Fermentation is a widely used method of natural food préservation that has conséquences on the texture, taste and nutritional value of the transformed food. With a consumption reaching to 23 and 30 kg per person per year in the United States and Europe respectively, fermented dairy products occupy nowadays an undeniable place in Western diets. Extensive nutritional investigations have been conducted regarding their ability to exert health benefits beyond their nutritional qualities, with particular interest in yoghurt, which represents around 40 % of consumed fermented dairy products.
The present work is part of the project "F3 - Function of Fermented Food" jointly led by Agroscope (Bern, Switzerland) and Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV, Lausanne, Switzerland). The aim of the F3 project is to evaluate the functional response of subjects exposed to a fermented dairy product. In a double-blinded, randomized crossover study, 14 healthy men consumed a probiotic yoghurt and a chemically acidified milk as a non-fermented control. The functional response to the ingestion of yoghurt was assessed in sérum using untargeted MS-based metabolomics, postprandially after the acute intake of the test products and in fasting sérum after a two-week daily intake period. In addition, the metabolic footprint of fermentation was assessed in the milk products.
Multivariate statistical analysis revealed that the intake of yoghurt left a marked footprint in postprandial sérum metabolome compared to the non-fermented milk intake. Among the identified metabolites, sérum levels of four indoles derivatives were modulated and seven free amino acids presented higher sérum level after yoghurt intake. Non-fermented milk intake was characterized by higher postprandial levels of five bile acids. In addition, based on the postprandial results, fasting sérum samples after short-term daily intake could also be differentiated. Moreover, the acute intake of the dairy products was characterised by a postprandial increase of sérum lactose, in particular after milk intake. This increase was observed in each of the participants with a pronounced inter-individual variability. It appeared that the expression of the single nucleotide variant associated with lactase persistence was not primarily responsible for this variability, however, an association between postprandial galactose and several microbiota species was observed. Thus, the study allowed the identification in sérum of exogenous and endogenous metabolites that are modulated by the intake of a fermented milk, representing as many targets for future studies investigating health qualities of fermented dairy products. The present study also highlighted the relevance of the postprandial phase in nutritional intervention studies, as the investigation of this phase subsequently enabled the identification of metabolites that are regulated in fasting sérum after short-term intake. A global characterisation of the postprandial metabolome after the intake of the dairy products, compared to a non-dairy high-fat meal, revealed evident similarities. Nevertheless, this approach also revealed differentially regulated metabolites that are associated with metabolic health, and thus, can be proposed as a new strategy to identify nutritional biomarkers of health.
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La fermentation est un moyen naturel et largement répandu de conservation des aliments qui entraine une modification de la texture, du goût et de la valeur nutritionnelle du produit. Avec une consommation moyenne aux Etats-Unis et en Europe respectivement de 23 et 30 kg par personne et par an, les produits laitiers fermentés occupent une place non négligeable dans le régime alimentaire occidental. Le fait que leur consommation puisse avoir des effets bénéfiques sur la santé allant au-delà du simple apport nutritionnel a été le sujet de nombreuses études, et en particulier en ce qui concerne le yaourt qui représente environ 40 % de la consommation de produits laitiers fermentés. Le projet présenté ici a été réalisé dans le cadre du projet "F3 - Function of Fermented Food" mené conjointement par Agroscope (Berne, Suisse) et le Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV, Lausanne, Switzerland). L'objectif du projet F3 étant d'évaluer la réponse fonctionnelle de sujets ayant consommé des produits laitiers fermentés. Une étude clinique croisée et randomisée a été menée sur 14 hommes sains ayant consommé, soit un yaourt probiotique, soit un lait acidifié chimiquement faisant office de contrôle non fermenté. Leur réponse fonctionnelle à l'ingestion du yaourt a été évaluée par une analyse métabolomique non-ciblée du sérum, d'abord en phase postprandiale suite à l'ingestion des produits tests, puis à jeun après deux semaines d'une consommation quotidienne. De même, le profil métabolique de chaque produit a également été évalué par une analyse métabolomique.
Une analyse statistique multivariée a montré que, comparée à l'ingestion de lait non fermenté, la consommation de yaourt a laissé une « empreinte métabolique » spécifique dans le sérum des volontaires. Parmi les métabolites identifiés, les concentrations sériques postprandiales de quatre dérivés indole ont été modifiées et sept acides aminés ont présenté des niveaux sériques plus élevés suite à la consommation de yaourt. La consommation de lait non fermenté a notamment été caractérisée par des niveaux significativement plus élevés pour cinq acides biliaires. De plus, l'exploitation des résultats postprandiaux a permis une différenciation des sérums obtenus à jeun après deux semaines d'une consommation quotidienne de lait ou de yaourt. La consommation des produits laitiers fut également accompagnée d'une augmentation postprandiale de lactose dans le sérum, en particulier après l'ingestion de lait. Cette augmentation fut observée chez chacun des 14 participants malgré une importante variabilité interindividuelle. Cette variabilité n'était cependant pas expliquée par l'expression du polymorphisme lié à la tolérance au lactose, mais une association entre les niveaux postprandiaux de galactose et la présence de certaines espèces dans le microbiote intestinal a pu être établie. Cette étude a permis l'identification dans le sérum de métabolites spécifiques, endogènes ou exogènes, dont les niveaux sont modifiés lors de l'ingestion d'un produit laitier fermenté. Ces métabolites, et les voies métaboliques qui leurs sont associées, représentent autant de cibles potentielles pour de futures études nutritionnelles visant à décrire les effets des produits laitiers fermentés sur la santé. Ce projet souligne également l'importance à accorder à l'étude de la phase postprandiale lors de futures études nutritionnelles, celle-ci ayant été nécessaire ici à la différenciation des échantillons à jeun. Une comparaison globale des metabolomes postprandiaux après l'ingestion des produits laitiers, par rapport à un repas n'en contenant pas, a révélé d'évidentes similarités. Néanmoins, cette approche a également permis d'identifier certains métabolites différemment régulés et connus pour être associés à la santé métabolique ; ainsi, cette stratégie pourrait être envisagée pour la découverte de nouveaux biomarqueurs nutritionnels liés à la santé.