Soutenance mémoire
Chaque année la contamination microbienne coûte à l’industrie alimentaire de nombreux millions de dollar, lié à d’importantes pertes de produits ne répondant pas à l’attente des consommateurs : produits dégradés contenant un nombre inacceptable de contaminants que ce soit en termes de dégradation que de pathogenicité (Brooks & Flint, 2008). Les coûts réels induits par les intoxications alimentaires sont difficiles à déterminer. Toutefois, nous pourrions nous en faire une idée en invoquant certaines études réalisées, par exemple, aux Etats-Unis, en Nouvelle-Zélande et en France.
Aux Etats-Unis, l’incidence et le coût des empoisonnements alimentaires varient considérablement. Ainsi, en 1997 un rapport de la FDA adressé au président américain a révélé qu’il y a eu entre 6,5 et 33 millions de cas par an. Ces empoisonnements avaient causé 9000 décès et coûté 6,5-34,9 milliards de $ (FDA et al., 1997). En 2000, le coût total des toxi-infections alimentaires (provoquant potentiellement des maladies infectieuses) en Nouvelle-Zélande, un pays qui compte à peine 4 millions d’habitants, a été estimé à 88,8 millions de dollars (Scott et al., 2000). En 2008, 1124 foyers de toxi-infections alimentaires collectives ont été déclarés en France. Elles ont affecté 12 549 personnes, dont 5 cas de décès. Les agents responsables les plus fréquemment incriminés ou suspectés sont l’entérotoxine staphylococcique (32 % des foyers) et les salmonelles (25 % des foyers) (INVS 07/08/09). En dépit des opérations de nettoyage des équipements de transformation des aliments, il est difficile, voire impossible de produire des aliments exempts de microorganismes, sauf si le processus comprend une étape de stérilisation. Cette difficulté est souvent associée à la présence de biofilms au sein de l’usine.
Plus de 67 ans après les premiers travaux de Zobell, 1943, l’adhésion bactérienne et la formation de biofilms sont toujours une préoccupation dans de nombreux domaines, et particulièrement dans les domaines alimentaire, agricole et biomédical (Flint et al., 1997; Maukonen et al., 2003; Sihorkar & Vyas, 2001; Veran, 2002 Chen, et al., 2007; Frank et al., 2003; Jessen & Lammert, 2003; Somers et Wong, 2004). Dans les milieux naturels ainsi que dans les filières agroalimentaires, les micro organismes sont le plus souvent fixés aux surfaces solides en général conditionnées de nutriments en quantité suffisante pour assurer leur viabilité et leur croissance. Ces micro-organismes initialement déposés sur les surfaces, adhérent et le cas échéant se multiplient activement pour former des colonies de cellules. Cette masse de cellules formée devient de plus en plus importante pour se voir associer progressivement des débris organiques et inorganiques, des nutriments et d’autres microorganismes conduisant ainsi à la formation d’un biofilm microbien.
Le terme biofilm se réfère à la présence d’une matrice de cellule biologiquement active et de substances extracellulaires en association avec une surface solide (Bakke et al., 1984). Toutefois, selon Costerton et al. (1987), un biofilm est un consortium fonctionnel de microorganismes attaché à une surface et incorporé dans des substances polymériques extracellulaires (EPS) produites par les microorganismes. À cet égard, la formation de polymères organiques est essentielle et contribue ainsi à une colonisation correcte par les micro-organismes (Allison & Sutherland, 1987). Dans le cas où les biofilms sont une nuisance, le terme encrassement microbien ou bio-adhésion est généralement utilisé. La bioadhésion s’apparente à la formation indésirable d’une couche de micro-organismes vivants et de leurs produits de décomposition sur les surfaces en contact avec le milieu liquide.
Dans les industries laitières, la bio-adhésion engendre de graves problèmes tels que l’entrave du flux de chaleur au travers des surfaces d’acier (zones de refroidissement par exemple), l’augmentation de la résistance par frottement du liquide à la surface (diminution de l’entrefer) ainsi que l’augmentation du taux de corrosion des surfaces conduisant à des pertes d’énergie, de production et requiert potentiellement de nouveaux investissements.
