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MICROBIOLOGIE INDUSTRIELLE
Cours théorique 3ème Année TA
Prof. A. TANTAOUI ELARAKI
22
Microbiologie Industrielle
Présentation générale
� Cours Théorique: 24 heures
� Travaux Pratiques: 14 heures� Enseignants
- Cours théorique: A. TANTAOUI ELARAKI
- Travaux Pratiques: H. AMAROUCH
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Microbiologie Industrielle
Présentation générale (suite)
- Polycopié distribué
- Présentation Data show- Participation des étudiants souhaitée
- Rappels si nécessaire (les réclamer)- Possible de déborder du cadre strict du
cours
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Microbiologie industrielle
Plan du cours
� Introduction� I- La souche microbienne à usage industriel
� II- Les microorganismes d’intérêt industriel dans les IAA
� III- Les micro-organismes utilisés dans l’industrie laitière
� IV- La levure boulangère
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Microbiologie industrielle
Introduction
� Microbiologie industrielle: étudie les micro-organismes utilisés dans l’industrie
� Microbiologie industrielle alimentaire: concerne les micro-organismes utilisés dans l’industrie alimentaire
� Microbiologie alimentaire: généralement réservée aux microbes indésirables
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Microbiologie industrielle
Introduction (suite)
� Remarques:1- un même micro-organisme peut être indispensable
dans un produit et indésirable dans un autre2- Microbiologie industrielle = biotechnologie
- Microbiologie industrielle: définition des souches, nature, systématique, propriétés, etc.
- Biotechnologie: exploitation industrielle de leurs propriétés.
7
Microbiologie industrielle
Introduction (suite)� Rôle essentiel des MO dans les industries de
fermentation (biotechnologies):- Panification: boulangerie, viennoiseries, etc.- Fermentations laitières: fromages, yaourts, autres laits
fermentés, etc. - Fermentations végétales : olive, choucroute, cornichons - Fermentations carnées: saucissons fermentés, jambon, - Fermentation alcoolique: Brasserie, Cidrerie, Œnologie- Fermentation acétique: Vinaigrerie
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� Multiples fonctions des microorganismes:
- Fonction technologique;
- Rôle dans la conservation;- Fonction nutritionnelle;
- Intérêt sanitaire.
9
1. Fonction technologique
1.1. Fermentation
o Métabolisme = Transformation de la matière première
•••
Fermentation des sucres
Transformation des Protéines
Transformation des Lipides
1.2. Qualité organoleptique
o Changements
� Goût
� Odeur
� Apparence physique
� Consistance / Texture (les propriétés rhéologiques du produit)
Modification de la composition
chimique et de la texture
5
10
2. Rôle dans la conservation/amélioration de la qualité hygiénique
� Production de substances antimicrobiennes
o Acides organiques (Acides lactique, acétique, propionique)
o Bactériocines / antibiotiques
o Alcools
o Diacétyle
• Inhibition de micro-organismes pathogènes et/ou d’altération
Salmonella spp., Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Shigella spp.,
Staphylococcus aureus, Clostridium, Bacillus cereus, etc.
Diminution du risque d'intoxications alimentaires d’origine
microbienne
La plus ancienne méthode d'assurance qualité utilisée par l'homme de façon
empirique 6
11
3. Fonction nutritionnelle
� Production de vitamines (Vitamines du groupe B, Ac. folique, etc.)
� Amélioration de la digestibilité de nutriments complexes
� Disponibilité d’acides aminés essentiels
� Meilleure disponibilité d’oligo-éléments ( ex.: Phytates et fer dans le pain)
4. Intérêt sanitaire
� Probiotiques: Action bénéfique sur la santé humaine ou animaleo Diminution du taux de cholestérol dans les aliments
o Diminution de l’acuité de l’intolérance au lactose
o Colonisation de l’intestin / micro-organismes utiles§§§§ Lutte contre les pathogènes dans l’intestin
§§§§
§§§§
Rôle anti-cancer
Dégradation de toxines (exp. Bactéries lactiques et mycotoxines)
7
12
Chapitre I- La souche microbienne à usage industriel
� I.1- Caractéristiques du micro-organisme idéal
� I.2- Obtention des souches� I.3- Amélioration des souches
� I.4- Conservation des souches
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I- La souche microbienne à usage industriel
I.1- Caractéristiques de la souche idéale
- Croissance rapide sur un substrat peu coûteux avec rendement élevé
- Production intense des enzymes nécessaires- Transformation dans des conditions simples, y
compris récupération du produit désiré
- Stabilité génétique- Autres (selon le cas)
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I- La souche microbienne à usage industriel
I.2- Obtention des souches
� I.2.1- « Screening technic » pour l’obtention de nouvelles souches
� I.2.2- Collection de souches (« souchothèques »)
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I- La souche microbienne à usage industriel
I.2- Obtention des souches (suite)� I.2.1- Screening technic
- Principe:
> passer au crible grand nombre de souches> chercher là où on a le plus de chance de trouver
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I- La souche microbienne à usage industrielI.2- Obtention des souchesI.2.1- Screening technic
� Technique: souvent culture en boîte de Petri, milieu et conditions soigneusement choisis, puis purification des souches
- Exemples:
> souche capable de fermenter le lactose> souche pour décomposer les hydrocarbures
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I- La souche microbienne à usage industrielI.2- Obtention des souchesI.2.1- Screening technic
� Inconvénient: trop long
- Exemple: découverte d’un Actinomycète producteur d’oxytétracycline
2 ans55 chercheurs134 726 souches5000 échantillons de sol
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I- La souche microbienne à usage industrielI.2- Obtention des souchesI.2.2- Collections de souches
� Définition: laboratoires spécialisés dans:
- l’isolement- l’identification
- la caractérisation- l’entretien et le stockageLes souches sont répertoriées et mises à
la disposition des utilisateurs
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I- La souche microbienne à usage industrielI.2- Obtention des souchesI.2.2- Collections de souches
� ExemplesATCC: American Type Culture Collection (USA)CBS: Central Bureau voor Schimmel culture (NL)NRRL: Northern Regional Research Laboratory
(USA)CCTM: Centre de Collection de Types Microbiens
(CH)NCIB: National Collection of Industrial Bacteria
(UK)
NCTC: National Collection of Type Culture (UK)
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I- La souche microbienne à usage industriel
I.3- Amélioration des souches
� I.3.1- Sélection naturelle� I.3.2- Mutagenèse
� I.3.3- Recombinaison génétique « naturelle »� I.3.4- Fusion cellulaire induite (fusion de
protoplastes)
� I.3.5- Recombinaison génétique in vitro (génie génétique)
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I- La souche microbienne à usage industrielI3- Amélioration des souches (suite)
� I.3.1- Sélection naturelle- Choisir l’individu le plus performant
- Le cultiver- Sélectionner le plus performant de sa
descendance (2ème génération)- Poursuivre sur plusieurs générations
Applications sur moisissures productrices d’antibiotiques (+ 25%)
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I- La souche microbienne à usage industrielI.3- Amélioration des souches (suite)
� I.3.2- Mutagenèse
- Principe- Dose efficace
- Agents mutagènes- Criblage des mutants- Applications
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I- La souche microbienne à usage industrielI.3- Amélioration des souchesI.3.2- Mutagenèse (suite)
� Principe: provoquer changements génétiques par mutation
� Dose efficace
- Dose mortelle pour 99,5 à 99,9% de la population (0,1 à 0,5% de survivants)
- Fréquence de mutation: 10-2 (10-6 à 10-8 pour mutation naturelle)
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I- La souche microbienne à usage industrielI.3- Amélioration des souchesI.3.2- Mutagenèse (suite)
� Agents mutagènes chimiques
- Propionolactone- Analogues bases pur. & pyr.- Agents alkylants à l’azote- Acide nitreux- Oxyde d’éthylène- Dérivés de l’acridine- Sulfates et sulfonates (EMS)- Epoxydes- Ethylène- imines
� Agents mutagènes physiques
- Rayons UV- Rayons γ- Rayons X
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I- La souche microbienne à usage industrielI.3- Amélioration des souchesI.3.2- Mutagenèse (suite)
� Criblage des mutants: mise en évidence et récupération
Exemples:- Mutant auxotrophe pour un facteur de
croissance donné- Mutant résistant à un agent antimicrobien
chimique- Mutant capable de fermenter un glucide
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I- La souche microbienne à usage industrielI.3- Amélioration des souchesI.3.2- Mutagenèse (suite)
� Applications- Amélioration de Penicillium chrysogenum pour
production de pénicilline (sélection naturelle et mutagenèse)
- Souches mutantes de levure insensibles à la répression catabolique du glucose (pour assimilation du maltose)
- Souches mutantes de levure capables de synthétiser la thiamine
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I- La souche microbienne à usage industrielI.3- Amélioration des souches (suite)
� I.3.3- Recombinaison génétique « naturelle »
- I.3.3.1- Reproduction sexuée
- I.3.3.2- Parasexualité
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I- La souche microbienne à usage industrielI.3- Amélioration des souchesI.3.3- Recombinaison génétique « naturelle »
� I.3.3.1- Reproduction sexuée
- Possible pour les Ascomycètes (ex. : levure)
- Conditions restrictives:o même espèce
o signes sexuels opposés
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Gamète mâle
Levure + ou a
Gamète femelle
Levure - ou α
A (n) B (n)
Conjugaison
Zygote
Crossing-over
RecombinésA B
ME
IOS
E
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I- La souche microbienne à usage industrielI.3- Amélioration des souchesI.3.3- Recombinaison génétique « naturelle »
� I.3.3.2- Parasexualité (cas des Fungi imperfecti)
