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viande et composition nutritionnelle
QUALITÉ NUTRITIONNELLE DES PROTÉINES DE LA VIANDE Daniel TOMÉ
Introduction Les protéines alimentaires sont présentes dans les produits animaux et végétaux et représentent entre 10 et 20 % de l’apport énergétique. L’évaluation de la qualité de l’apport alimentaire en protéines a comme objectif de déterminer la capacité de cet apport à satisfaire les besoins métaboliques en se basant sur des critères quantitatifs et qualitatifs. Les protéines sont une composante indispensable de l’alimentation dont le rôle nutritionnel est de fournir des acides aminés, de l’azote et de l’énergie. La teneur en protéines des différentes sources alimentaires est assez variable, ce qui est à l’origine de différences dans les niveaux de consommation de protéines selon les régimes alimentaires. En dehors des aspects quantitatifs, des différences qualitatives existent aussi entre les différentes sources de protéines. Ces différences qualitatives proviennent principalement des différences de composition en acides aminés des protéines, et en particulier de leur teneur en acides aminés indispensables, facteurs limitants de la synthèse protéique. Selon les conceptions généralement admises, le rôle nutritionnel majeur des protéines alimentaires est en effet de fournir les substrats nécessaires à la synthèse des protéines et des différents composés azotés de l’organisme. Dans ce cadre, la synthèse protéique constitue, dans les conditions nutritionnelles habituelles des régimes alimentaires de l’homme, la part quantitativement la plus importante de l’utilisation des acides aminés issus des protéines alimentaires. Parallèlement, certains acides aminés sont aussi les précurseurs de composés azotés dont certains jouent un rôle physiologique déterminant.
Besoins et apports en azote et en protéines Les protéines étant la source d’azote largement majoritaire de l’alimentation, leur apport et leur métabolisme sont souvent rapportés à l’azote en se basant sur un facteur de
AgroParisTech, INRA UMR 914 Physiologie de la nutrition et du comportement alimentaire, 16, rue Claude-Bernard, 75005 Paris. Correspondance : Daniel Tomé, à l’adresse ci-dessus. Email : Daniel.Tome@inapg.inra.fr
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conversion usuellement pris égal à 6,25. Le choix de ce facteur de conversion provient de l’hypothèse selon laquelle la teneur en azote des protéines est de 16 %, dont l’inverse est 6,25. Cette valeur a été largement discutée et controversée. L’utilisation de facteurs de conversion spécifiques à chaque type de protéine est considérée comme plus adaptée pour l’analyse de la teneur en protéines des différents produits alimentaires (lait et produits laitiers 5,85 ; viandes, poissons, œuf 5,6 ; blé et légumineuses 5,4) [1]. Pour des raisons pratiques, le facteur de conversion de 6,25 est cependant très souvent utilisé. Le besoin en protéines est assimilé chez l’adulte à l’apport minimum en protéines de bonne qualité assurant un bilan azoté équilibré chez des sujets à l’équilibre énergétique et avec une activité physique modérée [2, 3]. Sur la base du bilan azoté, le besoin nutritionnel moyen en protéines a été établi, avec un niveau de preuves élevé, à 0,66 g/kg/j et un apport nutritionnel conseillé est établi à 0,83 g/kg/j [4]. Chez le jeune, une composante de croissance doit être ajoutée. La signification physiologique de cette mesure du bilan azoté a fait l’objet de nombreuses discussions et ses limites ont été largement soulignées. Cependant, en l’absence de consensus concernant d’autres marqueurs pertinents du besoin en protéines, elle reste l’approche de référence. Il est aussi généralement reconnu que les individus sont capables de s’adapter à des apports protéiques variables et largement supérieurs à l’apport de sécurité. Si la notion d’apport maximum tolérable en protéines est souvent évoquée, le niveau d’apport pour lequel un risque avéré apparaît et la nature précise de ce risque restent imprécis. Il est difficile, compte tenu de l’insuffisance de données disponibles, de définir une limite supérieure