Soutenance mémoire
Les exopolysaccharides
Chapitre 1 Les bactéries lactiques
Généralités
Les bactéries lactiques (BL) sont un groupe de bactéries Gram positif, asporulés, Cocci ou bâtonnets ou coccobacilles, de catalase négative, dépourvue de cytochrome, immobiles, anaérobies mais aérotolérantes, avec une tolérance élevée pour un pH bas, elles ont des exigences nutritionnelles complexes vis-à-vis des acides aminés, les minéraux, acides gras et glucides (Holzapfel et al., 2001, Salminen et Von Wright, 2004). Leurs métabolismes est strictement fermentaire et l’acide lactique est le principal produit de la fermentation du sucre (Axelsson, 1998), elles sont classées en micro-organismes homofermentaires et hétérofermentaires à partir des produits des hydrates de carbone fermentés. Les BL homofermentaires produisent principalement de l’acide lactique à partir des sucres, alors que les BL hétérofermentaires produisent de l’acide lactique, de l’acide acétique ou de l’alcool et du dioxyde de carbone. Les BL sont généralement associés à des aliments riches en nutriments comme le lait, la viande, les légumes et les boissons, mais elles font partie aussi de la flore buccale, intestinale et vaginale des mammifères (Salminen et Von Wright, 2004).
Les BL sont parmi les plus importants microorganismes, largement utilisées pour la fermentation des aliments, elles contribuent à la prolongation de la conservation de ces derniers en produisant de l’acide lactique et d’autres substances inhibitrices de la croissance d’espèces liées à l’altération et les espèces pathogènes (Özogul et Hamed, 2017), telles que les bactériocines, le peroxyde d’hydrogène, elles augmentent la valeur nutritionnelle des produits et améliorèrent les caractéristiques organoleptiques et la texture des aliments fermentés (Settanni et Moschetti, 2010, Zannini et al., 2016, Zarour et al., 2017b), certaines d’entre elles sont capables de produire des exopolysaccharides (EPS).
Classification
Les bactéries lactiques englobent un groupe d’espèces phylogénétiquement diverses qui jouent un rôle crucial dans une variété de fermentations alimentaires dans le monde entier. La classification des bactéries lactiques, a été constitué sur la base du travail d’oral et al en 1919, une monographie basée sur les critères morphologiques et physiologiques des bactéries (morphologie cellulaire, température optimale de croissance, type fermentaire, etc.). Bien que ces critères restent très importants pour l’identification des bactéries, en 1977 la taxonomie des BL a été révolutionnée par (Woese et Fox, 1977) qui ont introduit la phylogénie moléculaire basée sur la séquence des ARN ribosomiques qui a conduit à une reclassification majeure de certaines espèces et sous-espèces. D’autres méthodes génotypiques, basées sur les acides nucléiques sont aussi utilisées en classification comme le pourcentage en GC ou l’hybridation ADN –ADN (Salminen et Von Wright, 2004).
