Intrt des phytases en alimentation animale

Intrt des phytases en alimentation animaleMots Cls: Phytase , acide phytique, phosphate. Etudiants: Anglique Everaere Pierre Marie Peran Simon Balzer Kevin BlondelJury: Bizeray Filoche . D Caudrillier . J Anton Gay . P

Promotion 1514me anne Agri PA

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1Plan Introduction Rle du phosphore dans lorganismeBesoins chez le porcBesoins chez la volailleLes sources de phosphoreLes phytatesLes phytasesPrsentation des phytasesFonctionnementProblmes de fonctionnement Relations ioniquesLes intrtsIntrts de productionIntrts conomiquesIntrts environnementauxConclusion22Introduction et gnralits.Quel domaine : Enzymologie digestiveQuel lment : Le Phosphore prsent dans les phytatesQuel enzyme : La PhytaseContexte dhier et daujourdhuiLes espces tudies

33Rle du phosphore dans lorganismeRle plastique et dynamiqueRactions cellulaires biochimiquesP = constituant ATP, acides nucliques croissance et diffrenciation cellulaireConstituant des phospholipides (membranes)Equilibre osmotique, fertilit et reproduction[]4Mtabolisme du phosphore.Rle plastique et dynamiqueImportant dans les ractions cellulaires biochimiquesP = constituant de lATP, des acides nucliques donc important pour la croissance et la diffrenciation cellulaireConstituant des phospholipides (membranes)Intervient aussi dans lquilibre osmotique, dans la fertilit et la reproduction des animaux[]4Proportion P = 1% chez ladulte25% des MMRpartition :Tissus osseux = 70-75%Tissus mous = 20-25%FluidesBesoins en P = Besoins dentretien+ Besoins Croissance, ge & type de production+ Besoins Gestation ou Besoins en lactation5Chez le porc :Proportion de P atteint environ 1% chez ladulteIl reprsente 25% des matires minralesSa rpartition dans lorganisme est la suivante :Tissus osseux = 70-75%Tissus mous = 20-25%-Le reste dans les fluides

Les besoins totaux en phosphore =Besoins dentretien+ besoins pour la croissance, ceux-ci diminue avec lge et sera fonction du type de production : exemple pour un porc croissance rapide, il faut compter 5 7g de P/kg de gain+ besoins lors de la gestation : ceux-ci ne sont prendre en compte que lors du dernier tiers de la gestation pour le dmarrage de la minralisation du ftus lordre de 2g/jourOu besoins pour la lactation : pour 5 semaines de lactation, il faut compter 1,5g de P/kg de lait5

Tableau 1 : Apports alimentaires de phosphore recommands pour le porcelet et le porc en croissance-finition (INRA, 1979 cit par GUEGEUN et al., 1983)Tableau 2 : Apports alimentaires de phosphore recommands pour la truie (INRA, 1979 cit par GUEGUEN et al., 1983)667Chez la volaille :Rpondre aux besoins de lorganisme:

Structure cellulaire et squelettique Ponte et croissance EntretienPathologies lies l excs ou aux carences :

En excs : dformations osseuses, problmes locomoteurs. En carence : Problmes de production, croissance, reproduction.7Les sources de phosphorePhosphore dorigine animale : ex des farinesPhosphore dorigine vgtale : molcules organiquesPhytates 8

Figure 1: Structure chimique du myo-inositol, de lacide phytique et des phytates, B. SAUVEUR, 1989Phosphore dorigine animale : les farines contiennent beaucoup de P inorganique et disponible pour lanimal (ex : farine dos ont 95% de P dispo)Phosphore dorigine vgtale : Sous forme de molcules organiques telles que les phospholipides des membranes, les phosphoprotines et les phosphoglucides absorbables mais peu prsentSous forme de phytates orthophosphate absorbable pour lanimalP absorb ++ sous forme inorganique principalement dans la moiti proximale de lIG mais aussi partiellement dans la partie distale et un peu le gros intestin8Acide myo-inositol hexaphosphorique (IP6)Composant essentiel des graines = Rserve

