Présentation Quimper Helinck
publicité
Explorer, préserver et maîtriser la biodiversité microbienne Sandra HELINCK 26 novembre 2015 UMR INRA/AgroParisTech Génie et Microbiologie des Procédés Alimentaires 1 Les micro-organismes d’intérêt en alimentaire Fermentation alimentaire: Utilisation des microorganismes pour transformer la matière première agricole en aliments stabiliser diversifier explorer et maîtriser la biodiversité microbienne pour produire un aliment fermenté de qualité 2 Aliments fermentés = 40% des aliments consommés dans le monde 50 - 55L /an 160 g /jour Conso/hab en france 24 kg/an 21 kg/an 3 1. Historique Les aliments fermentés existent depuis des milliers d’années 4 1. Historique Matières premières peu transformées Flore endogène du temps complexe variable backslopping Aliment fermenté empirisme Fabrication à petite échelle Qualité sanitaire variable Qualité organoleptique variable 5 1. Historique La révolution microbienne du 19ème siècle 1857-76 Louis PASTEUR découvre la nature biologique des fermentations et la spécificité « ferment, produits terminaux » « La génération spontanée est une chimère : chaque fois qu'on y a cru, on a été le jouet d'une erreur » 6 1. Historique 1857 1858 Mémoire sur la fermentation lactique Recherches sur la fermentation alcoolique Il explique la fermentation alcoolique dont l’équation fut proposée en 1815 par Gay Lussac 7 1. Historique 1861-64 1866 1876 Etudes sur le vinaigre Publication des études sur le vin Publication des études sur la bière -la fermentation est la conséquence de la vie sans air -les liquides les plus putrescibles restent inaltérés, si après les avoir chauffés, on les laisse à l’abri de l’air, donc de ces microorganismes pasteurisation 8 1. Historique Description des microorganismes et des fermentations Taxonomie, physiologie, biochimie Fermentation alcoolique Fermentation lactique Fermentation acétique Fermentation malolactique Fermentation propionique Protéolyse Lipolyse Hydrolyse de l’amidon Utilisation des sucres Croissance des micro-organismes Texturation Aromatisation 9 1. Historique Bactéries lactiques Streptococcus thermophilus Lactobacillus delbrueckii sp bulgaricus Lactococcus lactis Lactobacillus acidophilus, Lb casei, Lb plantarum Leuconostoc mesenteroides Oenococcus oeni Pediococcus Staphylococcus carnosus, S. xylosus 1924 Bacillus sp. Propionibacterium freudenreichii Brevibacterium sp. Arthrobacter sp. 10 1. Historique Saccharomyces cerevisiae Debaryomyces hansenii Kluyveromyces lactis Geotrichum candidum ….. Aspergillus oryzae Penicillium camemberti, P. roqueforti Rhizopus …… 11 1. Historique Développement des ferments Ferments bactéries, levures, moisissures Congelés, lyophilisés Souches pures ou mélange ± défini Matière première Standardisation +/- ingrédients +/- stabilisation procédé conditions environnementales contrôlées Moins de temps Aliments fermentés Ferments présents ou non - s’affranchir des difficultés de développement de la population - maîtriser les fabrications (temps) - diversifier les aliments: arôme, texture, couleur… 12 1. Historique impact technologique départ rapide en fermentation quand levurage du moût Fermentation de riesling 1j 15j 32 j 13 j [Egli et al. (1998)] 13 1. Historique Impact sensoriel Note hédonique Arome Surface Ferments du yaourt A B C Filant Flaveur Viscosité Texture en bouche acidité 14 1. Historique lait matériel ensemencement Flore d’affinage opérateur Simplification et normalisation des fabrications Diminution de la biodiversité atmosphère 15 1. Historique Depuis 15 ans: avancées méthodologiques Séquençage des génomes bactériens 2001: Publication du génome de Lactococcus lactis (Bolotin) 16 1. Historique L’ère du omic ! 