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

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

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

Structure d’une cellule eucaryotique Nucléole Noyau Ribosome Vésicule Réticulum endoplasmique rugueux 6. Appareil de Golgi 7.Cytosquelette lisse Mitochondrie Vacuole Lysosome Centriole Wikipedia Encyclopédie

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

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

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 l’alimentation Val, leu, ile, trp, phe, met, his, thr, met, lys Turnover important, dégradation en squelette carboné + urée

3. Glucides ou saccharides 2 O HO OH CH2OH fructose sucres principaux des fruits monosaccharides glucose 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.

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

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

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

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 10-15% de protéines animales et végétales 30-35% de lipides (actuellement 36-42%) 50-55% de glucides

Besoins métaboliques Besoins glucidiques : sucres rapides , sucres lents 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 Vitamines (coenzymes) : pas de besoin en cas d’alimentation équilibrée Fibres ( polysaccarides ) solubles (pectines, gommes), insolubles (cellulose), confort digestif

Homme de Cro-Magnon -25 000 a Vit de chasse et cueillette, en petits groupes donc pas de problèmes nutritionnels

Avec la vie en société nécessité de stocker les aliments Civilisation sumérienne (Musée du Louvre) Amphores servant à la fabrication de la bière et du vin -3000 ans Mésopotamie

Méthodes de conservation des aliments Fermentations : céréales, jus de fruits, végétaux, laits… Salaisons , fumaisons : viandes, poissons Stérilisation, pasteurisation, congélation Filtration (liquides) Conservateurs chimiques

peu d'histoire sur le vin de l’Ouest (Liban). Gilgamesh, le grand héros mythique dont l’épopée 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 d’Hammourabi, le code civil de l’époque, réglemente le commerce du vin.   Histoire du vin Le vin est connu de l’homme depuis l’aube de l’histoire, suivant de peu sans doute l’invention du cidre et de la bière. Les habitants de Çatal Höyük, première ville fortifiée connue et qui s’est épanouie au VIIe millénaire avant JC en Asie Mineure, savaient déjà faire du vin. Voilà près de 6000 ans, il semble que l’on buvait du vin dans le Caucase. Il est ensuite apparu en Perse, où l’on a retrouvé des traces de vin dans une amphore. Des sceaux et étiquettes tracées à l’encre, 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. L’origine du raisin était même notée, rendant ces étiquettes plus précises que celles qui ornent aujourd’hui nos bouteilles. Les jarres sont bouchées avec des capuchons de terre crue. Pour conserver le vin, on le soutirait fréquemment ou on le cuisait.     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 n’est qu’au premier millénaire que la vigne fut acclimatée avec succès. Le vin de raisin n’était pas pour autant inconnu. Comme nous l’attestent de nombreuses tablettes, un commerce actif existait avec les pays montagneux                                                                                                Le vin chez les Hébreux                                                                       En sortant de l’arche, « Noé, le cultivateur, commença de planter la vigne ». La vigne est liée à l’histoire d’Israël depuis son origine Dans tous les jardins, à côté du figuier, poussait la vigne. La vendange était un moment important de la vie de l’Hébreu qui était avant tout un paysan. Cette vendange et la vinification se déroulaient juste avant la récolte des olives et la fabrication de l’huile et étaient immédiatement suivis des noces des jeunes filles qui allaient danser au milieu de la vigne. L’absence de ces festivités symbolisait le malheur. Champions de l’administration, les Egyptiens étiquetaient le vin. L’origine du raisin était notée            Le vin en Grèce et en Crète Dionysos, le dieu bon, a donné le vin aux hommes. Les Grecs, à l’époque de l’apogée d’Athènes, ne buvaient pas que du vin. Ils aimaient également le lait et l’hydromel, 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 l’eau. Il était également souvent mêlé de diverses aromates, comme le thym et la cannelle et parfois de miel.                                     

peu d'histoire sur le vin   Origine de la bière 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 l’épeautre, 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.    

