Etude bibliographique sur Les souches lactiques bacteriocinogènes
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UNIVERSITE KASDI MERBAH, OUARGLA FACULTE DES SCIENCES DE LA NATURE ET DE LA VIE DEPARTEMENT DES SCIENCES BIOLOGIQUES Mémoire de fin d’Etudes En vue de l’obtention du diplôme de Licence Domaine : Sciences de la nature et de la vie Filière : Biologie Spécialité : Microbiologie fondamentale et appliquée Thème L'utilisation des bactéries lactiques Etude bibliographique sur Lesdans la fermentation industrielle souches lactiques bacteriocinogènes Présenté par : Melle BERGUIGA Nour el houda Melle KHEMIS Imane Encadreur : Mr BOURICHA M’hamed (M. A. B) Université KASDI Merbah Ouargla Examinatrice : Melle SOUID Wafa (M. A. B) Université KASDI Merbah Ouargla Année universitaire : 2013/2014 Remerciements Au début et avant tout, le remerciement et louange à Dieu le tout puissant, de nous avoir donné le courage, la santé de finaliser ce travail pour être bénéficié et bénéficier Nous remercions notre merveilleuse promoteur Mr BOURICHA M’hamed maître assistante classe B à la faculté des sciences de la Nature et de la vie et des sciences de la terre et de l’univers de l’université de Kasdi Merbah d’Ouargla. Qui nous a aidé et dirigée tout au long de ce travail à perfectionner mes connaissances Nous tiens à remercions profondément Melle SOUID Wafa, Maître assistante classe B à l’université de Kasdi Merbah d’Ouargla, d’avoir accepté d’examiner ce travail Nos remerciements vont également: Tout le personnel du laboratoire de microbiologie Au personnel de notre faculté, de le directeur jusqu’au les agents de sécurité. Dédicace Je m incline devant Dieu Tout - Puissant qui m’a ouvert la porte du savoir et m’a aidé à la franchir. Je dédie ce modeste travail: A ma mère (Mama Masouda), source d’affectation de courage et d’inspiration qui a autant sacrifié pour me voir atteindre ce jour. A mon père (Papa Ali), source de respect, en Témoignage de ma profonde reconnaissance pour tout l’effort et le soutien incessant qui m’a toujours apporté A mes frères Lazhar, Med Yassine, Abd el hak, Zohir et Lhafed Et tout mon petits à khauother jus 'qua Yasmin. A mes sœurs fatima, hanane, hamida, Faten, karima, Khaoula. A toute la famille de mon père Berguiga et ma mère soudan. A mon oncle (Med Laide et Hamide) et ma tante (chafika). Une spéciale dédicace à mes collègues :, Debba sakina,Tama Khaoula, Khemis Imane, Zenno Imane, Dibouna chifa, karata aicha, ghoule soumai, Moly Omar batoul, Mohammedi charifa, Zekizki nour, Ben khemissi sana, Mahboub sara, Mansour hakima. A mes grand-mères qu' Allah les préserve; Ama Hawa et Nana Saada et grand-père Ba MedSghire et Ba Taiabe A me fiance Ramone Samir A tous ceux que je porte dans mon cœur. N.El houda Dédicace Je m’incline devant Dieu Tout - Puissant qui m’a ouvert la porte du savoir et m’a aidé à la franchir Je dédie ce travail A mes parent, la femme la plus patiente, ma très chère mère, source d’affectation de courage et d’inspiration qui a autant sacrifié pour me voir atteindre ce jour. Mon idéal, l’être le plus généreux, mon chère père, source de respect, en témoignage de ma profonde reconnaissance pour tout l’effort et le soutien incessant qui m’a toujours apporté, (Helal et Fatima Azouhra) qui ont été toujours à mes cotés terminer mes études Merci beaucoup Papa et Maman je vous aime beaucoup. Alah ykhalikome liya. A mes frères Salah edine, Redouane, Mouhamede islame. Que Dieu les garde pour moi. A mes sœurs Mekka, Habiba. . Je luis souhaite tout le bonheur durant sa vie. A mes très chers grands mère (Nana Safiaa et Emma Saïda). A mes oncles et mes tantes Surtout aami hamdou (Allah yarhmou) A tout la famille Khemis, Aouichate et sana oublié la famille Harzeli. A mes très chères amies : Houda, Khaoula, Sakina, Imane, Soumaia, Chafika, Aldjia, Djamila. A tous mes collègues et mes camarades. A tous ceux que je porte dans mon cœur. Je dédie ce modeste travail . IMANE. Liste des abréviations Liste des abréviations A. acide B.L. Bactérie lactique °C. Degré celsius E.C.E.H. Escherichia coli enterohemorrhagique E.C.E.P. Escherichia coli enteropathogénique F.A. Fermentation alcoolique F.D.A. Food and Drug Administration F.M.L. Fermentation malolactique G.R.A.S GRAS (Generally Recognized As Safe) HO. Radical hydrogène pH. Potentiel hydrogène P.T.S. Système phosphotrensferase T.F.G.β Transformer facteur beta de croissance T.M.L. Transformation malolactique T.N.F.α Facteur de nécrose tumorale U.F.C. Unité ferment colonie Liste des tableaux Liste des Tableaux Tableau Tableau 01 Titre N° Les différents genres des bactéries lactiques d’intérêt en 5 microbiologie des aliments et leurs principales caractéristiques Tableau 02 Principaux besoins vitaminiques des quelques bactéries 7 lactiques Tableau 03 Composition recommandée et optionnelle des ferments du 15 yaourt Tableau 04 Participation des bactéries lactiques aux autres produits 22 fermentés Liste des figures Liste des Figures Figures Figure 01 Titre N° Arbre phylogénétique des principaux genres des 4 bactéries lactiques de l'ordre Lactobacillales. Figure 02 Représentation schématique des principales voies de 9 fermentation des Hexoses chez les BL. Figure 03 Les deux isomères de l’acide lactique. 10 Figure 04 Morphologie en microscope électronique Lactococcus 13 lactis x1000. Figure 05 Étapes essentielles de transformation du lait en fromage. 13 Figure 06 Morphologie électronique de souche St. Thermophilus 14 x1000. Figure 07 Morphologie électronique de souche L. bulgaricus 14 x1000. Figure 08 Représentation schématique de l'interaction entre L.b et 15 S.T dans un inverenement laitières. Figure 09 Représentation des différents stades d'utilisation des 20 levains malolactique. Figure 10 Schéma de la méthode de saignée. 20 Figure 11 Structure de la nisine. 24 Figure 12 Dénombrement des flores contaminants des viandes de 27 bœuf après 5 semaines de stockage a 2° C sous différents atmosphères. Figure 13 Morphologie de L. sakei observée par microscopie 27 électronique à balayage x1000. Figure 14 Morphologie de Bifidobacterium x1000. Figure 15 Le rôle des bacteries lactiques dans la fabrication des 30 aliments fermentés. 29 Table des matières Tables des matières Table des matières Liste des abréviations Liste des figures Liste des tableaux Introduction.................................................................................................................. 01 Chapitre I : Généralités sur les bactéries lactiques I.1.- Historique.............................................................................................................. 02 I.2.- Définition………………………………………………………………………... 02 I.3.- Habitat.................................................................................................................... 02 I.4.- Caractéristiques générales des bactéries lactiques…………………………….... 02 I.5.- Classification……………………………………………………………………. 03 I.6.- Exigences nutritionnelles………………………………………………………... 05 I.6.1.- Exigences en acides aminés................................................................................ 06 I.6.2.- Exigences en bases azotés…………………………………………………….. 06 I.6.3.-Exigences en sels minéraux………………………………………………….... 06 I.6.4.-Exigences en cations ………………………………………………………… 06 I.6.5- Exigences en vitamines………………………………………………………... 06 I.6.6.- Exigences en glucides......................................................................................... 07 I.7.- La fermentation lactique………………………………………………………… 08 I.7.1.- Définition de la fermentation lactique………………………………………… 08 I.7.2- Les deux voix de la fermentation lactique……………………………………... 08 Tables des matières I.7.2.1. Homofermentation…………………………………………………………… 08 I.7.2.2. Hétérofermentation………………………………………………………….. 08 I.8. L'Acide lactique………………………………………………………………….. 09 I.8.1. Définition………………………………………………………………………. 09 I.8.2.Quelques caractères d'acide lactique …………………………………………... 10 Chapitre II : L'utilisation Agro-alimentaire des bactéries lactiques II.1.- Utilisation dans le domaine alimentaire………………………………………... 11 II.1.1- Produits laitiers………………………………………………………………... 11 II.1.1.1.- Lait fermentée……………………………………………………………… 11 II.1.1.1.a. L'ben………………………………………………………………………. 11 II.1.1.1.b. Raïb……………………………………………………………………….. 11 II.1.1.2.- Beurre et crème…………………………………………………………….. 12 II.1 1.3.- Fromage…………………………………………………………………….. 12 II.1.1.3.a. Bactéries lactiques et fabrication de fromage……………………………… 12 II.1.1.3.b. Les Lactococcus et fabrication de fromage……………………………….. 