de sécurité pour l’apport protéique. Dans l’état actuel des connaissances, des apports entre 0,83 et 2,2 g/kg/j de protéines (soit de 10 à 27 % de l’apport énergétique chez des individus ayant des apports énergétiques moyens, c’est-à-dire de 33 g/kg/j) peuvent être considérés comme satisfaisants pour un individu adulte de moins de 60 ans non obèse, non sportif, ayant une fonction rénale normale et suivant un régime non restreint, alors que des apports compris entre 2,2 et 3,5 g/kg/j seront considérés comme élevés et des apports supérieurs à 3,5 g/kg/j très élevés. Ces valeurs de 2,2 et de 3,5 g/kg/j ont été déterminées à partir de la capacité maximale d’adaptation de l’uréogenèse chez l’adulte (pour un homme de 70 kg) [3]. D’une façon générale, les produits animaux, et en particulier les viandes, sont considérés comme une source imporCah. Nutr. Diét., 43, Hors-série 1, 2008
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viande et composition nutritionnelle tante de protéines (tableau I). De ce fait, une alimentation riche en produits animaux, et en particulier en viande, est généralement associée à une consommation relativement élevée de protéines. Cette situation s’observe dans la plupart des pays développés pour lesquels les produits animaux représentent une part importante de l’apport énergétique. En ce qui concerne les consommations de protéines des adultes en France, les données de l’enquête INCA1 montrent que les protéines d’origine animale, en particulier celles provenant des viandes et des volailles, représentent de l’ordre de 65 % de l’apport en protéines. L’apport protéique moyen est en France pour les adultes de 1,4 g/kg/j (105 g/j pour les hommes, 82 g/j pour les femmes en moyenne) [3]. Exprimé en pourcentage de l’apport énergétique sans alcool (AESA), l’apport protéique moyen est d’environ 17 % de l’apport énergétique chez les adultes. Dans ces conditions, les adultes français auraient une consommation protéique supérieure à leur besoin individuel et inférieure à la valeur maximum de 2,2 g/kg/j qui définit des apports élevés. Ces valeurs sont comparables à celles des autres pays développés. Tableau I. Teneurs moyennes en protéines par famille d’aliments. Données du Ciqual [3].
Famille d’aliments
Teneur moyenne en protéines (g/100 g)
Produits animaux Volailles
28,17
Viandes
26,85
Fromages
20,41
Poissons et batraciens
19,13
Charcuteries et salaisons
16,26
Œufs et dérivés
12,35
Produits végétaux Graines oléagineuses et châtaigne
17,30
Légumes secs
9,02
Céréales et pâtes
7,81
Pommes de terre et apparentés
2,78
Légumes
1,83
Fruits
1,06
Composition en acides aminés des protéines de viande Selon les conceptions traditionnelles du besoin en protéines, les protéines alimentaires fournissent de l’azote et des acides aminés indispensables pour permettre la synthèse des protéines corporelles. À partir de la composition en acides aminés et de la biodisponibilité de ces derniers dans l’alimentation, il est donc théoriquement possible de prédire l’aptitude des protéines alimentaires et des régimes à satisfaire ou non les besoins pour la synthèse des protéines et des différents composés azotés de l’organisme. Les acides aminés utilisés pour la synthèse des protéines des organismes vivants sont au nombre de 20. D’autres acides aminés sont présents dans les tissus, mais ne sont Cah. Nutr. Diét., 43, Hors-série 1, 2008
pas utilisés pour la synthèse protéique. Il est aussi établi que parmi les 20 acides aminés impliqués dans la séquence des protéines, neuf de ces acides aminés sont considérés comme indispensables chez l’homme, c’est-à-dire ceux que l’organisme n’est pas capable de synthétiser à une vitesse suffisante et qui doivent donc être fournis en quantité adéquate par l’alimentation. Ce sont l’histidine, l’isoleucine, la leucine, la lysine, les acides aminés soufrés (méthionine + cystéine), les acides aminés aromatiques (phénylalanine + tyrosine), le tryptophane et la valine. Ces neuf acides aminés indispensables représentent le premier facteur limitant de la synthèse des protéines corporelles [5]. Ce phénomène est à la base des approches utilisées pour déterminer la qualité