Cycle de reproduction découvert chez certaines espèces de moisissures parmi les champignons imparfaits
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Filament A (n)
Filament B (n)ANASTOMOSE
HETEROCARYON FUSION NUCLEAIRE (10-6-10-7)
HAPLOIDISATION (méïose)
Spores obtenues:Type parental AType parental BTypes haploïdes recombinésTypes diploïdes recombinés
CY
CLE
PA
RA
SE
XU
EL
1
5
43
2
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I- La souche microbienne à usage industrielI.3- Amélioration des souchesI.3.3- Recombinaison génétique « naturelle »
- Notion d’hétérocaryon forcéMaintien de l’hétérocaryon dans un milieu minimum, les souches parentales A et B ayant 2 auxotrophies différentes
- Conditions restrictives:
. Filaments de même espèce
. Filaments compatibles
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I- La souche microbienne à usage industrielI.3- Amélioration des souches
� I.3.4- Fusion cellulaire induite (fusion de protoplastes)
- Objectif
- Principe- Technique
- Quelques applications- Exemple détaillé
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I- La souche microbienne à usage industrielI.3- Amélioration des souchesI.3.4- Fusion cellulaire induite
� Objectif: obtenir des recombinaisons génétiques entre cellules qui ne peuvent pas fusionner « naturellement »
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I- La souche microbienne à usage industrielI.3- Amélioration des souchesI.3.4- Fusion cellulaire induite
� Principe:- Élimination de la paroi par attaque enzymatique
(milieu isotonique)
- Mélange des 2 populations cellulaires en présence d’ions Ca++ et de polyéthylène glycol
- Régénération de la paroi
- Criblage des recombinants (marqueurs génétiques)
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I- La souche microbienne à usage industrielI.3- Amélioration des souchesI.3.4- Fusion cellulaire induite
� TechniqueExemple de technique de fusion cellulaire
induite chez les moisissures
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Souche A (a-b-c+d+) Souche B (a+b+c-d-)
protoplastes protoplastes
Cultures Cultures
MM MMMC MC
Contrôle
des mutations
Contrôle
des mutations
Viabilité des protoplastes
Viabilité des protoplastes
PEG 30% + Ca++
Fusion
(0,1-1% au lieu de 10-6)
+
Culture sur MMRégénération et réversion
des produits de fusion(a+b+c+d+)
Culture sur MCRégénération et réversion
des protoplastes A (a-b-c+d+), B (a+b+c-d-)
et des produits de fusion(a+b+c+d+)
Enzymes lytiques
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I- La souche microbienne à usage industrielI.3- Amélioration des souchesI.3.4- Fusion cellulaire induite
� Quelques applications
- Streptomyces (antibiotiques)- Penicillium chrysogenum (pénicilline)
- Aspergillus niger (acide citrique)- Schizosaccharomyces pombe
- Saccharomyces lipolytica
Souches de même signe sexuel
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I- La souche microbienne à usage industrielI.3- Amélioration des souchesI.3.4- Fusion cellulaire induite
� Quelques applications (suite)- Candida tropicalis (Deutéromycète): souches
stables avec caractères des 2 parents- Hybridations interspécifiques ou intergénériques. Lactococcus lactis subsp. lactis et Lc. lactis subsp.
cremoris. Lc lactis subsp. lactis et Lactobacillus reuteri. Candida albicans et C. tropicalis
. C. tropicalis et Pichia guillermondi
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I- La souche microbienne à usage industrielI.3- Amélioration des souchesI.3.4- Fusion cellulaire induite
� Exemple détaillé: FCI de 2 levures pour la valorisation de sous-produits amylacés par production d’éthanol. Caractéristiques des 2 partenaires et du produit de fusion
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Pousse à 37°CNe fermente pas mélibiose
Fermente dextrines
Pas de gène MALPetites colonies lisses
Diploïde (asque à 4 spores)
Ne pousse pas sur lactose
Ne pousse pas à 37°CFermente mélibiose
Ne fermente pas dextrines
Possède gène MALGrandes colonies lisses
Plyploïde (pas de spores)
Pousse sur lactose
Pousse à 37°C
Fermente mélibiose
Fermente rapidement maltose
Fermente dextrines
Aptitude légère à la sporulation
Colonies grandes et rugueuses
Pousse sur lactose
Saccharomyces diastaticus
Souche 1384 RD
Saccharomyces uvarum
Souche 21 RS
Produit de la fusion
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I- La souche microbienne à usage industrielI.3- Amélioration des souches
� I.3.5- Recombinaison génétique in vitro(génie génétique)
- Objectif- Principe
- Exemple d’application
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I- La souche microbienne à usage industrielI.3- Amélioration des souchesI.3.5- Recombinaison génétique in vitro
� Objectif:
Introduire un gène intéressant (humain, animal, végétal ou microbien) dans une cellule étrangère (réceptrice) pour qu’il s’exprime dedans.
Avantages des cellules réceptrices microbiennes (bactéries surtout): facilité de culture et vitesse de reproduction et de métabolisme
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I- La souche microbienne à usage industrielI.3- Amélioration des souchesI.3.5- Recombinaison génétique in vitro
� Principe- Découper le gène intéressant par action mécanique ou
par action enzymatique (enzymes de restriction: extrémités cohésives)
- L’attacher à ADN familier (plasmide, ADN viral) pour former un ADN hybride (rôle des transférases terminales et de la ligase)
- Introduire l’ADN hybride dans la cellule réceptrice: cellule transformée ou génétiquement modifiée
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I- La souche microbienne à usage industrielI.3- Amélioration des souchesI.3.5- Recombinaison génétique in vitro
� Exemple d’application: transformation d’Escherichia coli pour la
production de somatostatine humaine
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I- La souche microbienne à usage industriel
I.4- Conservation des souches
� Objectif: prolonger la durée d’utilisation des souches, avec leurs propriétés
� Principe: maintenir les souches en vie tout en les empêchant de se multiplier
� Techniques:- Conservation sous huile de paraffine- Congélation- Lyophilisation
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I- La souche microbienne à usage industrielI.4. Conservation des souchesTechniques
� Conservation sous huile de paraffine
- Rôle de l’huile. Très faible passage de l’O2 (assurer la concentration critique en O2)
. Empêcher la dessiccation du milieu
- Durée de stockage: plusieurs mois àplusieurs années à +4°C
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I- La souche microbienne à usage industrielI.4. Conservation des souchesTechniques
� Congélation- Congélation lente ou rapide (azote
liquide)
- Pour éviter formation de cristaux:. Congélation rapide
. Addition d’agents protecteurs - Durée de conservation: illimitée (jusqu’à
décongélation)
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I- La souche microbienne à usage industrielI.4. Conservation des souchesTechniques
� Lyophilisation- Évaporation de l’eau à basse température
sous vide- Récipient scellé pour éviter réhumidification- Inconvénient: forte mortalité (réduite par
agents protecteurs)- Durée de conservation: illimitée, même à
température ambiante (jusqu’à ouverture des récipients)
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Chapitre II- Les microorganismes d’intérêt industriel
� Introduction� II.1- Les bactéries- II.1.1- Bactéries lactiques- II.1.2- Bactéries acétiques- II.1.3- Micrococcaceae- II.1.4- Propionibactéries
� II.2- Les microorganismes fongiques- II.2.1- Généralités- II.2.2- Principales utilisations industrielles- II.2.3- Les levures- II.2.4- Les moisissures
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Il s’agit de microorganismes
� sans risque pour le consommateur (i.e., non
pathogènes, non toxinogènes) = GRAS (Generally Recognized As Safe):
long historique de consommation saine et sans risque avéré
� Capables de :
§ jouer un rôle technologique et/ou sanitaire bénéfique
§ Augmenter la valeur ajoutée du produit
§ Améliorer sa valeur nutritionnelle et sa salubrité
Bactéries, Levures, Moisissures8
Introduction
52
I.1. Les bactéries
Groupe de micro-organismes le plus large et le plus diversifié.
Procaryotes (Règne desMonera)
9
Structure schématique d’une bactérie
53
10
PLACE DANS LE MONDE VIVANT
Monde vivant: 5 règnes:
Animalia Plantae Protista Fungi Monera
Microorganismes
Structures cellulaires deux groupes de microorganismes
Procaryotes
Fungi
Moisissures***Levures***
Algues**Protozoaires**
Monera
CyanobactériesBactéries***RicketsiesArchaebactéries
MycoplasmesChlamidiae(Virus)
*** importants pour l'alimentation** moins importants
Eucaryotes: Protistes supérieurs
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Groupes de bactéries utilisées en IAA
�
�
�
�
�
Bactéries lactiques
Bactéries acétiques
Micrococcacea
Propionibactéries
Divers (Bacillus, Brevibacterium, etc.)
� Transformation de produits d’origine animale :
�
�
Charcuterie (e.g., saucissons fermentés),
Produits laitiers : Fromages, Yogourt, Laits fermentés,
� Transformation de produits d’origine végétale :
� Cornichons, Choucroute, Olives fermentées, produits à base de riz
� Autres applications industrielles :
� Vinaigre, Arômes (Vanille, goût de fruits), vitamines, acides aminés, etc. 11
55
I.1.1. Les bactéries lactiques
I.1.1.1. Définition et TaxonomieGram positif
� Non pathogènes
� Forme variable (Bacilles, cocco-bacilles, cocci, ovoides)
� Catalase négative
� Microaérophiles ou anaérobies
� Acide lactique = produit principal de la fermentation de sucres
Le groupe microbien le plus exploité à travers l’histoire de l’humanité.
12
56
Principaux genres :
Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc, Pediococcus,
Streptococcus, Carnobacterium, Bifidobacterium,Weissella
Applications :� Fermentations de produits végétaux ou animaux� Ensilages pour la production d’aliments du bétail
� Œnologie (fermentation malo-lactique)� Pro-biotiques
13
57
La Fermentation des sucres produit :
o Soit Acide lactique presque exclusivement ( Homo-fermentation)
C6H12O6
Glucose
2CH3CH(OH)COOHAc. lactique
o Soit Acide lactique + Acide acétique + Ethanol + CO2, etc.
