Compréhension de la stabilité des levures sèches actives au travers des phénomènes de déshydratation et de réhydratation par des approches biophysiques et microbiologiques

Understanding the stability of active dry yeast through the phenomena of dehydration and rehydration by biophysical and microbiological approaches

• Auteur / Autrice : Pauline Ribert
• Direction : Laurent Beney, Sébastien Dupont
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologies agro-alimentaires
• Date : Soutenance le 29/11/2021
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Procédés Alimentaires et Microbiologiques (PAM) (Dijon)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Bourgogne (1970-2024)
• Jury : Président / Présidente : Claire Gaiani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gaëlle Roudaut
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fernanda Fonseca, Jean-Marie François

Mots clés

Mots clés contrôlés

Relations plante-microorganisme

Tréhalose

Réhydratation

Déshydratation

Levure (agent de fermentation)

Mots clés libres

Levure sèche active

Déshydratation

Réhydratation

Tréhalose

Etat caoutchoutique

Active dry yeast

Dehydration

Rehydration

Trehalose

Supercooled state

Résumé

La préservation de la viabilité de micro-organismes d’intérêt au cours du procédé de séchage ainsi que durant les étapes de stockage sont de véritables challenges industriels. En effet, les levure sèches actives sont soumises à différentes perturbations (hydrique, thermique ou encore mécanique) de leur production à leur utilisation finale ayant pour conséquence de diminuer le nombre de cellules revivifiables des produits. La compréhension des mécanismes clés à l’origine de la stabilité des levures sèches actives est donc essentielle pour l’amélioration de la survie des levures. Au cours de ces travaux, le lien entre les paramètres des procédés de production et les caractéristiques biologiques, biochimiques et physiques des levures agglomérées a été étudié. Ces travaux ont permis d’approcher, pour la première fois, la transition continue d’une biomasse industrielle entre l’état liquide et l’état solide. Nos résultats ont montré la vitrification du cytoplasme des levures, résultant de la combinaison de la déshydratation et d’une forte concentration en tréhalose intracellulaire, accumulée par les levures. Néanmoins, dans un environnement tempéré, les conditions hydriques et/ou thermiques peuvent provoquer une dévitrification du système et donc le passage à l’état caoutchoutique. Nos résultats ont montré la préservation de la viabilité des levures aux états vitreux, mais également caoutchoutique. Des mécanismes liés à cette stabilité ont été élucidés. La survie des cellules à l’état caoutchoutique a notamment été attribuée à la présence d’une quantité importante de tréhalose et à l’encombrement moléculaire de la cellule. Le rôle de l’encombrement moléculaire s’est révélé central dans la préservation de l’état amorphe. Les résultats de ce projet ont également mis en lumière une dualité entre stabilité et aptitude à la réhydratation engendrée par le procédé de production. La combinaison des connaissances générées dans ce projet de recherche ont permis la proposition de pistes d’innovation industrielle mais également d’apporter des éléments complémentaires dans la compréhension des phénomènes expliquant la survie des micro-organismes à l’état déshydraté et lors des phases de déshydratation et de réhydratation.

The preservation of the viability of micro-organisms of interest during the drying process as well as during the storage is a real industrial challenge. Indeed, active dry yeasts encounter various disturbances (hydric, thermal or mechanical) from their production to their final use, resulting in a decrease in the number of revivable cells in the products. The understanding of the key mechanisms at the origin of the stability of active dry yeasts is therefore essential for the improvement of yeast survival. In this work, the link between production process parameters and biological, biochemical and physical characteristics of agglomerated cells was studied. This work has allowed us to characterize, for the first time, the continuous transition of an industrial biomass from the liquid to the solid state. Our results showed the vitrification of the yeast cytoplasm, resulting from the combination of dehydration and a high concentration of intracellular trehalose, accumulated by the yeast. However, in a temperate environment, hydric and/or thermal conditions can cause devitrification of the system and thus the transition to the rubbery state. Our results showed the preservation of the viability of the yeast in the glassy, but also in the rubbery state. Mechanisms related to this stability were elucidated. The survival of the cells in the rubbery state was attributed to the presence of a significant amount of trehalose and to the molecular crowding of the cell. The role of molecular crowding was found to be central to the preservation of the amorphous state. The results of this project also highlighted a duality between stability and rehydratability caused by the production process. The combination of knowledge generated in this research project has allowed the proposal of industrial innovations but also to provide additional elements in the understanding of the phenomena explaining the survival of micro-organisms in the dried state and after dehydration and rehydration steps.