17 1. Historique Ca sert à quoi? Apporter des connaissances sur Evolution des génomes Variabilité dans l’espèce Adaptation à l’environnement Lien gène(s)/fonction Diversité microbienne Analyse fonctionnelle de l’écosystème 18 1. Historique De nos jours, co-existence des 2 modes de production d’aliments fermentés -Pas d’utilisation de ferments: variabilité qualité organoleptique, conservation des savoir-faire/traditions ancestraux, typicité, écosystèmes complexes (diversité et variabilité) - Utilisation de ferments : produits standardisés, production à grande échelle, maîtrise de la qualité, écosystème « pauvre » à complexe Mais ce n’est pas si facile: stabilisation des ferments ferment et flore endogène 19 2. Fonctionnalités Qualité sanitaire - stabilisation / conservation - détoxification Qualité nutritionnelle-santé - Dégradation facteurs anti-nutritionnels - enrichissement en éléments - effet direct sur la santé microorganismes (flore technologique) Qualité organoleptique - composés d’arôme - saveur - aspect - texture - couleur 20 2. Fonctionnalités 1. Propriétés sanitaires -Acidification du milieu: pH 3,5 à 5,0 -Biopréservation prolongation de la durée de vie et meilleure qualité sanitaire des aliments par l’utilisation de la microflore naturelle et de ses métabolites antibactériens : éthanol, acides organiques, péroxyde d’hydrogène, bactériocines 21 2. Fonctionnalités Utilisation d’une flore « positive » sans danger pour le consommateur et sans incidence sur les qualités sensorielles des produits cultures protectrices Augmenter la durée de vie, maîtriser la qualité sanitaire par ex dans des produits à teneur réduite en sel 22 2. Fonctionnalités Des lactobacilles pour inhiber la flore d’altération dans des pains au levain Croissance d’Aspergillus niger dans du pain après 7 jours de stockage Lb plantarum dans le levain Production d’acide phényllactique [Lavermicocca et al. 2000] 23 2. Fonctionnalités Des bactéries lactiques productrices de bactériocines - souches de L. lactis productrices de nisine dans les fromages - souches de Pediococcus productrices de pédiocine dans les saucisses fermentées L. monocytogenes (log ufc/g) 5 chute de 2 log Nieto-Lozano et al. 2010 30 jours 24 2. Fonctionnalités Que dit la réglementation ? Les ferments incorporés traditionnellement dans les denrées alimentaires sont jusqu’à présent considérés comme des ingrédients L’utilisation non traditionnelle de cultures dans l’industrie alimentaire dans l’unique but d’exercer un effet conservateur sur l’aliment soulève la question du statut et de la sécurité de ces cultures Ingrédient ou additif alimentaire ? Pas de définition claire du statut légal des cultures protectrices. En cours d’étude à l’EFSA 25 2. Fonctionnalités Utilisation de souches « sûres » The food producer is responsible for the use of food ingredients such as culture starters (Food Law) • FDA (Food and Drug Administration - USA) GRAS - Generally Recognized As Safe • EFSA (European Food Safety Authority) QPS (Qualified Presumption of Safety) 26 2. Fonctionnalités 2. Propriétés nutritionnelles ● Digestion du lactose dans les yaourts (EFSA, 2010) 27 2. Fonctionnalités ● Biodisponibilité des minéraux Hydrolyse de l’acide phytique dans le pain au levain Levure et lactobacille Meilleure bio disponibilité levure en minéraux Activité phytase des Lactobacilles [Lopez et al. 2001] 28 2. Fonctionnalités ● Effet sur la santé PROBIOTIQUES PEPTIDES BIOACTIFS Live microorganisms that when administered in adequate amount peptides présents dans les protéines du lait ayant un effet régulateur sur confer a health benefit on the host (FAO, 2002) certains processus métaboliques ou physiologiques chez l ’Homme Allégations santé (EFSA) 29 2. Fonctionnalités 2 aliments fonctionnels mis sur le marché Ameal S120 (Calpis , Tokyo) Evolus: (Valio, Finlande) (Lb helveticus LBK-16H ) Nombreuses publications sur peptides bioactifs dans aliments fermentés issus de lait, soja et viande 30 2. Fonctionnalités Ex: consommation d’Evolus contrôle Evolus [Seppo et al. 2003] 150 ml / jour pendant 21 semaines 39 sujets réduction de la pression sanguine 31 2. Fonctionnalités 3. Propriétés organoleptiques Aspect, couleur Arôme Odeur Saveur - Texture 2. Fonctionnalités Exemple 1: Aspect et couleur des fromages Pigmentation