12 II.1.1.4.- Yaourt………………………………………………………………………. 13 II.1.1.4.a. Définition………………………………………………………………….. 13 II.1.1.4.b. Les effets des bactéries de yaourt au cours de l'industrie…………………. 14 II.1.1.4.c. L'intérêt de fonction des bactéries de yaourt………………………………. 15 II.1.2.-Panification…………………………………………………………………… 16 II.1.2.1. Définition de levain…………………………………………………………. 16 II.1.2.2.Les levains lactiques…………………………………………………………. 16 Tables des matières II.1.2.3. Fonction des bacteries lactiques dans les produits de panification…………. 16 II.1.3.- Produits carnés……………………………………………………………….. 17 II.1.3.1.Définition des produits carnés……………………………………………….. 17 II.1.3.2. Les bactéries lactiques dans les produits…………………………………….. 17 II.1.3.3. Le rôle des bactéries lactiques dans les produits carnés…………………….. 18 II.1.4.- Vinification…………………………………………………………………... 18 II.1.4.1. Définition de vinification…………………………………………………... 18 II.1.4.2.Des bactéries lactiques du raisin au vin……………………………………... 18 II.1.4.3. Les types de fermentation dans la vinification……………………………... 19 II.1.4.4.Les intérêts des bactéries lactiques………………………………………….. 21 II.1.5.Définition de cidre…………………………………………………………….. 21 II.1.5.1.Les incidences organoleptiques……………………………………………… 21 II.1.5.2.Les incidences technologiques…………………………………………….. 21 II.1.6- Produits végétaux……………………………………………………………... 22 II.2.- Utilisation dans le domaine de conservation…………………………………… 23 II.2.1.-Propriétés inhibitrices des bactéries lactiques…………………………………. 23 II.2.2- Production d'acide…………………………………………………………….. 23 II.2.3.- Production des bactériocines………………………………………………….. 23 II.2.3.1. Définition des bactériocines…………………………………………………. 23 II.2.3.2.Les intérêts des bactériocines……………………………………………….... 24 a) Dans le secteur alimentaire……………………………………………….. 24 b) Dans le secteur de la santé……………………………………………... 24 Tables des matières II.2.4.- Production d'autre substance inhibitrice……………………………………... 25 II.2.5.- Bioprésarvation………………………………………………………………. 25 II.2.5.1.Les bactéries lactiques dans la biopréservation……………………………... 25 II.2.5.2- Produits de mer……………………………………………………………... 26 a) Origine des bactéries lactiques dans les produits de la mer……………… 26 b) Utilisation des bactéries lactiques dans la biopréservation des produits de 26 la mer……………………………………………………………………... II.2.5.3.- Produits carnées…………………………………………………………….. 26 II.2.6.- Les Probiotiques……………………………………………………………… 28 a) Les Bifidobactirium…………………………………………………………. 28 b) Les Lactobacillus……………………………………………………………. 29 c) Les principaux effets des Propiotiques……………………………………… 30 Conclusion……………………………………………………………………………. 31 Références bibliographiques. Résumé Introduction Introduction Introduction Les micro-organismes sont étymologiquement des "petits organismes", donc des êtres vivants si petits qu'ils ne sont observables qu'au microscope. Ce terme englobe une variété d'espèces très différentes, qu'elles soient eucaryotes (levures, algues), ou procaryotes (bactéries). Ces dernière sont des organismes vivants unicellulaires parmi eux les bactéries lactique (Mozzi et al., 2010). Les bactéries lactiques sont des cellules procaryotes organotrophes formant un groupe hétérogène constitué de cocci et de bacille (Badis et al., 2005). Ce sont des bactéries à Gram positif. Elles sont asporulantes, aéroanaérobie facultatives ou micro-aérophiles, à métabolisme fermentaire strict, acido-tolérantes et capables de croître à des températures comprises entre 10°C et 45°C et à des pH allant de 4.0 à 4.5. Ces bactéries sont généralement immobiles et se caractérisent par la production d’acide lactique comme produit majeur du métabolisme (Salminen et al., 2004; König et Fröhlich, 2009 ; Pringsulaka et al., 2011). Les bactéries lactiques sont largement utilisées dans l’industrie alimentaire, en tant que starters dans les procédés de fermentations afin de répondre aux exigences de croissantes des consommateurs en produits alimentaires moins traités et exempts de conservateurs chimiques. Leur apports bénéfiques consistent à l’amélioration de la qualité des produits fermentés en y développant certaines caractéristiques organoleptiques, sans altérer le goût ni l’odeur, et en augmentant leur durée de conservation. Cette préservation est conférée par la production de plusieurs métabolites ayant une activité antimicrobienne tels que les acides organiques, le peroxyde d’hydrogène, le dioxyde de carbone, la reutérine, le diacétyle et les bactériocines (Dortu et Thonart, 2009; Moraes et al., 2010 ). Ce travail s’inscrit dans le cadre de la recherche bibliographie sur les bactéries lactiques essentiellement dans le secteur Agro- alimentaire et l’importance de ces bactéries dans la fermentation industrielle. 1 Chapitre - IGénéralités Sur les Bactéries lactiques Chapitre: I Généralités sur Les bactéries lactiques Chapitre I - Généralités sur les bactéries lactiques I.1.- Historique Les bactéries sont de très anciens micro-organismes dont les ancêtres (Drider D et Prevost H, 2009), ils ont été utilisées pour la fermentation des aliments depuis plus de 4000 ans sans pour autant comprendre la base scientifique de leur utilisation, mais tout en essayant de produire des aliments de meilleure conservation et de meilleure qualité (Sallofe Coste, 1994).Ce n'est qu'à la fin du 19eme siècle époque des grandes découvertes de la microbiologie, que certaines chercheures ont isolé un streptocoque (Poulain,1994), comme Von Freudeinreich en (1897) . La production des cultures de bactéries et l'emploi de ferment se développent au début du 20eme siècle (Drider D et Prevost H, 2009). I.2.- Définition Les bactéries lactiques constituent l'un des groupes incontournables de la microbiologie alimentaire (Drider D et Prevost H, 2009), a été défini pour la 1ere foi par Orla-Jensen (1919), réunit plusieurs genres caractérisés par leur capacités à fermenter les glucides en produisant de l’acide lactique (Novel, 1993). Les bactéries lactiques sont des micro-organismes ubiquitaires qui se retrouvent dans différents types d'habitat (Dellaglio et al., 1994; Matamoros, 2008) sont des cellules procaryotes, hétérotrophes et chimio-organotrophes (De Roissart, 1986). Elles jouent un rôle important dans de nombreux procédés laitiers (Raynaud, 2006) produisant de l'acide lactique comme produit principal et vaginale humaine ou animale. Elles colonisent de nombreux produits alimentaires comme les produits laitiers, la viande, les végétaux et les céréales et font partie de la flore dans un grand nombre de fermentations spontanées de produits alimentaires (Stiles et al., 1997), ce qui à conduit à la reconnaissance de leur statut GRAS (Generally Recognized As Safe). I.3.- Habitat Les bactéries lactiques sont très abondantes dans la nature. Elles se trouvent généralement associées à des aliments riches en sucres simples. Elles peuvent être isolées du lait, du fromage, de la viande, de végétaux ou des aliments ensemencés par les végétaux. Elles se développent avec la levure dans le vin, la bière et le pain. Quelques espèces colonisent le tube digestif de l'homme et des animaux (Leveu et Bouix, 1993; Hassan et Frank, 2001; Hadaf, 2012). I.4.- Caractéristiques générales des bactéries lactiques Les bactéries lactiques sont des bactéries possèdes une réponse positif a la coloration de Gram, immobiles, asporulées, au point de vie enzymatique catalase et oxydase et nitrate 2 Chapitre: I Généralités sur Les bactéries lactiques réductase négative, anaérobies ou aérotolérantes (Laurent et al., 1998). Les bactéries lactiques ont des formes déférentes des cocci ou des bâtonnets (Bourgeois et Larpent, 1996).Elles ont des besoins complexes en facteur de croissance : vitamine B, acide aminés, peptides, bases puriques et pyrimidiques. Certaines B.L ont été isolées de nombreux milieux naturels végétaux et animaux tels que le lait cru, l’environnement, les cavités bucales et vaginales… (Luquet, 1986). Elles se caractérisent par un métabolisme exclusivement fermentaire qui les conduit à produire a partir du glucose des quantités importantes d’acide lactique, accompagné dans certains cas d’autres métabolites (éthanol, CO2, autres acides organiques). Elles ont une capacité de biosynthèse faible et formes déférentes (Luquet, 1986). I.5.