de l’apport protéique. La composition en acides aminés des protéines alimentaires est ainsi considérée comme un paramètre déterminant de leur qualité par rapport à leur aptitude à assurer le bon fonctionnement de la synthèse des protéines et de divers composés azotés de l’organisme. La composition en protéines et en acides aminés de la viande dépend des protéines qui la constituent, c’est-àdire les protéines du muscle et celle des tissus conjonctifs associés [6] (tableau II). Les protéines majeures du muscle en tant que tel sont l’actine et la myosine. Il faut y ajouter les protéines du tissu conjonctif, collagène et élastine. Une différence importante entre les protéines musculaires et celles des tissus conjonctifs est une teneur plus élevée du muscle en acides aminés indispensables, et particulièrement la lysine, la leucine, l’isoleucine, et les acides aminés soufrés. Le tryptophane est totalement absent des protéines de tissus conjonctifs. À l’inverse, les protéines de tissus conjonctifs ont une teneur élevée en glycine, proline et hydroxyproline. La proportion entre protéines de muscle et protéines de tissus conjonctifs varie selon les types de viande et les traitements auxquels elles ont été soumises, ce qui entraîne des différences de composition en acides aminés. Peu de travaux récents portent sur le profil en acides aminés des aliments et il n’existe pas de table française de composition en acides aminés. Les données les plus complètes sont présentées dans la table de composition américaine publiée par le United States Department of Agriculture (USDA) [7]. Des exemples de composition en acides aminés de différents aliments sont présentés dans le tableau III. D’une façon générale, les protéines d’origine animale, et en particulier les viandes, sont riches en acides aminés indispensables. En comparaison, les céréales sont déficientes en lysine, et les protéines de légumineuses présentent généralement des valeurs plus faibles en acides aminés soufrés. En dehors de la lysine et des acides aminés soufrés, les acides aminés indispensables, qui peuvent présenter des teneurs plus limitées dans certaines protéines alimentaires, sont la thréonine et le tryptophane. La lysine est particulièrement importante comme premier facteur limitant de nombreux régimes alimentaires riches en protéines de céréales [8, 9]. Un intérêt particulier est aussi porté depuis quelques années aux acides aminés à chaîne ramifiée (leucine, isoleucine, valine), et en particulier à la leucine, qui serait un acide aminé signal jouant un rôle dans le contrôle de la synthèse protéique. Cet acide aminé est généralement présent à des teneurs élevées dans les protéines animales. Un intérêt concerne aussi les acides aminés soufrés, notamment la cystéine pour son rôle de précurseur du glutathion, élément important dans les défenses de l’organisme. 1S41
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viande et composition nutritionnelle Tableau II. Composition en acides amines d’un muscle type, des protéines musculaires (actine, myosine, tropomyosine) et des protéines de tissus conjonctifs (collagène, élastine) de bœuf (d’après [6]).
Muscle type
mg/g N Acide aspartique Thréonine Sérine Acide glutamique Proline Glycine Alanine Valine Méthionine Cystéine Total soufrés Isoleucine Leucine Tyrosine Phénylalanine Histidine Lysine Arginine Tryptophane Hydroxyproline Hydroxylysine EAA7 (%) EAA10 (%)
550 250 238 900 338 444 400 356 144 88 232 319 525 200 250 181 525 413 69 – – 38,3 48,9
Protéines musculaires Actine 671 483 365 875 314 268 365 306 260 76 336 523 515 419 303 171 436 462 123 – – 37,0 47,9
Myosine 721 338 259 1430 159 165 370 295 205 69 274 345 673 206 295 153 912 491 55 – – 38,1 42,2
Tissus conjonctifs
Tropomyosine Collagène 729 270 195 114 252 218 2000 616 36 715 55 1169 555 462 184 142 156 49 54 – 210 49 244 92 757 177 182 416 55 129 61 51 1152 185 467 471 – – 38,4 45,6
742 76 18,1 28,8
Élastine 57 57 44 120 661 1179 990 872 – – – 191 452 82 322 9 24 69 81 – 37,4 38,0
EAA7 (%) - isoleucine, leucine, lysine, méthionine, phénylalanine, thréonine, valine. EAA10 (%) - idem + tryptophane, histidine, arginine.
