les huiles essentielles chez les ruminants
TRANSCRIPT
1
Les Huiles Essentielles
chez les RuminantsCorine Bayourthe
UMR 1289 TANDEM
Journées AFZ 21 septembre 2011
BIEN ETRE ANIMAL
ENVIRONNEMENT
Méthane Azote excrété
Acidose
Fermentations
ruminales
DIVERSITE DES
PLANTES VEGETALES
SECURITE DU
CONSOMMATEUR
Agents de modulation
de l’activité
fermentaire
Météorisation
2
Huiles essentielles: Définition
� Composés volatiles extraits de tout ou partie des plantes
par des méthodes de distillation (principalement distillation
à la vapeur)
� Extraites des différentes parties de la plante (racines,
écorce, fleurs, graines, feuilles, etc…)
� Non essentielles pour la nutrition ou le métabolisme de la
plante, ne sont pas des huiles (i.e., lipides):
�responsables du parfum et de l’arôme des plantes =
Quinta essentia
Huiles essentielles: Chimie
� Mélanges complexes d’alcool, d’ester ou
d’aldéhyde, dérivés des phenylpropanoïdes ou des
terpénoïdes
�Terpénoïdes les plus abondants = monoterpènes
Carvacrol Cinnamaldehyde
3
Terpénoïdes
Glycolyse Voie des Pentoses-Phosphates
Phosphoenol pyruvate
Pyruvate
Cycle ATC
Acétyl-CoA
Mévalonate
Erythrose-4-phosphate
Shikimate
Chorismate
Phenylpropanoïdes
Phenylalanine Tyrosine
Acide coumarique
- Monoterpènes: thymol, carvarcrol, terpinène-4-ol
- Sesquiterpènes: guaiol
cinnamaldéhyde
eugénol
anéthol
Glucose
Composition chimique des HE. Principales familles chimiques et exemples
(d’après Franchomme et al., 1990)
Phénols
Thymol[n°CAS 89-83-8]
Guaïacol[n°CAS 90-05-1]
Eugénol[n°CAS 97-53-0]
Phénol methyl ether Anéthol
[n°CAS 104-46-1]
Aldéhydes
Cinnamaldéhyde [n°CAS 104-55-2]
Monoterpène hydrocarboné
Monoterpénol
Oxyde
Cétone
p-cymène[n°CAS 99-87-6]
Myrcène[n°CAS 123-35-3]
Géraniol[n°CAS 106-24-1]
Eucalyptol[n°CAS 470-82-6]
Alpha pinène[n°CAS 80-56-8]
Verbenone[n°CAS 1196-01-6]
OH
Carvacrol[n°CAS 499-75-2]
Citral [n°CAS 5392-40-5]
Citronellol[n°CAS 106-22-9]
4
Teneur en thymol et carvacrol selon l’espèce de thym
0
10
20
30
40
50
60
70
Thymus vulgaris Thymus
hyemalis
Thymus zygis Thymus
numidicus
Thymol Carvacrol
% H
E
Hadef, 2004; Martinez et al., 2006
0
10
20
30
40
50
60
70
80
L. thymoliferum
L carvacroliferum
L. geranioliferum
L. linaloliferum
L. paracymeniferum
L. terpineoliferum
Composition des chémotypes de Thymus vulgaris
Kaloustian et al., 2005
% H
E
5
Membrane
plasmique
Paroi
cellulaire
Membrane
externe
Espace
périplasmique
Mécanismes d’action des HE
Passage par
des porines i.e. allicine
Rupture du gradient ionique
trans membranaire
i.e. carvacrol
Interaction avec des protéines structurales et enzymatiques,
soit dans la membrane plasmique,
soit dans le cytoplasme lui même
i.e. cinnamaldéhyde
Rang* Famille chimique Réprésentant HE
1 Phénols Carvacrol, Thymol
Eugénol
Gaïacol
Thym, Sariette, Origan
Clou de girofle, feuilles cannelle
Bois de Gaïac
1 Aldéhyde Cinnamaldéhyde Ecorce de cannelle
2 Monoterpénol (C10) 1-terpinène-4-ol Tea tree
3 Aldéhydes Géranial-néral, Citronellal Citronelles
4 Cétones Verbenone-Menthone-Carvone Romarin à verbenone-Menthe-Aneth