( Hétéro-fermentation)
Changements fréquents dans la classification des BL:
� En 1919 (début): une seule famille, 4 genres
o
o
Famille:Lactobacillaceae
Genres :Streptococcus, Leuconostoc, Lactobacillus, Pediococcus14
58
� Actuellement
Au moins 9 genres/3 familles :
•
•
•
Famille :Lactobacillaceae
1 Genre :Lactobacillus
Famille :Streptococcaceae
7 Genres :Lactococcus, Leuconostoc, Carnobacterium, Streptococcus,
Enterococcus, Weissella, Vagococcus
Famille : Actinomycetaceae
1 Genre :Bifidobacterium
15
59
I.1.1.2. Genres des bactéries lactiques d'importance industrielle
� genre Lactococcus
-
-
Nouveau taxon à partir de 1987
Auparavant inclus dans le genreStreptococcus
• Gram positif
• cocci isolées, en diplococques ou en courtes chaînes
• Métabolisme du glucose : Homo-fermentaire
2 lactates (C3)Glucose (C6)
2 isomères de lactate : L(+) et D(-)
Lactococcus: L(+) > 90%
D(-) : Indésirable.
AcidoseNon digéré par la Lactate déshydrogénase (LDH) humaine16
60
Détermination du type de lactate (Utilisation de lactate déshydrogénase : LDH)
LDH du muscle spécifique pour L(+): stéréospécificité
Lactate (L+) + NAD+ Pyruvate + NADH, H+
Ajout de semicarbazide
- Spectrophotométrie à 340 nm = concentration L(+)
- Dosage de l’acide lactique total (titrimétrie) = Acidité titrable
Acidité titrable – L(+) = D(-)
OMS recommandation : Moins de 100 mg de D(-) lactate / Kg poids/ jour
L(+) lactate D(-) lactatePyruvate
LDH
17
61
Espèces :
1.
2.
3.
4.
Lactococcus lactis: très utilisée dans les levains lactiques
§ Deux sous espèces :
- Lactococcus lactissubsp.lactis
- Lactococcus lactissubsp.cremoris
§ Une variété
- Lactococcus lactissubsp.lactis vardiacetylactis
Lc. garviae
Lc. plantarum
Lc. raffinolactis 18
62
� genre Lactobacillus
־ Le groupe de BL le plus complexe et le plus hétérogène > 90 espèces
ou sous-espèces différentes
־ Remaniements taxonomiques nombreux et fréquents
Homofermentaires: C6 ======> 2 C3
Thermobacterium(15°C -; 45°C +)
Streptobacterium( 15°C +; 45°C +)
Hétérofermentaire: C6 ====> C3 + C2 + CO2
Betabacterium(15°C +; 45°C -)19
63
HOMOFERMENTAIRES HETEROFERMENTAIRES
Streptobacterium
Lb. plantarum
Lb. casei
Lb. sakei
Lb. curvatus
Betabacterium
Lb. fermenti
Lb. buchneri
Lb. brevis
Lb. cellobiosis
Lb. viridescens
Lb. san fransisco*
Thermobacterium
Lb. helveticus
Lb. jugurti
Lb. bulgaricus
Lb. lactis
Lb. acidophilus
Lb. leichmanii
Lb. delbreuckii
Lb. salivarius
Lb. jansenii20
64
־ Rôle important dans l'industrie agro-alimentaire (ferments, producteurs
d'arômes, probiotiques...)
־ Très utilisé en ind. laitière : Ferments thermophiles (yaourt + fromages)
־ Production de L(+) ou D(-) dépend des espèces
o Lb. delbruekii(toutes les sous espèces y comprisLb. debruekiissp.
bulgaricus) : D(-)
o Lb. casei: L(+)
o Lb. sakeietLb. curvatus: Mélange racémique (DL)
־ Sur MRS agar (de Man, Rogosa et Sharpe) à 37° C : Colonies blanches,
lisses, convexes, diamètre d'environ 2 mm.21
65
� genre Leuconostoc
� Cocci ou Ovoïde,
� Association sous forme de cellules isolées ou en diplocoque
� Typiquement hétéro-fermentaires
� Acide lactique D(-) par fermentation du glucose
� Réduit le Triphenyl-Tetrazolium-chloride (TTC)
� Résiste à la vancomycine
� Résiste à l’azoture de Na (Sodium azide)
� Il est détruit par pasteurisation
� Produit du diacétyle à partir du citrate à pH < 5.5
� Peu acidifiant
� Utilisation dans l’industrie laitière :
o Aromatisation (diacétyle, acétoïne, éthanol)22
66
o Production d’exo-polysaccharides (EPS) : Dextranes, Fructosanes,
Levanes, etc.
Lu. dextranicum, Lu. mesenteroides ssp. mesenteroides
־ Importance
o Technologie
-
-
-
Consistance (viscosité),
Stabilisant : prévention de la synérèse (wheying-off) du
yaourt au cours de la conservation (liant de l’eau)
Qualité gustative (production de substances aromatiques :
diacétyle, acétoine, acétaldéhyde)
o Santé (consommateur)
- Probiotiques
o Bactéries du levain
- Protection contre les infections phagiques ?
23
67
Espèces principales du genre :
Lu. mesenteroidessubsp. mesenteroides*Lu. mesenteroidessubsp. cremoris*Lu. mesenteroidessubsp. dextranicum*Lu. lactis*
Lu. oenos**Lu. gelidumLu. carnosumLu. paramesenteroides
* Utilisées en Ind. laitière
** œnologie
24
68
� genre Enterococcus
�Cocci, Gram+, catalase-
� cellules isolées, ou associées en paires (diplocoques) ou courte chaîne
� Homo-fermentaires : L(+) lactate
� Résistent à la pasteurisation
� Résistent à l’azoture de sodium
� Résistent aux sels biliaires (bon potentiel probiotique)
25
69
§ Principales espèces
E. avium
E durans*
E. faecalis*
E. faecium*
*Levains ?
•
•
Présent dans de nombreux produits fermentés largementconsommés à l’échelle internationale;Non permis en tant que ferments industriels
E. malodoratus
E. casseliflavus
E. gallinarum
27
70
� genre Pediococcus
� Cocci, Gram positif
� Catalase négative ou pseudocatalase
� Association : cellules isolées, diplocoques ou tétrades
� Homo-fermentaire : lactate DL (mélange racémique)
� Peu d’importance dans l’industrie laitière
� Charcuterie (saucisson fermenté, jambon, etc.)
� Fermentations végétales (ensilage, olives fermentées, choucroute, etc.)
� Redouté en brasserie (« Beer sickness » = « maladie de la bière» =
trouble biologique de la bière) 28
71
Principales espèces
P. cerevisiae(Produits de charcuterie fermentés)
P. acidilactici (Produits de charcuterie fermentés)
P. damnosus(Bière, altération)
P. pentosaceus(Produits fermentés à base de viande)
P. halophilus (Fermentations végétales)
P. parvulus(Fermentations végétales)29
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� genre Streptococcus
Strepto = flexible (chapelet) ; coccus = grain
§ Cocci, Gram+, Catalase-,
§ Association en chaînettes plus ou moins longues, rarement en cellules isolées
ou en diplocoques
§ Groupe hétérogène : plusieurs types de classification
- Classification sérologique de Lancefield ancienne mais encore utilisée :
20 groupes deA à H et de K à V
-
-
Lactococcus= exStreptococcusGroupe N de Lancefield
Enterococcus= exStreptococcusGroupe D de Lancefield (streptocoques
fécaux = indice de contamination fécale)
§ Classification simplifiée (sérologie + température de croissance) 30
73
Croissance
Groupe
Pyogènes
Viridans
10°C
-
-
45°C
-
+
Groupesérologique
A,B,etc.
?
31
Pyogènes
S. pyogenes et S. agalagtiae
Viridans
e.g., S. salivarius, S. mutans, S. salivarius subsp. thermophilus; S. mitis; S. sanguis
NB : de toutes les espèces de Streptococcus,seule Str. salivariussubsp.
thermophilusest officiellement utilisée dans la composition de levains
thermophiles (yaourt et fromage à pâte pressée)
Agents infectieux :
• pneumonie
• Angines
74
� genre Carnobacterium
Genre proposé en 1987
Auparavant considéré comme espèce deLactobacillus: Lb. carnosus
Souches isolées de viande de volaille
§ Validation d’un nouveau genre :Carnobacterium
o
o
o
C. divergens: ex Lb. divergens
C. piscicola: ex Lb. piscicolaet ex Lb. carnis
Nouvelles espèces :C. gallinarumet C. mobile
§ 1993 :C. alterfunditumet C. funditum
§ 1999 :C. inhibenspour une souche isolée du tube digestif d'un saumon del'Atlantique
32
75
§§§§ Caractères morphologiques et physiologiques
� Bacilles minces, droits ou légèrement incurvés, à Gram positif, se présentant de manière isolée ou groupés par deux ou parfois en courtes chaînes,
� non sporulés, mobiles ou immobiles, aéro-anaérobies, àcatalase négative, oxydase négative, nitrate réductase négative,
� métabolisme fermentatif (production d'acide lactique), � incapables de croître sur des milieux à l'acétate, ne cultivant ni
en présence de 8 p. cent de NaCl ni à 45°C,� cultivent à 10°C et parfois à 0°C.
76
§ Habitat
Viandes (bœuf, porc, mouton et volailles), Poissons, Eau douce
§ Importance
o Levains dans les fermentations carnées
o Altération de produits carnés: verdissement observé aprèsouverture desemballages de produits carnés emballés sous vide.