Le genre Leuconostoc
Le terme Leuconostoc fait référence à une algue bleue mucilagineuse venant du mot nostoc (cyanobactérie) et Leuco qui veut dire blanc. Les premières souches ont été isolées à partir des accidents apparus dans les sucreries (Devoyod et Poullain, 1988). Les membres du genre Leuconostoc sont Gram +, non mobiles, asporogènes, anaérobies facultatives, ellipsoïdales à sphériques, souvent allongées et disposées en paires ou en chaînes (Garvie, 1984, Tanigawa et al., 2010). L’environnement de Leuconostoc spp est souvent associé au matériel végétal, au lait, aux produits laitiers, viandes et autres produits alimentaires. Ces espèces sont similaires aux lactobacilles hétérofermentaires, en particulier Lb formant du gaz Lb.confusus et Lb. Viridescens (Garvie, 1984). Leuconostoc et Lactobacillus sont souvent signalés comme étant isolés dans le même habitat et partagent de nombreuses caractéristiques, (Hucker et Pederson, 1931, Sharpe et al., 1972) ) ont suggéré que Leuconostoc spp sont des formes intermédiaires entre les streptocoques et les lactobacilles (Hucker et Pederson, 1931). La première description du genre Leuconostoc a été rapportée par Van Tieghem en 1878. (Friedland et al., 1990) Par la suite, plusieurs espèces ont été reclassées dans le genre Leuconostoc et de nouvelles espèces ont été ajoutées au genre. En 1984, trois espèces de Lc. mesenteroides (Lc. mesenteroides subsp. mesenteroides, Lc. mesenteroides subsp. dextranicum et Lc. mesenteroides subsp. cremoris) ont été reclassés comme sous-espèces de Lc. Mesenteroides (Garvie, 1984). Selon Zhang, Heping et Cai, 2014 le genre Leuconostoc comprend les 14 espèces reconnues : Lc. mesenteroides, Lc. carnosum, Lc. citreum, Lc. fallax, Lc. gasicomitatum, Lc. garlicum, Lc. gelidum, Lc. inhae, Lc. kimchii, Lc. lactis, Lc. holzapfelii, Lc. pseudomesenteroides, Lc. palmae et Lc. Miyukkimchii.
Le genre Lactobacillus
Le genre Lactobacillus est constitué de bâtonnets Gram positif, non sporulés et immobiles, occasionnellement des nitrates réducteurs (Hammes, Walter P et Hertel, 2006, Hammes, Walter P et Vogel, 1995), ils sont à catalase négative, les Espèces de lactobacilles utilisent en générale le glucose par voie fermentaire via la voie Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) ou glycolyse, et peuvent être soit homofermentatives, produisant plus de 85% d’acide lactique à partir de glucose, ou hétérofermentaire, produisant de l’acide lactique, du CO2, éthanol et/ou acide acétique. Le genre Lactobacillus a été décrit pour la première fois par Beijerinck (1901), l’espèce type était Lactobacillus delbrueckii, il est le groupe le plus important et le plus diversifié parmi les BL et comprend actuellement 158 espèces validées, sept de ces espèces sont composées de 18 sous-espèces (Zhang, Heping et Cai, 2014). Le genre Lactobacillus, ainsi que les genres Paralactobacillus et Pediococcus, appartiennent à la famille des lactobacillacées et ordre des lactobacillales dans le Firmicutes (Hammes, Wp et al., 2009).
À l’origine, les espèces du genre Lactobacillus ont été regroupées en fonction de leur température de croissance et leur capacité à fermenter des hexoses et ensuite selon leur potentiel homo / hétérofermentaire (Carr et al., 2002). Ces subdivisions étaient revisités par (Pot et al., 1994), mais la définition acceptée est celle donnée par Hammes et Vogel (Hammes, Walter P et Vogel, 1995) qui divise le genre en homofermentatif obligatoire (OHO), hétérofermentaire facultatif (FHE) et des espèces hétérofermentaires obligatoires (OHE), basée sur les types de sucres fermentés et le processus de fermentation utilisé. Il existe 169 espèces reconnues dans le genre Lactobacillus réparties entre trois groupes métaboliques: OHO, FHE et OHE, au sein de ces trois groupes, les espèces sont en outre organisées en fonction de leurs relations phylogénétiques ; basé sur leurs séquences de gènes ARNr 16S, ils sont divisés en 15 grands groupes phylogénétiques (Zhang, Heping et Cai, 2014).
