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Besoins nutritionnels En relation avec la composition chimique de lorganisme et les besoins énergétiques Plantes: besoins en minéraux Eau, lumière et air.

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1 Besoins nutritionnels En relation avec la composition chimique de lorganisme et les besoins énergétiques Plantes: besoins en minéraux Eau, lumière et air Organismes autotrotrophes Animaux: selon leur espèce: Organismes hétérotrophes herbivores carnivores

2 Besoins nutritionnels Chez un adulte, dépendront : - des besoins énergétiques - du turnover métabolique Animaux : 80 % eau / Poids sec:protéines 50% acides nucléiques 10% polysaccharides 10% lipides10% minéraux 20%

3 Structure schématique dune cellule ADN ARN messager Protéines : structure enzymes ADN ADN : information génétique Noyau Membrane plasmique polynucléotide Lipides, protéines polysaccharides cytoplasme

4 1.Nucléole 2.Noyau 3.Ribosome 4.Vésicule 5.Réticulum endoplasmique rugueux 6. Appareil de Golgi 7.Cytosquelette 8.Réticulum endoplasmique lisse 9.Mitochondrie 11.Vacuole 12.Lysosome 13.Centriole Wikipedia Encyclopédie Structure dune cellule eucaryotique

5 Besoins nutritionnels 1.Turnover métabolique : synthèses des constituants liés à la dégradation 1.Protéines; collagène, élastine, enzymes… 2.Acides nucléiques : ARNm, ARNr… 3.Polysaccharides : glycannes…. 4.Lipides : triglycérides, cholestérol, sphingolipides …. 2. Thermorégulation : nécessité de maintenir lhoméothermie 37° homme 42° poulet 3. Activité physique : apport calorique lié à leffort musculaire

6 Besoins alimentaires pour les humains turnover métabolique 1. Acides nucléiques : adénine guaninethymine uracile cytosine + desoxyribose + acide phosphorique Synthèse de novo et recyclage important; dégradation des purines en acide urique PurinesPyrimidines

7 Besoins alimentaires pour les humains turnover métabolique 2. Protéines : constituées de 20 acides aminés (série L) Le radical R confère la spécificité Sur les 20 acides aminés seuls 10 sont synthétisés et 10 sont « essentiels » et doivent être apportés par lalimentation Val, leu, ile, trp, phe, met, his, thr, met, lys Turnover important, dégradation en squelette carboné + urée

8 3. Glucides ou saccharides O OH OH OH OH CH 2 OH glucose O HO OH CH 2 OH fructose monosaccharides sucres principaux des fruits disaccharide saccharose sucre principal des feuilles Polysaccharides : sucres de structure (cartilages, carapaces crustacés, cellulose…) sucres de réserve; amidon, glycogène Synthèse de novo en général, sauf pour certains composés très spécifiques nécessaires dans la diète.

9 4. Lipides : Cholestérol 1-linolényl-2-oléyl-phosphatidylcholine Éléments de structure des membranes biologiques CH 2 CH C H 2 OPO O O O O O N O + +

10 Lipides de réserve : triglycérides et esters de cholestérol Acide linolénique C18:3 (9,12,15) ou 3 Acide linoléique C18:3 (9,12,15) ou 6 Les acides gras polyinsaturés sont « essentiels » Acide oléique C18:1 ou 9 Triglycérides: glycérol estérifié par acides gras

11 Triglycéride Lipides de réserve graines, adipocytes…. Lipides de communication cellulaire hormones stéroïdes, prostaglandines, cérébrosides, céramides ….