= Production d'eau oxygénée + air = oxydation de la myoglobine (formation de
cholémyoglobine) et des porphyrines.
Espèce impliquée :Carnobacterium viridans
33
77
� genre Bifidobacterium
§ Bacilles à gram positif, non mobiles, non sporulants, de forme
variable (polymorphe): bacilles droits, bifurqués en V ou en Y en amas
§ Anaérobies stricts mais peuvent tolérer un peu d’O2 en présence de CO2.
§ Typiquement catalase négative (parfois faiblement positive)
§ Température de croissance : 20 à 46,5°C, Opt. 36-38°C
§ Fermentent : glucose, galactose et fructose : Lactate L(+)
§ GC% = 57,2 – 64,5 (Lactobacillus< 50 %)
§ Hétérolactique sans production de CO2
o 2 glucoses 3 acétates + 2 lactates
o Fructose Phosphocétolase (enzyme caractéristique)34
78
2 ATP
+Acétyl-P(C2)
Erythrose-4-P(C4)
+2 Xylulose-5-P(C5)
2 Ribulose-5-P(C5)
2 Acétyl-P + 2-G-3-P(C2) (C3)
3 Acétates
3 ADP 3 ATPSedoheptulose-7-P + Glyceraldehyde-3-P(C7) (C3)
EMP
2 Glucoses
Pi
TranskétolaseTPP
2 Glucose-6-P
2 ADP
2 Fructose-6-PPhosphoketolaseTPP
Transaldolase
2 Acides lactiques
Bilan : 2 glucoses 3 acétate + 2 lactate
35
79
36
Observation microscopique deBifidobacterium
Microscope photonique Microscope électronique
80
I.1.2. Bactéries acétiques
Bactéries capables de convertir les sucres ou l’alcoolen acide acétique= production duvinaigre
� GenreAcetobacter
� Bacilles à gram négatif� Aérobies stricts: Inhibés par insuffisance en oxygène ouprésence de dioxydede soufre (SO2) 37
81
PRODUCTION DE VINAIGRE PAR VOIE MICROBIENNE
AC. ACETIQUEETHANOL
CH3-CH2OHETHANOL
2CH3-CHO + 2H2OACETALDEHYDE
O2
Présenceabondanted’oxygène
CH3-CH2OH + CH3COOH
82
39
Acetobacter aceti
Espèce :Acetobacter aceti: ubiquitaire (fleurs, fruits, abeilles, drosophiles, eau, sol, etc.)
Matière première: Vin, cidre, bière, vinasse38
Mélasse : étape préalable de fermentation anaérobie: transformation de sucre en alcoolpar les levures.
83
I.1.3- MicrococcaceaeGenres utilisés dans la Fermentation des produits carnés :Charcuterie
§§
•
Micrococcus(utile vs altération)Staphylococcus(utile vs pathogène + altération)
� genre Micrococcus
Description Taxonomique
� Gram positif; Forme sphérique (0.5-2.0µm de diamètre)
� Cellules en paires, tétrades or amas irrégulier,
�
�
�
�
�
�
�
�
Non mobile, non sporulantAérobie strictColonies pigmentées : jaune ou rougeMétabolisme respiratoireCatalase positiveHalo-tolérant ( 5% NaCl)Croissance optimale : 25-37°CGC% élevé (66-73)
��
Réservoir naturel: Peau des mammifères, sol, aliments, air
Trois espèces fréquentes :M. luteus, M. roseusetM. varians.
41
84
� Réduit les nitrates et nitrites …
� genre Staphylococcus
Staphylococcus≠ Micrococcus
Micrococcus: produit de l’acide à partir du glucose seulement et enaérobiose
Caractères généraux du genreStaphylococcus
� Cocci à Gram positif
� Immobiles
� Non sporulés
� Se présentant sous forme isolée ou groupés en paires ou en amas
� Aaéro-anaérobies facultatifs
� Catalase positive
42
85
� Fermentent le fructose, le glucose, le glycérol et la N-acétylglucosamine
avec production d’acide ;
� Ne fermentent pas l'arabinose, le cellobiose, le raffinose, le ribose et le
furanose ;
� Températures de croissance comprises entre 15 et 42°C ;
� Pousse en présenced’une concentration en NaCl de 15 % ;
� Les colonies sont circulaires, lisses, légèrement surélevées, pigmentées en
crème et parfois en orange43
86
Staphylococcus carnosus:
Souches isolées de saucissons secs
� Au départ identifiées commeStaphylococcus simulans.
� Les hybridations ADN-ADN montrent qu'elles constituent une
nouvelle espèce (Staph. carnosus).
� Autres sources :
o Saucissons
o Poissons fermentés
o Sauces à base de crevettes ou à base de soja)44
87
� Comparaison des séquences des ARNr 23S révèlent que les souches de
Staphylococcus carnosusse répartissent en 3 groupes (F, A et B).
o Groupe F présentent des caractères phénotypiques particuliers /A & B
exclues de l'espèceStaph. carnosus
Nouveau taxonStaph. condimenti.
o Groupes A et B : hétérogénéité génétique mais les homologies ADN -
ADN sont supérieures à 73 %
A et B = Même Espèce
• Caractères génomiques et caractères phénotypiques : 2 sous-espèces :
§ Staph. carnosussubsp.carnosus(Groupe A); et
§ Staph. carnosussubsp.utilis (Groupe B)45
88
�
�
Staph. carnosussubsp.carnosus
o phosphatase positive
o Coagulase négative
o Acidification du D-mannose et du D-sorbitol
Staphylococcus carnosussubsp.utilis
o Phosphatase négative, Sorbitol et mannose négatifs
o Aucun cas d'infection due àStaphylococcus carnosusn'a été décrit et ce
germe ne produit ni entérotoxines ni coagulase ni « clumpingfactor » ni
hémolysine.46
89
Rôles dans la fabrication des produits carnés :
� Accélération et stabilisation de la formation de la couleurrose/rouge
caractéristique des produits de charcuterie.
= Activité de la nitrate réductase :
NO (monoxyde d’azote) réagit avec la myoglobine pour donnerde la
nitrosomyoglobine (Couleur rouge stable).
�
�
Eviter l'oxydation grâce à leur catalase qui dégrade l'eau oxygénée élaborée par
les bactéries lactiques. Une oxydation importante conduità des anomalies dans
la couleur et le goût et diminue la durée de conservation (rancissement).
Elles sont également capables d’acidifier modérément et decontribuer au
développement de l'arôme.47
90
Nitrate réductase staphylococcique :
NO
NADH,H+ NAD+
NO3-
NADH,H+
NO2-
NAD+
Myoglobine Nitrosomyoglobine(Composé stable de couleur
NO3- NO2-
NADH,H+ NAD+
H2O H2O
H2O
Hémoglobine Methémoglobine
Nitrosamines
rose/rouge)SANS DANGER)
Amines secondaires
Anémie
R N H
R’
Cancer ??
48
91
I.1.4- Les propionibactéries
� Bacilles à Gram positif
� Produisent l'acide propionique par fermentation du glucose et de l’acide lactique
� Non sporulés,
� Immobiles,
� Anaérobies stricts ou aéro-tolérants,
� Catalase positive.
� Se présentent de manière isolée ou groupés en paires ou en courtes chaînes ou en V ou enYou en amas évoquant des lettres de l’alphabet chinois
� Peuvent également apparaître sous des formes coccoïdes, bifides voire ramifiées.
� Croissance optimale : entre 30 et 37°C et les colonies peuvent être blanches, grises, roses,rouges, jaunes ou oranges.
� GC % élevé (67%): Actinobactéries 49
92
� D'après leur habitat, les espèces du genrePropionibacteriumsont divisées
en deux groupes : groupe du lait et groupe de la peau
o Groupe "Propionibactéries classiques" ou " Propionibactéries du
lait"
Habitat naturel : Fromages et autres produits laitiers; parfois ensilages,
olives fermentées, jus de fruits altérés et sol :
Propionibacterium freudenreichii, P. acidipropionici, P. cyclohexanicum, P.
jensenii, P. microaerophilum, P. thoenii
50
93
Niche écologique : Peau, bouche ou intestin
Espèces :Propionibacterium acnes(espèce typique)
P. australiense, P. avidum, P. granulosum, P. propionicum
Pathogènes : Infections chez l'homme (acné) et les animaux
o Propionibactéries de la peau ou Groupeacnes
51
94
� Classification d’après des critères génétiques
Homologie des séquences de la sous unité 16S rRNA : Trois groupes
o P. australiense: deux sous-espèces deP. freudenreichii(espèce type du
genre) etP. cyclohexanicum
o P. acidipropionici, P. granulosum, P. jensenii, P. microaerophilumetP.
thoenii
o P. acnes, deP. avidumet deP. propionicum.
52
9595
I.2.1- Place dans le Monde vivantI.2.2- Caractères distinctifs par rapport aux
autres micro-organismesI.2.3- Paramètres physico-chimiques de la
croissance
I.2.4- Principales utilisations industrielles
Microbiologie industrielle
I.2- Les micro-organismes fongiques
9696
Microbiologie industrielle
I.2.1- Place dans le monde vivant:
� Protistes supérieurs (cellules eucaryotes)
� Souvent rapprochés à tort des végétaux� Se distinguent de tous les autres micro-
organismes
9797
Monde vivant
ProtistesMétaphytes Métazoaires
Fungi
(Champignons) Protozoaires
Protophytes
Bactéries
Algues bleu vert
Autres
algues unicellulaires
Protistes Inférieurs Protistes Supérieurs
Classification du Monde Vivant(d’après Langeron, 1945)
9898
Eubactéri-ales
MycobacteriaMicroorganismes
fongiques
Algobacteria Algues bleu vert
Autres Algues unicel.