Tableau III. Exemples de composition en acides aminés de différents aliments selon U.S. Department of Agriculture, Agricultural Research Service. 2007 [7].
g pour 100g d’aliment Protéine* Tryptophane Thréonine Isoleucine Leucine Lysine Méthionine Cystéine Phénylalanine Tyrosine Valine Arginine Histidine Alanine Acide aspartique Acide glutamique Glycine Proline Sérine Hydroxyproline
Variétés de viande Variétés de viande Variétés de viande de bœuf de poulet de porc 29,08 0,368 1,215 1,352 2,670 2,247 0,759 0,526 1,515 1,128 1,761 1,735 0,879 1,627 2,694 3,652 1,627 1,343 1,265 0,046
21,97 0,251 0,896 1,092 1,609 1,707 0,573 0,306 0,878 0,711 1,071 1,343 0,635 1,239 1,894 3,542 1,359 1,169 0,816 –
17,28 0,227 0,885 0,861 1,602 1,728 0,516 0,294 0,871 0,637 0,894 1,403 0,683 1,088 1,746 3,005 0,958 0,787 0,755 –
Farine de soja
Farine de blé
37,80 0,502 1,500 1,675 2,812 2,298 0,466 0,556 1,802 1,306 1,724 2,679 0,931 1,627 4,342 6,689 1,597 2,020 2,002 –
13,70 0,212 0,395 0,508 0,926 0,378 0,212 0,317 0,646 0,400 0,618 0,642 0,317 0,487 0,703 4,325 0,552 1,422 0,646 –
* (n x 6,25).
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viande et composition nutritionnelle Profils de référence en acides aminés indispensables et qualité nutritionnelle des protéines
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La teneur et la biodisponibilité des protéines et des acides aminés indispensables des régimes sont généralement considérées comme des déterminants majeurs de la qualité nutritionnelle de l’apport alimentaire protéique. De ce fait, la connaissance des différences et des variations de composition et de biodisponibilité en acides aminés représente la base de l’évaluation de la qualité nutritionnelle des protéines et de l’influence des traitements subis par une protéine sur cette qualité. Dans ces conditions, la priorité depuis les années 70 a été, pour les différents organismes nationaux et internationaux impliqués dans l’évaluation des besoins nutritionnels, la détermination des besoins de référence en acides aminés indispensables de l’homme comme données opérationnelles pour l’évaluation de la qualité de l’apport alimentaire en protéines. Les valeurs de besoins nutritionnels en acides aminés indispensables, initialement déterminés par la méthode du bilan azoté, ont par la suite été réévaluées sur la base de données établies par des méthodes isotopiques [10-13]. Ces estimations ne sont cependant à ce jour que partiellement consensuelles ou disponibles pour certains acides aminés indispensables (acides aminés aromatiques, isoleucine, histidine). Dans ces conditions, les besoins moyens pour chaque acide aminé indispensable, proposés dans les rapports récents [2, 3], sont reportés dans le tableau IV. À partir de ces données de besoin en acides aminés indispensables, il est possible de calculer un profil de référence de composition en acides aminés. Ce profil de référence est calculé en considérant que le besoin en chaque acide aminé indispensable doit être satisfait pour un apport en protéines correspondant au besoin nutritionnel moyen en protéines, soit 0,66 g/kg/j. Il est alors possible de comparer la composition des différentes sources de protéines à ce profil de référence (fig. 1). À partir de ces données, l’indice chimique est calculé comme le rapport entre la concentration de chaque acide aminé indispensable dans la protéine étudiée et la concentration du même acide aminé dans la protéine de référence. Cet indice représente la capacité des protéines et des régimes à satisfaire le
350 mg/g protein
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300 TAAA
250
BCAA SAA Threo
200
Try Lys
150 100 50 0 egg beef milk soya potato rice maizewheatassava yam K diet n diet attern p U India c TAAA : Total aromatic amino acids (Acides aminés aromatiques totaux) BCAA : Branched chain amino acids (Acides aminés à chaînes branchées) SAA : Sulfur amino acids (Acides aminés sulfurés) Threo : Thréosine Try : Tryptophane Lys : Lysine
Figure 1. Teneur en acides aminés indispensables dans des protéines et des régimes alimentaires en comparaison avec le profil de référence de l’adulte (d’après [2]).