12 Besoins nutritionnels énergétiques Métabolisme de base environ : 2000kcal/j Activité très importante: 3400 kcal/j femmes: -30% valeur calorique des aliments -glucides 4kcal/g -protéines 4kcal/g -lipides 9 kcal/g (éthanol 7kcal/g) régime alimentaire équilibré % de protéines animales et végétales % de lipides (actuellement 36-42%) % de glucides

13 Besoins métaboliques Acides aminés essentiels : être vigilant pour les diètes végétariennes Acides gras essentiels : acides gras polyinsaturés nécessaires - acide linoléique ( 6) ; huile de touresol - acide linolénique ( 3) ; huile de colza Besoins glucidiques : sucres rapides, sucres lents Vitamines (coenzymes) : pas de besoin en cas dalimentation équilibrée Fibres ( polysaccarides ) solubles (pectines, gommes), insolubles (cellulose), confort digestif

14 Homme de Cro-Magnon Vit de chasse et cueillette, en petits groupes donc pas de problèmes nutritionnels a

15 Avec la vie en société nécessité de stocker les aliments Civilisation sumérienne (Musée du Louvre) ans Mésopotamie Amphores servant à la fabrication de la bière et du vin

16 Méthodes de conservation des aliments 1.Fermentations : céréales, jus de fruits, végétaux, laits… 2.Salaisons, fumaisons : viandes, poissons 3.Stérilisation, pasteurisation, congélation 4.Filtration (liquides) 5.Conservateurs chimiques

17 peu d'histoire sur le vin Le vin est connu de lhomme depuis laube de lhistoire, suivant de peu sans doute linvention du cidre et de la bière. Les habitants de Çatal Höyük, première ville fortifiée connue et qui sest épanouie au VIIe millénaire avant JC en Asie Mineure, savaient déjà faire du vin. Voilà près de 6000 ans, il semble que lon buvait du vin dans le Caucase. Il est ensuite apparu en Perse, où lon a retrouvé des traces de vin dans une amphore. Pratiquement en même temps, au IVème millénaire avant JC, le vin fait son apparition en Mésopotamie, chez les Sumériens. Ils ont même inventé les AOC. Les Sumériens distinguaient en effet les «vins de plaine» des «vins de montagne», ces derniers étant considérés de meilleure qualité. En Mésopotamie, le vin était surtout un vin de palmes ou de dattes. Ce nest quau premier millénaire que la vigne fut acclimatée avec succès. Le vin de raisin nétait pas pour autant inconnu. Comme nous lattestent de nombreuses tablettes, un commerce actif existait avec les pays montagneux de lOuest (Liban). Gilgamesh, le grand héros mythique dont lépopée est au centre de la religion babylonienne, arrive au pays merveilleux où pousse la vigne dotée de grappes de «lapis-lazuli». Vers -2000, le code dHammourabi, le code civil de lépoque, réglemente le commerce du vin. Des sceaux et étiquettes tracées à lencre, sur certaines amphores du Nouvel Empire qui nous sont parvenues, mentionnent le nom du propriétaire, du chef des ouvriers vinificateurs et même la nature du sol. Lorigine du raisin était même notée, rendant ces étiquettes plus précises que celles qui ornent aujourdhui nos bouteilles. Les jarres sont bouchées avec des capuchons de terre crue. Pour conserver le vin, on le soutirait fréquemment ou on le cuisait. Le vin chez les Hébreux En sortant de larche, « Noé, le cultivateur, commença de planter la vigne ». La vigne est liée à lhistoire dIsraël depuis son origine Dans tous les jardins, à côté du figuier, poussait la vigne. La vendange était un moment important de la vie de lHébreu qui était avant tout un paysan. Cette vendange et la vinification se déroulaient juste avant la récolte des olives et la fabrication de lhuile et étaient immédiatement suivis des noces des jeunes filles qui allaient danser au milieu de la vigne. Labsence de ces festivités symbolisait le malheur. Le vin en Grèce et en Crète Dionysos, le dieu bon, a donné le vin aux hommes. Les Grecs, à lépoque de lapogée dAthènes, ne buvaient pas que du vin. Ils aimaient également le lait et lhydromel, mais pas autant que le fruit de la vigne. Le « présent de Dionysos » se buvait tout au long de la journée. Le vin pur (acratos) se buvait le matin au petit déjeuner ou lors du déjeuner, qui était léger. Le soir, à part lors des libations portées à Dionysos, on coupait le vin. Il était versé dans une grande jarre appelée cratère et on le mélangeait avec de leau. Il était également souvent mêlé de diverses aromates, comme le thym et la cannelle et parfois de miel. Histoire du vin Champions de ladministration, les Egyptiens étiquetaient le vin. Lorigine du raisin était notée