- Classification La première classification des B.L basée sur les propriétés observables à savoir les propriétés morphologiques, biochimiques et physiologiques a été établie en 1919 par OrlaJensen. Les marqueurs chimio-taxonomiques tels que les compositions des acides gras et les constituants de la membrane cellulaire, ont été aussi utilises pour la classification (krieg, 2001).Les nouvelle techniques pour l'indentification et la classification des B.L remettent couramment en causes et/ou complètent les approches phénotypiques anciennement utilisées (Garrity et al., 2008), qui sont pour identifier les espèces à l'intérieur des genres (Vandamme, 1996; Stiles et Holzopfel, 1997; Ho et al., 2007; Hadaf, 2012). 3 Chapitre: I Généralités sur Les bactéries lactiques Figure 01 : Arbre phylogénétique des principaux genres des bactéries lactiques de l'ordre Lactobacillales (De Vos et al, 2009). Les principaux genres des bactéries lactiques Actuellement, les bactéries lactiques regroupent onze genres bactéries différents (Sutract Federighi, 1998). Lactobacillus, Leuconostoc, Lactobacoccus, Streptococcus, Pediococcus, Carnobacterium, Enterococcus, Oenococcus, Tetragenococcus, vagococcus et Bifidobocterium. 4 Chapitre: I Généralités sur Les bactéries lactiques Tableau 01 : Les différents genres de bactéries lactiques d’intérêt en microbiologie des aliments et leurs principales caractéristiques (Federighi M, 2005). Genre Morphologies Fermentation Lactobacillus Bacillus Carnobacterium Bacillus Homofermentaire ou Hétérofermentaire Hétérofermentaire Lactococcus Coques Homofermentaire Streptococcus Enterococcus Coques Coques Homofermentaires Homofermentaires Pediococcus Coques en tétrades Homofermentaires Tetragenococcu s Leuconostoc Coques en tétrades Coques Homofermentaires Oenococcus Bifidobacterium Coques Forme irrégulière Hétérofermentaires Acide acétique et lactique Mésophiles Mésophiles Vagococcus Coques mobiles Homofermentaires Mésophiles Hétérofermentaires Caractéristique s principles Thermophilus ou mésophiles Psychotropes, peu acidotolérants Mésophiles, croissance à 10°C et non à 45°C Thermophiles Mésophiles, croissance à 45°C et non à 10°C, thermorésistance Mésophiles, halotolérants Mésophiles, halophiles Mésophiles Habitats principaux Homme, Produits laitiers, carnés, végétaux… Produits carnés, poissons, produits laitiers Produit laitiers, végétaux Produit laitiers Intestin de l’homme et des animaux, produits laitiers Bière, produits végétaux, saucissons Saumures Produits végétaux, produits laitiers Vin Intestin de l’homme et des animaux Intestin de l’homme et des animaux, produits laitiers (Boudjema 2008) I.6.- Exigences nutritionnelles Les B.L ont un besoin pour leur nutrition car elles sont incapables de synthétiser un certain nombre des éléments qui sont variables d'une espèce à une autre, par ce qu'elles ont une faible biosynthèse donc ce sont auxotrophes. Alors elles sont considérées comme un groupe de bactéries le plus exigent de point de vie nutritionnel (Drider D et Prevost H, 2009). 5 Chapitre: I Généralités sur Les bactéries lactiques I.6.1.- Exigences en acides amines Les bactéries lactiques sont en principes incapables d’effectuer la synthèse des acides aminés, et doivent par conséquent faire appel à des sources exogènes pour assurer leur métabolisme (Luquet, 1986). Les exigences en acides aminés des Streptococcus sont différentes de celles des Lactobacillus, ils ont besoin d’acide glutamique d’histidine, de cystéine, de méthionine et aussi de valine, de leucine et de tryptophane ou de tyrosine. Les lactobacilles ont besoin d’aspartate, d’histidine, de lysine, de leucine, de méthionine et de valine (Lenoin et al., 1992). I.6.2.- Exigences en bases azotées Les bases puriques et pyrimidiques ne sont pas vraiment essentielles au métabolisme des bactéries lactiques (Desmazeaud M, 1983). I.6.3.- Exigences en sels minéraux Les besoins en éléments minéraux des bactéries lactiques ne sont encore partiellement connus. Les principaux éléments tel que le magnésium et le manganèse sont généralement requis (Imbert et Blandeau, 1998;Letrot et Juillard, 2001;Corrieu et al., 2008) jouent un rôle important dans la nutrition des Lactobacillus (Ledesma et al., 1977; Mazali, 1992), alors que les besoins en calcium et en potassium sont moins systématiques. Les besoins en fer dépendant des micro-organismes (Pandey et al., 1994; Impert et Blandeau, 1998). Le zinc présente un effet positif pour la croissance de certains lactobacilles, mais il est toxique à fort concentration. A l’opposé, le sodium, le cadmium, et le cuivre démontrent un effet inhibiteur (Corrieu et al., 2008). I.6.4.- Exigences en cations Le rôle principal des cations dans la nutrition des bacteries lactiques et dans les différentes réactions métaboliques (Boyaval et al., 1988). La forme ionique entraine une activation de la fermentation lactique par une meilleure utilisation des sucres, par exemple Amouzou et al (1985) ont montrés le rôle de Mg2+ sur Streptococcus thermophilus. I.6.5.- Exigences en vitamines Les bactéries lactiques sont incapables de synthétises les vitamines qui jouent un rôle irremplaçable des coenzymes dans le métabolisme cellulaire. Streptococcus thermophiles à une exigence absolue en acide pantothénique (B5), en riboflavine (B2), à moindre degré en thiamine (B1), en nicotinamide ou en acide nicotinique (B3) et en biotine (B8). La pyridoxine ou ses dérives (B6) stimulent fortement sa croissance (Desmazeaud M, 1983). 6 Chapitre: I Généralités sur Les bactéries lactiques Tableau 02 : Principaux besoins vitaminiques des quelques bactéries lactiques (Corrieu et al., 2008). Vitamines Lactobacillus Lactococcus Acides St. thermophilus ++ ascorbiques (C) Acides foliques V V V (B11) Acides + nicotiniques Acides ++ ++ ++ Biotine V + + Cabalamine V V V Niacine (PP) ++ ++ + Pyridoxine (B6) V + + Riboflavine (B2) ++ V ++ Thiamine (B1) V V + pantothéniques (B5) (B12) ++ : Exigence absolue ; + : Stimulant mais non essentiel ; V : Variable selon l’espèce. I.6.6.- Exigences en glucides Les bactéries lactiques ont la capacité de fermenter des glucides. (Wood et Holzapfel, 1995 ; Bazo, 2011), par exemple S. thermophiluses est fermenté et transformé rapidement du lactose en lactate, et utilisé différent source tel que : lactose, saccharose, glucose, galactose, fructose .S. thermophilus a été adapte a alimenter et croitre sur lactose comme source de carbone (Vaillancourt et al., 2002 ; Vanden Bogaard et al., 2004 ; Ben-Yahia, 2012). 7 Chapitre: I Généralités sur Les bactéries lactiques I.7.- La fermentation lactique I.7.1.- Définition La fermentation est un procédé biologique utilise des sources d’hydrate de carbone et donnée comme résultat l’alcool, l’acide lactique, A acétique, A acétone et co2 pour obtenir des aliments des boisson ou des produits susceptibles d’améliorer sa condition.(Kandler, 1983). C12 H22 O11 + H2 O Lactose 4(CH3- CHOH- COOH) Acide lactique I.7.2.- Les deux voix de fermentation La fermentation est divisée en deux grandes groupes: I.7.2.1.- Homofermentation Les bactéries lactiques entrouvent dans la glycolyse pour dégrader les hexoses (glucose) qui est subi une déférent étape de transformation pour donné le pyruvate qui est réduit en acide lactique qui est le produit unique. Dans les conditions défavorables ces bactéries produisent également l’acide fornique, l’acide acétique, l’éthanol et/ou le CO2 par la voie de fermentation des acides mixtes (Mozzi et al., 2010). 1 glucose + 2 Pi + 2 ADP 2 lactate + 2 ATP (Homofermentation). I.7.2.2.- Hétérofermentation Les bactéries lactiques qui fermentent le glucose en produisant, en plus de l’acide lactique, de l’éthanol et du CO2 sont dites hétérofermentaire. Les groupes principaux de bactéries présentant ce type de métabolisme sont les Leuconostoc et certains lactobacilles. Ces micro-organismes sont dépourvus d’une FBA et le système de transport PTS (Thompson et Gentry-Weeks, 1994 ; Hadef, 2012). 1 glucose + 1 Pi +1 ADP 1 lactate + 1 éthanol (acétate) + 1 CO2 + 1 ATP (hétérofermentation). 8 Chapitre: I Généralités sur Les bactéries lactiques Figure02 : Représentation schématique des principales voies de fermentation des Hexoses chez les bactéries lactiques. ATP : adénosine triphosphate. ADP : adénosine di phosphate. NAD+ / NADH, H+ : Couple oxydant/ réducteur du nicotinamide adénine dinucléotide. Pi : phosphate inorganique (Makhloufi, 2011). I.8.- L'Acide lactique I.8.1.- Définition L'acide lactique ou acide α hydroxy propionique se présente sous deux formes optiquement actives deux à la présence d’un carbone α symétrique situe en α de la fonction acide. La configuration L (+) est lévogyre et la configuration D (-) est dextrogyre (Jarry, 1994). 