5 Ether Estragol-Anethol Basilic, Estragon – Anis, Badiane
6 Oxydes Eucalyptol Eucalyptus
7 Terpènes Pinènes Pin, Sapin
*Ordre décroissant : du rang 1 (le plus bactéricide/bactériostatique) au rang 7
D’après Belaiche, 1979 ; Knobloch et al., 1989 ; Franchomme et al., 1990 ; Dogna, 1990; Inouye et al., 2001a, 2001b ;
Friedman et al., 2002 ; Hernandez Ochoa, 2005
Pouvoir bactéricide des HE et de leurs molécules
6
Pouvoir bactéricide des HE et de leurs molécules
Carvacrol[n°CAS 499-75-2]
p-cymène[n°CAS 99-87-6]
Menthol[n°CAS 89-78-1]
Carvacrol méthyl éther[n°CAS 6379-73-3]
Géraniol[n°CAS 106-24-1]
Géranyl acétate[n°CAS 105-87-3]
Structure
phénolique
Autre
structure
Ultee et al., 2002Limonène (L)
[n°CAS 5989-54-8]
Cellules d’E.coli O157 avant (a) et après (b) traitement avec
l’HE d’origan (microscopie électronique à balayage)
7
Effet antibactérien de l’HE d’origan (A) et de lavande (B) vis-à-vis de
Micrococcus luteus Klebsiella pneumoniae
A
B
Genre : Lavandula.
Espèce : stoechas
L.1753 subsp stoechas.
Genre : Origanum
Espèce : Origanum sp.
0
50
100
150
200
250
300
Sans adaptation Adaptation 48h McIntosh et al., 2003
CI 5
0(p
pm
)
Effet antibactérien du Crina (1g/j) sur quelques bactéries
ruminales
8
• Bioconversion par la microflore ruminale (Welch and
Pederson, 1981; Schlichtherle-Cerny et al., 2004)
• Transfert dans la phase gazeuse du rumen en raison
de la volatilité des terpènes favorisant les pertes
pendant la rumination et les éructations (Cluff et al., 1982;
White et al., 1982)
• Absorption dans le tractus gastro-intestinal, passage
dans le sang et excrétion dans les urines (Michiels et al.,
2008; Malecky et al., 2009)
Devenir des HE dans le tractus gastro intestinal
0
20
40
60
80
100
Ru
mi n
a l d
i sa p
pe a
r an
ce (
%)
Linalool p-Cymene α-Pinene ß-Pinene
Low level
High level
Disparition ruminale (%) des monoterpènes chez la chèvre
Low level = 43 mg/kg MSI High level = 430 mg/kg MSIMalecky et al., 2009
9
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
m-crésol o-crésol p-crésol thymol carvacrol
vache brebis chèvre
Utilisation métabolique des HE chez les ruminants
% retrouvé dans les urines,
après infusion ruminale
chez le mouton
Concentration (ppb) de phénols dans le lait écrémé
Lopez and Lindsay, 1993
Martin et al., 1983
0
20
40
60
80
100
Catechol Quinol Phenol Orcinol
0%
20%
40%
60%
80%
100%
1 2 3 4 5 6 7AnisCannelierOrigan Girofle Cade AnethTea tree
Ca
rva
cro
l
Eu
gé
no
l
Cin
na
ma
ldé
hy
de
An
éth
ol
Terp
inè
ne
4 o
l
α-P
inè
ne
Ca
rvo
ne
Terpène oxygénéAldéhydePhénol Terpène hydrocarboné
Non identifié
Pouvoir bactéricide des HE: culture batch Busquet et al., 2006
> > >
-31% -45% -23% -11% -13% 0% 0%% de réduction de la
[AGV totaux] dans le milieu
10
Famille chimique HE / CHE
Groupe 1
Phénols Origanum vulgare (Origan : 64 % carvacrol + 16 % thymol) ; Syzygium
aromaticum (Clou de girofle : 85 % eugénol) ; Vanilline; Thymol;
Carvacrol; Eugénol; CRINA®
Cinnamaldéhyde Cinnamonum cassia (Cannelle: 59 % cinnamaldéhyde) ; Cinnamaldéhyde
