Composition des aliments          Article aliment-et-developpement.com - Avril 2017  

Figure 3 - Les sources des aliments

Les aliments, les produits de l'alimentation,  sont des substances simples ou complexes, organiques ou inorganiques dont la qualité nutritionnelle dépend de la composition ou de la constitution. L'alimentation et la technologie classent les aliments selon leur source ou origine. Celle-ci est végétale, animale ou minérale ou provient de micro-organismes (figure 3). Les techniques et méthodes de transformation en dépendent.

Notre objectif n'est pas de faire ici le résumé de la composition des aliments. De nos jours, elle est présente sur les emballages de nombreux denrées alimentaires.  Nous faisons juste quelques rappels pouvant contribuer à la lecture de l'ensemble de l'article "Se nourrir et être rassasié".  

Les principaux composants des aliments sont les glucides, les protéines, les lipides, les vitamines, les minéraux et l'eau. C’est sous forme de nutriments ou leurs composants élémentaires que les aliments sont assimilés, qu'ils entrent dans le métabolisme. 

Ces composants des aliments, structures chimiques, sont classés en catégories qui diffèrent selon qu'il s'agisse de la transformation ou de la nutrition. Pour la transformation, ces structures sont : les protides regroupant acides aminées, peptides et protéines; les lipides constituants des huiles, des beurres et des graisses; les  sucres (appellation qui englobe les glucides et leurs dérivés), les sels minéraux, les pigments et l’eau. Cette classification fait davantage référence à la matière brute de l'alimentation. De ces structures dépendent l'aptitude à la transformation du produit. 

Pour la nutrition, ces structures sont réparties en trois catégories principales: les nutriments, les fibres et l’eau.  Les nutriments sont classés en  macro-nutriments (protéines, lipides et glucides) générateurs  d’énergie et en micro-nutriments (les vitamines, les  éléments minéraux principaux et les oligoéléments) de l'ingénierie du métabolisme.

La quantité, la qualité et la répartition dans l'aliment de ces structures chimiques lui confèrent ses propriétés analytiques,  technologiques et nutritionnelles. 

Les glucides

La  structure des glucides 

Les glucides sont des substances biochimiques dont la formule brute s’écrit en générale C_n(H₂O)_n . Cette formule proche de (CH₂O) leur a valu l’appellation d’hydrates de carbone. Toutefois les glucides sont des substances carbonylées.  Un carbone porte une fonction carbonyle : aldéhyde ou cétone (Figure 4). Les glucides correspondants sont respectivement appelés aldoses et cétoses.

Trois classes de substances organiques de complexité croissante forment les glucides. Ce sont les oses, les osides, les dérivés d'oses et leurs polymères. 

Les oses

Les oses ou glucides simples ont pour formule brute: C_n(H₂O)_n.   Le plus simple des oses, pour  n = 3 est un triose.  Pour n = 4  l’ose est un tétrose. Pour n = 5 l'ose est un pentose, le ribose (n=5), composant de l'ARN, en est le principal représentant. Pentose et cétose par sa fonction carbonyle, aussi le ribose est appelé cétopentose.   Les oses les plus connus dans  l’alimentation sont ceux pour n=6 comme le glucose et le galactose qui sont des aldoses et le fructose un cétose. La différence entre ces oses réside dans leurs structures (Figure 5) et leurs nombreuses propriétés physico-chimiques (le pouvoir sucrant par exemple).

Figure 5 - Oses ou glucides simples 

Les osides     

Les osides sont des glucides composés. Cette classe de glucides comprend les holosides, les polyholosides et les hétérosides.   La fonction carbonyle est liée à un ose ou à une molécule différente d'un ose. 

Les holosides

Lorsque deux oses  ou un petit nombre sont liés par la fonction carbonyle,  on parle d'holosides. Les plus connus en alimentation sont les diholosides : le maltose est un diholoside de glucose; le galactose et le glucose forment la molécule du lactose et celle du saccharose est constituée de glucose et de fructose (Figure 6)

Les polyholosides 

Les polyholosides, communément appelés polyssacharides  sont formés de l’union d'un grand nombre d'oses. L’amidon, la cellulose et le glycogène sont des polyholosides de glucose tandis que l’inuline en est un  de fructose. Les polyholosides de glucose, l’amylose (un constituant de l’amidon) et la cellulose sont différents dans leur structure par la nature des liaisons qui associent les molécules de glucose entre elles. Dans l’un il s’agit de liaisons dites a(1,4) et dans l’autre il s'agit de liaisons dites b(1,4) (Figure 7). De cette différence de configuration résulte une différence de propriétés physico-chimiques, technologiques et nutritionnelles.       

