Implication des bactéries du genre Arthrobacter dans la coloration de surface des fromages à pâte molle et croûte lavée

Implication of bacteria of the germs Arthrobacter in the sirface colorationnof smear-ripened soft cheeses

• Auteur / Autrice : Nuthathai Dupuis
• Direction : Laurent Dufossé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Agro-alimentaire
• Date : Soutenance le 26/09/2014
• Etablissement(s) : La Réunion
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Technologies et Santé (Saint-Denis, La Réunion ; 2010-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie et de Biotechnologie des Produits Naturels (Saint-Denis, Réunion)
• Jury : Président / Présidente : Henry-Éric Spinnler
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Dufossé, Henry-Éric Spinnler, Christophe Monnet, Ivan Leguérinel, Mireille Fouillaud, Yanis Désiré Caro
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Monnet, Ivan Leguérinel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Affinage (fromagerie)

Analyse colorimétrique

Fromage à pâte molle

Mots clés libres

Arthrobacter arilaitensis

Fromage à pâte molle et à croûte

Bactérie d'affinage

Couleur

Pigmentation

Spectrocolorimétrie

Caroténoîde

Résumé

La fabrication fromagère a depuis longtemps réalisé sa révolution technologique avec la disparition progressive des techniques fermières et l'avènement des pratiques industrielles. Les cuves de cuivre ont été délaissées au profit du tout inox et l'utilisation du lait pasteurisé a augmenté. Néanmoins une part non négligeable des micro-organismes d'affinage provident encore d'un ensemencement spontané par le lait, l'environnement ou le matériel de fabrication. Cette flore naturelle est en grande partie à l'origine : (i) de la richesse et de la diversité organoleptiques des produits traditionnels, (ii) des différences observées entre un fromage industriel fabriqué avec du lait pasteurisé réensemencé avec un levain standard et un fromage " Apellation d'Origine Contrôlée au lait cru " de qualité. Compte tenu de l'évolution des pratiques de fabrication (renforcement des règles d'hygiène réduisant les sources naturelles d'ensemencement traitement du lait par pasteurisation ou microfiltration ; exigence de reproductibilité en utilisant des souches spécifiques présélectionnées), l'utilisation de flores d'affinage sous forme de ferments à additionner au lait doit être de plus en plus envisagée. Le secteur " artisanal " a un grand besoin de recherche et de développement (R&D) afin de conserver ses fabrications traditionnelles, comme les A.O.C qui représentent plus de 10% de la production fromagère en valeur. Les professionnels du fromage souhaitent identifier les souches les plus appropriées à chacun de leurs produits, afin de garantir leur typicité et une reproductibilité de fabrication. Les fromages à pâte molle et croûte lavée comme le Munter et l'Epoisses possèdent une croûte, appelée morge, allant du beige au brun, en passant par le jaune et le rouge-orangé. C'est cette couleur, en plus du caractère organoleptique particulier, que les fromagers cherchent à typer et à reproduire par l'utilisation des souches pigmentées. On a longtemps pensé que cette pigmentation était due uniquement au " ferment du rouge ", Brevibacterium linens. Mais des études récentes ont mis en évidence le rôle non négligeable d'autres bactéries sur la pigmentation de ces fromages, en particulier les corynébactéries et les microcoques. La recherche et la sélection de bactéries pigmentées sauvages par des méthodes simple à mettre en œuvre, la connaissance des mécanismes microbiologiques et moléculaires de la synthèse de pigments et de la coloration des fromages, permettraient de développer des cocktails de souches spécifiques à chaque production fromagère. La première phase du projet consistera en l'isolement de plusieurs centaines de souches sur des fromages issus de terroirs suivants : Epoisses, Reblochon, Munster, Livarot. Ensuite, pour chaque A.O.C., 25 souches d'Arthrobacter correspondant à des teintes variables seront caractérisées d'un point de vue pigmentation :- aspect, teinte sur milieu gélosés,- cinétiques de production en milieu solide et en milieu liquide,- cultures en masse, méthodes d'extraction des pigments,- quantité de pigments produite (production volumique mg/L de milieu) (production spécifique mg/g MS),- valeurs spectrocolorimétriques (L a*b*C*h),- profil HPLC,- HPLC-MS,- RMN des pigments purifies. Les facteurs influençant la production de pigments (substrats ; cultures mixtes-levures désacidifiantes / bactéries ; lumière…) seront étudiés, en portant l'accent sur des milieux de type fromage, voire des caillés modèles.

Smear-ripened soft cheeses, characterized by their orange-red color on rind, are dairy products widely consumed in Europe. The surface color is due essentially to carotenoids, in combination with other pigments, produced by the cheese microflora during ripening. Arthrobacter sp. is one of the major microorganisms occurred on the surface of cheeses, particularly in smear-ripened cheeses, where it is assumed to be responsible for yellow pigmentation of the cheese rind because of its characteristic overall color and its involvement at the different stages of cheese ripening. Pigment-producing microorganisms are commonly found in the nature. Nowadays, pigment-producing microorganisms have been increasing of interest in many scientific disciplines and applications have broadened in the industry because of their biotechnological advantages. As the present trend entirely the world is shifting toward the use of eco and biodegradable products, the requirement for natural ingredients, especially natural colorants, is increasing day by day. The first part of this thesis highlights the crucial role of microorganisms as potential sources of natural pigment production by reviewing a large number of research works related to pigments biosynthesized by microorganisms which were published over the past 10 years by private companies or academic laboratories, with an emphasis on pigments providing for the application in foods. Since the genus Arthrobacter is a group of metabolically versatile bacteria which widely distributed in nature, some parts of this thesis include the review presenting the possibility to produce pigmented Arthrobacter sp. biomasses as novel sources of food colorants; furthermore, the beneficial aspects of Arthrobacter sp. and their promising significances in the dairy industry are also addressed. Considering the significance of Arthrobacter sp. in smear-ripened cheeses, the economically important dairy products, the aim of research described in this thesis is to investigate the implication of this bacterium, particularly Arthrobacter arilaitensis, in the coloration of these cheeses in several aspects covering (i) diversity of pigment production among strains, (ii) kinetic of pigment synthesis, (iii) identification of chemical characteristic of pigments, (iv) colorimetric characterization of pigmentation, and (v) influences of environment i.e. light, pH, NaCl and deacidifying yeasts on the production and the color development of pigments. Among 14 strains of Arthrobacter arilaitensis studied, two groups depending on their ability of carotenoid production could be divided, carotenoid-producing and non-pigmented strains. A growth-associated pigmentation probably applied to indicate the kinetic of carotenoid synthesis by these strains. The diversity of pigment concentration among the carotenoid-producing strains was low, related to the characteristics of pigmentation determined by quantitative spectrocolorimetry. The HPLC-PDA-APCI-MS analysis of extracted pigments of a representative strains revealed 8 different carotenoids showing C50 decaprenoxanthin as the major accumulated carotenoids. Changes in the color development of A.arilaitensis strains under the influences of physical, chemical and biological factors were obtained through spectrocolorymetry. Three groups depending on a coloration behavior affected by light were illustrated e.g. positively sensitive, negatively sensitive and not sensitive to light. The acidic pH and high concentration of salt showed the efficiency inhibited effect on pigmentation of a representative strain of carotenoid-producing A. arilaitensis. In combination of pH and NaCl, deacidifying yeasts were obviously related to the pigment production of A. arilaitensis. The highest average value of color saturation were observed on the studied media deacidified by Debaryomyces hansenii at pH 7.0, displaying intense yellow.