9 Chapitre: I Généralités sur Les bactéries lactiques Figure 03 : Les deux isomères de l’acide lactique (Jarry, 1994). I.8.2.- Quelques caractères d'acide lactique Streptococcus thermophilus est homofermentaire produit uniquement l’acide L lactique (Panesar et al., 2007). L’isomère acide D lactique est parfois dangereux au métabolisme humain et peut causer un acidose et décalcification (Zhang et al., 2007). L’isomère acide L lactique est préféré dans les produits alimentaires, dû à la présence de Lactate déhydrogénase dans l’être humain (Naveena et al., 2004). L’acide lactique est classé comme à GRAS (Generally Recognized as Safe) donc il es utilisé comme un additif alimentaire par FDA (Food and Drug Administration) (Narayanan et al., 2004). 10 Chapitre - II – L'utilisation Agro-alimentaire Des Bactéries lactiques Chapitre II Utilisation Agro-alimentaire des bactéries lactiques Chapitre II : Utilisation Agro-alimentaire des bactéries lactiques II.1.-Utilisation dans le domaine alimentaire Dans l’industrie alimentaire, les bactéries lactiques sont impliquées dans la fermentation et bioconservation des déférentes aliments, les souches Lactobacillus bulgaricus, Streptococcus thermophilus sont utilisées pour la production du yaourt, des fromages et des laits fermentés (Yateem et al., 2008), Le vin, les poissons, les viandes, les charcuteries, le pain au levain entre autres sont aussi des produits de fermentation par des bactéries lactiques (Badis et al., 2005). II.1.1.- Les produits laitiers Le lait est un fluide biologique complexe sécrété par les mammifères quotidienne de l'homme vu sa composition équilibrée en nutriments de base (protéines, lipides et glucides), sa richesse en calcium et son apport non négligeable en vitamines (A, B2, B5 et B12) et en divers sels minéraux (Ouali, 2003).Donc la plupart de produits obtenu par la fermentation résultent de procédé traditionnel (Federighi M, 2005). II.1.1.1.- Lait fermenté Les laits fermentés sont des produits laitiers transformés par une fermentation essentiellement lactique qui aboutit à l’acidification et à la gélification du lait (Béal et Sodini, 2012). Les laits fermentés sont le L’ben et le Raïb. II.1.1.1.a.- L'ben Le L’ben est produit également à l’échelle industrielle. C'est un lait pasteurisé fermenté. L'acidification est provoquée par ensemencement des ferments lactiques mésophiles sont : Streptococcus cremoris, Streptococcus lactis et Streptococcus diacetylactis ; Leuconostoc dextranicum, Ln. citrovorum et Ln. Mesenteroides. Le lait qui sert à la préparation du L’ben est reconstitué (Benkerroum et Tamime, 2004). II.1.1.1.b.- Raïb Le Raïb à une très ancienne tradition il est fabriqué à partir du lait cru de vache ou de chèvre. La fermentation du lait, comme de nombreux procédés traditionnels de fermentation, est spontanée et incontrôlée et pourrait être une source précieuse des bactéries lactiques autochtones (Mechai et Kirane, 2008). 11 Chapitre II Utilisation Agro-alimentaire des bactéries lactiques II.1.1.2.- Beurre et crème Ces produits sont résulta de fermentation de lait subissent une maturation biologique à partir de certaines bactéries qui constitués essentiellement de Lactococcus lactis subsp. Cremoris, Leuconostoc citrovorum, Lactococcus lactis subsp et lactis biovar diacetylactis. Il en résulte une acidification provoquent la coagulation des protéines qui aboutit à l’épaississement de la crème, et la production de diacétyle, issu du métabolisme du citrate et conférant son arome caractéristique au beurre (Federighi M, 2005). II.1.1.3.- Le fromage II.1.1.3.a.- Bactéries lactique et fabrication de fromage Les bactéries lactiques sont introduites dans le lait sous forme de «levains » lactiques, encore appelés «ferments ».Leur action dans la fabrication fromagère est liée principalement à deux aspects de leur métabolisme : 1. La production d’acide lactique: Cet acide est un sous-produit de la fermentation, voie de dégradation des sucres en conditions anaérobies (absence d’oxygène). 2. L’activité protéolytique (fractionnement des protéines).Les bactéries lactiques ne peuvent absorber et utiliser que des acides aminés libres, peu abondants dans le lait, ou des peptides courts (composés seulement de quelques acides amine).Leur nutrition azotée exige donc l’hydrolyse des grandes protéines du lait, et notamment les caséines, par des enzymes (les protéases) situées dans la paroi extérieure de la cellule. Dans la fabrication fromagère, elles jouent un rôle primordial dans les premières étapes de la transformation du lait, mais elles interviennent aussi, directement et indirectement, dans la phase d’affinage et dans la qualité sanitaire des produits ( Desmazeaud M, 1998). II.1.1.3.b.- Les Lactococcus et fabrication de fromage Lactococcus lactis est la seule espèce de lactocoque utilise industriellement en fromagerie (Holler et Steele, 1995). Les souches sont sélectionnées pour leur aptitude à acidifier le lait, à travers leur métabolisme homofermentaire, et à produire des arômes. Les lactocoque sont utilisés dans la majorité des technologies fromagères où ils peuvent constituer le seul ensemencement en bactéries lactiques (Chamba et al., 2008). Sont capables de fermenter les sucres en lactate entraînant la coagulation du lait, mais également de produire de nombreux autres composés comme des polysaccharides (Raynaud, 2006). Le genre Lactococcus comporte plusieurs espèces et sous espèces. Pour la fabrication fromagère (cheddar, fromage frais ...), les trois espèces suivantes sont utilisées : 12 Chapitre II Utilisation Agro-alimentaire des bactéries lactiques Lactococcus lactis ssp. Lactis, Lactococcus lactis ssp. Cremoris, Lactococcus lactis ssp .lactis biovar diacetylactis (Teuber et al, 1992). Telle la production de diacétyle à partir du citrate, la désamination de l'arginine, la capacité à croitre en présence de 4.5% de sel, à pH 9,2 et à 40° C. Figure 04 : Morphologie en microscope électronique Lactoccocus lactic x1000 (wessels et al.,1996). Caillage (coagulation du lait) Egouttage (évacuation partielle du sérum) Salage (saumurage) Affinage (transformation par maturation microbienne de le pate obtenu après égouttage ) Figure 05 : Étapes essentielles de transformation du lait en fromage (Parente et Cogan, 2004). II.1.1.4.-Yaourt:(yogourt) II.1.1.4.a.- Définition Le yaourt est un lait fermenté obtenu exclusivement par la coagulation du lait sous l'action de deux bactéries : Streptococcus thermophiles et Lactobacillus bulgaricus (Quiberoni et al., 2010 ; Iyeret et al., 2009 ; De Vuyst et Tsakalidou, 2008 ; Delorme, 2008; 13 Chapitre II Utilisation Agro-alimentaire des bactéries lactiques Michaylova et al., 2007). Les bactéries de yaourt sont vivantes dans les produits mis en vent (Anonyme, 1995). II.1.1.4.b.- Les effets des bactéries de yaourt dans l'industrie Streptococcus thermophilus Le rôle principal de St. Thermophilus est la fermentation du lactose de lait en acide lactique et en plus son pouvoir acidifiant. Elle augment la viscosité du lait par production de polysaccharide (composés de galactose, glucose, ainsi que des petites quantités de raménose, arabinose et de mannose) (Bergamaier, 2002). Figure 06: Morphologie électronique de souche St. Thermophilus x1000 (Terre, 1986). Lactobacillus bulgaricus Lb. Bulgaricus est une bactérie thermophile ne produise sauf l'acide lactique comme produits final a partir des hexoses de sucre par vois d'embden Meyerhof et incapable de fermente le pentoses, cette bactéries a un rôle important dans le développement des qualités organoleptiques et hygiéniques de yaourt (Merty-teysset et al., 2000). Figure 07: Morphologie électronique de souche Lactococcus bulgaricus x1000 (Terre, 1986). 14 Chapitre II Utilisation Agro-alimentaire des bactéries lactiques Figure 08: Représentation schématique de l'interaction entre L.b et S.T dans un invirennement laitières (D'apres siewerts et al., 2008). Tableau 03: Composition recommandée et optionnelle des ferments du yaourt (Hui, 1992). Composition standard Ferments additionnels recommandée par la FDA du yaourt Streptococcus salivarius Lactobacillus acidophilus ssp. thermophilus (St.) Lactobacillus delbruckii ssp. bulgaricus (Lb.) Lactobacillus casei Lactobacillus helveticus Lactobacillus jugurti Lactobacillus lactis Bifidobacterium longum Bifidobacterium bifidum Bifidobacterium infantis II.1.1.4.c.