18 peu d'histoire sur le vin Nous savons aujourd'hui que l'origine de la bière est très ancienne. Il nous faut remonter jusqu'à OUR, KISH et LAGASH...les documents les plus lointains que nous connaissons ont en effet été exhumés des sables de SUMER. Dés le IVe millénaire avant J.-C., les grandes aires de civilisation du monde sont d'ores et déjà ébauchées. La Mésopotamie, c'est le pays de l'orge, de la bière et de l' huile de sésame. Tandis que vers l'ouest, s'étendent les contrées où règnent le blé, le vin et l'huile d'olive. La Mésopotamie, le pays " d'entre les deux fleuves " comme le signifie littéralement son nom, se situe au sud des montagne du Kurdistan. C'est le " croissant fertile ", comme l'appela le Grec STRABON qui s'étend là, des plaine du TIGRE aux plaines de L'EUPHRATE(Irak aujourd'hui) et jusqu'à leurs confluents. Environ 8000 ans avant J.-C., la culture de l'orge, celle de la variété à deux grains, apparaît dans le nord ; l'orge à six rangs et lépeautre, une variété de blé dur, seront cultivés au sud, probablement dix à vingt siècles plus tard. Non loin d'ASSUR, les archéologues ont découvert le site de JARMO, un village d'agriculteurs vieux de près de 7000 ans. Ces paysans des premiers âges utilisaient de la vaisselles de pierre, des poteries en forme de jattes, des outils de silex et d'obsidienne, des meules de granit et des fours en briques. Il semaient l'orge et deux espèces de froment. Les conditions et les moyens techniques étaient donc réunis pour que" de la bière " puisse être fabriquée. Origine de la bière

19 Fermentations Protection des aliments par transformation des sucres en: - éthanol + CO 2 : levure de boulangerie - acide lactique : bactéries lactiques 1. Panification: Levage lié au dégagement de CO 2 - importance des protéines du gluten (gliadines et gluténines) - importance des arômes produits par la levure et les bactéries lactiques (utilisation dun levain) - production industrielle des levures de boulangerie 1842 Vienne

20 2. Fermentations brassicoles Matière première orge a. maltage = germination en malterie et touraillage (chauffe à °) b. opérations de brassage: - saccharification (incubation, extraction à leau chaude, les enzymes hydrolysent lamidon et libèrent le maltose) - formation du moût - adjonction de composés aromatiques (houblon, épices…) - ébullition c. fermentation fermentation haute (Ale) ou fermentation basse (Pils) d. garde (clarification et affinage du goût); plusieurs mois c. soutirage et filtration d. embouteillage (pasteurisation) ou mise en fûts

21 Spécificité des levures: fermentation alcoolique Glucose + NAD + + ADP + Pi 2 éthanol + 2 NADH + H CO 2 + 2ATP + H 2 O Éthanol : stabilisant CO 2 : levage de la pâte à pain Arômes fermentaires

22 Colonies de levure Saccharomyces cerevisiae sur boîte de Pétri 3 mm Culture 48H 28°

23 Taille des cellules de levure

24 Comparaison de la taille des levures et bactéries

25 Photographie en microscopie électronique X voir au centre la cicatrice dun bourgeon

26 Levures colorées au calcofluor

27 Biologie Cellulaire de la levure La levure est une cellule eucaryotique typique: - contient un noyau, des mitochondries - est diploïde -possède un contrôle du cycle cellulaire proche des cellules supérieures - a une durée de vie limitée - présente une reproduction sexuée contrôlée au laboratoire Modèle détude des cellules eucaryotes Organisme le mieux connu sur le plan génétique Outil biotechnologique

28 Génome de la levure La levure diploïde contient une paire de 16 chromosomes (2n = 32) Taille des chromosomes: 200 – 2200 kilo paires de bases La séquence totale du génome est de 12 Mb (E.coli : 5 Mb) 6183 ORF dont 5800 codent pour des protéines Le génome est compact avec 72% de séquences codantes / génome total Les 28 % restant correspondent aux régions intergéniques (promoteurs – terminateurs et rétrotransposon Ty) Taille du génome dautres eucaryotes: Arabidopsis thaliana : 2n = 10 ; 120 Mb Riz : 430 Mb 2n = 24 ; 430 Mb Vigne: 2n= 38 ; 470 Mb Drosophile 2n = 8 ; 179 Mb Homme : 2n = 46 ; 3150 Mb

