancer. De plus, les cônes contiennent des composés phénoliques dont des proanthocyanidines connus pour leurs propriétés préventives contre les maladies chroniques. Bien que ces composés s'accumulent essentiellement dans les cônes, ils peuvent aussi s'accumuler sur la face inférieure des jeunes feuilles dans les poils glandulaires. Les feuilles et les tiges sont considérées comme des co-produits et sont très peu utilisées. Ce projet nous a permis d'étudier le potentiel agronomique et de quantifier les molécules reconnues pour leur action bénéfique sur la santé, de neuf cultivars de houblon cultivés pour la première fois au Québec. Nous avons étudié l'effet de la méthode de conservation sur le contenu en molécules bioactives des cônes et des feuilles après 12 mois d'entreposage. En plus, nous avons réussi à valoriser les co-produits du houblon et à produire des extraits de cônes, de feuilles et de tiges. Nos résultats ont montré que les feuilles et les tiges représentent plus de 50 % du poids sec total des plants et contiennent des quantités importantes de composés phénoliques dont des proanthocyanidines. Après 12 mois d'entreposage, des pertes importantes de xanthohumol et d'acides α et β ont été détectées dans les cônes secs. Par contre, la composition des cônes congelés est restée constante. La congélation n'est pas nécessaire pour conserver les feuilles puisque les concentrations de composés phénoliques totaux et de proanthocyanidines ne diminuent pas significativement dans les feuilles sèches. Les conditions optimales d'extraction ont été déterminées et sont de deux heures à 30 °C avec de l'éthanol 70 %, pour un ratio solide:liquide de 1:15 pour les cônes et les tiges et un ratio de 1:40 pour les feuilles. Les extraits ont été concentrés en utilisant une résine adsorbante et en utilisant l'huile comme co-solvant et trois extraits différents ont été obtenus. / Hops (Humulus lupulus L.) is grown primarily for its female inflorescences known as hop cones and is used for nutraceutical purposes and for brewing. Cones contain mainly hop bitter acids (α- and β- acids) and xanthohumol. Hop bitter acids are known for their bitter taste in beer and for their anti-microbial properties while xanthohumol is known for its chemopreventive properties. In addition, cones contain proanthocyanidins and polyphenols known for their preventive properties against chronic diseases. Although these compounds accumulate mainly in the cones, they can also accumulate on the underside of young leaves. Leaves and stems are considered as co-products and are rarely used. In this work, we studied the agronomic potential and we quantified the bioactive molecules present in cones, leaves and stems of nine hop cultivars, grown for the first time in Quebec. We also studied the effect of the storage method on cones and leaves bioactive content after 12 months of storage. In addition, we successfully valorized hop co-products and we produced cones, leaves and stems extracts. Our results showed that leaves and stems represent more than 50 % of the total dry weight of plants and contain substantial amounts of total polyphenols and proanthocyanidins. After 12 months of storage, significant losses of xanthohumol and α- and β- acids were detected in dried cones. In contrast, the composition of frozen cones remained constant. Freezing was not necessary to store leaves since the concentrations of total polyphenols and proanthocyanidins did not decrease, significantly, in dried leaves. The extraction parameters were optimized and the maximum extraction yield for the molecules of interest were obtained at 30 °C, 2 h of extraction, an ethanol concentration of 70 % and a solid: liquid ratio of 1:15 for cones and stem and 1:40 for the leaves. Extracts were concentrated by adsorbtion and by using oil as co-solvent and three different hop extracts were obtained.