- L'intérêt de fonction des bacteries de yaourt Production d'acide lactique Leur importent au cours de la fabrication du yaourt a partir de deux souches spécifiques se résumer suit : Il aide à déstabilisation les micelles de caséines, ce qui conduit à la formation du gel. Il donne au yaourt son gout, comme il contribue a la saveur et l'arome (Timime et Robison,1999 ; Singh et al., 2006). 15 Chapitre II Utilisation Agro-alimentaire des bactéries lactiques Intervient comme inhibiteur contre les germes indésirables (Leory et al., 2002). Activité protéolytique Lb. Bulgaricus possède des protéases localisées, pour l'essentiel, au niveau de la paroi cellulaire cette activité protéasique permet d'hydrolyser la caséine en polypeptide. St. Thermophilus est concédérée comme ayant une faible activité endopeptidasique. Elle dégrade les polypeptides par son activité axopeptidasique en acide amines libres (Anonyme, 1995). II.1.2.- Panification Le pain a été l'objet traditionnellement d'une fermentation naturelle à base de levain II.1.2.1. -Définition de levain Les levains est la population des micro-organismes que l’on peut rencontrer dans une farine que l’on aura laissée fermenter sans autre adjonction des micro-organismes et après l’avoir placée dans des bonnes conditions de développement (apport d’eau et température de 20à 25C°) (Bourgeois C B ; Larpent J P, 1996). II.1.2.2.-Les levains lactiques Les B.L les plus souvent identifiées dans les produits de panification est une flore hétérogène essentiellement homofermentaire et composées appartiennent aux genres Lactococcus, Leuconostoc, Ln mesenteroides, Pediococcus et Lactobacillus homofermentaire: Lb coryneformis, Lb planétarium, Lb casei, Lb salivarium et Lb curvatus. Et Lactobacillus hétérofermentaire: Lb cellobiosus, Lb brevis, Lb fermentum sont le plus représentées. En peut ajoutent d'autre genre moins fréquents comme : Streptococcus et Enterococcus, en mis évidence des nouvelles espèces jusque là non décrites : Lb. Spicheri, Lb hammesii, Lb nantensis, Lb rossia, Lb acidifirinae, Lb zymae (Jean-Paul Larpent, 1997) II.1.2.3.- Fonction des bacteries lactiques dans les produits de panification Les levains de panification ont des effets sur la qualité du pain ( la texture des pates et du pain, caractéristiques organoleptiques des produits, conservation et retard au rassissement,…), ces effets sont en relation avec l’activité des bactéries lactiques dans la pate. La production du gaz carbonique En panification au levain seulement les bactéries hétérofermentaires produisent du gaz carbonique responsable de la levée de la pate. Plusieurs auteurs relèvent cependant une augmentation du volume des pates avec certaine association comme Lb. Sanfranciscensis. 16 Chapitre II Utilisation Agro-alimentaire des bactéries lactiques L’aspect aromatique L’arome du pain en général doit être attribué non pas à un seul composé, mais à un mélange complexe de substances aromatiques d’origine microbienne et enzymatique. Le pain au levain présente une flaveur caractéristique, celle-ci est due principalement à la production des acides lactique et acétique par les bactéries lactiques. Les autres composés aromatiques de type alcools, esters, et composés carbonyles proviennent des levures et de bactéries lactiques a partir des procureurs présents dans la farine et le levain comme Lb. sanfranciscensis, Lb. brevis, Lb. fructidoriens. La qualité aromatique du pain au levain dépend du pH de la pate et du quotient fermentaire. On appelle le quotient fermentaire (QF) le rapport molaire de la concentration en acide lactique sur celle de l’acide acétique. La fermentation lactique confère aux produits finis un gout typique du pain au levain, aigrelet par l’acide lactique et plus piquant par l’acide acétique. Si ce quotient est trop faible, le pain présente un excès d’acidité acétique désagréable au gout. S’il trop élevé, le pain est moins typé en raison de la prédominance de l’acide lactique. Les valeurs optimales du (QF) pour définir un bon arome n’ont pas été déterminées, mais il est un rapport compris entre 4 et 7 (Drider D et al., 2009). II.1.3.- Produits carnés II.1.3.1.- Définition des produits carnés Les produits carnés représentent une grande variété de produits de consommation courante dans l’alimentation humaine. Ces produits d’origine animale, frais ou transformés, sont principalement issus de viandes bovine, porcine, ovine ou de volailles et constituent un écosystème à la fois riche et sélectif pour les bactéries résidentes. Les produits carnés frais, en particulier les viandes rouges peuvent être conservées à froid selon 2 modes : conservation à l’air ou sous atmosphère modifiée (Leistner, 1992). II.1.3.2.- Les bactéries lactiques dans les produits carnés Parmi ces espèces bactériennes, certaines bactéries lactiques jouent un rôle important dans la conservation des produits carnés en inhibant le développement d’espèces pathogènes ou d’altération (Zagorec M, 2004). Les différents espèces naturellement présentes dans les produits carnés sont Lb.sakei, Lb. curvatus, Lb. plantarum, et Lb. farciminis. On y trouve aussi les espèces Cb. divergens, Carnobactérium maltaromaticum, Ent. faecium, Le. mesenteroides, W. viridescens, W. halotolerens, Ped. pentosaceus, Ped. acidilactici et L. lactis. Le groupe homofermentaire est très recherché sur le plan technologique pour assurer la fermentation, abaisser le pH des 17 Chapitre II Utilisation Agro-alimentaire des bactéries lactiques produits et pour sécuriser les produits fermentés. En contraire le groupe hétérofermentaire qui peuvent être d’origine d’altérations (Drider D et al., 2009). II.1.3.3.- Le rôle de bactéries lactiques dans les produits carnés Les bactéries lactiques interviennent comme agents de fermentation dans les préparations des viandes salées, épicées et ne subissant aucun traitement thermique d’assainissement, comme les saucissons (Federighi M, 2005). Les bactéries, Lb. sakie, Lb.curvatus, Lb. plantarum, Lb. pentoses, Ped. pentosaceus sont utilisés comme ferments en salaison. Le rôle de ces bactéries est de fermenter les glucides afin d’acidifier le milieu. Elles assurent une durée longue de conservation du produit, (reste stable longtemps après la fin du processus de fermentation et de séchage). Elles participent ainsi amplement aux qualités hygiéniques, (Drider D et al., 2009).et à la production des composés organoleptiques : les acides organiques issues du métabolisme des sucres, aldéhydes issus de la dégradation des acides aminés (Federighi M, 2005). Elles ont la fonction au développement de la texture, la couleur et la flaveur du produit carné fermenté. (Drider D et Prevost H, 2009). II.1.4.-Vinification II.1.4.1. - Définition de vinification La vinification est la transformation du jus de raisin en vin fait intervenir des phénomènes biochimiques complexes et plusieurs types de micro-organismes, chacun ayant sa spécificité et son rôle particulier. Le procédé de vinification implique une première étape biologique, la fermentation alcoolique (FA), qui consiste en la transformation par les levures, des sucres du moût en éthanol. Dans certains cas, une deuxième étape biologique a lieu, la fermentation malolactique (FML), pendant laquelle les bactéries lactiques transforment l’acide malique du moût en acide lactique (Nehme N, 2008). II.1.4.2.- Des bactéries lactiques du raisin au vin Les bactéries lactiques font aussi partie de la flore microbienne du raisin, du moût et du vin. Seul un petit nombre d’espèces parvient à se développer dans les moûts et les vins. Les espèces les plus souvent rencontrées en œnologie appartiennent aux genres Pediococcus, Leuconostoc, Oenococcus et Lactobacillus. La présence de ces bactéries lactiques sur les raisins est faible, soit environ 100 cellules/gramme de baie (Lafon-Lafourcade et al., 1983). Tout au long de la vinification, la microflore lactique évolue, non seulement en nombre mais aussi en variétés d’espèces. Les bactéries isolées sur les raisins avant la récolte appartiennent 18 Chapitre II Utilisation Agro-alimentaire des bactéries lactiques Principalement aux espèces Lactobacillus plantarum, L. hilgardii et L. casei (Carre, 1982). Les moûts de raisin juste après leur arrivée dans la cuve contiennent une microflore très variée appartenant généralement aux espèces : Lactobacillus plantarum, L. casei, L. hilgardii, L.brevis, Pediococcus damnosus, P. pentosaceus, Leuconostoc mesenteroides, Oenococcus oeni. Mais dans le cas d’un mauvais état sanitaire ou quand les conditions de transport et/ou la propreté des équipements de la cave ne sont pas optimales, il est possible d’avoir jusqu'à 106 cellules/mL, soit autant qu’une population de levures en début de fermentation alcoolique, d’où les risques de compétition. Par ailleurs le pH des moûts de raisin très murs est généralement plus élevé. Ce facteur est absolument déterminant pour le niveau de la population bactérienne et pour son évolution (Lafon-Lafourcade et al., 1983). II.1.4.3.