MollicutesRickettsiales
Protozoobacteria
Protozoaires
Vira
les
Le monde microbien
SchizomycètesProtistes inférieurs
Ensemble des ProtistesEnsemble des microbes
Mon
de
iner
teM
étaphytes
Métazoaires
9999
Microbiologie industrielle
Champignons(Fungi, Mycètes)
Champignons macroscopiques
Champignons microscopiques (micromycètes;
microorganismes fongiques)
Moisissures Levures(Unicellulaires)(Mycéliennes)
(du latin Fungus)
(du grec Mykes)
100100
Microbiologie industrielle
I.2.2- Caractères distinctifs par rapport aux autres micro-organismes
o Par rapport aux bactéries: les fungi sont eucaryotes (bactéries: procaryotes)
101101
Schéma montrant la structure eucaryote
d’une cellule de levure (ci-contre)
en comparaison avec la cellule bactérienne procaryote (ci haut)
102102
Microbiologie industrielle
I.2.2- Caractères distinctifs par rapport aux autres micro-organismes (suite)
o Par rapport aux autres Protistes supérieurs:� Hétérotrophes pour le C� Nutrition azotée simple: NH4
+ ou NO3-
� Saprophytes (le plus souvent); mais aussi espèces parasites ou symbiotiques
� Structure filamenteuse ou mycélienne (sauf levures)
103103
Microbiologie industrielle
Structure filamenteuse (mycélienne) des champignons
104104
Structure filamenteuse
des moisissures
Filaments cloisonnés(champignons supérieurs)
Filaments non cloisonnés(champignons inférieurs)
105105
Spores de reproductionchez les moisissures
Conidies (champignons supérieurs)
Sporangiospores (champignons inférieurs)
106106
Microbiologie industrielle
- Levures: état unicellulaire dominant, formes variées, souvent ovo ïde ou globuleuse
107107
Microbiologie industrielle
- Levures: parfois pseudomycélium
108108
Cicatrice de bourgeonnement
Bourgeonnement de la levure
Bourgeon
109
Métabolismes des sucres
-
-
Fermentaire : production d’alcool et de CO2
Respiratoire (Cycles de krebs) : production de CO2 et d’eau
Rarement pathogènes pour l’Homme
Deux espèces infectieuses :
•
•
Candida albicans(vaginites, prurits, infections buccales et œsophagiennes)
Cryptococcus neoformans(mammites)54
110110
Microbiologie industrielle
I.2.3- Paramètres physico-chimiques de la croissance:
� pH
� Activité de l’eau (aw)� Température� Oxygénation
111111
Microbiologie industrielle
� pHo Croissance dans une large gamme de
pH (souvent de 2 à 8)o Mais plutôt acidophiles ou, du moins,
acidotolérants (supportent mieux les pH acides que les bactéries)
o Application: milieux à pH de 3,5 à 4,5 pour leur isolement
112112
Valeurs cardinales du pH de croissance de quelques micro -organismes
Minimum Optimum MaximumSt. aureus
Bacillus subtilis
Cl. sporogenes
Lactobacillus sp.E. coli
Salmonella
Proteus
4,04,2
5,0
3,04,3
4,5
4,4
6,8-7,56,8-7,2
6,0-7,6
5,5-6,06,0-8,0
6,0-7,5
6,0-7,0
9,810
9
89-10
8-9
9,2
CandidaSaccharomyces
2,32,0
4,0-6,54,0-5,0
9,88,6
PenicilliumAspergillus
1,61,6
4,5-6,7 3,0-6,8
119,3
B
L
M
113113
Microbiologie industrielle
� Activité de l’eau (aw)
o Adaptation aux basses aw (milieux sucrés ou à faible humidité)
114114
Microbiologie industrielle
Bactéries à Gram négatif, quelques levures 0,95- ≈ 1
Majorité des cocci, lactobacilles, qq moisissures 0,91- 0,95
Majorité des levures 0,87- 0,91
Majorité des moisissures, Staphylococcus aureusMoisissures xérophilesLevures osmophiles
0,80- 0,870,67- 0,750,60- 0,65
Valeurs moyennes des aw minimales des
différents groupes microbiens
115115
Activités de l’eau minimale permettant la croissance des microorganismes à une
température proche de leur optimum
Micrococcus
Staph. aureus
Bacillus
Clostridium
Lactobacillus
Hal. halobium
0,90-0,95
0,84-0,92
0,90-0,99
0,90-0,98
0,90-0,94
0,75
E. coli
Salmonella
Pseudomonas
Saccharomyces
Penicillium
Aspergillus
0,94-0,97
0,93-0,96
0,96-0,98
0,62-0,94
0,80-0,83
0,70-0,82
116116
Microbiologie industrielle
� Température
o mésophiles en général: températures optimales moyennes
o Certaines capables de se développer àbasse température (mésophiles psychrotrophes)
117117
Températures cardinales de croissance de quelques microorganismes fongiques
Min. Opt. Max.
Debaryomyces hansenii
Saccharomyces cerevisiae
8
0
37
40
Aspergillus flavusBotrytis cinerea
Cladosporium herbarum
Mucor mucedoPenicillium brevicompactum
Penicillium camemberti
Penicillium roquefortiGeotrichum candidum
10- 4- 66
- 2624
302225
15-2522
15-2518-2022-30
4537
40
28
3538
Levu
res
Moi
siss
ures
118118
Microbiologie industrielle
� Oxygénation; en général:
o Moisissures: aérobies strictes (ou micro-aérophiles)
o Levures: aéro-anaérobies facultatives (métabolisme des glucides selon conditions d’oxygénation)
119119
1: paroi
2: membrane nucléaire
3: noyau
4: vacuole
5: réticulum endoplasmique
6: membrane cytoplasmique
7: inclusions cytoplasmiques
8: mitochondries
Structure de la cellule de levure en fonction de l’oxygénation
120120
Microbiologie industrielle
Conclusion:
� Prolifération favorisée dans les conditions oùles bactéries ne sont pas compétitives (pH acides, aw faible, etc.)
� Activité métabolique intense due à une grande diversité de l’équipement enzymatique
121121
Microbiologie industrielle
I.2.4- Principales utilisations industrielles
I.2.4.1- Production d’enzymesI.2.4.2- Production de produits du
métabolisme primaireI.2.4.3- Production de produits du
métabolisme secondaire
I.2.4.4- Fabrication de produits alimentairesI.2.4.5- Exemples d’applications industrielles
122122
I.2.4.1- Production d’enzymes
Espèces Produit Substrat Intérêt
L Kluyveromyces fragilis
Saccharomycopsis lipoytica
Lactase
Lipase
Carboné Dégr°lactose
Lipolyse
M
Aspergillus niger
Aspergillus oryzaeMucor miehei
Mucor pusillus
Endothia parasitica
Lactase
AmylasePrésure fongique
,,
,,
Divers Dégr°lactose
Dégr°amidonCoagulat.°lait
,,
,,
123123
I.2.4.2- Production de produits du métabolisme primaire
Espèces Produit Substrat Intérêt
L Saccharomyces cerevisiae Kluyveromyces fragilis
Candida utilisCandida tropicalis
Kluyveromyces fragilis
Ethanol
EthanolBiomasse protéique
,,
,,
Glucose
LactoseMélasse
LSP*
Lactoserum
Prod. Alcool
,,Alimentation
,,
,,
M
Aspergillus niger
Paecilomyces varioti Aspergillus niger
Acide citrique
Biomasse protéique,,
Divers
LSP*EFB**
Acidulant
Alimentation ,,
*LSP: Liqueur sulfitique de papeterie; **EFB: effluent de fabrique de bonbons
124124
I.2.4.3- Production de produits du m étabolisme secondaire
Espèces Produit Substrat Intérêt
M
Penicillium chrysogenumCephalosporium acremonium
Aspergillus flavus
Aspergillus nigerFusarium sp.
Fusarium graminearum
Pénicillines Céphalosporines
Aflatoxines
StérigmatocystineZéaralénone
Trichothécènes
Carboné,,
Graines*
Graines**Graines***
Céréales
Thérapeutique,,
Cancérigène
,,Œstrogène
ATA****
* arachide, maïs, etc.; ** oléagineux, céréales; *** maïs et autres céréales; **** Aleucie Toxique Alimentaire
125
I.2.4.4- Production de produits alimentaires
Espèces Produit Substrat Intérêt
L Saccharomyces cerevisiae
Sacch. carlsbergensis
Pain, vin, ale, saké
Bière
Selon pdt
Malt
Alimentaire
,,
M
Penicillium roqueforti
Penicillium camemberti
ou P. caseicolum
Aspergillus oryzae
Fromage à pâte « persillée »
From. à croûte moisie
Saké
Caillé de fromagerie
,,
Amidon de riz
Alimentaire
,,
,,
Fromage à pâte « persillée »
Fromage à croûte moisie
126
I.2.4.5- Exemples d’applications industrielles � pour les moisissures
§ Industrie laitière
-
-
Affinage de fromages (Penicillium camemberti, P. roqueforti, P. candidum, etc.)
Production d’enzyme pour la coagulation du lait : Chymosineremplace la« présure » animale
§ Charcuterie
Affinage (ensemencement de surface)
Les meilleurs saucissons secs sont souvent recouverts d’une « fleur » demoisissure blanche :
Croute ensemencée demoisissures blanche :Penicillium nalgiovensisP. camemberti, ouP. chrysogenum
59
127
§ Fermentation du riz et de la sauce de soja, etc. (Asie)
§ Production de colorants et aromatisants alimentaires
§ Production d’acides (Citrique, Lactique, etc.)
§ Enzymes (Cellulases, lipases, protéases, amylases, etc.)
