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Intitulé du cours :

Microbiologie alimentaire

Chapitre 1 : introduction- paramètres de croissance des microorganismes dans les aliments Public ciblé : 3ème Licence ANP Alimentation- Nutrition et Pathologie

Assuré par : MEDJAHDI Khadidja

2019-2020

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET

POPULAIRE

MINISTERE DE SUPERIEUR

ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

UNIVERSITE HASSIBA BEN BOUALI CHLEF

FACULTE DES SCIENCES DE LA NATURE ET DE LA VIE

DEPARTEMENT DE NUTRITION ET SCIENCES DES

ALIMENTS

2 3 Introduction végétale et animale, il est important de comprendre les principes biologiques du biote microbien associé aux plantes et aux animaux dans leurs habitats naturels et leurs rôles respectifs. Bien qu'il semble parfois que des micro- organismes tentent de ruiner nos sources de nourriture en infectant et en détruisant des plantes et des animaux, y compris l'homme, ce n'est en aucun cas leur rôle primordial dans la nature.

Dans notre vision actuelle de la vie sur cette planète, la principale fonction des micro-

organismes dans la nature est l'autoperpétuation. Au cours de ce processus, les hétérotrophes et

les autotrophes effectuent les tâches suivantes :

Toute matière organique (glucides, protéines, lipides, etc.) Energie + Composés inorganiques

(nitrates, sulfates, etc.)

Si l'on considère les types de micro-organismes associés aux aliments d'origine végétale et

animale dans leur état naturel, on peut alors prédire les types généraux de micro-organismes

auxquels on peut s'attendre sur ce produit alimentaire particulier à un stade ultérieur de son

histoire. Les résultats de nombreux laboratoires montrent que l'on peut s'attendre à ce que les

aliments non traités contiennent un nombre variable de bactéries, de moisissures ou de levures,

et la question de l'innocuité d'un produit alimentaire donné se pose souvent en fonction du nombre total microbiens. La question devrait être double : quel est le nombre total de micro-

organismes présents par gramme ou millilitre et quels types d'organismes sont représentés dans

ce nombre ? Il est nécessaire de savoir quels organismes sont associés à un aliment particulier

dans son état naturel et lesquels ne sont pas normaux pour cet aliment. Il est donc utile de connaître la répartition générale des bactéries dans l

normalement présents dans des conditions données, dans lesquelles les aliments sont cultivés

et manipulés. 4

Taxonomie bactérienne De nombreux changements ont eu lieu dans la classification ou la taxonomie des bactéries au cours des deux dernières décennies.

De nombreux

moléculaire, seul ou en combinaison avec certaines des méthodes plus traditionnelles :

1. Homologie de l'ADN et teneur en% molaire en G + C de l'ADN

3. Catalogage des oligonucléotides

morphologiques et caractéristiques biochimiques

5. Analyse de la paroi cellulaire

6. Profils sérologiques

7. Profils des acides gras cellulaires

5 Sources principales de microorganismes trouvées dans les aliments Chaque genre bactérien a ses propres besoins nutritionnels et chacun est affecté de manière prévisible manière par les paramètres de son environnement. On va citer des sources es entrant dans la composition des aliments. des denrées périssables.

Puis sociologiques : urbanisation,

Puis psychologiques : nécessité de consommer des aliments de plus en plus variés, le ur consommation : que ce soit pendant le stockage des matières premières vivantes ou le stockage des produits finis, variation de la des vitamines, de certains nutriments) ologiques : fermentations, développement des microorganismes pathogènes, production de toxines et enzymes (putréfaction, toxicité). Ces altérations sont plus ou moins importantes en fonction, principalement : des lieux de stockage

La durée de conservation possible est inversement proportionnelle à la vitesse des réactions

1- Origines des contaminations

6 Le diagramme (5M ou causes à effets permet de recenser les origines des contaminations des aliments

Biote originel :

Les aliments bruts ne sont pas stériles : ils portent des microorganismes divers et adaptés appelés germes spécifiques.

Contaminations secondaires :

Ce sont les contaminations qui surviennent par diffusion des germes du milieu ambiant ou

1- Le milieu :

apportent presque tous des microbes, en quantité très importante : on estime

que la masse de bactéries représente 10 t/ha ; celle des moisissures, 1 t/ha. Seules les levures

sont en très faible quantité dans le sol. e ou de rivière, apporte également de très nombreux germes, qui proviennent souvent du sol. Mais, on peut aussi trouver des germes de pollution,

issus des ruissellements : entérobactéries (issues des fèces des animaux), Clostridium, dont

certains germes pathogènes comme Salmonella typhi. spores et de bactéries exogènes gram -h (Microcoques, Bacillus, Staphylocoques). pportent de nombreuses bactéries spécifiques qui sont souvent pathogènes (E.Coli, Kle