Le genre Weissella
Les bactéries affectées au genre Weissella sont des cellules à Gram-positif, nonsporulées, catalase négative, ayant une morphologie en forme de coccoïde ou de bacille (Björkroth, Ja et al., 2014, Collins et al., 1993). Phylogénétiquement, les Weissella appartiennent aux Firmicutes, classe Bacilli, ordre Lactobacillales et famille des Leuconostocaceae (Collins et al., 1993). Ils sont obligatoirement hétérofermentaires, produisant du CO2 à partir du métabolisme glucidique avec de l’acide D (-) ou un mélange d’acide lactique D (-) et L (+) et d’acide acétique comme principaux produits dérivés du métabolisme des sucres. À ce jour, 19 espèces de Weissella sont connues. Les Weissella spp ont été isolés dans de nombreux habitats, par exemple, sur la peau et dans le lait et les excréments d’animaux, de la salive, du lait maternel, des plantes et des légumes, ainsi que d’une variété d’aliments fermentés tels que les levains européens et les aliments fermentés traditionnels asiatiques et africains. Ainsi, hormis le rôle technique perçu de certaines espèces de Weissella impliquées dans de telles fermentations traditionnelles, des souches de Weissella spécifiques sont également considérées comme probiotiques potentiels comme la souche W. cibaria. En plus de l’intérêt porté à leur potentiel probiotique, les souches de W. confusa et de W. cibaria sont connues pour produire de grandes quantités de polysaccharides extracellulaires non digestibles, principalement du dextrane. Ces polymères font l’objet d’une attention accrue pour leurs applications potentielles en tant que prébiotiques et pour une large gamme d’applications industrielles, principalement pour la boulangerie et pour la production de boissons fonctionnelles fermentées telles que le kéfir et celles à base de céréales telles que le Rejuvalac.
Classification
Collins et al ont été les premiers à désigner le genre Weissella en 1993 après des études taxonomiques sur des micro-organismes atypiques de type Leuconostoc, issus de saucisses fermentées produites en Grèce (Collins et al., 1993). Ils ont constaté que ces bactéries se distinguaient des autres espèces de Leuconostoc par un certain nombre de tests biochimiques. En outre, des études moléculaires systématiques ont suggéré que les Leuconostocs pouvaient être séparés en trois lignées génétiques distinctes, à savoir le genre Leuconostoc composé du groupe L. paramesenteroides (qui comprend également les lactobacilles atypiques) et l’espèce connue alors sous le nom de L. oenos (qui est actuellement classé comme Oenococcus oeni) et le genre Weissella. Une étude approfondie basée sur des analyses phénotypiques, biochimiques et des gènes d’ARNr 16S a permis la différenciation du nouveau genre Weissella et la réattribution des espèces précédemment regroupées dans le genre Lactobacillus comme W. confusa, W. halotolerans, W. kandleri, W. minor et W. viridescens. En outre, une espèce précédemment attribuée au genre Leuconostoc, à savoir W. paramesenteroides, était également incluse dans le nouveau genre (Collins et al., 1993).
Ces espèces, ainsi qu’un W. hellenica en forme de coque, ont été rapportés dans l’étude de Collins et al., 1993, toutes partageaient une similarité élevée entre les séquences génétiques de l’ARNr 16S, ce qui justifiait leur inclusion dans le nouveau genre Weissella. À cet égard, il était inhabituel que toutes les espèces de Lactobacillus à l’époque soient considérées comme étant en forme de bâtonnet, alors que les espèces du genre Leuconostoc étaient souvent signalées comme des coques. En réalité, les Leuconostocs ne forment pas des cellules parfaitement rondes, mais ont plutôt la forme d’une lentille, c’est-à-dire avec des extrémités effilées, ce que Collins et al., 1993 appelée « morphologie coccoïde irrégulière typique ». Néanmoins, le genre Weissella, nouvellement décrit, comprend des bactéries qui ont soit une forme de cocci, soit des bâtonnets.
Utilisations technologiques des souches de Weissella
Dans plusieurs études, les souches de Weissella ont été testées pour leur activité antimicrobienne (Nam et al., 2002, Ndagano et al., 2011, Pal et al., 2010, Papagianni, Maria et Papamichael, 2012, Serna-Cock et al., 2014, Vitali et al., 2012). Jusqu’à présent, six bactériocines ont été signalées pour les souches de Weissella appartenant aux espèces W. cibaria, W. paramesenteroides et W. hellenica. Parmi celles-ci, la bactériocine listéricide weissellin a été étudiée pour son application technologique dans les saucisses fermentées (Papagianni, Maria and Papamichael, 2012, Papagianni, M et Sergelidis, 2013), tandis que la souche bactériocinogène W. hellenica D1501 a été utilisé avec succès pour améliorer la durée de conservation du tofu (Chen, Cen et al., 2014).
