Ecologie et diversité des bactéries thermophiles formant des spores dans les conserves alimentaires - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2014

Ecology and diversity of thermophilic spore-forming bacteria involved in can food

Ecologie et diversité des bactéries thermophiles formant des spores dans les conserves alimentaires

Résumé

Canned food spoilage is mainly caused by an increase of heat-resistant spore population prior to sterilization and an increase of their heat resistance. Thermophilic bacteria Moorella thermoacetica/thermoautotrophica and Geobacillus stearothermophilus are involved in more than 70% of canned food spoilage cases at 55°C. Clearly, spoilage risk control required an increased knowledge of physiological characteristics, variability of intra-species characteristics and conditions for highly-heat resistant spore formation within both species. The first aim of this PhD work was to evaluate the genetic and phenotypic diversity of collection isolates from canned food spoilage. The M13-PCR typing method showed a low genetic diversity among Geobacillus stearothermophilus isolates. Data obtained were supported by complementary approaches on a sub-group of strains by panC gene sequencing and REP-PCR analysis. The ability of isolates to grow at pH comprised between 5.0 and 6.5, at temperature of 40°C to 70°C and at NaCl concentrations of 1% to 5%, plus the spore formation conditions were in accordance with previous reported results. These abilities poorly differed among tested isolates. On the opposite, heat-resistance exhibited a marked strain-effect: the time required to inactivate 5 10 spores at 120°C varied between <0.5 min to 12.1 min depending on the isolate. Remarkably, strains that exhibited the highest heat resistance were also able to grow at the lowest temperature and at a NaCl concentration of 3%. Investigation by multiple component analysis of a possible relationship between genetic group and isolate origin, as defined from isolation geographic area, date of isolation and food category, and physiological characteristics was negative. The same approach was used for M. thermoacetica/autotrophica isolates, but MLVA (Multiple Locus VNTR Analysis) was additionally developed based on genomic sequence available. Respectively, 21 and 30 profile-types were defined from M13-PCR and MLVA analyses. MLVA resulted in genetic groups of homogeny size. As for G. stearothermophilus, genetic groups were not related to strain origin, except for one MLVA group that gathered strains from the same cannery. Growth temperatures, 45°C to 68°C, and pH, 4.5 to 7, suggested that isolates were closer to M. autotrophica than to M. thermoacetica. 5 Thetimerequiredforinactivationof10 sporesat130°Cvariedbetween7minto15minformostofstrains,but between 19 and 28.5 min for the three most heat-resistant ones. In parallel, the ecology of a single processing chain used for canned green pea and carrot transformation in Bretagne was explored in order to determine spore flux contamination between raw materials and transformed food just before heat-treatment. From two successive production campaigns, 341 samples were collected and used for thermophilic spore enumeration and specific detection of the three species the most frequently involved in high temperature canned food spoilage. M13-PCR typing was applied on 112 isolates from these samples. Taken together, the results showed that the main contamination pathway was related to soil spores, via raw vegetables, and that vegetable preparation, by washing, cutting and/or peeling, was efficient to significantly decrease spore level. Two areas from the processing chain were pointed as critical. The blanching step resulted in a decrease in spore levels, but resulted in a cross-contamination of vegetables passing through the machine and to a selection of highly-heat resistant spores. Out-of-flow vegetables that accumulated during transfers resulted in punctual increases of spore population in the transformed product before heat-treatment. The results of this Ph.D work are used to propose practices for canneries that aim to limit spoilage risk of canned food.
La non-stabilité des aliments en conserve est due à l’augmentation de la population de spores avant traitement thermique et à l’augmentation de leur thermorésistance. Les bactéries thermophiles que sont Moorella thermoacetica/thermoautotrophica et Geobacillus stearothermophilus causent plus de 70% des cas de non- stabilité des conserves à 55°C. La maîtrise du risque butait clairement sur le manque de connaissance de ces bactéries, tant au plan physiologique, que sur la variabilité des propriétés au sein des espèces et des conditions de formation de spores hautement thermorésistantes. L’objectif de ce travail de thèse était d’abord d’évaluer la diversité génétique et phénotypique d’isolats issus de cas de non-stabilité. La méthode de typage M13-PCR a montré une faible diversité génétique entre les isolats de G. stearothermophilus. Ces données sont renforcées, pour un sous-groupe de souches, par le résultat du séquençage du gène panC et l’application de la méthode de REP-PCR. La capacité des isolats à se développer selon le pH (5,0 à 6,5), la température (40°C à 70°C) et la concentration en chlorure de sodium (1% à 5%), ainsi que les conditions de formation des spores, sont en accord avec les descriptions antérieures et diffèrent peu entre les souches. La résistance thermique des spores montre par contre un effet souche marqué : la durée nécessaire 5 pour inactiver 10 spores à 120°C varie entre <0,5 min et 12,1 min. De façon remarquable, les souches dont les spores sont les plus résistantes ont aussi celles qui se développent à la température la plus basse et à la concentration en sel de 3%. Aucune relation entre le groupe génétique et l’origine, géographique, temporelle ou liée aux caractéristiques de l’aliment, ni même entre le groupe génétique et les caractéristiques physiologiques, n’a pu être établie par analyse des correspondances multiples. La même approche a été appliquée pour caractériser M. thermoacetica. De plus, la MLVA (Multi Locus VNTR Analysis) a été développée pour cette espèce. Un total de 21 et 30 profil-types ont été respectivement obtenus avec la M13-PCR et la MLVA, cette dernière conduisant à des groupes génétiques de taille plus homogène. Les groupes génétiques ne sont pas corrélés à l’origine des souches, excepté pour un groupe obtenu par MLVA dont les isolats proviennent de la même usine. Les conditions de température (45°C à 68°C) et de pH (4,5 à 7) permettant la croissance laissent penser que les souches sont plus proches de l’espèce M. autotrophica que de M. thermoacetica. La durée 5 nécessaire pour inactiver 10 spores à 130°C varie de 7 à 15 min pour la majorité des souches, mais entre 19 et 28,5 min pour les trois les plus résistantes. En parallèle, l’écologie d’une ligne de fabrication de conserves de légumes a été explorée afin de déterminer les flux de contamination en spores des matières premières jusqu’au produit avant traitement thermique. Au cours de deux campagnes successives de production, 341 échantillons ont été prélevés sur une unique ligne de transformation en Bretagne. Le dénombrement des spores de bactéries thermophiles et la détection spécifique des trois espèces thermophiles les plus fréquentes ont été appliquées. La méthode de typage M13-PCR a été appliquée sur 112 isolats de G. stearothermophilus. Les résultats ont permis de confirmer que la contamination majoritaire provient du sol, via les légumes, et que la préparation des légumes contribue significativement à diminuer le nombre de spores. Deux zones sur la ligne de transformation apparaissent comme cruciales. Le blancheur permet de diminuer le niveau de spores mais conduit à la contamination croisée des légumes et à une sélection des spores les plus thermorésistantes. Les débris hors du flux de transformation conduisent à des augmentations ponctuelles du nombre de spores dans les produits en fin de transformation. L’ensemble des résultats permet de proposer des pratiques pour limiter le risque de non-stabilité des conserves.
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Dates et versions

tel-01104210 , version 1 (16-01-2015)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01104210 , version 1
  • PRODINRA : 313443

Citer

Loïc Durand. Ecologie et diversité des bactéries thermophiles formant des spores dans les conserves alimentaires. Sciences du Vivant [q-bio]. Université Montpellier 2, 2014. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01104210⟩
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