2- les matériels & instruments : ils véhicul

aliments en cas de mauvaises pratiques de nettoyage et de désinfection. 3- ses mains : la peau contient des germes permanents, comme certains Staphylocoques, et des

germes de transition. Si les premiers ne peuvent pas être totalement éliminés par le nettoyage

les second présentent souvent de réels risques sur le plan de la santé, car sont souvent

7 pathogènes (Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes ses sécrétions nasales ou buccales : Staphyloccoccus aureus. ses vêtements porteurs de poussières et donc de moisissures et de spores. matériel et du personnel. 8

Paramètres Intrinsèque et Extrinsèque des aliments qui affectent la croissance microbienne Nos aliments étant d'origine végétale et / ou animale, il est utile de prendre en compte les caractéristiques des tissus végétaux et animaux qui affectent la croissance des microorganismes. Les plantes et les animaux qui servent de sources de nourriture ont tous mis au point des -organismes, dont certains

restent en vigueur dans les aliments frais. En prenant ces phénomènes naturels en compte, on pathogènes et de produits de détérioration dans les produits qui en sont dérivés.

Paramètres intrinsèques

Les paramètres des tissus végétaux et animaux qui font partie intégrante des tissus sont appelés

paramètres intrinsèques33. Ces paramètres sont les suivants : 1. pH

2. teneur en humidité

3. Potentiel d'oxydo-réduction (Eh)

4. teneur en éléments nutritifs

5. constituants antimicrobiens

6. Structures biologiques

Chacun de ces facteurs limitant le substrat est discuté ci-dessous, en mettant l'accent sur leurs effets sur les micro-organismes dans les aliments. 1) pH

Il a été bien établi que la plupart des micro-organismes se développent mieux à des valeurs de

pH voisines de 7,0 (6,67,5), alors que peu poussent en dessous de 4,0 (figure1). Les bactéries

ont tendance à être plus fastidieuses dans leurs relations au pH que les moisissures et les levures.

En ce qui concerne les minima et les maxima de pH pour les micro-organismes, ceux indiqués

à la Figure 1 ne doivent pas être considérés comme des limites précises, car les valeurs réelles

sont connues pour dépendre d'autres paramètres de croissance. 9

Figure 1 Plages ap

monocytogenes et de S. aureus sont similaires.

Par exemple, il a été démontré que le pH minimum de certains lactobacilles dépend du type

d'acide utilisé, les acides citrique, chlorhydrique, phosphorique et tartrique permettant une

croissance à un pH inférieur à celui des acides acétique ou lactique. En présence de 0,2 M de

NaCl, il a été démontré qu'Alcaligenes faecalis se développait dans une plage de pH plus

étendue qu'en l'absence de NaCl ou en présence de citrate de sodium 0,2 M (Figure 2). Parmi les aliments on peut constater que les fruits, les boissons non alcoolisées, le vinaigre et les vins

qualité de conservation de ces produits est due en grande partie au pH. Il est courant de constater

que les fruits subissent généralement une altération des moisissures et des levures, en raison

de la capacité de ces organismes à se développer à des valeurs de pH <3,5, ce qui est

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considérablement inférieur aux minima pour la plupart des altérations alimentaires et des bactéries intoxicantes. La plupart des légumes ont un pH inférieur à celui des fruits et, par conséquent, ils devraient

être davantage sujets à la détérioration bactérienne

En ce qui concerne la qualité de conservation des viandes, il est bien établi que la viande des

animaux fatigués saltère plus rapidement que celle des animaux au repos et que cela est une

conséquence directe du pH final atteint à la fin de la rigor mortis. À la mort d'un animal à

viande bien reposé, le glycogène habituel à 1% est converti en acide lactique, ce qui entraîne

directement une diminution du pH d'environ 7,4 à environ 5,6, selon le type d'animal. Callow a découvert que le pH le plus bas pour le rigor mortis. La valeur pH habituelle atteinte à la fin de la rigor mortis étaient respectivement 5,4 et 6,7, et 5,3 et 6,9. Briskey a signalé que le pH ultime du porc pouvait être aussi bas quenviron 5,0 sous certaines

conditions. L'effet d'un pH de cette ampleur sur les micro-organismes, en particulier les

bactéries, est évident. En ce qui concerne les poissons, il est connu que le flétan, qui atteint

plupart des autres poissons, dont le pH se situe entre 6,2 et 6,4.

Certains aliments sont caractérisés par une acidité inhérente, d'autres doivent leur acidité ou

leur pH aux actions de certains microorganismes. Ce dernier type est appelé acidité biologique et se manifeste par des produits tels que les laits fermentés, la choucroute et les cornichons.

Certains aliments résistent

à résister aux changements de pH sont dits tamponnés. En général, les viandes sont plus

fortement tamponnées que les légumes. Contribuant au pouvoir tampon des viandes sont leurs

diverses protéines. Les légumes ont généralement une faible teneur en protéines et, par

conséquent, ne disposent pas de la capacité tampon nécessaire pour résister aux changements

de leur pH au cours de la croissance.