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Remerciements
Dédicaces
Table des matières
الملخص
Résumé
Abstract
Table des figures
Liste des tableaux
Liste des abréviations
Introduction générale
Chapitre 1 : Les bactéries lactiques
1.1 Généralités
1.2 Classification
1.2.1 Le genre Leuconostoc
1.2.2 Le genre Lactobacillus
1.2.3 Le genre Weissella
1.2.3.1 Classification
1.2.3.2 Utilisations technologiques des souches de Weissella
1.2.3.3 Effet prébiotique des EPS produits par Weissella spp 1.2.3.4 Applications de bactéries lactiques dans l’industrie
1.2.3.5 Utilisation des bactéries lactiques comme culture starter
1.2.3.6 Conservation et sécurité des aliments
1.2.3.7 Amélioration de la texture
1.2.3.8 Production d’arôme et de saveur
1.2.3.8.1 Des cultures starters résistantes aux phages
Chapitre 2 : Les exopolysaccharides
2.1 Les exopolysaccharides
2.1.1 Les homopolysaccharides
2.1.2 Les hétéropolysaccharides
Table des matières
2.2 Rôle des exopolysaccharides de bactéries lactiques en industrie alimentaire
2.2.1 Laits et boissons fermentés
2.2.2 Les fromages
2.2.3 Pains fermentés
2.2.4 Choix entre la production in situ d’EPS et son application en tant qu’ingrédient
2.3 Avantages des exopolysaccharides pour la santé
2.3.1 Effet prébiotique des EPS
2.3.2 L’activité antioxydante d’EPS
2.3.3 Rôle des EPS dans l’immunomodulation
Chapitre 3 : Le biofilm
3.1 Introduction
3.2 Cycle de vie du biofilm
3.3 Méthodes d’étude des biofilms
3.4 Composition et rôle de la matrice du biofilm
3.5 Rôle des EPS dans la formation du biofilm
3.6 Utilisation biotechnologique des biofilms
Chapitre 4 : Matériel et méthodes
4.1 Provenances des échantillons
4.2 Isolement et identification des souches lactiques
4.2.1 Préparation des dilutions
4.2.2 Identification phénotypique
4.2.2.1 Étude macroscopique et microscopique des isolats
4.2.2.2 Tests physiologiques et biochimiques
4.2.2.2.1 Test de la catalase
4.2.2.2.2 Détermination du type fermentaire
4.2.2.2.3 Croissance à différentes concentrations en NaCl et à différents pH
4.2.2.2.4 Croissance á différentes températures
4.2.2.2.5 Test de la thermorésistante
4.2.2.2.6 Etude du métabolisme azoté (recherche de l’Arginine déhydrolase (ADH)
4.2.2.2.7 Test de production d’acétoine
4.2.2.2.8 Utilisation du citrate en présence de sucre fermentescible (glucose)
4.2.2.2.9 Test de la fermentation des sucres
Table des matières
4.2.3 Conservation des souches isolées
4.2.4 Identification génotypique : Identification de l’espèce par le séquençage
16S
4.5 Composition chimique globale de l’EPS
4.5.1 Composition physico-chimique de l’EPS
4.6 Estimation du poids moléculaire des EPS
4.7 Analyse IR des EPS : spectres infrarouges à transformée de Fourier
4.8 Production d’EPS et rôle dans la formation de biofilm
4.9 Propriétés fonctionnelles d’EPS W4
Chapitre 5 : Résultats et discussion
Conclusion générale
Référence bibiliographique
Annexes
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