SPT-Microorganismes et environnement

SPT Facteurs abiotiques et physiologie
microbienne
1
Transformer le lait : facteurs abiotiques et physiologie microbienne
SPT
Sciences des procédés et de la transformation
CM1 : Transformer le lait, les aliments
Facteurs environnementaux abiotiques
et
physiologie microbienne
Murielle Naïtali – 2015 - SPAB
Photos :
UMR B2HM
Transformer le lait : facteurs abiotiques et physiologie microbienne
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Quels microrganismes transforment le lait ?
Flore acidifiante
•Bactéries lactiques
Flore d’affinage
•Levure, moisissures
(désacidifiante, arôme, croute)
•Microcoques, corynébacétries
(croute, arôme)
Pseudomonas
Flore
thermorésistante
Flore coliforme
L. monocytogenes
S. aureus
Salmonella
E. coli
Flores originelles du lait ou
levains
Flores originelles du lait ou
contamination primaire ou
secondaire
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Facteurs environnementaux
De quoi ont-ils besoin pour transformer le lait ?
Intrinsèques composition biochimique
pH
l’eau et sa disponibilité (Aw)
potentiel redox
Extrinsèques température
humidité ambiante
composition en gaz
présentation
Source d’énergie
Source de
carbone
Source
d’azote
Source de soufre,
de phosphore Minéraux
Facteurs
de croissance
Lactobacillus casei auxotrophe
•Bases puriques et pyrimidiques
•Vitamines B2, B6 et B12
•Acides folique et lipoïque
Reproduction
cellulaire
Production de
métabolites
Lait aliment riche
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Les facteurs environnementaux et la croissance microbienne
Présentation générale
Le pH
La température
L’Aw
L’O2
Et en dehors de la croissance ?
Il n’y a pas de critère absolu !
Mode d’action
Quelle gamme pour quels microorganismes
Quels aliments sont concernés
Les facteurs environnementaux

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Les facteurs environnementaux et la croissance
Déterminent l’écologie microbienne des aliments en modulant le développement
1 - Phase de latence (lag , ) : X = X0=Cste, m = 0 Pas de mutiplication, phase d’adaptation, de réparation
2 - Phase exponentielle : dX= m .X.dt, m =Cste= m
max pour des conditions environnementales données =>
X=X0.exp(µmax.t)
3 -Phase de ralentissement : m diminue, X augmente (carence nutritionnelle, composés inhibiteurs)
4 - Phase stationnaire : m = 0, X=Cste=Xmax
5 - Phase de lyse : X diminue
Population microbienne
X (g/mL) ou N (UFC/mL)
Vitesse spécifique de croissance
ou taux de croissance
µ (h-1) qui lors de la croissance
exponentielle est égale à µmax
Temps de doublement ou de
génération durant la croissance
exponentielle td ou tg (h)
td =ln2/µmax
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La croissance exponentielle d'une bactérie peut être définie par deux constantes :
- le temps de génération(tg) ou temps de doublement (td), intervalle de temps entre deux divisions
successives = temps nécessaire au doublement de la population.
Si la concentration initiale est X0 au temps t0=0, par doublement successif, elle devient:
Au temps t1=td après 1 doublement X1 = 2X0
Au temps t2= t1+td=2td, après 2 doublements X2 = 2X1 = 2*2X0 = 22X0
...
Au temps t=ntd, après n doublements, X = 2nX0 soit X = X0*2t/td
On représente la croissance en exponentielle de base e, soit X = X0*eln2*t/td
On définie alors le second paramètre
- le taux maximal de croissance ou vitesse maximale spécifique de croissance (µmax) comme la pente de
la droite de croissance en considérant le logarithme népérien de X
soit lnX = lnX0 + µmaxt
ou X = X0eµt
La relation entre ces deux paramètres est donc µmax= ln2/td
La croissance exponentielle
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A optimiser pour favoriser le développement
inhiber le développement (suffixe statique)
Durée de la phase de latence (lag,
)
La pente de la phase exponentielle (µmax, td ou tg)
Le niveau de la phase stationnaire (Xmax , Nmax)
et sa durée
La vitesse de la phase de déclin
mais aussi orienter la physiologie microbienne
(production de composés spécifiques)
=> TD 1 conserver le lait
détruire les microorganismes (suffixe cide)
Déterminent l’écologie microbienne des aliments en modulant le développement
Principalement les hautes températures
Les facteurs environnementaux et la croissance
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A optimiser pour favoriser le développement
inhiber le développement (suffixe statique)
Déterminent l’écologie microbienne des aliments en modulant le développement
Taux de croissance
Valeur
minimale
Valeur
maximale
Valeur
optimale
Valeur d ’un facteur environnemental donné
Un domaine de croissance est défini par les
valeurs cardinales, spécifique de chaque
population microbienne
Les facteurs environnementaux et la croissance