§ Industrie pharmaceutique (antibiotiques; exp. Pénicilline)
§ Environnement
-60
Attention! Présence d’espèces capables de produire des mycotoxines: aflatoxines, ochratoxines, zéaralénone, fumonisines, etc.
128
� pour les levures
§ Fermentations
� Panification
� Œnologie,Brasserie (la plus ancienne connue)
� Laitière (Kefir; Koumiss, fromages traditionnels)
� Végétale (olive, cornichon, choucroute, cassava, etc.)
§ Production de substances utiles
� Enzymes : Lipases (exp.Yerrowia lipolitica), protéases, amylases, etc.
� Vitamines (vitamines B, niacine, acide folique) acides animés, etc.
55
129
Espèces utilisées
� Saccharomyces cerevisiae(panification, brasserie)
� Saccharomyces carlsbergensis(Brasserie)
� Debaryomyces hansenii :affinage de saucisson sec/fromages
� Candida utilis :affinage de fromage
� Candida milleri(sauvage de la farine): « Sourdough » = pain acide
� Saccharomyces kefir: fermentation du kefir
56
130
• Cas deYerrowia lipolitica :
§ Industrie de bio-fermentation
- Production industrielle de lipases
- Production de méthane à partir de lipides et acides gras
- Production d’acide citrique à partir des alcanes et des huiles
végétales en aérobiose
§ Industries fromagère
- Affinage de certains
types de fromages (lipolyse)57
131
Chapitre III- Les microorganismes utilisés dans l’industrie laitière
III.1- GénéralitésIII.2- Les bactéries lactiques
III.3- Les propionibactériesIII.4- Les microorganismes fongiques
III.5- Les levains lactiques
132
-
-
-
Les bactéries lactiques
Les propionibactéries
Levures et moisissures
-
-
Fermentation de certains laits fermentés :
Kefir (Saccharmycess kefir)
Koumiss (lait de jument fermenté :Torula spp.Mycodermaspp.
Affinage de fromages : camembert, brie, Roquefort
- Divers (exp.Brevibacterium linens; Micrococcus luteus; M. varians,
Corynebacterium) 62
III.1- Généralités
133
III.2- Les Bactéries lactiques
� Essentielles dans les fermentations laitières :
Au moins 5 rôles :
- Acidification du lait (Fermentation du lactose et production d’acide)
- Coagulation du lait
- Concentration du lait : Facilitation de la synérèse et de l’égouttage du
caillé
- Aromatisation : production de substances aromatiques
- Inhibition de pathogènes et de microorganismes d’altération =
amélioration de la qualité hygiénique et prolongation de ladurée de
conservation.
63
134
• Bactéries lactiques utilisées dans les fermentations laitières:
• Espèces utilisées
• Lactococcus :
Lac. lactis subsp lactis;Lac. lactis subsp.lactis var. diacetylactis;Lac. lactis subsp. cremoris
• Leuconostoc :
• Leu. cremoris, Leu. dextranicum
• Lactobacillus :
• Lb. bulgaricus; Lb. casei; Lb. lactis; Lb. plantarum;
• Streptococcus
• Str. thermophilus69
Levains lactiques: voir III.5
135
III.3- Les propionibactéries
Exp. Fromages du type suisse : Emmental; Gruyère
Production d’acide propionique (acide organique le plus inhibiteur pour les
micro-orgrganismes indésirables) et d’acide acétique
Production de CO2 : Yeux du fromage (ouvertures, trous)
74
136
Utilisation dans l’industrie laitière :
Propionibactéries classiques (P. freudenreichii, P. jensenii, P. thoenii) :
Fromages à pâte pressée = production de gaz = Trous (yeux) du fromage
(exp. Gruyère, Emmental) = Rôle essentiel :
Affinage en cave « chaude »
• Fermentation du lactate ou pyruvate
Goût: Acétate + Propionate
Acétate, propionate et CO2
Saveur de noisette
Texture : CO2 Ouvertures = Trous = Yeux
75
137
• Activité lipolytique : Acides gras libres issus de la lipolyse
• Composés d’arôme: composés ramifiés dérivés du catabolisme de
l’isoleucine
• Inhibition de la microflore indésirable : acides organiques et
bactériocines = amélioration de la qualité hygiénique et préservation
• Potentiel probiotique :
•
•
production de Vitamine B12
modulation bénéfique la flore intestinale principalementen
favorisant la population indigène bifide (Bifidobacterium).76
138
•
•
•
Adaptation efficace aux stress digestifs.
Restent vivantes dans le tractus digestif humain et adhèrent aux cellules
épithéliales ainsi qu’au mucus de l’intestin.
Rôle potentiel dans la prévention du cancer du colon :
-
-
Diminuer les activités enzymatiques impliquées dans la carcinogenèse
Induction de l’apoptose (mort programmée de cellules isolées) de cellules
d’adénocarcinome colorectal
ProductionProductionProductionProduction dddd’’’’AcidesAcidesAcidesAcides grasgrasgrasgras àààà courtecourtecourtecourte chachachachaîîîînenenene agissantagissantagissantagissant
sursursursur lesleslesles mitochondriesmitochondriesmitochondriesmitochondries desdesdesdes cellulescellulescellulescellules canccanccanccancééééreuses.reuses.reuses.reuses. 77
139
III.3- Les microorganismes fongiques
III.3.1- Schéma général de la fabrication d’un fromage
III.3.2- Classification des fromages
III.3.3- Flore fongique des fromages
140140
Lait
Caillé
Lactosérum Caillé égoutté
Coagulation
Egouttage
Affinage
Fromage frais
Fromage affiné
Vente
II.3.1- Schéma général de la fabrication des
fromages
141
Addition de levain lactique(1 à 3 % V/V ou dose indiquéesur sachet de levain en poudre)
Lait caillé(action de laprésure)
pH acide :~5,0 à 5,2
Addition de présure(selon la force) :Emprésurage
~15 min
Lait acidifié mais noncoagulé : pH ~6,2
DécoupageMoulageEgouttage
Lait (pasteurisé ou cru)
Démoulage
64
Affinage: Facultatif et varie selon le type de fromage
142
65
143
Egouttage
66
144
67
145
Affinage
68
146146
Microbiologie industrielleIII.3.2- Classification des fromages
Types de pâte Affinage Exemples
Fraîche Sans affinage Jben, Petit-Suisse
Molle Croûte moisie
Moisissure interneCroûte lavée
Camembert, Brie,
Bleus, Roquefort (brebis) Munster, Livarot
Pressée
Ferme non cuite
Ferme cuite
Croûte moisie
Croûte lavéeCroûte lavée
Ouverture, cr. morgée
Ouverture, cr. sècheSans ouv., cr. morgée
St-Nectaire, Tomme
St-Paulin, ReblochonCantal
Comté
Emmenthal, GruyèreBeaufort
147147
Microbiologie industrielle
III.3.3- Flore fongique des fromages- Principales moisissures des fromages- Principales levures des fromages- Flore « acidophile » de la surface des
fromages- Penicillium roqueforti- Penicillium camemberti (ou P. caseicolum)
148
Microorganismes
Penicillum roqueforti
P. candidum ou P.camemberti
Geotrichum candidum :Moisissure levurioforme
Rôle principal
Arômatisation (méthyle-cétonesCouleur
Apparence (feutrageblanc)Aromatisation(protéolyse, lipolyse)Responsable d'amertume
• Aromatisation:Composé soufrés
• Aspect blanc etduveteux (sous saforme mycélienne)
• Aspect crème (formelevuriforme) ouintermédiaire
Exemple deproduits
Fromage bleu àmoisissure interneRoquefort
Camembert, Brie
Fromages despécialité :Chabichou duPoitou, Pouligny StPierre, Crottin deChavignol,Rocamadour.
