Protéine de lactosérum
Protéine Whey
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La protéine de lactosérum ou whey est un mélange de protéines globulaires extraites du petit-lait ou lactosérum (co-produit de la fabrication du fromage). Le lactosérum contient des protéines et du lactose, en proportion variable selon qu’il provient d’une coagulation enzymatique, généralement avec de la présure, ou d’une coagulation acide. La whey isolate est la forme la plus filtrée, donc celle qui contient le moins de lactose.
La whey est généralement commercialisée en tant qu'additif dans l'industrie agroalimentaire, en particulier comme complément alimentaire, et dans l'industrie de l'alimentation animale comme composant de lactoremplaceur par exemple.
Les termes « whey proteins » (protéines de lactosérum en anglais), « whey » (au féminin) par simplification, sont utilisés professionnellement et commercialement dans les domaines du sport et de la musculation. Le terme whey vient de l'ancien anglais hwæg (prononcé "hwayg"), signifiant "lactosérum".
La whey est normalement uniquement issue du lactosérum, mais certains produits appelés "Protéines en poudre" peuvent combiner whey et protéines de soja (qui sont moins chères et souvent considérées comme ayant un profil d’acides aminés moins favorable que la whey).
Les études scientifiques montrent que la whey peut aider à couvrir les besoins quotidiens en protéines, ce qui peut contribuer à limiter la fonte musculaire, et qu’associée à un entraînement en résistance, elle peut favoriser la prise de masse musculaire et la force[1].
Production
Le lactosérum est produit lors de la coagulation du lait durant le début du processus de production des fromages. Il contient tout ce qui est soluble dans le lait après que le pH soit tombé à 4,6 pendant le processus de coagulation[2]. C’est une solution d’eau à 5 % de lactose, qui contient aussi des minéraux et des protéines solubles, principalement la lactalbumine [3],[4]. Le lactosérum est le liquide jaunâtre qui se forme naturellement lors de l'égouttage d'un fromage en faisselle ou plus marginalement à la surface du yaourt lorsque celui-ci repose, manifestation visuelle de la séparation entre les phases liquide et solide.
La matière grasse résiduelle est séparée et réutilisée pour l'alimentation humaine[3] ou animale. Le produit est ensuite transformé par séchage et la teneur en protéines en est augmentée en éliminant les lipides et d'autres matériaux non-protéiques[5].
À titre d’exemple un séchage par atomisation après filtration sur membrane (ultrafiltration) permet de séparer les protéines du reste du lactosérum[6]. Les protéines du lactosérum peuvent être dénaturées par la chaleur (en particulier avec les 72 °C associés au processus de pasteurisation), ce qui déclenche des interactions hydrophobes avec d'autres protéines et la formation d'un gel de protéine[5]. Un lactosérum dénaturé par la chaleur peut encore provoquer des allergies chez certaines personnes[7].
Dix litres de lait de vache permettent de produire 1 kg de fromage et 9 L de lactosérum (soit 600 g de lactosérum en poudre).
En tant que sous-produit du processus de fabrication du fromage, le lactosérum peut être refusé par les personnes végétaliennes.
Production microbienne
Des micro-organismes ont été modifiés pour produire des protéines similaires à celles du lactosérum[8]. Les protéines issues de la production microbienne sont généralement considérées comme compatibles avec les régimes végétaliens.
Composition
Le produit vendu comme « protéines de lactosérum » est un concentré de protéines globulaires essentiellement composé d'albumines isolées à partir de lactosérum ; sa composition varie selon le type de lait et l’animal qui a produit ce lait. Ainsi environ 20 % des protéines du lait de vache ou de chèvre[4] sont retrouvées dans le lactosérum, les 80 % de protéines restant étant de la caséine[9], alors que les protéines du lait humain se retrouveraient à 60 % dans le lactosérum, les 40 % restant étant de la caséine humaine[10]. La fraction protéique du lactosérum constitue environ 10 % du total sec des solides du lactosérum. Ces protéines sont typiquement un mélange complexe de β-lactoglobuline, d'α-lactalbumine, d'albumine de sérum bovin (~8 %) (voire de l'albumine sérique), d'immunoglobulines[11] et de traces de caséinomacropeptides. Toutes ces protéines sont solubles dans leurs formes natives, et indépendamment du pH.