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A optimiser pour favoriser le développement
inhiber le développement (suffixe statique)
Déterminent l’écologie microbienne des aliments en modulant le développement
Les facteurs environnementaux et la croissance
μmax h-1
Aw
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
010 20 30 40
Température (°C)
Racine carrée du taux de croissance (h -1)
souche 1 souche 2 souche 3 souche 4 souche 5
souche 6 souche 8 souche 9 souche 10
Nombre de données : 68
TSB
Tmin
Température
Topt
Tmax
Viande
(μmax) 0,5
(μmax) 0,5
pH
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A optimiser pour favoriser le développement
inhiber le développement (suffixe statique)
Déterminent l’écologie microbienne des aliments en modulant le développement
Lag > lagopt
µmax < µmax-opt
Nmax < Nmax-opt
Synthèse de
précurseurs
Utilisation du
substrat
Synthèse de
biomasse
Synthèse
d’ATP
Energie de
maintenance
Une croissance ralentie entraîne une
population maximale moindre
Les facteurs environnementaux et la croissance
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Comment agit le pH ?
pHe (pH)
pHi
Microorganisme pHe pHi td
(min)
E. coli
S. Typhimurium
7
5
7
5
7,3
6,8
7,6
7,0
40
140
40
108
 pHe   pHi mais  pHe   pHi
pH acide, neutre, légèrement alcalin pHi > pHe
pH très alcalin, pHi < pHe (rare en alimentaire)
Protection par - le pouvoir tampon du cytoplasme
- des systèmes de transport des protons
Force proton-motrice
1.Complexation des ions métalliques
du milieu extérieur
pH acide Mg2+
pH basique Zn2+, Ca2+, Fe2+
2.Modification de la perméabilité membranaire
pH acide perméases cationiques saturées en H+
pH basique perméases anioniques saturées en OH-
3.Modification du métabolisme
Fonctionnement des enzymes = f(pHi)
Enzymes glycolytiques => production d’ATP
Dénaturation macromolécules (ADN, protéines)
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Microorganismes
minimal optimal maximal
Levures 1,5 4-6,5 9
Moisissures 1,5 4,5-6,8 11
Bactéries 4 6,5-7,5 10
Pseudomonas sp. 5,6 6,6-7 8
Staphylococcus sp. 4,2 6,8-7,5 9,3
St. pneumoniae 7 7,8 8,3
C. diphteriae 6 7,3-7,5 8,3
M. tuberculosis 5 6,8-7,7 8,4
Clostridium sp. 4,6 6-7,6 9
Bacillus sp. 5 6,8-7,5 10
L. monocytogenes 4,3 6,5-7,5
E. coli 4,3 6-8 9
S. Typhimurium 4 6,5-7,2 9,6
Bactéries acétiques 2 5,4-6,3 9,2
pH
Bactéries lactiques 3,2 5,5-6,5 10,5
adapté de Bourgeois et al. (1996) et Carpenter (1977)
Pasteurisation
stabilisatrice
neutrophiles
pH et microorganismes
acidophiles
acidophiles