Groupe 2
Alcool Melaleuca alternifolia HE (Arbre à thé : 42 % 1-terpinen-4-ol)
Cétone Anethum graveolens (Aneth: 47 % carvone) ; Carvone
Ether Pimpinella anisum (Anis : 86 % anéthol)
Ester Anéthol ; Benzyl salicylate
Terpène Juniperus oxycedrus (Cade : 35 % d’alpha-pinène)
Effet d’un apport en HE et composés d’HE sur les paramètres
fermentaires ruminaux (Noirot et al., 2007)
Base de données: 11 références bibliographiques (dont 5 in vivo) représentant 25 essais; 18produits testés dont 8 HE, 1 mélange de CHE (CRINA®) et 9 CHE
log (dose+1)
ecart pH essai-témoin
1,61,41,21,00,80,60,40,20,0
1,25
1,00
0,75
0,50
0,25
0,00
-0,25
-0,50
groupe
1
2
log (dose+1)
écart N-NH3 essai-témoin ppm
1,61,41,21,00,80,60,40,20,0
0
-50
-100
-150
-200
Ecart pH groupe 1 = 0.075 + 0.766 log (dose+1)
R2 = 69.6 % ; P < 0.001 ; ETR = 6.7
Ecart N-NH3 groupe 1 = 6.20 – 50.4 log (dose+1)2
R2 = 70.7 % ; P < 0.001 ; ETR = 3.2
Evolution de l’écart de pH (unité-pH) et de la concentration en
N-NH3 (ppm), calculé entre la valeur mesurée pour le témoin et
celles obtenues pour les groupes 1 et 2 en fonction du log de la
dose ajoutée (Noirot et al., 2007)
11
log (dose+1) ^2
écart AGVt essai -temoin mmol L-1
2,52,01,51,00,50,0
20
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
log (dose+1)
ecart C2 essai-temoin points
1,61,41,21,00,80,60,40,20,0
5,0
2,5
0,0
-2,5
-5,0
groupe
1
2
Ecart AGV totaux = - 2.84 – 12.2 log (dose+1)2
R2 = 53.9 %; P < 0.001 ; ETR = 2.0.
Ecart C2 groupe 2 = - 0.0245 – 1.10 log (dose+1)
R2 = 49.5 % ; P < 0.001 ; ETR = 1.2
Evolution de l’écart de la concentration en AGV totaux (mM) et de
la proportion d’acétate (points), calculé entre la valeur mesurée
pour le témoin et celles obtenues pour les groupes 1 et 2 en
fonction du log de la dose ajoutée (Noirot et al., 2007)
Effet d’un apport oral de composés aromatiques sur la dégradation
ruminale des protéines, des fibres et de l’amidon en fonction de la
nature de la ration, chez la vache laitière
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
O1 O2
Protéines ADF Amidon
RF
poin
ts
O1 O2
RA-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
O1 O2
Protéines ADF Amidon
RF
poin
ts
O1 O2
RA0
10
20
30
40
50
60 RF RA
Dég
rada
tion
rum
inal
e(%
)
O1 O2 O1 O2 O1 O2
-14 pts
-16 pts
-11 pts
ADF Amidon
0
10
20
30
40
50
60 RF RA
Dég
rada
tion
rum
inal
e(%
)
O1 O2 O1 O2 O1 O2
-14 pts
-16 pts
-11 pts
ADF Amidon
Noirot and Bayourthe, 2008
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Composés phénoliques: Carvacrol (24 h batch culture)
� Composés phénoliques = large spectre d’activité conduisant à une
inhibition globale des fermentations ruminales
Dose (mg/L)
0 250 300 350
AGV, mM 58.4 41.7* 34.6* 28.5* (-51%)
C2, % 39.6 27.9* 24.6* 19.6* (-50%)
C3, % 8.92 5.02* 4.31* 3.76* (-57%)
C4, % 7.55 7.06 4.14* 3.59* (-53%)
CH4, mM 2.09 1.05* (-49%) 0.57* (-72%) 0.47* (-77%)
* Différence significative (P < 0.05)
Chiquette and Benchaar, 2010
Cinnamaldéhyde (16 h batch culture)
Dose (mg/L)
