• Langue : Français
• Discipline : Biotechnologies agroalimentaires, sciences de l'aliment, physiologie
• Identifiant : 2023ULILR034
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 12/07/2023

Résumé en langue originale

La nisine, une bactériocine produite par les bactéries lactiques du genre lactococcus présentent des propriétés physico-chimiques d'intérêt tel qu'une thermorésistance ainsi qu'une activité antimicrobienne contre certaines souches pathogènes alimentaires. Elle est actuellement la seule bactériocine reconnue comme GRAS (Generally Recognized As Safe) par la FDA (U.S. Food and Drug Administration) et donc la seule bactériocine pouvant être utilisée comme conservateur naturel en agroalimentaire. La nisine représente donc une alternative d'intérêt à l'utilisation de conservateur chimique. Cependant, la nisine est actuellement sous-exploitée du fait de problèmes liés à sa production et sa purification à grande échelle. En effet, les bactéries lactiques nécessitant des milieux riches et complexes rendent la production par fermentation coûteuse et peu rentable. De même, sa purification à l'échelle industrielle ne se fait actuellement que par des procédés à faible rendement tels que le foisonnement ou la précipitation aux sels couplés à des techniques chromatographiques.Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes donc d'abord intéressés à la recherche de co-produit pour la fermentation de Lactococcus lactis en tant qu'alternative à l'utilisation des milieux riches comme le MRS. Le lactosérum est actuellement le principal co-produit usuellement employé. La recherche de co-produits de grade alimentaire pour la production efficace et à faibles coûts de la nisine par fermentation pourrait répondre au problème actuel de rendement de la production. Différents hydrolysats de protéines issus de co-produits végétaux et de poissons ont été testés dans la production de la biomasse bactérienne et de la nisine à l'aide de deux souches productrices afin d'optimiser la production de nisine. Ces résultats ont permis de montrer une meilleure production avec la souche L.lactis UL719 en comparaison avec une souche commerciale. Ils ont aussi permis de montrer l'efficacité de certaines sources de peptones végétales et d'une peptone de poisson dans la production de nisine en comparaison avec le lactosérum et le milieu MRS. Durant ce travail, des alternatives à la purification de la nisine ont aussi été étudiées. Pour cela, des procédés d'électrodialyse (ED) et d'ultrafiltration (UF) ont été appliqués à la purification de la nisine. Une première étude de la purification par électrodialyse, non reportée dans la littérature pour la purification de la nisine, a été mise en place pour la purification d'une solution commerciale, mettant en évidence des phénomènes d'interaction de la nisine avec les membranes échangeuse d'ions. L'application de l'ED pour la purification de la nisine a aussi été mise en place sur le traitement d'un surnageant de culture complexe produit des suites des études de la production. L'utilisation du procédé d'ultrafiltration a aussi été étudiée pour la purification de la nisine à partir d'un surnagent de culture complexe, mettant en parallèle les résultats issus des deux types de procédés membranaires. Ces études ont donc permis de démontrer l'efficacité de l'UF et de l'ED dans la purification de la nisine, l'ED qui de plus pourrait s'inscrire dans une démarche écocirculaire, de la production de la nisine à l'aide de co-produit, à sa purification par le traitement des effluents salins issus de la précipitation aux sels de la nisine lors de sa purification.

Résumé traduit

Nisin, a bacteriocin produced by lactic acid bacteria (LAB) presents physicochemical properties such as a thermal resistance and an antimicrobial activity against food pathogens bacteria. Nisin is actually the only bacteriocins labelled as Generally Recognized As Safe (GRAS) by the U.S Food and Drug Administration (FDA) and is thus the only bacteriocin used as a natural preservative in the food industry, making it an interesting alternative to the use of chemical preservatives. However, its uses are hampered at industrial scale due to low yields et high cost linked to its production on commercial broth and its purification necessity the combination of low yields techniques such as salting out coupled with chromatography.In this case we investigated in this work the use of food grade by-product produces by the food industry in replacement of costly commercial broth. Several by-products composed of vegetal and fish peptones were tested for the production of nisin. Whey being the most used by-product employed for production of nisin and several bacteriocin, we tested and compared different vegetal and fish proteins hydrolyzates regarding biomass production and nisin yields obtained. Several vegetal and fish protein hydrolyzates were tested with two different strains of Lactococcus lactis in order to optimize nisin production. Results showed a greater nisin production using L.lactis UL 719 when compared to a commercial strain. Results also showed the efficacy of some vegetal and one fish by-product for the production of nisin when compared to whey medium and commercial broth MRS. During this work was also investigating alternatives for nisin purification. Electro- and pressure-driven membrane process were studied for nisin purification and especially ultrafiltration (UF) and electrodialysis for which no literature reported the use of ED for nisin purification. ED was applied to the purification of nisin from a commercial solution and from a cell-free supernatant produced with whey permeate as broth for fermentation. UF was applied to the purification of nisin from a cell-free supernatant and permit to compare UF and ED in this application. This work enables us to demonstrate nisin interaction with ion exchange membrane never reported and enable its purification with purification factor comparable to conventional method actually used. Moreover, we demonstrated the use of ED not only efficient for nisin purification but with the possibility to implement ED in an eco-circularity concept, from nisin production using by-products, to its purification with ED and the recycling of salts from saline effluent produced during nisin salting-out.