Plusieurs aliments fonctionnels sont et seront développés à partir de molécules aux propriétés nutraceutiques. Parmi ces molécules, l’épigallocatéchine-3-gallate (EGCG), principal antioxydant du thé vert, présente un grand intérêt en raison de ses propriétés antioxydantes qui pourraient jouer un rôle préventif vis-à-vis de certaines pathologies. Cependant, sa biodisponibilité est faible à cause de son instabilité en milieu intestinal. De son côté, la β-Lactoglobuline (β-Lg) est connue pour sa capacité à lier des molécules bioactives les protégeant de l’oxydation. L’objectif général de ce projet de recherche vise à étudier les interactions entre l’EGCG et la β-Lg et l'impact de ces interactions sur les propriétés fonctionnelles du système formé. La caractérisation moléculaire des interactions entre l’EGCG et la β-Lg, à l’état natif et dénaturé thermiquement, a été réalisée par des méthodes spectroscopiques. Les résultats montrent que l’EGCG interagit avec la β-Lg au niveau moléculaire en formant un complexe 1:1 induisant un changement de la structure moléculaire de la β-Lg. L'interaction provoque une diminution de l’activité antioxydante de l’EGCG dans toutes les conditions étudiées. Cependant, on observe que la β-Lg assure une protection limitée à l'EGCG contre la dégradation dans le temps : la forme dénaturée de la protéine à pH 7 étant légèrement plus efficace. L’impact de l’EGCG sur le comportement thermique de la β-Lg et sur la microstructure des gels obtenus a été étudié par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et par microscopie électronique. La présence d’EGCG change le profil d’agrégation de la protéine. Cependant, ces interactions n'entraînent pas de changements majeurs dans la microstructure des gels formés, qu'il s'agisse des gels filamenteux ou particulaires. Cette étude démontre que la β-Lg peut lier l’EGCG et maintenir une activité antioxydante non négligeable dans les deux types des gels formés par la protéine. / Molecules with nutraceutical properties can be used to develop functional foods. The major antioxidant in green tea, epigallocatechin-3-gallate (EGCG), could be valuable for preventing certain pathologies. However, its bioavailability in the intestine needs to be improved. The milk protein β-lactoglobulin is known for its ability to protect bioactive molecules from oxidation. The general aim of this research was to study EGCG–β - lactoglobulin interactions and their effects on nutraceutical functionality using spectroscopic methods. The results show that EGCG forms complexes with β-lactoglobulin in a 1:1 ratio and induces changes in the molecular structure of the protein. This interaction causes a decrease in the antioxidant activity of EGCG. However, EGCG degradation is slowed, more in the case of thermally denatured β-lactoglobulin. Using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and electron microscopy to study β-lactoglobulin thermal behaviour and gel microstructure, it was determined that binding EGCG changes the protein aggregation pattern but has little effect on the microstructure of filamentous gels or particulate gels. This study shows that both types of β-lactoglobulin gel can bind EGCG and maintain its antioxidant activity.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2006-2007 / L'incorporation de nutraceutiques dans les formulations alimentaires est attrayante bien que problématique en raison de la sensibilité de ces molécules aux conditions environnementales. Cette étude visait donc à développer des véhicules protéiques susceptibles de préserver l'intégrité et l'activité de ces composés bioactifs. Des émulsions gélifiées à froid de P-lactoglobuline ont été élaborées puis caractérisées par rhéologie dynamique et microscopie électronique. Leurs propriétés de dissolution et de libération en conditions gastro-intestinales simulées ont été également déterminées. Les résultats indiquent que l'huile et le calcium gouvernent le processus de gélification et modulent la microstructure ainsi que les propriétés fonctionnelles des émulsions gélifiées. Celles-ci sont par ailleurs gastrorésistantes et empêchent la dégradation de l'a-tocopherol, choisie comme molécule de référence, au cours de la digestion enzymatique. Les travaux montrent que l'utilisation d'émulsions gélifiées à froid de P-lactoglobuline constitue une solution viable pour le transport et la protection des molécules nutraceutiques liposolubles et thermosensibles. / Incorporation of nutraceuticals in food formulations, as a means to modulate risk of disease development, is attractive but problematic as these molecules are unstable to environmental conditions. Our objective was to develop a whey protein-based delivery vehicle to transport and protect such bioactive compounds. Cold-set P-lactoglobulin emulsion gels were produced and characterized using dynamic small strain rheometry and electron microscopy techniques. Their dissolution and release behavior under simulated gastrointestinal conditions was also investigated. Results showed that oil and calcium govern the process of gel network formation and modulate the functional properties of cold-set emulsion gels. The latters, in addition, are gastroresistent and effectively prevent a-tocopherol, chosen as a model molecule, from being degraded during enzymatic digestion. This work confirm the suitability of using cold-set P-lactoglobulin emulsion gels as carriers for fat-soluble and heat-sensitive nutraceutical molecules.