- Les types de fermentation dans la vinification Dans la vinification il y a deux types de fermentation (fermentation alcoolique, fermentation malolactique). La fermentation alcoolique (FA) La FA consiste en la transformation par les levures, principalement Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae), des sucres du moût (glucose et fructose) en éthanol et en dioxyde de carbone. Puis dans les vins rouges et dans certains vins blancs secs de garde et/ou très acides, une deuxième étape biologique, la FML, peut avoir lieu à la fin de la FA si les conditions sont favorables (Nehme N, 2008). La fermentation malolactique (FML) La FML consiste en une décarboxylation enzymatique de l’acide L-malique en acide L-lactique par les bactéries lactiques, principalement Oenococcus oeni (O. oeni). Ceci se traduit par une diminution de l’acidité du vin qui conduit à un net assouplissement gustatif (Nehme N, 2008). 19 Chapitre II Utilisation Agro-alimentaire des bactéries lactiques Figure 09: Représentation des différents stades d’utilisation des levains malolactique. (Maitrise, 2011). La formule de la fermentation malolactique Des bactéries lactiques COOH-CH2-CHOH-COOH Acide L-malique Vendanges Foulage égrappage Sulfitage Macération courte (10 à 15 h) Egouttage que l’on appelle la saignée CH3-CHOH-COOH + CO2 Enzyme malolactique Acide L-Lactique Mise en bouteille Filtration Fermentation malolactique en fonction du type de vin souhaité Fermentation alcoolique Débourbage Figure 10: Schéma de la méthode de saignée (Copyleft, 2003). 20 Chapitre II Utilisation Agro-alimentaire des bactéries lactiques II.1.4.4.- Les intérêts des bactéries lactiques Ainsi le métabolisme des bactéries lactiques conduit à la synthèse de produits secondaires qui ont un impact sur les qualités organoleptiques du vin. La FML joue également un rôle dans la stabilité microbiologique du vin. II.1.5.- Définition de cidre Le cidre est une boisson titrant de 2% à 8% obtenue à partir de jus de pomme fermenté .Le cidre peut être brut ou doux et peut être utilisé pour la fabrication d'un vinaigre particulier (Maitrise, 2011). Dans le cidre, la fermentation malolactique se produit dans une moindre mesure. Elle implique des Leuconostoc mais également des Lactobacillus (Federighi M, 2005). II.1.5.1.- Les incidences organoleptiques La modification de la saveur L’augmentation du rapport sucre acidité provoquée par la baisse d’acidité liée à la TML, fait évoluer le L’augmentation du rapport sucre acidité provoquée produit vers plus de gras, de rondeur. Cette évolution est positive pour les cidres recherchés pour leur moelleux, mais est un handicap pour ceux appréciés pour leur fraîcheur. La modification des arômes La synthèse des composés secondaires tels que le diacétyle ou l’acide acétique, modifie les caractéristiques aromatiques des produits. La teneur en éthanal Les bactéries lactiques ont également la propriété de faire diminuer la teneur en éthanal (Matrise, 2011). II.1.5.2.- Les incidences technologiques La fragilisation du produit L’augmentation du pH résultant de la TML fragilise le produit, en particulier vis-àvis du framboisé. Dans ce cadre, le pH à ne pas dépasser avant mise en bouteille se situe autour de 3,80.Par ailleurs, sans intervention, une TML rapide c’est-à-dire réalisée par une population bactérienne importante, peut s’accompagner ou être suivie d’une maladie de la graisse et/ou d’une piqûre lactique. 21 Chapitre II Utilisation Agro-alimentaire des bactéries lactiques L’instabilisation de la couleur L’augmentation du pH rend la couleur des cidres moins franche, plus sombre. Cette évolution rappelle la casse oxydasique. La baisse de la fermentescibilité La consommation des nutriments par les bactéries lactiques entraîne une baisse de la fermentescibilité qui peut rendre la prise de mousse difficile (Matrise, 2011). II.1.6.- Les produits végétaux Les bactéries lactiques interviennent dans préparation de nombreux produits végétaux fermentés selon des méthodes plus ou moins traditionnelles. L’exemple le plus connu est la choucroute, obtenue par fermentation lactique de lanières de chou en présence de sel. Elle fait intervenir quatre espèces principales de bactéries lactiques : Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus plantarum , Lactobacillus brevis et Pediococcus damnosus. Ces bactéries se trouvent naturellement présentes à la surface des feuilles de chou. Elles se développent dans la cuve de fermentation, du fait des conditions d’anaérobiose et de l’inhibition de flores contaminants par le sel. Les bactéries lactiques ont un rôle essentiellement aromatique par la production d’acides organiques et d’esters par les bactéries hétérofermentaire. D’autres préparations à base de fruits ou légumes salés (olives, concombres) font intervenir une fermentation lactique spontanée réalisée par la flore naturelle, ou l’on retrouve les espèces citées pour la choucroute ainsi que des Pediococcus (Federighi M, 2005). Tableau 04 : Participation des bactéries lactiques aux autres produits fermentés (Federighi M, 2005). Produits Produits carnes : Saucisson, saucisses Bactéries lactiques Lb.sakei Lb.curvatus Lb. plantarum, Pediococcus Principales activités Acidification aromes Levains de panification Lb. plantarum Lb. brevis P.damnosus Oencoccus oeni Lactobacillus Pediococcus Acidification (A lactique acétique) Lb. brevis Lb. Plantarum P.pentosaceus Acidification, aromes Vinification Cidrerie Choucroute Et légumes fermentes Fermentation malolactique 22 Chapitre II Utilisation Agro-alimentaire des bactéries lactiques II.2.- Utilisation dans le domaine de conservation II.2.1.- Propriétés inhibitrices des bactéries lactiques La propriété des bacteries lactiques à produire des composés antagonistes est reconnue depuis très longtemps. Par cette capacité, l'utilisation des bacteries lactiques permet de satisfaire les besoins au point de vue sanitaire en industrie alimentaire. Outre les compétitions nutritionnelles, les bacteries lactiques, synthétisent canolertains métabolisme à effet antimicrobien tels que l'éthanol, le peroxyde d'hydrogène, le diacétyle (Atrih et Foster, 2001), les composes antifongiques (Lavermicocca et al., 2000). Grace a ces propriété que les bacteries lactiques sont reconnues comme de bons agent de conservation des produits alimentaires (Abee et al., 1995; Rodgers, 2001). II.2.2.- Production d'acide Le métabolisme principale des bacteries lactiques a pour effet une production important d'acide lactique conduisent a une acidification rapide et durable. Le pH final dépend de la matière première fermentée et des souches utilisées. Il est le plus souvent entre 4 et 4.5 dans le cas de yaourt; 4.8 pour la choucroute, 4.6 à5.3 dans le des saucissons. A ces valeurs de pH le développement de la plupart a la stabilité des produits fermentées ( Federighi M,2005). II.2.3.- Production des bactériocines II.2.3.1.- Définition des bactériocines Les bactériocines sont des familles de peptides ou protéines 20 à 60 acides aminés. Synthétises naturellement par un très nombre de souches de bacteries lactique comme bactéries a gram positif (Laurent et al., 1998). Les bactériocines ne sont pas des antibiotiques mais elles possèdent des propriétés antibiotiques : Elles peuvent être bactéricides, c'est-à-dire éliminer certains micro-organismes. Elles peuvent être bactériostatiques, c'est-à-dire inhiber la croissance de certains micro-organismes. Le nisine est l’un des première bactériocines caractérises et le plus étudiée, il appartient a la classe I qui regroupe les bactériocines possèdent une structure peptidique particulière (acides amines des hydrogènes relies par un pont mono-sulfure), dénommées lanthionines. Joue un rôle dans la protection des produits laites est renforce par le fait qu’elle possède une solubilité maximale aux pH acides rencontrer dans ces produits (Federighi M, 2005). 23 Chapitre II Utilisation Agro-alimentaire des bactéries lactiques Figure 11 : Structure de la nisine (Bourgeois C M, Larpent J, 1989). H: Hydrogene S: Sufre Ser: Sérine Ile: Isoleucine Pro: Proline Val: Valine Leu: Leusine Lys: Lysine Asn: Asparagine Gly: Glytamine Met: Méthionine His: Histidine Ala: Alanine Dha: Acide dideshydro-lanthionine Dhb: Acide dideshydroaminobutyrique II.2.3.2.