Principales moisissures des fromages
78
149
Principales Levures des froPrincipales Levures des froPrincipales Levures des froPrincipales Levures des fromamamamagesgesgesges
Saccharomycescerevisiae
Debaryomyceshansenii
Arômatisation(Diacétyle, acétoine,alcool)
Production de CO2
Protection dessurfaces de différents
Laits fermentés(kéfir, Lben, etc.)Fromages rouges àcroute lavée (exp.Munster)
Fromages rouges àcroute lavée
Kluyveromyces lactis
Kluyveromycesmarxianus
fromages (antimucor)
Arômatisation
Munster
Fromage despécialité de lait devache ou de chèvrecru ou pasteurisé
Candida utilis Arômatisation Fromages lactiquesTommes blanchesPâtes persillées
81
150
Chabichou du Poitou
Crottin de Chavignol
Pouligny St Pierre
Rocamadour79
151
Camembert
Brie
Roquefort
Penicillium roqueforti
80
152
Fromage rouge à croute lavée
Croute rose/rouge : Consortium de Microorganismes
Bactéries :Brevibacterium linens, Corynebacterium casei, Staphylococcus
saprophyticus, Micrococcus spp(pigments : couleur),
Levures : Debaryomyces hansenii, Candida catenulata,et Candida lusitaniae82
153153
Microbiologie industrielle
� La flore « acidophile » (FA)o Levures:
� Saccharomyces fragilis� Saccharomyces kephir
� Candida sp.� Rhodotorula sp.o Moisissure « levuriforme »
� Geothrichum candidum
Geotrichum candidum
(filament se fractionnant en éléments unicellulaires)
154154
Microbiologie industrielle
o Rôle et propriétés de la FA� Relève le pH après acidification du caillé
par les bactéries lactiques et permet au Penicillium camemberti de se développer
� Sensible au sel• Salage excessif: inhibition de la FA, pas de
développement du Penicillium• Salage insuffisant: développement excessif
de la FA (accident « peau de crapaud »)
155155
Microbiologie industrielle
o Geothrichum candidum participe aussi à l’affinage des fromages, àl’aide de ses enzymes:
- lipases: pH opt. 5,6-7,0 (stables de pH 4,2 à 9,8)
- Protéases: pH opt. 5,5-6,0
156156
� Penicillium roqueforti
Têtes conidiennes
Conidies
Microbiologie industrielle
157157
Microbiologie industrielle
Enzymes de P. roqueforti participant à l’affinage des fromages
Enzymes pH optimum Stabilité pH
Protéases 3,5 sur caséine
5-5,5 sur caséine
3,5 sur caséine7-8 sur caséine
3-6
5-8
6-8
Lipases 5-6,5
7,5-9
158158
Microbiologie industrielle
� Penicillium camemberti
Têtes conidiennes
Conidies
159159
Microbiologie industrielle
Enzymes de P. camemberti participant à l’affinage des fromages
Enzymes pH optimum Stabilité pH
Protéases 3,5 sur caséine
5-5,5 sur caséine
3,5 sur caséine7-8 sur caséine
3-6
5-8
6-8
Lipases 9-9,6 4-11,5
160160
Microbiologie industrielle
� Rôle dans l’affinage:
- Après démoulage et salage: ensemencement des spores de Penicillium camemberti (ou P. caseicolum)
- Séjour au hâloir: salle climatisée (13-15°C; 90% HR)
161161
Microbiologie industrielle
� Phénom ènes superficiels; succession de groupes microbiens:
- Flore acidophile (voir plus haut)- Penicillium camemberti (ou P. caseicolum)- Ferments du rouge
162162
Microbiologie industrielle
- Penicillium caseicolum: fleurissement (feutrage blanc vers 8ème jour au hâloir); fromages placés sur claies en bois et retournés pour aération
Production de protéases et de lipases qui diffusent vers le centre
- Ferments du rouge: Microcoques et Brevibacterium linens (très protéolytiques)
163163
Microbiologie industrielle
� Phénomènes en profondeur:
Diffusion des protéases du Penicillium et des ferments du rouge (affinage centripète): fromage « affiné à cœur », puis fromage « coulant »
164164
Croûte de P. caseicolum Fraction déjà affinée
Fraction non encore affinéeLipases
Protéases
Schéma de l’affinage centripète du Camembert
165165
Affinage centripète duCamembert
Croûte moisie
Partie superficielle de la pâte, affinée
Partie centrale pas encore affinée
166
III.4- Les levains lactiques industriels
III.4.1- Définition et classificationIII.4.2- Métabolisme des bactéries lactiques- Métabolisme des sucres- Métabolisme des protéines- Métabolisme des lipides
III.4.3- Production industrielle des levains- Historique- Technologie de production
III.4.4- Ensemencement des levains lactiques
167
III.4III.4III.4III.4.1.1.1.1---- DEFINITION ET CLASSIFICATIONDEFINITION ET CLASSIFICATIONDEFINITION ET CLASSIFICATIONDEFINITION ET CLASSIFICATION
Définition : « Préparation d’une ou de plusieurs bactéries destinée à être ajoutée à
la matière première en vue d’accélérer la fermentation » : Starters
Levain lactique industriel : levain constitué de bactérieslactiques et commercialisé
sous forme liquide, concentrée-congelée ou lyophilisée (poudre)
Les levains lactiques disponibles sur le marché sont classés selon :
� la température optimale de croissanceet
� Leur compositionen souches de bactéries lactiques. 70
168
plusieurs souches appartenant à la même espèce ou à
différentes espèces du même genre ou de genres différents
O Selon la température de croissance:
� Levains thermophiles : Croissance optimale : 40 à 45°C.
§ Yaourt: Streptococcus salivariussubsp.thermophiluset Lactobacillus
delbrueckiisubsp. bulgaricus.
� Levainsmésophiles :
§ Croissance optimale : 25 à 32°C.
Utilisés dans plusieurs types de fromage et laits fermentés:
Camembert, Brie, kéfir, fromage frais, etc.
O Selon la composition:
• Levain à culture pure : Une seule souche
• Levain mixte de composition connue : combinaison de deux ou
71
169
LEVAINS MESOPHILES
Bactérie lactique
Lactococcus lactis
Lc. lactis var. diacetylactis
Leuconostoc cremoris
Leu. dextranicum
Enterococcus durans
Ent. fœcalis
Ent. fœcium
Rôle Principal
Acidification
Acidification +Arômatisation
Arômatisation +formation des "yeux"
Arômatisation
Acidification +Arômatisation
Acidification +Arômatisation
Acidification +
Exemple de Produit
Fromages et laits fermentés
Fromages et laits fermentés
Fromages avec des yeux etlaits fermentés
Beurre, Laits fermentés
Fromages de spécialités
Fromages de spécialités
Fromages de spécialités
Arômatisation
72
170
LEVAINS THERMOPHILES
Rôle
Acidification
Acidification +Aromatisation
Acidification
Acidification +Arômatisation
Acidification
Acidification
Arômatisation + formationdes "yeux"
Bactérie lactique
Streptococcus salivariussubsp.thermophilus
Lactobacillus delbrueckiisubsp.bulgaricus
Lb. lactis
Lb. helveticus
Lb. acidophilus
Bifidobacterium
Propionibacterium*
* Bactéries non lactiques
Exemple de produit
Yaourt, fromages à pâte cuite
idem + produits fermentés desBalkans (ex. Kéfir)
idemLb. bulgaricus
Emmental + Fromages italiens
Laits fermentés
Laits fermentés
Emmental, Gruyère, etc.
73
171
III.4.2- MÉTABOLISME DES BACTÉRIES LACTIQUES
- Métabolisme des Sucres
Métabolisme fermentaire
Fermentation≠ Respiration
־ Respiration : Oxydation biologique de la matière organiqueoù O2
atmosphérique est l’accepteur final des électrons et des protons.
־ Fermentation : Ensemble de réactions d’oxydo-réduction oùles
matières organiques jouent le rôle d’oxydants et de réducteurs
Libération d’énergie : Respiration > Fermentation ~ 20 fois
3
172
� Sucres simples
o Voies fermentaires dans le cas de l’Homo-fermentation
Hexoses =
Théorique : C6H12O6
Glucose
2 C3H6O3
Lactate
Pratique: Acide lactique (>80 %) + autres produits divers
Genre de bactéries lactiques typiquement homofermentaires :
Lactococcus, Pediococcus, Streptococcus, Enterococcus,Lactobacillus
(Thermobacterium + Streptobacterium)
4
173
GlucoseATP
ADPGlucose-6-P
Fructose-6-PATP
ADP
Fructose-1,6 D i-P
D i-OH -Acétone-P +
Pi
Glycéraldéhyde-3P
NAD+
Acide lactique (L+, D- ou DL)
H2O
Phospho-enol-pyruvate
ADPATP
Acide pyruvique
NADH, H+
NAD+
NADH, H+Acide 1,3-D i-P glycérique
ADP
ATP
Acide 3, Phophoglycérique
Acide 2, Phophoglycérique
5
174
Sucre
Acide pyruvique
Lactate racémase
D-Lactate déshydrogénase
Lactate D(-)
L-Lactate déshydrogénase
Lactate L(+)
Lactate D(-) et Lactate L(+)50/50
6
175
o Voies fermentaires dans le cas de l’Hétéro-fermentation
־ Hexoses, Pentoses
Produits : Acide lactique + Acide acétique + CO2 + Ethanol, etc.
équimolaire
Genre de BL typiquement hétérofermentaires :
Leuconostoc, Lactobacillus(groupe:Βetabacterium)
7
176
8
Glucose
ATP ADP
Glucose-6-P
ATP ADP
Acétyle-P
Pi
Gluconate-6-P
NADP+ NADPH, H+NADP+
NADPH, H+CO2
EMP
Acétate
NADH, H+
NAD+
AcétaldéhydeAcétaldéhyde-TPP
Ethanol
NADH, H+
NAD+
TPP
Acide lactique
Diacétyle
NADH, H+
NAD+
Acétoine
NADH, H+
NAD+
2,3-butylène glycol
Acétyl-CoA
Glycéraldéhyde-36P-P
Ribulose-5-P
Xylulose -5-P
177
2ATP
+Acétyl-P(C2)
Erythrose-4-P(C4)
2 Xylulose-5-P +(C5)
2 Ribulose-5-P(C5)
3Acétates
3 ADP 3ATPSedoheptulose-7-P +Glyceraldehyde-3-P(C7) (C3)
2Acétyl-P +2-G-3-P(C2) (C3)
EMP
2 lactates
2 Glucoses
Pi
TranskétolaseTPP
2 Glucose-6-P
2ADP
2 Fructose-6-PPhosphoketolaseTPP
Transaldolase
Bilan : 2 glucoses 3 acétates + 2 lactates9
o Voies fermentaires dans le cas des Bifidobactéries
178
10
� Lactose
Le sucre principal du lait
Utilisation par la bactérie =
Hydrolyse du lactose
Métabolisme des monosaccharides qui le constituent
Production d’énergie (ATP)
179
17
o Voies fermentaires
Hydrolyse du lactose: Deux types d’enzymesLactase (β-glucosidase ou la phospho-β glucosidase)
Lactose
Lactose-P
Glucose + galactose
Glucose-6-phosphate + galactose
β -galactosidase
phospho-β -galactosidase
180
Galactose-6P
Tagatose-6-P
Glucose
Glucose-6-P
Tagatose-1-6-DiP
3-PGAL+ DHAP
VOIE de TAGATOSEPHOSPHATE
Glycolyse
LACTOSE
PEP-PTS
LACTOSE-PPHOSPHO-β -GALACTOSIDASE
181
- Métabolisme des Protéines
Protéines du lait :
Caséines : Protéines majeures
• κκκκ-Caséines (kappa)
• β-caséines (Beta)
• αααα-Caséines (alpha)
Protéines hydrosolubles (lactosérum)
• αααα-lactalbumine
• β-Lactoglobuline
Protéolyse :
• Coagulation
• Production de peptides et acides aminésassimilables par les bactéries lactiques
19
182
Bactéries lactiques protéolytiques
Lactococcus
Lactobacillus
Carnobacterium
Pediococcus
20
183
21
Protéines (macromolécules)
Protéinases
Paroi bactérienne
oligopeptides(2 à 15 a.a)
Protéines + oligopeptides
Espace périplasmique
Membrane plasmique
MilieuExtérieur
Oligopeptides > 3 aa
Peptides +Acides aminés
IntérieurCytoplasme
Peptidases
• Endo-peptidases
• Exo-peptidases Di et tri-Peptidases
Acides aminés
Acides aminés
Protéines detransport
Acides aminés
Différentes voies métaboliques
184
•
•
Substances aromatiques :
Tryptophane : Indole
Alcool, acides organiques,
Acide aminés soufrés : composés soufrés volatiles
Substances toxiques : Amines biogènes
Histidine : Histamine
Tyrosine : tyramine
Défauts de flaveur (H2S)
Ammoniac (NH3)
22
185
Dégradation
23
Acide aminéDésamination
Transamination
AcidesAminés
CH3SH
Molécules soufréesCH3SH;H2S,etc.