29 Déterminant Génétique copies Taille kb Déficiences chez les mutants chromosomes2µm plasmide DNA mitochondrial Virus RNA ds 2 x tous types ,3 aucune petites L-A M L-BC T W Toxine killersans hérédité localisation mendéliennenon mendélienne noyaucytoplasme Organisation génomique dune cellule de levure

30 Cycle de la levure Saccharomyces cerevisiae méiose asque a a spores a germination cellules diploïdes végétatives Zygot e 2n Cellules végétative n sporulation n Fusion cellulaire

31 Génétique moléculaire de la levure 1.Isolement de mutants 2.Complémentation interallélique 3.Recombinaison, cartes génétiques 4.Vecteurs permettant la surexpression génique 5.Délétion spécifique de gènes Séquençage de la totalité du génome: 1996

32 La levure : outil biotechnologique Production du vaccin contre lhépatite B Production dinsuline humaine (Novo Nordisk) Production de peptides (interleukines, interférons, hormone de croissance…) Ingéniérie métabolique: production dhydrocortisone (Aventis) - surexpression de 8 gènes de mammifère et plante - délétion de 3 gènes endogènes de levure

33 Méthodes des biotechnologies Expression par plasmides et promoteurs forts G418 : marqueur de sélection promoteur cDNA terminateur Séquences nécessaires à la replication ou intégration génique

34 Elaboration des vins Matière première: vigne vitis vinifera Nombre importants de cépages Merlot, Cabernet sauvignon, muscat, riesling 1. Vinification en blanc 2. Vinification en rouge Brand Turckheim

35 Vinification en blanc 1. Pressurage Obtention du moût de raisin Adjonction SO 2 2. Débourbage 3. Fermentation 4. Soutirage 5. Stabilisation tartrique 6. Filtration, embouteillage Pressoir à membrane Matériel pneumatique cylindrique horizontal à membrane latérale à pression maximale de 2 bars.

36 Vinification en rouge 1. Égrappage, foulage 2. Mise en cuve de fermentation 3. Egouttage, pressurage 4. Soutirage 5. Fermentation malo-lactique 6. Maturation 7. Filtration embouteillage Cuve inox 150 hl

37 Vinifications particulières 1. Méthode champenoise - vinification en blanc, 10,5° alcool vin tranquille - mise en bouteille + sucre 35g + levure vin effervescent - remuage - égorgement et embouteillage 2. Vins doux naturels (muscats de Rivesaltes, de Frontignan) - fermentation arrêtée à 8° dalcool par addition dalcool 3. Vins liquoreux (Monbazillac, Côteaux du Layon, VT) - concentration des sucres par passerillage par Botrytis cinerea

38 La fermentation oenologique 1.Louis Pasteur décrit les microorganismes au cours de la fermentation et identifie limportance des levures. 2.La fermentation avec la microflore indigène est caractérisée par une succession de microorganismes: Klockera, Hanseniaspora (prédominants sur baies), Candida, Pichia, Kluyveromyces, Brettanomyces … Les levures fermentaires type S. cervisiae sont très peu abondantes sur les baies, mais simposent à partir de 3° dalcool. 3. Le concept de linoculation des moûts par la levure pure préparée (sécurité) vient de Müller-Thurgau en Les 2 premières LSA, Montrachet et Pasteur Champagne ont été produites en 1965 aux USA pour une grande cave viticole de Californie 5. Aheure actuelle 80% des vins sont produits par addition de L.S.A.