besoin en acides aminés indispensables pour un apport en protéines correspondant au besoin nutritionnel moyen en protéines (tableau V). Une valeur supérieure ou égale à 100 % traduit la capacité d’une protéine à satisfaire le besoin nutritionnel correspondant. Une valeur inférieure à 100 % signifie que l’acide aminé correspondant est limitant. Selon cette approche, il apparaît que la viande et les protéines animales ne présentent pas d’acide aminé indispensable limitant. En conséquence, le régime occidental, riche en protéines d’origine animale, ne présente pas d’acide aminé limitant. À l’inverse, la lysine est limitante dans les céréales (blé, maïs, riz) et dans certains régimes tels que le régime indien, riche en céréales. Les acides aminés soufrés ne sont pas strictement limitants, mais sont à une valeur limitée dans le soja et plus largement dans les légumineuses.
Tableau IV. Besoins en acides amines indispensables de l’adulte et profils de référence en acides amines indispensables (d’après [2, 3]).
FAO/WHO/UNU 2007
AFSSA 2007
mg/kg/j
mg/g protéine*
mg/kg/j
mg/g protéine*
Histidine
10
15
11
17
Isoleucine
20
30
18
27
Leucine
39
59
39
59
Lysine
30
45
30
45
Méthionine + cystéine
15
22
15
23
Méthionine
10
16
-
-
Cystéine
4
6
-
-
Phénylalanine + tyrosine
25
38
27
41
Thréonine
15
23
16
25
4
6
4
6
Tryptophane Valine
26
39
18
27
Total
184
277
178
270
* Besoins en acides aminés de l’adulte/0,66 g/kg/j de protéines.
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viande et composition nutritionnelle Tableau V. Teneur en acides aminés indispensables de protéines exprimée en pourcentage du profil de référence FAO/WHO/UNU 2007 [3].
%
Œuf
Bœuf
Lait
Soja
Blé
Maïs
Riz
Lysine
139
203
158
144
57
58
86
140
87
Acides aminés soufrés
225
182
164
114
203
132
176
174
182
Tryptophane
293
213
417
217
217
117
224
211
293
Thréonine
223
202
191
191
127
157
153
177
143
Acides aminés ramifiés
168
144
151
136
122
177
146
143
132
Acides aminés aromatiques
301
275
271
281
306
314
305
311
317
Un aspect complémentaire concerne la biodisponibilité des acides aminés fournis par les protéines alimentaires. Ce paramètre est généralement assimilé à la digestibilité qui représente la proportion des protéines qui est absorbée. La signification des différentes formes de digestibilité et de leur mesure a été largement discutée, mais reste une question complexe [14]. Quelques valeurs de digestibilité de différentes sources protéiques sont reportées dans le tableau VI. Afin de prendre en compte ce paramètre, a été défini le PD-CAAS (Protein digestibility corrected amino-acid score) qui est la méthode de référence recommandée par la FAO pour évaluer la qualité des protéines [2, 15]. Cet indice est exprimé selon : PD-CAAS = indice chimique x digestibilité. Lorsque la valeur de PD-CAAS est supérieure ou égale à 100 % pour tous les aminés, on considère qu’il n’y a pas d’acide aminé limitant dans la protéine considérée. Si l’indice est inférieur à 100 % pour un ou plusieurs acides aminés, la valeur la plus faible est prise comme valeur d’indice. Il apparaît que la plupart des protéines animales, dont les protéines de la viande, ont un indice PD-CAAS de 100 %. La validité et les limites de cette approche, par rapport à des méthodes in vivo de mesure de la rétention de l’azote ont été discutées [16-19]. Tableau VI. Valeurs de digestibilité des protéines alimentaires chez l’homme [11].