par des bactéries corynéformes Arthrobacter sp. Brevibacterium linens Microbacterium sp. (Dufossé et al. 2005) 33 2. Fonctionnalités Exemple 2: Texture des yaourts Profil sensoriel de 3 yaourts élaborés avec 3 couples de ferments +/- producteurs d’EPS nappant fermeté densité viscosité élastique cohésif adhésif gluant filant glissant lisse 34 2. Fonctionnalités Exemple 3: Arômes fermentaires du vin [Cordente et al. 2012] 35 3. Explorer, préserver et maîtriser Explorer la biodiversité des moûts en fermentation 10 8 ufc/ml Saccharomyces 10 6-10 7 ufc/ml Hanseniaspora, Kloeckera, Pichia, Candida, Meschnikowia , Kluyveromyces, Torulospora, Issatchenkia … 36 3. Explorer, préserver et maîtriser Utiliser la biodiversité pour augmenter la complexité aromatique des vins ensemencés Production de thiol (3-sulfanylhexan-1-ol ) dans du sauvignon Meschnikowia Kluyveromyces Saccharomyces (Zott et al. 2011) 37 3. Explorer, préserver et maîtriser Viniflora® FrootZen™ : Pichia kluyverii inoculation séquentielle 38 3. Explorer, préserver et maîtriser Explorer la biodiversité des fromages 137 fromages, 10 pays (Wolfe et al. 2014) 14 genres bactériens 10 genres de levures 60% des bactéries et 25% des levures présentes seraient issues de l’environnement 39 3. Explorer, préserver et maîtriser Utiliser la biodiversité pour augmenter l’intensité aromatique des fromages Projet ANR GRAMME (2008-2010) : Bénéfices et risques associés aux bactéries à Gram négatif au sein des communautés microbiennes des fromages Inoculation d’ Hafnia alvei dans des fromages à pâte molle et à croûte lavée composés soufrés: +++ Intensité globale de l’odeur: +++ (Irlinger at al. 2012) 40 3. Explorer, préserver et maîtriser Utiliser la biodiversité pour une meilleure qualité sanitaire des fromages Inoculation d’ Hafnia alvei dans des fromages PPNC Pas de modification de l’arôme Pas de production d’amines biogènes Inhibition d’ E. coli O26:H11 (inoculé à 102 ufc/ml) par H. alvei (à 106 ufc/ml) (Delbes-Paus et al. 2013) 41 3. Explorer, préserver et maîtriser Process Matrice alimentaire Micro-organismes 42 3. Explorer, préserver et maîtriser Matrice à prendre en compte : du milieu de labo à l’aliment Ex: croissance de L. monocytogenes en présence de L. lactis nisine + en M17 à 37°C Témoin négatif dans du Cottage cheese - pas d’action de la souche productrice de nisine z nisine A nisineZ - moins 0.5 log de Listeria avec la souche productrice de nisine A [Dal Bello et al. 2012] 43 3. Explorer, préserver et maîtriser Matrice à prendre en compte : des protéines laitières aux protéines végétales VEGALIM Bénéfices sensoriels d'aliments fermentés enrichis en protéines végétales: matrice type « Fromage » Les flores laitières peuvent elles être utilisées pour produire des « fromages » végétaux? 44 3. Explorer, préserver et maîtriser Matière première et ferments Pasteurisation Sulfitage Microfiltration Taille/poids Sel, sucre, fruits Température, O2,humidité, durée Aliments fermentés 45 3. Explorer, préserver et maîtriser L’essai pilote et l’essai industriel sont nécessaires …..avec la matrice alimentaire …..avec l’écosystème complet Fromage modèle affiné seul en étuve hâloir 46 3. Explorer, préserver et maîtriser Interaction entre micro-organismes d’un écosystème ou La connaissance des fonctionnalités des souches pures ne permet de prédire le comportement en écosystème 47 CONCLUSION Utilisation de la flore endogène ou de ferments sélectionnés Fabrication échelle artisanale à industrielle Propriétés des microorganismes: sanitaires, nutritionnelles et organoleptiques Etudier les écosystèmes des aliments traditionnels Etudier l’écosystème complexe: qui fait quoi + interactions modélisation du fonctionnement d’un écosystème Relation écosystème et hôte: microbiote intestinal Formulation microbienne raisonnée pour des fonctionnalités recherchées Utilisation de nouvelles souches pour les aliments ou pour de nouvelles utilisations (biopréservation) : réglementation 48 MERCI DE VOTRE ATTENTION 49