 Figure 7 - Polyholosides de glucose                                      

Les hétérosides 

Les hétérosides sont des glucides où la fonction carbonyle d'un ose est liée à une molécule différente d'un ose, un aglycone, un alcool, un phénol, une base de nucléotide. 

Les nucléosides sont des hétérosides, formés d'adénine (base pyrimidique) et de ribose ou de thymidine (base purique) et de désoxyribose. Ils  sont des composants de l'ARN et de l'ADN (Figure 8). 

Les dérivés d'oses et leurs polymères. Des composés organiques dérivent, par le métabolisme, des oses et ont des structures très voisines de ceux-ci. Ces composés, de même que leurs polymères sont assimilés aux glucides.  

L'acide galacturonique dérive du galactose par oxydation de l'alcool primaire en acide. Les pectines sont essentiellement des polymères d’acide galacturonique (Figure 9) dont certaines unités sont estérifiées par un groupement méthyle.

Figure 9 :  Galactose et dérivés

Le désoxyribose, composé voisin du ribose est un constituant de l’ADN (Figure 8). 

Les mucopolysaccharides dont l'acide hyaluronique sont des polymères d’oses, d’osamines et/ou d’oses dérivés. La b-galactosamine (Figure 9), un dérivé du galactose, est une osamine. 

Les fonctions

En alimentation, selon la classe à laquelle ils appartiennent, les glucides ont plusieurs rôles et concernent principalement la texture des aliments,  leur digestion, l'utilisation des nutriments dans la constitution cellulaire et la production  d'énergie.

La texture des aliments 

Les glucides sont responsables de la texture de certains aliments. C’est l’amidon dans les pains ou les pectines dans les gelées ou encore la cellulose des fibres contenus dans les aliments. Les amidons, hydratés et chauffés forment des gels de texture voulue qui sont la forme ordinaire des aliments glucidiques. 

Le rôle physiologique des glucides

Principale composante des fibres alimentaires, la cellulose participe à la digestion des aliments à la fin de laquelle elle constitue le ballast et favorise l’évacuation des résidus. 

Le rôle des  glucides dans la constitution de l'organisme

Les glucides entrent dans la composition des tissus fondamentaux  de l’organisme: le  ribose et le désoxyribose sont les constituants d’acides nucléiques (ARN, ADN); l’acide hyaluronique un  mucopolysaccharides  est le composant principal des tissus de connections.

Le rôle  énergétique

Les glucides apportent de l’énergie à l’organisme. Ils constituent la source énergétique la plus abondante de l’alimentation. Carburants de l’organisme, les glucides sont exploités par celui-ci sous leur forme la plus simple, l’ose. Ainsi l’amidon du pain est hydrolysé par des amylases, enzymes salivaires et du tube digestif, il entre dans la voie métabolique par ses constituants élémentaires dont le glucose. 

Le glucose, par la voie de la glycolyse (Figure 10), la dégradation des glucides simples, libère de l’énergie sous forme d’ATP (Adénosine triphosphate). Le produit final de la glycolyse est l’acide pyruvique ou pyruvate, qui, chez l'homme, entre dans le cycle de Krebs par l'acétyl CoA (Figure 32  )pour être dégradé en CO₂ et H₂O. 

Figure 10 - Étapes de la glycolyse et la production d'éthanol chez la levure Saccharomyces

Bilan de la glycolyse

Ainsi, l’apport des glucides à l’organisme, c’est l’énergie sous forme d’ATP et le pyruvate précurseur (directement ou par les intermédiaires du cycle de Krebs) de la biosynthèse de constituants élémentaires de l’organisme. L'acétyl CoA est le précurseur d'acides gras (non essentiels) composants des lipides, tandis que les composants des protéines (acides aminés non indispensables) ont l'acide pyruvique et des intermédiaires du cycle de Krebs (l'acide oxaloacétique et l'acide a-cétoglutarique) pour précurseurs.  

