Impact des champs électriques pulsés et des ultrasons sur la croissance et la conservation des bactéries lactiques

Impact of pulsed electric fields (PEF) and ultrasound (US) on the growth and conservation of lactic acid bacteria

• Auteur / Autrice : Kaidi Peng
• Direction : Olivier Bals, Mohamed Koubaa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés Industriels et développement durable : Transformations intégrées de la matière renouvelable (EA-4297)
• Date : Soutenance le 21/06/2021
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lyophilisation

Acidification

Cinétique chimique

Cellules -- Croissance

Facteurs de croissance

Lactobacillus delbrueckii bulgaricus

Lactobacillales

Ultrasons

Champs électriques pulsés

Mots clés libres

Champs électriques pulsés (CEP)

Cinétiques de croissance et d’acidification

L. bulgaricus CFL1

Congélation

Viabilité

Cryoprotecteurs

Pulsed electric fields (PEF)

Growth and acidification kinetics

L. bulgaricus CFL1

Freezing and freeze-drying

Ultrasound (US)

Viability

Cryoprotectants

Résumé

Ce travail vise à étudier les effets du traitement par champs électriques pulsés (CEP) et par ultrasons (US) sur les cinétiques de croissance et d’acidification des bactéries lactiques, ainsi que sur la viabilité cellulaire après congélation et lyophilisation. Les effets de diverses conditions opératoires (e.g., durée et intensité du traitement, température de congélation, vitesse de congélation, température de stockage, présence ou non de cryoprotecteurs, prétraitement ou non par CEP, etc) ont été étudiés. La bactérie lactique Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus CFL1 a été utilisée comme microorganisme modèle dans cette étude. La première partie de ce travail a été consacrée à l’étude des effets de traitement par CEP ou par US sur les cinétiques de croissance et d’acidification de L. bulgaricus CFL1 durant la fermentation sur un milieu MRS. Le traitement par CEP et US pendant la fermentation a entraîné un retard de la croissance cellulaire et une diminution de l'activité d'acidification. Après l'arrêt du traitement, les cellules traitées ont retrouvé une croissance normale, montrant un taux de croissance et d'acidification accéléré par rapport aux cellules non traitées (contrôle). Les cellules ont présenté une croissance biphasique au cours de la fermentation assistée par CEP et assistée par US. La seconde partie du travail a été consacrée à l’étude des conditions opératoires sur la viabilité de L. bulgaricus CFL1 après congélation et lyophilisation. Les résultats ont montré que l'application d'un protocole de congélation approprié et la réduction du soluté extracellulaire (NaCl) sont importants pour maximiser la viabilité cellulaire après congélation. La viabilité la plus élevée était obtenue quand la conservation cellulaire a été effectuée à -80 °C. Les cellules en suspension dans 10% de saccharose avaient une viabilité après lyophilisation plus élevée que celles qui étaient en suspension dans l'eau ultrapure. Lorsque les cellules étaient suspendues dans une solution de saccharose ou une solution de glycérol, puis congelées à -80 °C, elles avaient une viabilité plus élevée que celles qui étaient congelées à -20 °C. Le traitement par CEP n'a montré aucun effet positif sur la viabilité cellulaire après congélation ou lyophilisation.

This work aims to investigate the effects of pulsed electric fields (PEF) and ultrasound (US) treatments on the growth and acidification kinetics of lactic acid bacteria (LAB), as well as the impact of processing conditions (e.g., freezing medium, freezing kinetics, storage temperature, cryoprotectants, PEF treatment) on the viability of LAB after freezing and freeze-drying. In this work, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus CFL1 was used as a model culture. The first part of this work deals with the effects of PEF and US treatments on the growth and acidification kinetics of L. bulgaricus CFL1 cells during fermentation in MRS medium. The application of PEF and US treatments during fermentation resulted in a delayed growth and a reduced acidification activity of the cells. After suspending the treatment, the treated-cells showed an accelerated growth and acidification rate, and reached at the end of fermentation the same values obtained for to untreated cells (control). It was also demonstrated that L. bulgaricus CFL1 cells exhibited a biphasic growth during PEF-assisted and US-assisted fermentation. The second part of this study was devoted to investigate the influence of processing conditions on the viability of L. bulgaricus CFL1 cells after freezing and freeze-drying. Applying appropriate freezing protocols and reducing the extracellular solute (NaCl) were important to obtain high viability after freezing. The cells had higher viability during storage at -80 °C compared to that at -20 °C. The cells suspended in 10% sucrose had higher viability than those suspended in ultrapure water after freeze-drying. When the cells were suspended in ultrapure water, and in presence of sucrose or glycerol as cryoprotectants, they had higher viability both after freezing and freeze-drying when they were frozen at -80 °C than that at -20 °C. PEF treatment had no positive effect on the viability of cells after freezing or freeze-drying.