9Les phytates

Tableau 3 : Rpartition des diffrents inositol-phosphates dans quelques matires premires, INRA, cit par A. POINTILLART, 1994Quon appelle encore acide phytique CALCUL !!!Acide myo-inositol hexaphosphorique (IP6) = x-mmes impliqus dans des liaisons de cations ce qui provoque des problmes de disponibilit (tq Ca2radical inositol esthrifi par 6 radicaux phosphate eu+, Mg2+)IP6 composant essentiel des graines (crales et lgumineuses) class avec les fibres pour ses implications nutritionnelles mais aussi sous forme dIP5-4-3-2-1. (formes assimilables = 1-2-3) = Rserve de P, de minraux et de glucides pour la plantule pour sa germination

9De 45 90% sous cette forme selon les espces10

Tableau 4 : Phosphore phytique (en g/kg) des principales matires premires en alimentation animale, INRA, cit par A. POINTILLART, 1994.Pour convertir P phytique en acide phytique, diviser par 0,2821011

Tableau 5 : Localisation de lacide phytique dans le grain, INRA, cit par A. POINTILLART, 1994. Rpartition des phytates dans la graine :Localisation des phytates pas constante selon les espces et autres, bl, seigle comme la plupart des monocotyldones prsents pour 80-90% dans les couches externes, mais mas dans germe alors que pour les dicotyldones, fraction la plus riche = globodes. Ils sont contenus dans les couches daleurone principalement et dans les parties externes (membranes)

11Les Phytases:Les phytases naturelles12Les phytases vgtales : 6-phytase : dphosphorilyse en 6 Dans les graines Variable selon lespce = leve bl, seigle et triticale Mme localisation que les phytatesLes phytases intestinales :3-phytase produite /flore microbiennePrsentes naturellement dans les graines Ncessaire pour hydrolyser les phytates (pour le processus de germination) EC31386-phytase : elle dphosphorilyse la phytate en position 6Activit phytasique varie selon lespce = leve chez le bl, le seigle et le triticalComme les phytates, elle est localise principalement dans laleurone ou encore les parties externesLeur activit dpend de la temprature (optimal 50C, dnaturation ds 60C) et du pH (loptimal se situant 5). Des variations peuvent linhiber de faon irrversible problme au passage de lestomacOn voit une relation linaire chez le porc entre lactivit phytasique alimentaire et la dgradation de lacide phytiqueProblme : lors du traitement des aliments ou de granulation par la vapeur inactive la phytaseAutres problmes : Ca forme des phytates stables rsistants lattaque de lenzyme / combinaison possible avec des protines sous forme complexe donc idem rsistants lattaque des enzymes / [phytate] trop leve.Phytase scrte par lanimal et phytase produites par la flore microbienne (do chez le ruminant pas de problme dabsorption puisque flore ++)Problme : activit trs peu importante et donc pas suffisante pour hydrolyser les phytates prsents noter que la teneur en phytate des rgimes ninflue pas sur lactivit phytasique de la muqueuse intestinale12Systme unitaire et variation entre espce13

Tableau 6 : Activit phytasique moyenne des matires premires (U/kg, une unit correspond la libration dune mole de P/min partir du substrat phytate de sodium, pH 5,5 et 37C (INRA, A. POINTILLART, 1994)13Les phytases naturelles14Activit variable selon temprature et pH Passage de lestomac Traitement des aliments ou de granulation par la vapeur Activit trop faible /[phytates] Maturation de la graine Fermentation des grainesRle ngligeable sur lhydrolyse des phytates Ncessit de trouver une autre solution pour hydrolyser les phytates% phytate ninflue pas sur lactivit phytasique de la muqueuse intestinale