Par ailleurs, par l'acide  oxaloacétique, les intermédiaires du cycle de Krebs, sont aussi des précurseurs du glucose  et du glycogène (polymère de glucose et  forme de stockage).            

Chez l'homme existe une autre voie de dégradation du glucose :  le cycle des pentoses phosphates. Sous l'action de la glucose 6 phospho- déshydrogénase enzyme à NADPH2, le glucose est oxygéné en acide 6 phospho-gluconique. La décarboxylation oxydative de l'acide 6 phospho-gluconique conduit à la formation du ribulose 5 phosphate puis au ribose 5 phosphate par isomérisation. Une réaction d'enzyme transcétolase sur un autre pentose phosphate, le xylulose puis sur le le ribose 5 phosphate conduit respectivement à la formation du  glycéraldéhyde-3-phosphate et d'un composé à sept atomes de carbone, le sedoheptulose. L'action d'une transaldolase sur ce composé conduit à la formation du fructose 6 phosphate, qui , par isomérisation donne du glucose 6 phosphate. 

Bilan du cycle des pentoses phosphate

Le cycle des pentoses phosphate est source du glucose endogène par l'isomérisation du fructose-6-phosphate en glucose-6-phosphate et par la glycogénonéogenèse . par déficience des enzymes du cycle. 

Les sources des glucides alimentaires

Les glucides alimentaires sont de toutes les sources organiques des aliments de la figure 3. 

Les sources végétales

Les glucides sont les premiers produits formés au cours de la photosynthèse qui est la réduction du gaz carbonique (CO₂) en substances carbonées et le rejet de l'oxygène. Elle se déroule en deux phases : la phase lumineuse et la phase d'obscurité. Chez les plantes vertes terrestres, dans les conditions naturelles, la première phase est de jour et correspond à la production d’ATP (Adénosine triphosphate); la seconde phase qui est de nuit, utilise l'ATP à la synthèse du glucose.  La figure 11 résume ces étapes.

Tous les produits d’origine végétale contiennent des glucides, seule la nature et la quantité diffèrent d’un produit végétal à un autre (Figure 12 et 13).                    
Les principales sources de glucides alimentaires sont les fruits et légumes, les céréales, les tubercules et les légumineuses. 

Les fruits et les légumes

Les fruits et les légumes frais sont constitués d'au moins 80% d'eau. Le reste est composé principalement de glucides. Les fruits charnus (la pomme) sont la principale source alimentaire de fructose, un ose simple. Le glucose et les fibres sont les principaux glucides des légumes. 

Les  céréales

Les glucides sont les principaux constituants des grains de céréales. Ils représentent environ 80% de la matière sèche (m.s).  L’amidon et les fibres en sont les principaux composants (Figure 12).

Figure 12 - Composition des grains de céréales

Les tubercules

Les glucides représentent la quasi-totalité de la matière sèche (m.s) des tubercules (Figure 13). L’amidon, le saccharose, l’inuline un polymère du fructose constituent les principaux glucides des tubercules.

Figure 13 - Les glucides des tubercules 

Les légumineuses

Les principaux glucides des graines de légumineuses sont l’amidon, les fibres et les glycoprotéines. Contrairement aux céréales qui ont approximativement la même teneur en glucides, les légumineuses ont quasiment la même teneur en protéines mais diffèrent par la teneur en glucides et en lipides (Figure 14). Ainsi l’on distingue les légumineuses oléagineuses, comme l’arachide, riches en lipides, des légumineuses "simples"comme le haricot riches en glucides 

Figure 14 - Composition des graines de légumineuses

Les sources animales

    Le miel

La source la plus importante du fructose d’origine animale est le miel, la production des abeilles . Il y est à égale quantité avec le glucose.

    Le lait et le fromage

Le galactose et le lactose (diholoside de galactose et de glucose) constituent les principaux sucres du lait.

    Le sang et le muscle

L’organisme animal peut synthétiser le glucose source d’énergie en utilisant les produits de la dégradation des acides aminés. Le glycogène, polymère de glucose est  la forme de stockage du glucose dans le foie et les muscles.

La source micro-organismes

Dans le règne des protistes, les glucides d’intérêt alimentaire   se rencontrent principalement chez les algues (voir article n° 11 - Tableau XXXVII). Ces glucides, sont communément appelés des gommes et servent comme agents de texture.  