Source de cystéine
La cystéine est l’un des acides aminés présents dans la protéine de lactosérum (mais aussi dans de nombreux aliments). Elle est utile à la synthèse du glutathion dans le corps, qui est un antioxydant cellulaire ubiquitaire. Des expériences de laboratoire ont suggéré que les protéines de lactosérum et certains de ses composants pourraient réduire le risque de cancer chez les animaux (la caséine notamment aurait des propriétés antimutagènes), ce qui suggère une voie pour la recherche médicale future[12].
Principales présentations
Les protéines de lactosérum sont vendues sous différentes formes[13] :
- Les « concentrés de protéines sériques » (en anglais Whey protein concentrates ou WPC) ont généralement un taux très bas (mais néanmoins encore significatif), de graisse et cholestérol, et en général – par rapport aux autres formes de protéines issues de lactosérum – ils ont des niveaux plus élevés de « composés bioactifs » (immunoglobulines, lactoferrine) et de lactose. Ils contiennent jusqu'à 80% de protéines pures en poids.
- Les « isolats » (en anglais Whey protein isolates ou WPI) ont été traités pour supprimer la graisse et le lactose, ils ont généralement moins de « composés bioactifs » ; ils sont composés à plus de 90 % de protéines (en poids). Tout comme les concentrés de protéines de lactosérum, ils ont un goût doux à légèrement laiteux.
- Les « hydrolysats » (en anglais Whey protein hydrolysates ou WPH) sont des protéines de lactosérum qui sont en quelque sorte prédigérées (partiellement hydrolysées) pour faciliter leur métabolisation. Leur coût est plus élevé[5].
Le lactosérum hautement hydrolysé est a priori moins allergène que d'autres formes de lactosérum[7]. - Les « protéines de lactosérum natives », sont extraites par ultrafiltration à partir de lait écrémé (et non pas un co-produit de la production de fromage) ; elles contiennent donc en plus la caséine du lait mais pas de glycomacropeptides [14]. Finalement sa composition va se rapprocher fortement de celle d'un kéfir de lait écrémé. On peut trouver aussi des « protéines solubles de lactosérum natives » qui donc ne contiennent pas de caséine. La prétendue supériorité de ces protéines « natives » relèverait cependant simplement du marketing[15].
- Les protéines de lactosérum fermentées. La fermentation naturelle sous forme de kéfir permet de supprimer le lactose, d'améliorer la digestion du produit et de l'adoucir[16].
Utilisation industrielle
De grandes quantités de lactosérum et donc de protéines de lactosérum issues de l'industrie fromagère sont aujourd'hui disponibles. En effet, les fabrications « fromagères » par ultrafiltration permettant de récupérer ces protéines à la source existent mais sont restreintes (Pavé d'Affinois, Saint-paulin …). La réincorporation de ces protéines dans le caillé pose des problèmes de texture sauf dans les fromages fondus[17]. La fabrication des fromages de lactosérum ou « recuites » est également restreinte. L'utilisation traditionnelle du lactosérum frais pour la nutrition des porcs ou des bovins est aujourd'hui délaissée par les éleveurs car jugée de mise en œuvre complexe. Les législations environnementales obligent à récupérer ou à traiter le lactosérum. Le traitement en station d'épuration est couteux car la demande biologique en oxygène ou DBO du lactosérum est élevée[17].
Dans ces conditions, la valorisation des produits du lactosérum après craquage et en particulier celle des lactoprotéines est aujourd'hui considérée par les industriels comme la meilleure solution économique[18].
Les protéines de lactosérum peuvent être utilisées comme texturant, gélifiant émulsifiant ou moussant[17]. Elles sont utilisés dans les yaourts, les fromages fondus, les crèmes glacées, les potages déshydratés, les boissons, les mousses de foie, en confiserie et en boulangerie-pâtisserie, dans les laits infantiles et les lactoremplaceurs[19], enfin en général pour donner du moelleux aux plats préparés (aptitude à la rétention d'eau)[17]. Leur image auprès du grand public est meilleure que celles des additifs qu'elles peuvent remplacer comme les agents épaississants (amidon modifié), les agents gélifiants (gélatine) ou émulsifiants (Mono- et diglycérides d'acides gras, E471)[18].
Elles sont particulièrement appréciées dans les compléments alimentaires destinés à la nutrition sportive, la nutrition clinique et la nutrition du troisième âge.
