Recherches sur les propriétés de bioadhésion de l’espèce Brettanomyces bruxellensis : applications à l’hygiène des caves et à la prévention de la contamination des vins

Research on bioadhesion properties of the species Brettanomyces bruxellensis : applications for cellar hygiene and the prevention of wine contamination

• Auteur / Autrice : Paul Le Montagner
• Direction : Isabelle Masneuf
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Œnologie
• Date : Soutenance le 09/06/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de recherche oenologie
• Jury : Président / Présidente : Philippe Darriet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphanie Desroche-Weidmann
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Monika Ava Coton, Romain Briandet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vinification

Levure (agent de fermentation)

Biofilms

Brettanomyces

Bioadhésion

Mots clés libres

Bioadhésion

Brettanomyces bruxellensis

Vin

Levure

Biofilm

Contamination

Bioadhesion

Brettanomyces bruxellensis

Wine

Yeast

Biofilm

Spoilage

Résumé

Brettanomyces bruxellensis est une levure rencontrée dans de nombreuses boissons fermentées (vins, bière, cidre, téquila, kombucha). En oenologie, cette espèce est considérée comme une levure d'altération, produisant des phénols volatils qui évoquent des odeurs de sueur de cheval, d'écurie et masquent la perception des arômes fruités des vins rouges. Dans cet environnement hostile, Brettanomyces bruxellensis serait capable de survivre grâce à des aptitudes particulières d'adhésion et de colonisation des surfaces abiotiques pour former des édifices tridimensionnels encore appelés « biofilms ». Les principaux objectifs de cette thèse sont (i) de caractériser les propriétés physico-chimiques de surface et de bioadhésion d’un ensemble de souche représentatif de la diversité de l’espèce, (ii) d’étudier l’impact de facteurs biotiques et abiotiques sur la bioadhésion sur un sous ensemble d’individu présentant des comportements contrastés, (iii) d’évaluer la capacité à la formation de biofilm et les conséquences sur la contamination des vins (iv) d’explorer les zones à risques au chai et formuler des recommandations en terme de prévention de la contamination. La caractérisation des propriétés physico-chimiques de surface et de bioadhésion a mis en évidence un caractère hydrophile et une charge de surface négative avec des différences selon le groupe génétique. Concernant la capacité de bioadhésion, toutes les souches testées ont montré des aptitudes à bioadhérer sur l’inox avec cependant des différences selon le groupe génétique. Le pH et la concentration en éthanol n’ont pas d’impact significatif sur la bioadhésion, la variance étant principalement expliquée par le facteur souche, montrant que ce phénotype serait déterminé au niveau génétique. Nos travaux confirment que Brettanomyces possède la capacité à croître et bioadhérer sous forme de pseudohyphes, en particulier pour certains isolats du groupe Kombucha, bioethanol. La capacité à former un biofilm est souche dépendante et variable selon les modèles pluri-souches ou pluri-espèces, la présence d’un biofilm bactérien limitant la bioadhésion par Brettanomyces. Enfin, les analyses de surface au chai ont confirmé la présence de Brettanomyces sur certains équipements de la cuverie, avec la présence de différents groupes génétiques au sein d’un même prélèvement

Brettanomyces bruxellensis is a yeast found in many fermented beverages (wine, beer, cider, tequila, kombucha). In oenology, this species is considered a spoilage yeast, producing volatile phenols that remind smells of horse sweat, stable and mask the perception of fruity aromas of red wines. Brettanomyces bruxellensis has a great capacity to adapt to the wine environment in connection with its tolerance to ethanol and sulphites, the main antiseptic used in winemaking. Recent genotyping of Brettanomyces bruxellensis strains has revealed a very high genetic diversity within this species. It was shown that isolates could be divided into six major genetic groups according to their level of ploidy and the origin of the substrate. The winery is the main source of wine contamination. Indeed, it is possible to find B. bruxellensis in the air, on the ground and walls as well as on wine equipments. In this hostile environment, Brettanomyces bruxellensis would be able to live and survive, thanks to special abilities of adhesion and colonization of abiotic surfaces to form three-dimensional edifices also called ''biofilms''. The main objectives of this thesis were (i) to characterize the surface physico-chemical and bioadhesion properties of some strains representative of the species diversity, (ii) to study the impact of biotic and abiotic factors on the bioadhesion of a subset of individuals with contrasting behaviors, (iii) to evaluate the capacity for biofilm formation and the consequences on wine contamination (iv) to explore risk areas in the cellar and make recommendations in terms of contamination prevention.The characterization of surface physico-chemical properties and bioadhesion was carried out on a set of 54 strains representative of the genetic diversity. The strains are hydrophilic and have a negative surface charge with differences depending on the genetic group. Regarding the bioadhesion capacity, all the strains tested showed abilities to bioadhere to stainless steel with differences according to the genetic group, the strains of the beer group having the most marked bioadhesive behavior. A correlation between hydrophobicity and bioadhesion has been highlighted. pH and ethanol concentration do not have a significant impact on bioadhesion, the variance being mainly explained by the strain factor, showing that this phenotype would be determined at the genetic level. Our work confirms that Brettanomyces can grow and bioadhere as pseudohyphae, especially for some isolates of the Kombucha and Bioethanol groups. The ability to form a biofilm is strain-dependent and according to multi-strain or multi-species models, the presence of a bacterial biofilm limiting bioadhesion by Brettanomyces. Bioadhered cells can detach and contaminate the wine again by producing volatile phenols. Finally, surface analyses in the cellar confirmed the presence of Brettanomyces on certain equipments in the winery, with the presence of different genetic groups within the same sample. According to the results obtained for contaminated wines, genetically identical isolates were identified in geographically distant wineries.