Les glucides et l'environnement

La cellulose est le composé glucidique le plus utilisé par l'homme et le plus répandu dans la nature comme déchets domestique (le papier, les vêtements, les meubles...) mieux biodégradable que les plastiques, il n'en demeure pas moins que leur destruction dans la nature peut être longue. En dehors du recyclage, de l'incinération et du traitement acide des voies biologiques existent et peuvent faire effet :  l'utilisation de certains insectes les criquets, les termites; la transformation  des déchets en granulés pour l'alimentation animale...  mais quelles seront les conséquences  écologiques et éthiques ?

La paroi et la capsule de microorganismes (Leuconostoc) est constituée de mucopolysaccharides. Ces microorganismes sont préoccupants en nettoyage et entretien des installations dans l’industrie sucrière et assimilées.

Les glucides dans l'histoire de l'aliment

Les glucides, de toutes leurs sources sont les constituants les plus présents dans l'histoire de l'aliment. L'occupation des sols fut d'abord pour la production agricole :  les produits laitiers en quantité et en qualité nécessitent un bon pâturage, la domestication des plantes pour leurs grains, graines, racines et tubercules,  bulbes, fruits et feuilles  a eu pour conséquence la recherche des meilleurs terres pour champs, vergers et potagers.

Les glucides et l'histoire de l'aliment concerne tout ce que représente ou sont certaines de leurs sources dans la pensée des hommes. A ce sujet, on peut citer : le miel et ses produits, le pain, les gâteaux, les galettes et le vin.

L'appât du sucre (saccharose) et produits dérivés des nouveaux besoins alimentaires (café, thé, confiseries, chocolat, boissons...), source des "nouvelles" maladies, place les glucides au premier plan des produits de la veille de l'hygiène nutritionnelle.  

Les glucides de l'alimentation et la santé

Le carburant de l'organisme

L’énergie nécessaire au métabolisme est apportée par la dégradation (combustion) de certains constituants de l’aliment.

Cette énergie est transformée en travail, chaleur et en composés porteurs de liaisons riches en énergie, l’Adénosine triphosphate (ATP).

La dégradation totale d'une molécule de glucose en CO₂ et H₂0 fournit 30 ATP environ sinon 38 ATP en négligeant toute autre utilisation des transporteurs d'hydrogène NAD/NADH₂

La dépense énergétique de l’organisme est d’entretien (et aussi d’élimination) ou de production et de reproduction.

Les glucides sont avec les lipides les principaux  fournisseurs d’énergie à l’organisme.

L'hygiène alimentaire

La formation de certains composés bruns lors de la cuisson, (caramélisation et réaction de maillard) peut déprécie la qualité nutritive  des aliments. 

La fabrication des médicaments

Dans la fabrication des comprimés par exemple,  le principe actif peut nécessiter la présence d'adjuvant (liant, diluant, agglutinant, lubrifiant, délitant ou mouillant) qui peut être un composé glucidique.

La pathogénicité des germes

La virulence de certaines bactéries pathogènes est liée à la nature glucidique de leur capsule (pneumocoques par exemples). 

Les maladies nutritionnelles 

Un excès de sucre dans le sang est source de maladies nutritionnelles dont le diabète. Cet excès peut avoir diverses origines : l'apport de l'alimentation, un dysfonctionnement de l'ingénierie du métabolisme des glucides (dégradation et/ou synthèse) et dans tous les cas un défaut lié à la fonction de l'insuline (pénétration du glucose dans les cellules, sa dégradation ou sa polymérisation en glycogène). Ce défaut peut être lié à l'état physiologique de l'individu, les longues périodes de jeûne où l'hormone peut être amenée à faire face à la fois à plusieurs de ses activités. L'insuline a une action sur le métabolisme des glucides aussi bien que sur celui des lipides et des protéines. Considérant les différentes actions de l'insuline, il ne serait pas excessif de dire ceci du diabète : "une maladie ordinaire" car peut être induite par de nombreux facteurs à savoir ceux qui sont propres à l'insuline (sa production et sa fonction) et ceux liés à ses cibles; le diabète, "une maladie ordinaire, mais pas du tout banale" compte tenu de la gravité que comporte toute maladie,  le "non bien-être" et ses conséquences dont les effets handicapants. 

L'origine de l'excès du sucre dans le sang peut être résumée par la figure 15 ci-après. Suite