En outre, les biofilms constitués de flores d’altération ou de pathogènes à la surface des aliments (viande, fromage, légumes frais) et dans l’environnement industriel (ateliers, équipements, bâtiments) peut conduire à une contamination croisée. Diverses études indiquent que le mode de vie des biofilms, leur structure et leur composition conduisent à une augmentation de résistance aux produits antimicrobiens (Langsrud et al., 2003; Simöes & Vieira, 2009; Simöes et al., 2006). Les biofilms sont plus résistants aux agents antimicrobiens que les cellules planctoniques. Cette plus grande capacité de résister rend leur élimination plus délicate. Ainsi le nettoyage des installations en industries alimentaires demeure un grand défi, voire même une nécessité quant à une meilleure hygiène en agro et en bio-industries (Simöes & Vieira, 2009; Simöes et al., 2006).
De plus, l’émergence de bactéries résistantes aux agents antimicrobiens conventionnels montre clairement que de nouvelles stratégies de contrôle des biofilms sont nécessaires (Sidhu et al., 2006 ; Simöes et al., 2006).
Diverses techniques ont été adoptées pour comprendre les mécanismes conduisant au développement et au maintien des biofilms dans les milieux industriels. Ainsi, de nombreuses stratégies de préventions et de contrôles ont été mises œuvre en pour les éliminer. En attestent la mise en place de bonnes pratiques d’hygiènes, la conception hygiénique des équipements au travers de choix des matériaux et des formes, la sélection des détergents et des désinfectants et des procédures d’hygiène adéquates.
Les procédures de nettoyage systématiques ne sont pas indiquées dans certaines pratiques industrielles. Elles sont en effet néfastes à la transformation des produits. C’est par exemple le cas des hâloirs de maturation des fromageries. La stratégie adoptée est alors ce que l’on appelle depuis plus de 20 ans l’écologie microbienne dirigées (Carpentier & Cerf (1993).
Pour apporter notre contribution à ces différentes études, nous nous sommes fixé pour objectif de former des biofilms modèles reproductibles et répétables constitués de bactéries pathogènes et d’altérations et d’étudier la résistance des structures formées au cours de nettoyage des installations fermées dans les industries agro-alimentaires. L’objectif visé dans cette première étude est d’identifier et de modéliser les cinétiques d’élimination de biofilms bactériens mono (essentiellement) ou multi-espèces lors du nettoyage en places (NEP) d’équipements industriels et de caractériser une conséquence des ces opérations de NEP dans le cas de contamination microbiennes des surfaces qu’est la contamination des installations lors des opérations d’hygiène.
Pour mener à bien notre étude, deux espèces bactériennes ont étés choisies, une d’altération avec Pseudomonas fluorescens (non-pathogène) et la seconde avec Bacillus cereus (pathogène). Des cinétiques de nettoyages ou de contamination le cas échéant ont été menées afin de déterminer les paramètres clés au travers d’observations des mécanismes intrinsèques et de proposer un modèle.
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Table des matières
INTRODUCTION
Chapitre I : Adhésion bactérienne, formation de biofilm dans les environnements agroalimentaires et résistance au nettoyage
Résumé
I.1. Introduction
I.2. Mécanismes d’adhésion bactérienne à une surface inerte
I.3. Les biofilms
I.3.1. Formation de biofilm
I.3.1. Variables influençant le développement du biofilm
I.3.2. Substances polymériques extracellulaire (EPS)
I.3.3. Rôle des EPS dans la consolidation du biofilms bactérien
I.3.4. Communication intercellulaire
I.3.5. Résistance des bactéries du biofilm aux composés antimicrobiens
CHAPITRE II : Nettoyage des équipements en industries agro-alimentaires
Résumé
II. 1. Introduction
II.2. Présence de biofilms bactériens en environnement agroalimentaire et conséquences
II.3. Méthodes d’analyses des biofilms
II.4. Nettoyage des souillures dans les industries agroalimentaires
II.5. Paramètres influençant l’efficacité du Nettoyage En Place
II.5.1. Les conditions opératoires du NEP
II.5.2. Rôles du détergent
II.5.3. La température de circulation du fluide détergent
II.5.4. Le temps de circulation du fluide détergent
II.5.5. L’action mécanique
II.6. Cinétiques de décrochement de bactéries
CONCLUSION
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