Évaluation de l’efficacité des antimicrobiens naturels libres et encapsulés contre la colonisation du jus d’orange par des bactéries lactiques : comparaison entre quatre systèmes d'encapsulation

par Elissa Ephrem

Thèse de doctorat en Microbiologie. Biotechnologie alimentaire. Biochimie. Nutrition

Sous la direction de Catherine Charcosset et de Hélène Greige-Gerges.

Soutenue le 18-12-2018

à Lyon , dans le cadre de École Doctorale de Chimie (Lyon) , en partenariat avec Laboratoire d'Automatique, de Génie des Procédés et de génie Pharmaceutique (Lyon) (laboratoire) .

Le président du jury était Hatem Fessi.

Le jury était composé de Catherine Charcosset, Hélène Greige-Gerges, Gérard Lizard, Amal Najjar.

Les rapporteurs étaient Frédéric Carrière, Sophie Fourmentin.


  • Résumé

    Le jus d'orange frais est largement apprécié par les consommateurs en raison de son goût agréable et sa haute valeur nutritionnelle. La qualité du jus d'orange frais est rapidement altérée, notamment par les microorganismes. L'addition des antimicrobiens d'origine végétale au jus d'orange pourrait augmenter la durée de vie de ce jus durant le stockage à 4 °C. Parmi ces antimicrobiens naturels, plusieurs sont sensibles aux facteurs environnementaux qui diminuent leur efficacité dans les produits alimentaires, ce qui nécessite leur incorporation dans des systèmes d'encapsulation. Bien que ce domaine soit promettant, l'évaluation de l'activité des molécules antimicrobiennes encapsulées dans des jus de fruits reste limitée. Nous avons recherché une molécule naturelle active contre Lactobacillus fermentum, une bactérie impliquée dans la détérioration du jus 'orange, dans le milieu de culture. Le nérolidol (Ner), un sesquiterpène alcool, a été sélectionné parmi 28 molécules naturelles (terpènes et phénols) criblées et a montré une puissante activité contre L. fermentum (concentration minimale inhibitrice (CMI) = 25 μM et concentration minimale bactéricide (CMB)= 50 μM) dans le milieu de culture à 37 °C. Dans la suite du travail, le Ner a été incorporé dans le complexe d'inclusion hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HP-β-CD)/Ner, les liposomes conventionnels (LCs), les liposomes contenant le complexe d'inclusion (DCL) et les bicelles. Les analyses HPLC ont montré que les complexes d'inclusion, les LCs et le système DCL contenaient 40, 30 et 15 μg Ner/mg poudre, respectivement. En outre, les systèmes ont été caractérisés en termes de morphologie, de taille, d'homogénéité et de potentiel zêta. Le Ner a été incorporé dans les bicelles à un rapport molaire phospholipides:Ner de 100:1 sans altération de la structure du système (taille, homogénéité, potentiel zêta, morphologie). Cette formulation a montré une efficacité d'encapsulation du Ner et un taux d'incorporation des phospholipides élevés et un pourcentage de Ner dans les bicelles de 0,86%. A des concentrations plus élevées, le Ner a altéré les caractéristiques physiques (taille, homogénéité, morphologie) et thermodynamiques de la membrane des bicelles et a augmenté le désordre au niveau membranaire. Le complexe d'inclusion HP-β-CD/Ner (CMI = 100 μM et CMB= 200 μM) a montré une bonne efficacité contre L. fermentum dans le milieu de culture à 37 °C. L'efficacité du Ner libre et du complexe d'inclusion HP-β-CD/Ner a énormément diminué dans le jus d'orange réfrigéré, vu qu'un effet bactéricide total a été obtenu après 8 et 17 jours d'incubation, respectivement, à 2000 μM en Ner. Alors que les liposomes ont bloqué cette activité pour au moins 20 jours et ont altéré l'aspect du jus. A 4000 μM en Ner libre ou incorporé dans le complexe d'inclusion, une mort bactérienne totale a été observée après 5 et 6 jours, respectivement. En outre, la présence du complexe d'inclusion n'a pas modifié le pH et l'acidité titrable du jus, alors qu'une faible augmentation du degré de Brix a été observée. Des études ultérieures sur l'activité antibactérienne des bicelles incorporant le Ner peuvent être envisagées pour déterminer l'efficacité du système préparé. Ce système pourrait être aussi caractérisé en termes de cinétique de libération, de protection du Ner

  • Titre traduit

    Evaluation of the efficacy of free and encapsulated natural antimicrobials against the colonization of orange juice by lactic acid bacteria : comparison between four encapsulation systems


  • Résumé

    Fresh orange juice is widely appreciated by consumers due to its pleasant taste and high nutritional value. Fresh orange juice is rapidly altered during storage, especially by microorganisms. The addition of plant-derived antimicrobials to orange juice may increase its shelf life during storage at 4 °C. Many of these natural antimicrobials are sensitive to environmental factors which reduce their effectiveness in food products. Therefore, their incorporation into encapsulation systems is required. Although this strategy is promising, the evaluation of the activity of encapsulated antimicrobials in fruit juices remains limited. In this study, we searched for a natural molecule active against Lactobacillus fermentum, a bacterium involved in the deterioration of orange juice, in the culture medium. Nerolidol (Ner), a sesquiterpene alcohol, was selected among 28 natural molecules (terpenes and phenols) and showed a potent activity against L. fermentum (minimum inhibitory concentration (MIC) = 25 μM and minimal bactericidal concentration (CMB) = 50 μM) in culture medium at 37 °C. Ner was incorporated into hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HP-β-CD) inclusion complex, conventional liposomes (CLs), dug-in-cyclodextrin-in liposome (DCL) and bicelles. HPLC analysis showed a Ner content of 40, 30 and 15 μg per mg powder of HP-β-CD/Ner inclusion complex, LCs, and DCL system, respectively. In addition, the systems were characterized in terms of morphology, size, homogeneity, and zeta potential. Ner was incorporated in bicelles at a phospholipids to Ner molar ratio of 100:1 without altering the structural characteristics of the system (size, homogeneity, zeta potential, morphology). This formulation showed a high encapsulation efficiency of Ner, a high phospholipid incorporation rate, and a molar percentage of Ner in bicelles of 0.86%. At higher concentrations, Ner altered the physical (size, homogeneity, morphology) and the thermodynamic parameters of the bicelles membrane in addition to the increase in membrane fluidity. The HP-β-CD/Ner inclusion complex (MIC = 100 μM and CMB = 200 μM) showed good efficacy against L. fermentum in the culture medium at 37 C. The efficacy of free Ner and HP-β-CD/Ner inclusion complex was greatly reduced in refrigerated orange juice, as a total bactericidal activity was observed after 8 and 17 days of incubation, respectively, at a Ner concentration of 2000 μM. Whereas, liposomes blocked this activity for at least 20 days and altered the appearance of the juice. At 4000 μMof free Ner or Ner incorporated into the inclusion complex, a total bacterial death was observed after 5 and 6 days, respectively. In addition, the presence of the inclusion complex did not alter the pH and the titratable acidity of the juice, while a slight increase in the Brix degree value was observed. Subsequent studies on the antibacterial activity of bicelles incorporating Ner may be considered to determine the effectiveness of the prepared system. This system could also be characterized in terms of release rate and Ner stability

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