Elles peuvent être utilisées en alimentation animale industrielle[17], pour la culture des levures[17] et comme cosmétique[20].
Effets sur la santé
L'utilisation importante de protéines de lactosérum comme source d'acides aminés dans les compléments alimentaires, et leurs effets sur la santé publique ou individuelle fait l'objet d'études approfondies, allant de la performance sportive à la nutrition clinique[21].
Allergénicité et digestibilité
C'est la caséine qui est potentiellement la principale protéine allergisante du lait ; elle est retenue dans le caillé lors de la fabrication du fromage alors que le lactosérum ne récupère que les protéines solubles dans l’eau et non polymérisées. Dans les préparations purifiées comme les isolats, le lactose est également retiré, facilitant la digestion pour les personnes intolérantes. Toutefois, les protéines du lactosérum, notamment la bêta-lactoglobuline, peuvent rester impliquées dans certaines allergies au lait.
Synthèse musculaire, récupération et sarcopénie
Le lactosérum est une source abondante d’acides aminés à chaîne ramifiée (BCAA)[22], utilisés pour stimuler la synthèse des protéines via la voie de signalisation mTOR[23].
- Performance : La leucine, ingérée en grande quantité, stimule la synthèse protéique, ce qui facilite la récupération et l'adaptation au stress des exercices sportifs[24],[25]. Peu après un exercice vigoureux, sa consommation peut stimuler l'hypertrophie musculaire[26].
- Sarcopénie : La whey joue un rôle clé dans la lutte contre la sarcopénie (fonte musculaire liée à l'âge). En raison de sa digestion rapide, elle provoque une augmentation soudaine et massive du taux de leucine dans le sang (pic de leucinémie). Ce signal fort permet de surmonter la "résistance anabolique" chez le sujet âgé, favorisant ainsi le maintien de la masse maigre et de l'autonomie[27].
- Spécificité : Hulmi et al. (2009) ont toutefois observé que les bénéfices peuvent varier selon les groupes musculaires, avec un gain marqué sur le muscle vaste latéral mais moins prononcé sur d'autres zones[25].
Santé métabolique et immunitaire
Au-delà du sport, les protéines riches en acides aminés essentiels (EAA) sont associées à une amélioration de la santé métabolique : aide à la perte de graisse corporelle, diminution des triglycérides plasmatiques et réduction de la pression artérielle[28]. Le lactosérum soutient également le système immunitaire en fournissant de la cystéine, précurseur du glutathion (un antioxydant majeur), ainsi que de la lactoferrine aux propriétés antibactériennes.
Intérêt pour l'apport protéique quotidien
Au-delà du sport, la protéine de lactosérum est un levier efficace pour atteindre les apports nutritionnels recommandés (environ 1 g/kg de poids corporel pour un adulte). Elle est particulièrement utile lorsque l'alimentation solide ne suffit pas à couvrir ces besoins.
- Densité nutritionnelle : Elle offre l'une des meilleures valeurs biologiques disponibles, garantissant que la quasi-totalité des acides aminés ingérés est utilisée par l'organisme pour le renouvellement cellulaire et le maintien des tissus.
- Optimisation calorique : Grâce à son ratio protéines/calories très élevé, elle permet d'atteindre son quota protéique sans excédent calorique majeur, contrairement à certaines sources de protéines animales ou végétales plus riches en graisses ou en glucides.
- Praticité et satiété : Sa forme soluble facilite la consommation en cas de manque d'appétit ou de contraintes de temps, tout en favorisant la satiété, ce qui aide à la régulation du métabolisme de base et à la gestion du poids, même chez les individus peu actifs.
Précautions et risques potentiels
- Fonction rénale : Les travaux récents indiquent qu'une consommation élevée n'altère pas les reins chez les individus sains, mais elle reste déconseillée en cas d'insuffisance rénale préexistante[29].
- Dermatologie : Il existe un lien documenté entre la consommation de lactosérum et l'exacerbation de l'acné chez certains sujets via la stimulation de l'IGF-1, cette dernière stimule la croissance et la kératinisation des follicules[30].
- Qualité de fabrication : Une distinction est faite entre les protéines « fromagères » et les « protéines natives » (extraites directement du lait à basse température), ces dernières préservant mieux les fractions protéiques fragiles.