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Boeuf 5,3-6,2
Porc 5,3-6,4
Poulet 5,8-6,4
Poissons (flétan) 6,5-6,8
Lait frais 6,3-6,5
Beurre 6,1-6,4
Carottes 5,2-6
Pommes de terre 5,4-6,2
Oignons 5,3-5,8
Tomates 4,2-4,9
Pommes 2,9-3,3
Oranges 3,6-4,3
Raisins
Citrons
3,4-4,5
2,2-2,4
Produits alimentaires pH
pH approximatif de quelques produits alimentaires (Bourgeois et al. 1996)
bactéries
levures
moisissures
Glycogène
Acide lactique
Pseudomonas
(protéolytique)
Erwinia carotovora
+ jus de fruits
pH, microorganismes et aliments
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Ecologie microbienne d’un lait stocké à température ambiante
pH, microorganismes et aliments
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Conservation des aliments par abaissement du pH
- Les aliments fermentés
fermentation lactique
=> yaourts, laits fermentés, fromage
pH, microorganismes et aliments
Courbe type de
développement (C) et
d’acidification (A) des
bactéries lactiques dans le
lait. Effet sur les germes
pathogènes (GP)
Les pathogènes étant sensibles aux pH
acides => intérêt d’une acidification
rapide du lait
+ compétition nutritionnelle
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Conservation des aliments par abaissement du pH
- Les aliments fermentés
fermentation lactique
=> yaourts, laits fermentés, fromage, saucisson, choucroute
- Les aliments conservés dans du vinaigre ou saumurés
- Les acides organiques faibles
Acide sorbique (E200)
(antifongique)
OH
O
OH
O
Acide propionique (E280)
(antifongique)
-participent à l'acidification du milieu
-ont une toxicité spécifique (empêche l’assimilation des acides gras -insaturés par les
levures) acides benzoïque, propionique, sorbique => doses 0,05-0,2%
pH, microorganismes et aliments
pH = Bon moyen de conservation mais modification des propriétés organoleptiques

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1. Etat physique de l'eau (solide, liquide, vapeur)
2. Vitesse des réactions enzymatiques (loi du Q10)
3. Plasticité des membranes et du cytoplasme
(modification de la fluidité et de la perméabilité membranaire)
4. Dénaturation des macromolécules (protéines, acides nucléiques)
Mode d’action température
Comment agit la température ?
T
Pas de régulation de la température, mais adaptation aux conséquences
1. Protéines et enzymes
Enzymes thermostables des fosses hydrothermales, « Cold shock proteines »
2. Cryoprotecteurs (carnitine, glycine bétaine)
3. Composition en acides gras des membranes cellulaires
4. Maintenir le niveau de perméabilité membranaire aux protons et la fluidité membranaire
T
Pas de régulation de la température
Si T  ->  pt fusion ->  AGS/AGI (Pt fusion : AGS > AGI)
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Type Température
minimale
-2 - 2
Température
optimale
Température
maximale
µmax
Psychrotrophe 20 - 30 30 - 40 faible
Produits réfrigérés, développement ou contamination lente (++ semaines)
Beaucoup de moisissures, levures
Gram - : Pseudomonas, Alcaligenes, Erwinia, Flavobacterium
Gram + : Lactobacillus plantarum, certains Leuconostoc
Température et microorganismes
La flore dominante de beaucoup de produit réfrigérés (lait, viande) est Pseudomonas
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Type Température
minimale
-2 - 2
Température
optimale
Température
maximale
µmax
Psychrotrophe 20 - 30 30 - 40 faible
Température et microorganismes
La flore dominante de beaucoup de produit réfrigérés (lait, viande) est Pseudomonas
Peu de pathogènes -> la conservation à des T < 4°C
protège généralement la qualité sanitaire
Des pathogènes se développent aux température de réfrigération :
Listeria monocytogenes, Clostridium botulinum type E
Produits réfrigérés, développement ou contamination lente (++ semaines)
Beaucoup de moisissures, levures
Gram - : Pseudomonas, Alcaligenes, Erwinia, Flavobacterium
Gram + : Lactobacillus plantarum, certains Leuconostoc
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Type Température
minimale
Température
optimale
Température
maximale
µmax
Mésophile 5 - 10 25 - 40 44 - 48 élevé
Développement ou contamination rapide (qq h à j)
Quelques moisissures, levures, Gram - : Entérobactéries (Escherichia coli, Salmonella)
Gram + : C. botulinum, C. sporogenes, Bacillus cereus -> Thermorésistants (sporulés)
Certaines bactéries lactiques
Température et microorganismes
Bactéries Rôle Utilisation
Lactococcus lactis lactis acidifiant lactique, pâte molle, pâte pressée
Lactococcus lactis cremoris acidifiant lactique, pâte molle, pâte pressée
Lactococcus lactis diacetylactis aromatisant lactique, PM, PP en mélange avec L. lactis lactis/cremoris
Leuconostoc lactis gazogène Gouda, pâte persillée
Leuconostoc mesenteroides gazogène Gouda, pâte persillée
Lactobacillus acidophilus acidifiant parfois pâte pressée, pâte persillée