Source protéique
Digestibilité vraie (%)
Œuf
97
Lait, fromage
95
Viande, poisson
94
Maïs
85
Riz poli
88
Blé, graine entière
86
Farine de blé
96
Farine de soja
86
Isolé de protéines de soja
95
Quels marqueurs pour la qualité des protéines ? Sur la base du critère de la couverture des besoins en azote et en acides aminés indispensables, les protéines de viande représentent une source alimentaire importante et de qualité nutritionnelle élevée. En conséquence, dans un régime constitué par une proportion importante de 1S44
Régime Régime occidental indien
protéines animales, et en particulier de protéines de viande, il n’y a pas de risque de carence en acides aminés indispensables. Les méthodes utilisées pour l’analyse de la qualité nutritionnelle des protéines reposent sur la capacité de l’apport protéique à fournir de l’azote et des acides aminés indispensables afin d’assurer un bilan azoté équilibré. À ce titre, les protéines de viande ont une valeur nutritionnelle élevée. Il n’y a pas aujourd’hui de consensus concernant d’autres marqueurs pertinents du besoin en protéines. Il est cependant probable que des marqueurs fonctionnels devront dans l’avenir être mis en œuvre. Divers résultats montrent en effet que la quantité et la nature des protéines dans un régime influencent diverses fonctions telles que la prise alimentaire, la composition corporelle, la santé osseuse, ou des marqueurs de risques de pathologies chroniques ou dégénératives avec des conséquences qui restent à mieux comprendre. La question se pose en particulier dans le cas de régimes relativement riches en protéines, et en protéines d’origine animale dont la viande. Dans le cas de ces régimes pour lesquels il n’y a pas de risque de carence en protéines et en acides aminés indispensables, d’autres critères de qualité de l’apport en protéines devraient être pris en compte. Dans ce cas, il s’avère nécessaire de rechercher comment les protéines interviennent dans les mécanismes liés par exemple à l’entretien de la masse maigre et de la masse musculaire, à l’adiposité et au tissu adipeux, à l’homéostasie du glucose et à la sensibilité à l’insuline, aux processus oxydatifs et inflammatoires, à la physiologie osseuse, au fonctionnement cardiovasculaire, ou aux fonctions immunitaires.
Résumé Les protéines alimentaires sont présentes dans les produits animaux et végétaux et représentent entre 10 et 20 % de l’apport énergétique. Sur la base du bilan azoté, un apport nutritionnel conseillé en protéines est établi à 0,83 g/kg/j. Une alimentation riche en produits animaux, et en particulier en viande, est généralement associée à une consommation relativement élevée de protéines assurant largement la couverture de ce besoin. À partir de la composition en acides aminés et de la biodisponibilité de ces derniers, il est aussi théoriquement possible de prédire l’aptitude des protéines alimentaires et des régimes à satisfaire ou non les besoins pour la synthèse des protéines et des différents composés azotés de l’organisme. D’une façon générale, les protéines d’origine animale, et en particulier les viandes, sont riches en acides aminés indispensables. Sur la base du critère de la couverture des besoins en azote et en acides aminés indispensables, les protéines Cah. Nutr. Diét., 43, Hors-série 1, 2008
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viande et composition nutritionnelle de viande représentent une source alimentaire importante et de qualité nutritionnelle élevée. En conséquence, dans un régime constitué par une proportion importante de protéines animales, et en particulier de protéines de viande, il n’y a pas de risque de carence en acides aminés indispensables. Il n’y a pas aujourd’hui de consensus concernant d’autres marqueurs pertinents du besoin en protéines. Il est cependant probable que des marqueurs fonctionnels devront dans l’avenir être mis en œuvre. Mots-clés : Protéines animales – Acides aminés – Qualité nutritionnelle.
Abstract Protein is present in animal and plant products and constitute between 10% and 20% of energy supply. Protein requirement has been determined from nitrogen balance at a value of 0.83 g/kg/d in adult. An animal product-rich diet, particularly a diet rich in meat, is associated to a level of protein reaching nitrogen requirement. From amino acid composition and bioavailability the potential of dietary proteins to support body protein synthesis can be predicted. Animal proteins, and particularly meat protein, have a high level of indispensable amino acid. From nitrogen and indispensable amino acid requirements, meat protein represents a high quality source of protein. As a consequence, a diet rich in animal protein, and particularly a diet rich in meat protein, efficiently support nitrogen and indispensable amino acid requirements. There is no agreement at this time on other markers of protein requirement and protein quality. Functional markers will be probably proposed in the future. Key-words: Protein – Amino acids – Nutritionnal quality.
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Cah. Nutr. Diét., 43, Hors-série 1, 2008
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