Fermentations Protection des aliments par transformation des sucres en: - éthanol + CO2 : levure de boulangerie - acide lactique : bactéries lactiques 1. Panification: Levage lié au dégagement de CO2 - importance des protéines du gluten (gliadines et gluténines) - importance des arômes produits par la levure et les bactéries lactiques (utilisation d’un levain) - production industrielle des levures de boulangerie 1842 Vienne

2. Fermentations brassicoles Matière première orge a. maltage = germination en malterie et touraillage (chauffe à 80-105°) b. opérations de brassage: - saccharification (incubation, extraction à l’eau chaude, les enzymes hydrolysent l’amidon 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

Spécificité des levures: fermentation alcoolique Glucose + NAD+ + ADP + Pi  2 éthanol + 2 NADH + H + + 2 CO2 + 2ATP + H2O Éthanol : stabilisant CO2 : levage de la pâte à pain Arômes fermentaires

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

Taille des cellules de levure

Comparaison de la taille des levures et bactéries

Photographie en microscopie électronique X 20 000 voir au centre la cicatrice d’un bourgeon

Levures colorées au calcofluor

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 d’étude des cellules eucaryotes Organisme le mieux connu sur le plan génétique Outil biotechnologique

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 d’autres 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

Organisation génomique d’une cellule de levure hérédité localisation mendélienne non mendélienne noyau cytoplasme Déterminant Génétique copies Taille kb Déficiences chez les mutants chromosomes 2µm plasmide DNA mitochondrial Virus RNA ds 2 x 16 200-2200 tous types 60-100 6,3 aucune 8 - 130 70-76 petites L-A M L-BC T W 103 170 150 10 Toxine killer sans

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

Génétique moléculaire de la levure Isolement de mutants Complémentation interallélique Recombinaison, cartes génétiques Vecteurs permettant la surexpression génique Délétion spécifique de gènes Séquençage de la totalité du génome: 1996

La levure : outil biotechnologique Production du vaccin contre l’hépatite B Production d’insuline humaine (Novo Nordisk) Production de peptides (interleukines, interférons, hormone de croissance…) Ingéniérie métabolique: production d’hydrocortisone (Aventis) - surexpression de 8 gènes de mammifère et plante - délétion de 3 gènes endogènes de levure

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

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

Vinification en blanc Pressoir à membrane 1. Pressurage Obtention du moût de raisin Adjonction SO2 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.

2. Mise en cuve de fermentation 3. Egouttage, pressurage 4. Soutirage 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

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° d’alcool par addition d’alcool 3. Vins liquoreux (Monbazillac, Côteaux du Layon, VT) - concentration des sucres par passerillage par Botrytis cinerea

La fermentation oenologique Louis Pasteur décrit les microorganismes au cours de la fermentation et identifie l’importance 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 s’imposent à partir de 3° d’alcool. 3. Le concept de l’inoculation des moûts par la levure pure préparée (sécurité) vient de Müller-Thurgau en 1890. 4. Les 2 premières LSA, Montrachet et Pasteur Champagne ont été produites en 1965 aux USA pour une grande cave viticole de Californie 5. A’heure actuelle 80% des vins sont produits par addition de L.S.A.

Fermentation malo-lactique Pour bon nombre de vins produits dans les régions tempérées l’acidité due à l’acide malique est diminuée par la fermentation opérée par Oenococcus oeni, qui suit la fermentation alcoolique. A un effet négatif sur les vins blancs aromatiques CO2 Acide malique Acide lactique

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

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

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

Principaux conservateurs Acide propionique Acide benzoïque et benzoates Acide sorbique SO2 et sulfites Nitrites

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

Décès liés à la consommation d’aliments 1995 (source INSERM) Causes de décès pouvant provenir d’ingestion accidentelle d’aliments toxiques ou contaminés Décès liés à l’alcool (intoxication éthylique et cancers) Total décès Hommes Femmes 854 1219 18 745 4768 275 106 256 512

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 l’Union 3,5 millions de salariés, 29000 entreprises avec forte proportion de PME Source bilan ANVAR juin 2004 – Christine Ton Nu

Industrie agroalimentaire française Chiffre d’affaires 136 milliards € en 2003 Deuxième employeur de France après la mécanique Solde d’exportation 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

Classement des principaux groupes agroalimentaires mondiaux en 2002 Gargill Classement des principaux groupes agroalimentaires mondiaux en 2002 (source : CIAA) Cargill Nestlé Kraft Unilever ConAgra PepsiCo Coca Cola Diageo Master foods Danone USA Suisse Pays-Bas GB France 54,9 Mi. € C.A. 52.6 42.5 30.8 30.0 22.4 19.0 14.8 14.5 Produits à base de céréales Céréales, Pro- duits laitiers, Boissons Confiserie Produits laitiers, alcoolisées, Confiserie, Café Produits laitiers, Boissons Viandes,Produits trans- formés, Produits agricoles Snacks, Boissons, Céréales boissons Boulangerie Repas Produits laitiers, Boissons, Biscuits Céréales

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

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

Réglementation Union Européenne En 1992 introduction de AOP Appellation d’Origine 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