14Les phytases naturelles15

Tableau 7 : Estimation du temps de sjour des aliments et des changements de pH le long du tube digestif chez le porc (VANBELLE et al., 1990)15Les phytases exognes : Origine Processus de fonctionnementIntrts16Objectifs de fabrication:Supporte le stockage temprature ambianteSupporte le processus technologique de fabrication.Rsiste au PH gastrique ou au niveau du Gsier.Action efficace sur le substrat. 16Fonctionnement de la phytase exogne17

Figure 2 : Effet du pH dincubation sur lactivit de la phytase daspergillus ficuum une temprature dincubation de 40C, SIMELL et al., 1991Figure 3 : Effet du pH dincubation sur lactivit daspergillus ficuum une temprature dincubation de 37C, SIMONS et al., 199017Fonctionnement de la phytase exogne18

Figure 4 : Effet de la temprature sur lactivit de la phytase microbienne dAspergillus ficuum, NAIR, 199118Fonctionnement des phytases

19Phytate doit tre en solution aqueusePhytase activit variable selon pH, TC, dure de contact avec le substrat, prsence dions mtalliques, dions Ca, Mg, et de vitamine DFigure 5 : Action de la phytase sur lacide phytique, P. LEBORGNE, 1992-199319Relation ioniquesLorsquil ny a pas de prsence de phytases microbiennes: prcipitation des cations Ca2+, Cu2+,Zn2+ et Mg2+ avec lacide phytique Formation de phytates et diminution de labsoption au niveau du tissu intestinal

Solubilit dans leau du phytate:Cu2+ > Zn2+ > Ni2+ > Mn2+ > Fe3+ > Ca2+Cette solubilit dpend du pH:Plus le pH est bas, plus la solubilit est accrue20La solubilit des diffrentes formes de phytates influence grandement lutilisation digestive du phosphore phytique20Zinc

21La teneur en zinc dans les matires premires est corrle avec la teneur en phosphore phytiques

Cependant, la complexation entre lacide phytique et le zinc rduit labsorption des diffrents lments

Laddition de phytase microbienne amliore la disponibilit du zinc, ainsi que lajout dacides organiques et de vitamines D

Figure 6 : Teneur en zinc des matires premires en fonction de leur teneur en phosphore phytiques, INRA-AFZ, 200221CalciumLe phytate de calcium est le moins soluble des phytates

Lajout de Calcium alimentaire na pas dinfluence sur le mcanisme de libration du phosphore dans le tube digestif par la phytaseMais: Ca alimentaire rduit la digestibilit du phosphoreUn manque de Calcium entraine une fixation minrale osseuse rduite Pertes de phosphore urinaire important223 types dintrts:Pour la productionconomique Environnementale

23Les intrts23Intrts de production

Amliorent la digestibilit du phosphore vgtal chez le porc et le pouletImportant dans le mtabolisme du phosphore pendant la priode ponteImportant facteur de croissance durant la priode juvnileJouent un rle dans le mtabolisme calcique et la formation des osPeuvent combler les carences dun rgimePossibilit de ne pas utiliser de phosphore minral

24Par lintermdiaire des phytases vgtal ou microbienneLors du phnomne de ponte on dgradation osseuse libration pour la formation de la coquille hors le calcium ds les os est sous forme de phosphate tricalcique donc lors de libration du calcium on a aussi libration de phosphore donc limination de P ds les urines chute du taux de phosphate combler par lintermdiaire des phytases24Intrts conomiques

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Diminution des achats de matires premiresTableau 8 : Exemple de calculs dconomie de phosphore possible avec la phytase, INRA, POINTILLART, 199425Intrts environnementauxDiminution des rejets de phosphore (environ 61% (P.H.SELLE, 2006)) et de zincLimitation de la pollution des rivires et des nappes phratiques

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Figure 7 : Diagramme de la pollution du phosphore, BEDFORD ET AL., 198326Intrts environnementaux27