IndolePhénols
AldéhydesNH3
Décarboxylation
CO2
Amines(Certaines sont toxiquesen grande concentrations)
oxydative
NH3
Acides α cétoniques
Réduction
Alcools
Oxydation
Acides
186
- Métabolisme des Lipides
Bactéries lactiques:généralement faiblement lipolytiques
Triglycérides
24
Acide gras libre
Glycérol
Triglycéride
Liaison ester
187
gras
Métabolisme des triglycérides
Deux étapes
1- Lipolyse: action de Lipase (extracellulaire)
Estérase: coupure de la liaison ester entre le glycérol et un acide
25
Estérase :Libération d’un acidegras du triglycéride
188
2- Oxydation biologique de(s) l’acide(s) gras libéré(s):
(β-oxydation)
-H 2
R-CH(O)-CH 2-COOH R-CH(OH)-CH2-COOH
- H 2
R-(CH2)n COOH R-CH=CH-COOH
H2O
CO 2
R-C(O)-CH3
METHYL CETONE
Rancidité : AromatisationRecherchée dans certains produits laitiers (Fromage roquefort,smen)
26
189
III.4.3- PRODUCTION INDUSTRIELLE DES LEVAINS
27
- Historique
Antiquité : préparation de fromages par acidification du lait par la flore
naturelle qu’il contient
Vers la fin du XIXème :
� Premier levain : transfert d'une petite quantité de crème fraîche
pour la fabrication du beurre.
� Pratique adoptée dans la fabrication de fromages.
Mélange inconnu de bactéries (levain complexe), maintenu dans
l'usine par un transfert quotidien pour de longues périodespouvant aller
jusqu'à 30 ans.
190
28
• 1800: Installation de crémeries et d’usines de fabrication du beurre et
du fromage. Emergence d’une Industrie laitière.
� Préparation des levains préparés dans les laiteries : lait ou crème
acidifiés spontanément.
• 1914: large utilisation de levains complexes d'identité inconnue et séchés
� Emballage de la poudre dans de petites bouteilles et
commercialisation en Europe et aux USA
� Problème de retard de fermentation :Echange de levains performants
de proche en proche
191
29
• 1930 : Apparition d’entreprises privées de production et de distribution
de levains lyophilisés aux industries laitières.
• Actuellement l’industrie de levain: bio-Industries ou industrie de bio-
fermentation (Biotechnologie) = industrie florissante
• La disponibilité de souches de levains lactiques caractérisés et définis
stimule l’innovation et la mise au point de nouveaux produits laitiers.
192
- Technologie de Production
� Milieu de culture
Milieux naturels :
• Laits sélectionnés :
• Exempt d'antibiotiques
• Vaches non nourries d'ensilage (pâturage naturel)
• Très bonne qualité microbiologique
30
193
31
• Lactosérum
• Milieux synthétiques :
• Riches en nutriments (sucres, extrait de viande, extrait de
levures, peptones, etc.)
• Pouvoir tampon élevé
• Inhibiteur de phages (Chélateurs de Ca++)
Les milieux synthétiques sont coûteux mais performants
194
32
� pH
pH contrôlé :
• Contrôle interne :milieu de culture à pouvoir tampon élevé
(Glycérophosphates)
• Contrôle externe : Addition automatique d'une solution basique dans le
fermenteur.
� Agitation
Modérée :Mélange efficace sans trop d'incorporation d’O2 (50 à 70tpm)
195
34
- Concentration et Conditionnement
� Centrifugation
Concentration du levain obtenu
Pb : source principale de contamination !
� Conditionnement
- Séchage (Lyophilisation)
Avantages
•
•
Facile à transporter et à conserver (petits emballages légers: sachets, bouteillesou boîtes)
Cellules viables de l'ordre de 1011 cellules/g
Inconvénients
•
•
Taux de mortalité des cellules élevé
Certaines souches supportent mal la lyophilisation
196
35
- Congélation
Avantages
•
•
Meilleure activité
Taux de mortalité moins élevé
Inconvénients :
•
•
Encombrement: difficile à transporter
Conservation à température négative obligatoire
197
36
III.4.4- Ensemencement des levains lactiques
� Ensemencement direct
Addition directe du levain dans la cuve de fermentation. Levains adaptés :
• Lyophilisés
• Concentrés congelés
Concentration élevée en cellules viables.
198
� Ensemencement semi direct
• Préparation de pied de cuve (culture mère):
Cuve spécifique pour la préparation de la quantité nécessaire pour
l’inoculation de la cuve de fermentation
• Inoculation de lait pasteurisé ou de lait reconstitué.
Les levains lyophilisés sont généralement utilisés pour préparer une culture
mère qui, après un certain nombre de transferts, sert à inoculer la cuve
de fermentation.
37
199
Pied decuve
Cuve de fermentation
Levainconditionné
1 à 3% (v/v)
38
200
39
� Levain sui generis (unique en son genre, typique)
•
•
•
•
Lait ou lactosérum liquides.
Produit dans l’industrie laitière par la standardisation de technique
traditionnelle de fabrication de fromage de spécialité
Teneur en eau élevée: coût élevé du transport.
Certains types précis de fromage: Fromages typiques
201
40
202
41
203
42
204204
IV- La levure boulangère
IV.1- Schéma général du procédé de la levurerie
IV.2- Identité de la levure boulangèreIV.3- Rôle dans la panificationIV.4- Critères de choix
IV.5- Principales caractéristiques de Saccharomyces cerevisiae
205205
INOCULUM
MILIEU DE CULTURE
PRODUIT DESIRE
Souche de levure
Préparation de l’inoculum
Mélasse brute
Corrections
Programme d’alimentation
Température
pH
Oxygénation
Mousse
Inoculation
Récupération
III.1- Schéma général du procédé de la levurerie
206206
Microbiologie industrielle
IV.2- Identité de la levure boulangère
Saccharomyces cerevisiaelevure boulangère
levure de bière
207207
Microbiologie industrielle
IV.3- Rôle dans la panification
o Élasticité de la mie (production de CO2) o Arôme du pain: produits secondaires de la
fermentationo Apport nutritionnel: acides aminés
indispensables, vitamines, etc.
208208
Microbiologie industrielle
IV.4- Critères de choix
� Activité élevée (production de CO2)� Absence d’amertume� Thermophilie (souhaitable)� Activité amylasique: � Rare chez Saccharomyces cerevisiae� Bonne chez S. diastaticus
209209
Microbiologie industrielle
IV.4- Principales caractéristiques
o Aéro-anaérobie facultativeo Reproduction asexuée par bourgeonnement
(nécessite beaucoup d’énergie)
210210
Microbiologie industrielle
o Production de cellules (croissance) et production d’éthanol toujours en compétition
211211
GLUCOSE C6H12O6
ACIDE PYRUVIQUE 2CH3COCOOH
Cycle de Krebs
6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP
Croissance importante
2 CH3CH2OH + 2 CO2 + 4 ATP
Croissance faible
O2
Effet Glucose
(Crabtree)
Effet Pasteur
212212
Microbiologie industrielle
o Caractéristiques nutritionnelles� Glucides utilisables� Glucose, fructose et mannose (formes D): en
aérobiose et en anaérobiose� Saccharose: grâce à l’invertase, constitutive, à
activité très rapide� Amidon: amylase à activité très réduite ou
inexistante� Lactose: non utilisable
213213
Microbiologie industrielle
o Caractéristiques nutritionnelles(suite)� azote: NH 4
+, acides aminés, urée (milieu riche en biotine)
NO3- non utilisable
� sels minéraux• P et S: besoins importants; H 3PO4, H2SO4
(acidification), (NH 4)2SO4 (azote en plus) • Alcalino- terreux: Mg (nécessaire); Ca (stimulant)• Oligo- éléments: Cu & Fe (nécessaires à la
respiration); Zn (également né cessaire)
214214
Microbiologie industrielle
o Caractéristiques nutritionnelles (suite)� Facteurs de croissance
Nature Besoin Demande
mg/g MS
Observations
Biotine
InositolAc. Panthotén.
Thiamine
Ac. nicotin.Pyridoxine
Néces.
StimuleStimule
Stimule
Néces.Stimule
0,25
30012
Remplaçable (D-biotine-méthyl-ester, etc.)
Apport exogène nécessaire pr act. enz. max.Remplaçable (nicotinamide)