(mmol) 0 260 400 660
AGV totaux 2.84 2.53 2.46* (-13%) 1.12* (-60%)
Acétate 1.86 1.70 1.72 0.84* (-55%)
Propionate 0.58 0.51 0.45 0.04* (-92%)
Butyrate 0.30 0.24* 0.21* 0.23* (-23%)
CH4 0.81 0.71* (-13%) 0.66* (-19%) 0.05* (-94%)
Méthanogènes Inhibition générale
* Différence significative (P < 0.05)
Macheboeuf et al., 2008
13
CTL Monensin Garlic DAD
(0 mg/L) (12.5 mg/L) (300 mg/L) (300
mg/L)
Digestibilité MS, % 61.0 53.9* 50.7* 51.2*
AGV, mM 49.3 45.7* 39.7* 38.8*
Acetate, % 61.2 56.4* 54.3* 53.9*
Propionate, % 22.6 34.2* 25.8* 28.3*
Butyrate, % 12.5 6.6 12.5* 14.0
CH4, µmol 417 241* 110* 131*
(-42%) (-74%) (-69%)
HE d’ail & dérivés (17h batch fermentation)(Busquet et al., 2005)
HE d’ail: Méthanogèness
* Différence significative (P < 0.05)
Monensin: Bactérie Gram+
DAD = Diallyl disulfide
Mode d’action de l’HE d’ail sur les bactéries
méthanogènes (Busquet et al., 2005)
L’effet inhibiteur de l’HE d’ail et de ses composés soufrés
pourrait s’expliquer par une inhibition de la 3-hydroxy-3-
methylglutaryl coenzyme A reductase, une enzyme qui joue un
rôle important dans la synthèse des ethers isoprénoïdes,
principaux composants de la membrane cellulaire des Archées.
Méthanogènes
14
CTL Garlic DAD(0 mg/L) (300 mg/L) (300 mg/L)
Batch culture (24h)
AGV, mM 133.1 110.1* 114.0*
Culture continue (8 jours)
Digestibilité MS, % 59.8 55.3 55.1
AGV, mM 110.4 100.9 107.0
� Adaptation et/ou dégradation par les microorganismes
HE d’ail & dérivés: effet de la durée d’incubation in vitro
* Différence significative (P < 0.05)
Busquet et al., 2005
DAD = Diallyl disulfide
Effet de différentes HE ou CHE sur la population de méthanogènes (agneau; 200 mg/kg MSI)
PX; =Témoin; CN = cinnamaldéhyde; GR = HE d’ail; JB = HE de baies de genièvre
PX CN GR JB0
500
1000
1500
2000
2500
Cop
y nu
mbe
r of
16S
rR
NA
of m
etha
noge
ns/n
gD
NA
Ohene-Adjei et al., 2008
15
Témoin Mélange‡ ESM
(1 g/d)
MSI, kg/j 6.38 6.71 0.25
Digestibilité MS, % 63.2 58.6* 2.23
CH4, g/j 159.3 163.1 13.79
CH4, % EB ingérée 7.93 8.53 0.04
Effets d’un mélange de composés aromatiques d’HE
chez le bovin viande
‡ Mélange = thymol, eugénol, vanillien et limonène.
Concentration maximale estimée dans le rumen = 33 ppm
7.2%
Beauchemin and McGinn, 2006
Effects d’un mélange d’HE sur la croissance de
Concentration en HE (ppm)
CH
4(m
L)
McIntosh et al., 2003
Methanobrevbacter smithii
16
•Cinnamaldéhyde1 g / j
Apport alimentaire - vacheBenchaar and Chouinard, 2009
•Mélange de monoterpènes0.43 g / kg MSI
Infusion ruminale - chèvre Malecky et al., 2009
0.75 g / j
Apport alimentaire - vacheBenchaar et al., 2007
Profil en AG du lait non modifié
•Mélange d’huiles essentielles2 g / j (apport alimentaire - vache)
Benchaar et al., 2006
9c 11t CLA + 17% (P = 0.1)
Effet dose-réponse
Nature des terpènes dans le mélange
Durée du traitement
HE et profil en acides gras du lait
Ail
Cinnamaldéhyde
200 mg/kg MS
Pas d’effet sur le profil en AG
du gras dorsal chez l’agneau
Chavez et al., 2008
HE et profil en acides gras de la viande
Baies de genièvre