- Les intérêts des bactériocines a) Dans le secteur alimentaire Les bactériocines utilises comme aditif naturels dans les aliments (E234) a suscite l’intérêt du consommateur qui cherche à minimiser l'utilisation des aditifs chimiques artificiels dans le produits alimentaires (Nykanen et al., 1999). Elles jouent un rôle de premier plan dans la fabrication de produits alimentaires fermentés. Elles contribuent à l'amélioration du goût, de l'aspect et de l'innocuité microbiologique de l'aliment. En plus d'améliorer la saveur, la fermentation permet d'augmenter la durée de conservation du produit (Rogers, 1928 ; Rogers et Whittier, 1928). b) Dans le secteur de la santé Les bactériocines (la nisine) a fait l'objet d'un brevet (Blackburn et Projan, 1994) quant a son utilisation dans la prévention et le traitement des ulcéras gastrique causes par Helicobacter pylori (Gudcr et al., 2000).Elle est plus connue pour être un agent thérapeutique potentiel des mastites bovines, et est déjà utilise comme agent prophylactique (Ross et al.,1999) et possède un capacité inhibitrice de plusieurs pathogènes humaine. 24 Chapitre II Utilisation Agro-alimentaire des bactéries lactiques II.2.4.- Production d'autre substance inhibitrice Le peroxyde d’hydrogène ou le dérivés de l’oxygène produit par les bactéries lactiques peuvent exercer un effet inhibiteur sur certaines flores d’altération comme les pseudomonas. D’autre part, le peroxyde d’hydrogène produit par la flore lactique du lait cru participe au mécanisme d’inhibition du système lactoperoxdase – isothiocyanate – peroxyde d’hydrogène actif sur des bactéries comme Staphylococcus aureus ou Salmonella. Le diacétyle, produit du métabolisme du citrate par plusieurs Lactococcus ou Lactobacillus est capable d’inhiber des bactéries Gram négatif (Federighi M, 2005). II.2.5.- La biopreservation La biopreservation consiste à inoculer sur un produit des souches bactériennes sélectionnées, de manière à inhiber la flore indésirable qui pourrait s'y trouver, sans modifier les caractéristiques organoleptiques de ce produit (Rodgers, 2001). La biopreservation fait partie des techniques qui peuvent être appliquées dans le cadre de la technologie des barrières. Elle peut être utilisées sur des produits légèrement préservés, sur des produits frais emballés sous atmosphère modifiée, ou sur des produits ayant subis une cuisson rapide. Différents mécanismes entrent en jeu lors de la biopreservation. L'inhibition des flores indésirables par les bactéries bioprotectrices peut être due à la compétition nutritionnelle lors de la croissance, à la présence de certains produits du métabolisme ou à la production de bactériocines (Helander et al., 1997). L'ajout de bactériocine purifiée directement sur un produit alimentaire, parfois considérée comme une forme de biopreservation (Stiles, 1996) se rapproche d'avantage de l'ajout d'additifs conservateurs. A l'heure actuelle, seule la nisine est autorisée pour ce genre de traitement. II.2.5.1.- Les bactéries lactiques dans la biopréservation Les bactéries lactiques sont les bactéries les plus intéressantes pour la biopréservation. De nombreuses études ont montré leur potentiel dans toutes sortes de produits alimentaires. Certaines bactéries lactiques peuvent se développer rapidement dans les produits réfrigérés et emballés sous vide ou sous atmosphère modifiée. Certaines souches produisent des composés antimicrobiens (acides organiques, peroxyde d'hydrogène, diacétyle et bactériocines) et elles sont généralement reconnues sans risques dans l'alimentation. De surcroît, elles disposent auprès des consommateurs d'une image naturelle et bénéfique pour la santé, due à leur présence dans des produits laitiers et aux effets probiotique de certaines souches (pour revue, voir Stiles, 1996 et Guinane et al., 2005). 25 Chapitre II Utilisation Agro-alimentaire des bactéries lactiques II.2.5.2.- Produit de mer a) Origine des bactéries lactiques dans les produits de la mer La microflore des produits de la mer dépend de plusieurs facteurs, dont la charge bactérienne de la matière première (ici l'animal vivant : poisson ou crevette). La microflore des poissons sont réparties sur les surfaces d'échange avec l'environnement : la peau, les branchies, le mucus et le tractus intestinal. Sauf cas d'infection, le muscle est stérile. Etant directement en contact avec l'extérieur, la microflore subit directement l'influence de l'environnement : alimentation, température de l'eau, salinité, période de l'année et pollution. (Gram et Huss, 1996). Les bacteries majoritaires des poissons marines d’eaux tempéraux sont généralement des bacilles psychrotrophes, parfois mésophiles a gram négatif, appartenant aux genre Pseudomonas, Shewanelle, Acinetobacter, Aeromonas, Vibrio, Moraxella, Flavobacterium… mais des bactéries à Gram positif comme Micrococcus, Carynebacterium, Bacillus ou Clostridium, peuvent également être présentes dans des proportion variables.( Drider D et Prévost H,2009). b) Utilisation des bactéries lactiques dans la biopréservation des produits de la mer Les produits de la mer transformés et conditionnés sont des produits dont la qualité microbiologique est difficile à maîtriser, et qui présentent généralement une forte présence de bactéries lactiques. Ces deux éléments y rendent possible le développement de la biopréservation. La majorité des essais a porté sur l'inhibition de L. monocytogenes, en particulier dans le saumon fumé (Wessels et Huss, 1996) ont montré une inhibition de ce pathogène sur des tranches de saumon fumé par une souche de Lc. lactis productrice de nisine. Cependant l'absence de croissance de la souche bioprotectrices à 5°C réduit son efficacité aux cas de rupture de la chaîne du froid. Les souches de Carnobacterium sont particulièrement adaptées à la biopréservation du saumon fumé : elles poussent à 5°C, leur pouvoir inhibiteur est largement démontré et elles ont peu d'impact sur les qualités organoleptiques des produits (Nilsson et al., 1999). II.2.5.3.- Produits carnées Des Lactobacillus (L. sakei) sont des principaux bactéries lactiques font partie de la flore de surface des carcasses mais se développent peu sur les viandes fraiche par rapport aux autre bactéries contaminants. L’analyse microbiologique de viande conservée sous vide ou 26 Chapitre II Utilisation Agro-alimentaire des bactéries lactiques sous atmosphère modifiée montre que la flore lactique est la plupart du temps majoritaire (Federighi M, 2005). Figure 12 : Dénombrement de flores contaminants de viandes de bœuf après 5 semaines de stockage a 2° C sous différents atmosphères (Federighi M, 2005). Lactobacillus sakei L’origine du nom de cette espèce trouve ses racines en 1934 lorsqu’elle est isolée en tant que contaminant de la fermentation de l’alcool de riz japonais, le saké (Katagiri et al., 1934, Kagermeier-Callaway et Lauer, 1995). L'hétérogénéité phénotypique de l'espèce et la proximité avec une autre espèce résidente de la viande, L. curvatus, ont par le passé rendu difficile l'identification correcte des souches de L. sakei. La fermentation du mélibiose et l'hydrolyse de l’arginine par la voie arginine désaminase sont deux critères phénotypiques utilisés pour distinguer les deux espèces : L. sakei est positif aux deux tests tandis que L. curvatus y est négatif (Montel, 1985 ; Klein et al., 1996). Figure 13 : morphologie de L. sakei observée par microscopie électronique à balayage (Klein et al., 1996) 27 Chapitre II Utilisation Agro-alimentaire des bactéries lactiques Utilisation pour la bioconservation Dans les produits carnés, sa capacité à coloniser cet écosystème fait de L. sakei un candidat intéressant pour la bioconservation. Dès 1999, il a été observé que des souches de bactéries lactiques montraient des effets inhibiteurs sur la croissance de L. monocytogenes et E. coli O157:H7 (Bredholt et al., 1999). En effet, L. sakei peut produire du peroxyde d’hydrogène à partir de l’oxygène et les souches produisant du peroxyde d’hydrogène ont souvent des effets antibactériens contre des contaminants dans la nourriture (Condon, 1987). Une autre caractéristique importante pour la bioconservation est la capacité des bacteries à produire des bactériocines qui sont appelées sakacines. Les sakacines K, A, M, P, G, T, X et la lactocine S (Sobrino et al., 1992, Tichaczek et al., 1994, Hugas et al., 1995, Champomier Vergès et al., 2002, Simon et al., 2002, Vaughan et al., 2004).Et possèdent des effets inhibiteurs contre des espèces d’Enterococcus, de Carnobacterium, et contre L. monocytogenes. (Vermeiren et al., 2006b). Il est possible d’améliorer la sécurité sanitaire Pendant la préparation de saucissons secs français, en inhibant L. monocytogenes (Talon et al., 2008). II.2.6.