Tableau 9 : Quantit dlments fertilisants produits par porc en fin dessai et bilan dutilisation du phosphore, J.CASTAING, 19972728

Figure 8 : Effet des supplmentations graduelles de phytase sur la disponibilit du phosphore dans des rgimes pour poulets de chair (SIMONS et al., 1990)Une unit phytase = quantit denzyme ncessaire pour librer une mol de phosphore inorganique du phytate de sodium par minute pH 5,5 et 40C.28ConclusionDiffrents types de phytasesAugmentation de lassimilation de phosphore et amliore la croissanceUne solution pour diminuer: les cots de productionLes rejets phosphors29Phytase vgtal et intestinale trop peu active donc on doit changer les rations pour rquilibrer et au augmenter les apport de phytase vgtal par lintermdiaire de grains broy (son) et dautres part un apport de phytase microbienne qui augmente de faon consquente les absorptions de phosphore engendre diminution de lapport de phosphore minrale et une diminution des rejets importants pour lenvironnement et pour le cout

29BibliographieMmoire Intrt dune phytase microbienne dans lalimentation de porcs lengraissement, M.-A. LE GOLFF, 1991-1992Mmoire La phytase microbienne : influence sur les performances et sur lossification des poulets de chair et poules pondeuse, M. LE HELLOCOM, 1993-1994Mmoire Lossification des poulets de chair : importance des minraux et des vitamines. Etude sur la phytase microbienne, P. LEBORGNE, 1992-1993Phosphore phytique et phytases dans lalimentation des volailles, INRA, B. SAUVEUR, 1989Phytates, phytases : leur importance dans lalimentation des monogastriques, INRA, A. POINTILLART, 1994Le zinc dans lalimentation du porc : oligo-lment essentiel et risque potentiel pour lenvironnement, INRA, P.S. REVY, C. JONDREVILLE, J.Y. DOURMAND, Y. NYS, 2003 Utilisation des enzymes exognes en alimentation porcine et avicole, UNIV. DE LIEGE, Y. BECKERS, F. PIRON, 2009Effets de la 3-phytase daspergillus niger sur les performances zootechniques et les caractristiques de la coquille duf de poules pondeuses recevant des aliments base de bl ou de mas, BASF NUTRTION ANIMALE,ISA, M. ROUAULT, P. JOLY, M. MAGNIN, 2007

3030Bibliographie Effet de lapport dune phytase microbienne (ronozyme P5000) chez le canard de barbarie sur la rtention du phosphore, INRA, DSM NUTRTIONAL PRODUCTS, M-D. BERNADET, G. GUY, J. BROZ, Y. NYS, 2005 Mta-analyse de leffet de la phytase dans les aliments pour porcs, UNIV. LAVAL, INRA, INAPG, CENTRE DE RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT SUR LE BOVIN LAITIER ET LE PORC, P.J BAILLEUL, JF BERNIER, J. VAN MILGEN, D. SAUVANT, C. POMAR, 2001 Influence de lincorporation de phytase microbienne dans les aliments, sur les performances, la rsistance osseuse et les rejets phosphors chez le porc chez le porc charcutier, CHAMBRE DAGRICULTURE DES CTES DARMOR, INRA, P. LATIMIER, A. POINTILLART, A. CORLOUER, C. LACROIX, 1994 Utilisation de phytase microbienne dans des aliments base de mas humide pour le porc charcutier, ASSOCIATION GENERALE DES PRODUCTEURS DE MAS, AGPM, J. CASTAING, J.G. CAZAUX, R. COUDURE, M. TUCOU, 1997 Effect of reduced dietary calcium concentration and phytase supplementation on calcium and phosphorus utilization in weanling pigs with modified mineral status. JOURNAL OF ANIMAL SCIENCE, LtourneauMontminy, M.P., Narcy, A., Magnin, M., Sauvant, D., Bernier, J.F., et Jondreville, C., 2010

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