39 Fermentation malo-lactique Pour bon nombre de vins produits dans les régions tempérées lacidité due à lacide malique est diminuée par la fermentation opérée par Oenococcus oeni, qui suit la fermentation alcoolique. A un effet négatif sur les vins blancs aromatiques CO 2 Acide malique Acide lactique

40 Industrie laitière Laits fermentés : yogourts. Fermentation par bactéries lactiques acidification (stabilisation) caillage lié à la destructuration des micelles de caséines Fromages: même principe, mais laccélération de la formation du caillé est obtenu par la présure (hydrolyse partielle des caséines) puis affinage

41 Alcools (Whisky, Vodka, Cognac….) Aliments dérivés du Soja Charcuterie (saucissons secs) Chocolat Café Choucroute et ensilages Fermentations alimentaires, suite Principalement bactéries lactiques

42 Autres méthodes de conservation Salaison : dessication par le sel Confitures : augmentation de la pression osmotique Deshydratation, lyophilisation Stérilisation et pasteurisation Congélation Radappertisation Filtration pour les liquides Addition de conservateurs chimiques

43 Principaux conservateurs Acide propionique Acide benzoïque et benzoates Acide sorbique SO 2 et sulfites Nitrites

44 Risques alimentaires Botulisme (Clostridium botulinum) Mycotoxines (Aflatoxines, patuline, ochratoxines ): moisissures Listériose (Listeria monocytogenes) Intoxications alimentaires, Salmonella, E. coli,virus, liés à un manque dhygiène

45 Décès liés à la consommation daliments 1995 (source INSERM) Causes de décès pouvant provenir dingestion accidentelle daliments toxiques ou contaminés Décès liés à lalcool (intoxication éthylique et cancers) Total décès Hommes Femmes

46 Industrie agroalimentaire Production mondiale des industries agroalimentaires 2700 milliards $ US de C.A. En Europe production de 660 milliards France, Allemagne, Italie, Royaume Uni, Espagne représentent 80% de la production totale. L industrie agroalimentaire est le troisième employeur industriel de lUnion 3,5 millions de salariés, entreprises avec forte proportion de PME Source bilan ANVAR juin 2004 – Christine Ton Nu

47 Industrie agroalimentaire française Chiffre daffaires 136 milliards en 2003 Deuxième employeur de France après la mécanique Solde dexportation de 8 milliards en 2003 ( 50% boissons) Fragilité structurelle liée à la faible taille des entreprises, les relations difficiles avec la grande distribution, insuffisance de leader (Danone, le premier français est 10 ème). Source bilan ANVAR juin 2004 – Christine Ton Nu

48 Classement des principaux groupes agroalimentaires mondiaux en 2002 (source : CIAA) Gargill CargillNestléKraftUnileverConAgr a PepsiCoCoca Cola DiageoMaster foods Danone USASuisseUSAPays- Bas GB USA GBUSAFrance 54,9 Mi. C.A Produits à base de céréales Céréales, Pro- duits laitiers, Boissons Confiseri e Produits laitiers, Boissons alcoolisée s, Confiseri e, Café Produits laitiers, Boissons alcoolisée s, Confiseri e, Café Viandes, Produits trans- formés, Produits agricoles Snacks, Boissons, Céréales boissonsBoissons alcoolisée s, Boulange rie Snacks, Boissons, Repas Produits laitiers, Boissons, Biscuits Céréales

49 Qualité des produits alimentaires Institut National des Appellations dOrigine I N A O A.O.C. Construites sur des notions de délimitation et « dusages loyaux et constants » Mis en place au départ pour lutter contre les crises viticoles LA.O.C. définit un cahier de charges et un contrôle

50 A.O.C. et I.G.P. A.O.C. étendue Fromages : Comté, Roquefort, Cantal, Roblochon, Munster (La production de fromages AOC au lait cru représente 70% de la production totale de fromages AOC Viandes : Taureau de Camargue, Bœuf Maine-Anjou, agneau de Barèges-Gavarnie, volaille de Bresse, dinde de Bresse Noix de Grenoble ou Périgord Pommes du Limousin … Autres labels: Label Rouge, Agriculture Biologique

51 Réglementation Union Européenne En 1992 introduction de –AOP Appellation dOrigine Protégée –IGP Indication Géographique Protégée –AS Attestation de spécificité –Cahier de charge plus souple que AOC français mais permettant de protéger les savoir-faire et les recettes traditionnelles


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