Développement d'hydrolysats destinés à la formulation d'aliments pour l'aquaculture : normalisation structurale et optimisation fonctionnelle

par Alexandre Leduc

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Joël Henry.

Le président du jury était Céline Zatylny-Gaudin.

Le jury était composé de Joël Henry, Sandrine Skiba, Patrick Kestemont, Vincent Fournier, Erwan Corre.

Les rapporteurs étaient Sandrine Skiba, Patrick Kestemont.


  • Résumé

    L'aquaculture est en pleine expansion et fournit aujourd'hui la moitié des produits aquatiques destinés à la consommationhumaine. Elle constitue ainsi un secteur clé pour le maintien et l'amélioration de la sécurité alimentaire dans lemonde. Le développement de l'aquaculture est étroitement lié à celui des formules alimentaires. Ces dernières années,la part des farines de poisson dans la formulation des aliments a particulièrement diminué au profit des farines d'originevégétale pour répondre aux nombreuses contraintes économiques et environnementales. Néanmoins, ces matièrespremières sont moins adaptées aux besoins nutritionnels des poissons carnivores et leur utilisation peut entraîner unebaisse des performances de croissance et d'efficacité alimentaire. L'ajout d'additifs et d'ingrédients fonctionnels devientalors indispensable. Les hydrolysats protéiques issus des co-produits de la pêche et de l'aquaculture sont des ingrédientsà fort potentiel appétence, nutritionnel et bioactif. Ces ingrédients sont des mélanges complexes riches en peptides hydrolytiqueset en acides aminés libres, mais dont la composition varie en fonction de l'origine de la matière première etdes paramètres d'hydrolyse appliqués lors de leur fabrication. Au cours de ces travaux de thèse, nous avons développéet mis en pratique des outils permettant d'approfondir la caractérisation structurale et les propriétés fonctionnellesdes hydrolysats de protéines. Dans un premier temps, nous avons développé une méthode analytique basée sur unenormalisation des échantillons suivie d'une détermination de l'abondance et de la richesse en peptides par chromatographied'exclusion stérique et chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse de type électro-spray,respectivement. Les résultats présentés sous forme d'un diagramme 2D permettant de classer et comparer facilementles hydrolysats de protéines de forme galénique, d'origine et de process différents. Nous avons également développé unoutil in vitro sur l'intestin de bar européen, Dicentrarchus labrax, permettant de déterminer les activités myotropesdes hydrolysats. Nous avons pu notamment démontrer que l'hydrolysat de crevettes possède une plus forte activitémyotrope que les hydrolysats de poissons et que cette activité est portée par un pentapeptide KNPEQ clivé à partirde l'hémocyanine lors du process d'hydrolyse appliqué sur les co-produits de crevette. Enfin, dans un second temps,un conditionnement alimentaire de 65 jours a été conduit chez le bar européen nourri avec un aliment pauvre en farinede poisson supplémenté en hydrolysat de différentes origines et couplé à une analyse d'expression génique (approcheen RNA-Seq Illumina). Cette étude a permis de montrer que les hydrolysats de protéines appliqués sur un alimentfaible en farine de poisson (5%) sont capables de restaurer des performances de croissance équivalentes à celles d'unrégime contenant 20% de farine de poisson mais qu'ils portent par ailleurs des propriétés fonctionnelles spécifiques.Il a également été montré que le mélange des deux hydrolysats permet de moduler les transcriptomes intestinal ethépatique de façon plus profonde que lorsque que les hydrolysats sont utilisés séparément. Ces résultats confirmentl'intérêt des hydrolysats de protéines pour la formulation d'aliment à faible teneur en farines de poisson et apportentde nouveaux outils de caractérisation de ces ingrédients complexes, qui seront utiles pour leur optimisation et leurstandardisation ainsi que pour la compréhension de leurs mécanismes d'action chez les poissons.

  • Titre traduit

    By-product hydrolysates for aquafeed : structural standardization and functional optimization


  • Résumé

    Aquaculture is a key sector for supporting and improving the food security worldwide. The global production of farmedfish and shrimp has grown dramatically over the past decades and now contributes to half of the aquatic productsintended for human consumption. Aquaculture will require feeds to support its growth but availability of some raw materialssuch as fish meal are limited. The use of fish meal in aquafeed has particularly declined in favor of plant proteinsources to fit with economic and environmental constraints. But plant proteins do not meet perfectly the nutritionalrequirements of carnivorous fish and their utilization often results in lower growth and feed performances. Proteinhydrolysates manufactured from fishing and aquaculture co-products are ingredients with a high palatable, nutritionaland bioactive potential. They are rich in hydrolytic peptides and free amino acids, but they are complex mixtureswhose composition could vary according to raw material origin and hydrolysis parameters. During this PhD study, wedeveloped and implemented tools to further characterize the structure and functional properties hydrolysates. On afirst step, we developed a fast methodological tool based on sample standardization, followed by the determination ofthe abundance and richness of peptides using size exclusion chromatography and liquid chromatography coupled toelectro-spray mass spectrometry, respectively. We merged the results into a 2D diagram that made it easy to classifyand compare hydrolysates having different galenic, origin and process. We also developed a tool on isolated intestinefrom European seabass (Dicentrarchus labrax ) to rank protein hydrolysates according to their myotropic property.We demonstrated that shrimp hydrolysate showed a higher myotropic activity than fish hydrolysates and that thisactivity was carried by a unique pentapeptide KNPEQ produced by the enzymatic clivage of haemocyanin during thehydrolysis process applied on shrimp co-products. On a second step, a 65-day feeding trial was conducted in Europeanseabass fed a low fish meal diet supplemented with protein hydrolysates of different origin, and coupled to a studyof the intestine and liver transcriptomic response (Illumina RNA sequencing). It has been shown that protein hydrolysatesincluded in a low fish meal diet (5%) restored growth performances to the same level than a diet containing20% of fishmeal, and that they exhibited very specific functional properties. These results showed that a mixture oftwo hydrolysates impacted more deeply the intestine and liver transcriptomes than hydrolysate tested alone. ThisphD study confirmed that protein hydrolysates are very interesting candidates for formulating low fish meal feed andoffer new tools for characterizing such complex ingredients, which will be useful to optimize and standardize proteinhydrolysate while understanding their mechanisms of action in fish.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université de Caen Normandie. Bibliothèque de ressources électroniques en ligne.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.