- Les probiotiques Les probiotiques sont des microorganismes qui un quantité suffisant exercent positif sur la santé (corthier, 2006). Ils ont un rôle importent dans l'amélioration de la digestion et du transit intestinal, le maintien de l'équilibre de la flore intestinale et de l'équilibre acido-basique au niveau du colon. Utilisés pour l'enrichissement de certain yaourt et laites (Klaenhammer et al., 2007).Cette utilisation est due aux effet nutritionnels et thérapeutique des ces bacteries car elles enrichissent le milieu ou elles se trouvent en vitamines (B et K), acide amines , et bactériocines responsables de l'inhibition des bacteries pathogènes (soomro et al., 2002). Les bacteries les plus fréquemment utilisées comme probiotique sont des Lactobacillus et des Bifidobacterium (Khan et Ansari, 2007). a) Les Bifidobacterium Genre Bifidobacterium a été décrit en 1924(Orla-Jensen, 1924). Certaines espèces des bifidobactéries sont déjà présentes chez l’humain. C’est le cas notamment de Bifidobacterium adolescentis, Bifidobacterium brève et Bifidobacterium longum qui se retrouvent dans l’intestin des enfants et des adultes (Lee et al., 2010; Leahy et al., 2005). B. longum fait partie des bifidobactéries qui sont reconnues pour leur potentiel probiotique. Il semble un effet positif sur la muqueuse intestinale lorsque les patients souffrent de diarrhée suite à un 28 Chapitre II Utilisation Agro-alimentaire des bactéries lactiques traitement aux antibiotiques (Fioramonti et al., 2003). La souche B. longum R0175 s’est révélée avoir des effets bénéfiques sur les colites ulcéreuses chez l’enfant lorsqu’elle est consommée avec un probiotique tel que l’inuline (Haskey et al., 2009).Et a Une diminution de la douleur et des saignements (Estrada et al., 2001). Des propriétés anti-inflammatoires puisqu’il a été démontré que la production de cytokines inflammatoires (TNF-ɑ et TFG-β) chez une lignée cellulaire stimulée par des bactéries pathogènes est significativement diminuée lorsque ce probiotique est présent (Wallace et al., 2003). Figure 14 : Morphologie de Bifidobacterium x1000 (Estrada et al., 2001) b) Les Lactobacillus En mars 1990, une nouvelle souche de lactobacille, la R0052, a été décrite par l’Institut Rosell Lallemand (Naser et al., 2006). Elle possède une surface cellulaire plutôt hydrophobe ce qui lui confère la capacité à se lier non spécifiquement à la surface des cellules de l’hôte (Jonhson-Henry et al., 2007). Cette bactérie peut ainsi occuper les sites d’attachement de certains pathogènes comme l’Escherichia coli enteropathogénique (EPEC) et l’E. coli enterohemorrhagique (EHEC), souvent responsables des diarrhées chroniques chez l’enfant et des colites hémorragiques (Sherman et al., 2005). Aussi que le probiotique doit être vivant pour avoir un effet protecteur, alors qu’un contact direct avec les cellules de l’intestin n’est pas nécessaire (Jandu et al., 2009). L. helveticus R0052 s’est révélé protéger l’intégrité de l’épithélium de la barrière intestinale (Sherman et al., 2005). Il y a aussi des autre Probiotiques comme Lactococcus mais il n'est utilise pas comme Probiotique dans l'industries laitiers puisque il est sensible a l'acidité mais elle utilisée dans le vaccination (Drider D, 2009). 29 Chapitre II Utilisation Agro-alimentaire des bactéries lactiques c) Les principaux effets des Probiotiques L'amélioration de la digestibilité de lactose. L'abaissement du taux de cholestérol sanguin. Des effets sur l'activité du système immunitaire. L'inactivation de composés toxiques et la protection contre certaines infections intestinales. stabilisation de la fonction barrière de la muqueuse initiale. modification de l'écologie intestinale. utilises pour lutter contre la bactérie hélichobactèe polyré, associée l’ulcérer et au cancer de l’estomac, certaine Propiotiques pourraient protéger du cancer du colon en s’opposant à la fixation de micro-organismes cancérogènes et en diminuant la présence de toxique et les processus inflammatoires (Laurent et al., 1998). Figure 15: Le rôle de bactéries dans la fabrication des aliments fermentés. 30 Conclusion Conclusion Conclusion Les bactéries lactiques occupent une place très importante dans notre vie douées de plusieurs activités, elles sont considérées comme additif alimentaires ou elles sont trouvées naturellement dans le produit. Un intérêt industriel tout particulier a été porté pour les bactéries lactiques, avec les nouvelles techniques de conservation des produits alimentaires plus particulièrement les produits de Pêche qui constituent un substrat bactériologique potentiellement dangereux, et aussi de pouvoir bénéficier des produits frais prêt à l'emploi incuit et une longue durée de conservation comparant avec la conservation chimique, elles sont utilisées aussi pour améliorer des caractères organoleptiques de produit ( le gout, la saveur, la texture, l'arome de produits par exemple le lait fermente, le yaourt, le fromage, le pain et les produits carnée…etc). Pour ces raisons industriellement les bactéries lactiques sont commercialisées pour l’utilisation en fermentation et préservation des produits alimentaires. 31 Références bibliographiques Références bibliographique Références bibliographiques Abee T., Krockel L., Hill C., 1995 - Bacteriocins: modes of action and potentials in food preservation and control of food poisoning. Int J. Food. Microbiol : 28: pp 16985. Amouzou K S., Prevost H., Divies G.R., 1985 - Effect of magnesium supplementation of milk on lactic fermentation by streptococcus lactic and streptococcus thermophilus. Lait: 65: pp 21-34. Anonyme., 1995 - Le lait et les produits laitières dans la nutrition humaine. Collection FAO: Chemistry: 50: pp 1497-1501. Atrih A. et Foorste S J., 2001 - Analysis of the role of bacterial endospore cortex structure in resistance proprieties and demonstration of its conservation amongst species’. Appl. Microbiol: 91: pp 364-372. 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Les bactéries lactiques sont économiquement utilisées dans la fermentation des produits alimentaires (fromages, yaourts, lait fermentée; les produits carnés fermentés…...) car elles ont la capacité de dégrader les sucres en donnant une grande quantité d’acide lactique ainsi que d’autres produits tel que les bactériocines qui assurent la biopréservation des produits alimentaires fermentés et les produits aromatiques qui assurent les caractères organoleptiques… , qui ont aussi un rôle active a la prévention d’empoisnnement, et l’augmentation de la valeur nutritive. Mots clés: Les bactéries lactiques, acide lactique, les ferments industriels, biopreservation, caractères organoleptiques. The use of lactic acid bacteria in industrial fermentation Summary: In our literature review we have illustrated the use of these bacteria in different agro-food industries. Lactic acid bacteria are economically used in the fermentation of food products (cheese, yoghurt, fermented milk, fermented meat products...) because they have the ability to degrade sugars to give a large amount of lactic acid and other products such as bacteriocins that provide bioconservation the ferment product food and aromatics ..., which also have active role in the prevention of poisoning, increased nutritional value and improve the organoleptic characteristics of food . Keywords: Lactic acid bacteria, lactic acid, industrial enzymes, prevention, organoleptic characteristics of food. استخدام بكتيريا حمض اللبن في التخمرات الصناعية : ملخص .يٍ خالل دراستُا انُظزيت هذِ أظهزَا استعًال بكتيزيا حًض انهبٍ في يختهف يجاالث انتغذيت انشراعيت )... انهحىو انًتخًزة، انحهيب انًخًز، انياغىورث،ٌتستعًم بكتيزيا حًض انهبٍ اقتصاديا في تخًيز انًىاد انغذائيت (األجبا . الٌ نها انقذرة عهً تفكيك انسكزياث نتعطي كًيت كبيزة يٍ حًض انهبٍ و يىاد أخزي يثم انبكتيزيىسيٍ انتي تؤيٍ انحفع و . كًا نها دور فعال في انىقايت يٍ انتسًى و سيادة انقيًت انغذائيت و تحسيٍ خصائص انًؤثزاث انحسيت انغذائيت، …يىاد عطزيت . خصائص انًؤثزاث انحسيت انغذائيت، انىقايت، انتخًزاث انصُاعيت،ٍ حًض انهب،ٍ بكتيزيا حًض انهب: الكلمات المفتاحية