L'acidité naturelle ou inhérente des aliments, en particulier des fruits, peut avoir pour but de

protéger les tissus de la destruction par les micro-organismes. Il est intéressant que les fruits

aient des valeurs de pH inférieures à celles requises par de nombreux organismes nuisibles. La 11

fonction biologique du fruit est la protection du corps reproducteur de la plante, la graine. Ce seul fait a sans aucun doute joué un rôle assez important dans l'évolution des fruits d'aujourd'hui. Bien que le pH d'un animal vivant favorise la croissance de la plupart des organismes d'altération, d'autres paramètres intrinsèques entrent en jeu pour permettre la survie et la croissance de l'organisme animal. Bien que les pH acides soient plus utiles pour inhiber les micro-organismes, les valeurs alcalines comprises entre 12 et 13 sont réputées être destructives, du moins pour certaines bactéries. Par exemple, il a été démontré que l'utilisation de CaOH2 pour produire des valeurs de pH comprises dans cette plage était destructrice pour Listeria monocytogenes et d'autres agents

pathogènes d'origine alimentaire présents sur certains aliments frais.

Effets de pH

Un pH défavorable affecte au moins deux aspects d'une cellule microbienne en respiration : le fonctionnement de ses enzymes et le transport des nutriments dans la cellule. La membrane cytoplasmique des micro- concentration dans le cytoplasme reste donc probablement raisonnablement constante en dépit des variations importantes du pH du milieu environnant. Conway et Downey ont découvert que le pH intracellulaire des cellules de levure de boulanger au repos était de 5,8. Lorsqu'elles sont placées dans des environnements acides, les cellules doivent empêcher les H + d'entrer ou expulser les ions H + aussi rapidement qu'elles y entrent. Des composés cellulaires

clés tels que l'ADN et l'ATP nécessitent une neutralité. Lorsque la plupart des microorganismes

se développent dans des milieux acides, leur activité métabolique fait en sorte que le milieu ou

le substrat devient moins acide, alors que ceux qui se développent dans des environnements à pH élevé tendent à réduire le pH. Les décarboxylases d'acides aminés qui ont une activité optimale aux environs de pH 4,0 et

presque aucune activité à pH 5,5 provoquent un ajustement spontané du pH vers la neutralité

lorsque les cellules sont cultivées dans la plage d'acide. Des bactéries telles que Clostridium

acetobutylicum élèvent le pH du substrat en réduisant l'acide butyrique en butanol, tandis

qu'Enterobacter aerogenes produit de l'acétoïne à partir de l'acide pyruvique afin d'augmenter

le pH de son environnement de croissance. Lorsque les acides aminés sont décarboxylés,

l'augmentation du pH se produit à partir des amines résultantes. Lorsqu'ils sont cultivés dans la

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plage alcaline, un groupe d'aminoacides désaminases ayant une activité optimale à un pH d'environ 8,0 et provoquant l'ajustement spontané du pH à la neutralité du fait de l'accumulation d'acides organiques. En ce qui concerne le transport des nutriments, la cellule bactérienne a tendance à avoir une charge négative résiduelle. Par conséquent, les composés non ionisés peuvent pénétrer dans les cellules, contrairement aux composés ionisés. À pH neutre ou alcalin, les acides organiques n'entrent pas, tandis qu'à pH acide, ces composés sont non ionisés et peuvent pénétrer dans les cellules chargées négativement. De plus, le caractère ionique des groupes ionisables à chaîne latérale est affecté

des deux côtés de la neutralité, ce qui entraîne une dénaturation croissante des enzymes

membranaires et de transport. Lorsque les micro-organismes se développent de part et d'autre de leur plage de pH optimale, durée si le substrat est un matériau fortement tamponné.

2) Teneur en humidité

L'une des méthodes les plus anciennes de conservation des aliments est le séchage ou la dessiccation.

La conservation des aliments par séchage est une conséquence directe de l'élimination ou de la

fixation de l'humidité, sans laquelle les microorganismes ne se développent pas. Il est maintenant généralement admis que les besoins en eau des micro-organismes devraient être décrits en termes d'activité de l'eau (aw) dans l'environnement. aw = p / po, où p est la pression de vapeur de la solution et po est la pression de vapeur de solvant

(généralement de l'eau). Ce concept est lié à l'humidité relative (HR) de la manière suivante:

HR = 100 × aw.

L'eau pure a un aw de 1,00, soit 22%.

La solution de NaCl (p / v) a un aw de 0,86, et une solution saturée de NaCl a un aw de 0,75. 13

L'activité de l'eau (aw) de la plupart des aliments frais est supérieure à 0,99. En général, les bactéries exigent des valeurs de aw plus élevées pour la croissance que les champignons, les bactéries à Gram négatif ayant des exigences plus élevées que les Gram positives. La plupart des bactéries d'altération ne se développent pas en dessous de aw = 0,91, alors que

les moisissures d'altération peuvent atteindre 0,80. En ce qui concerne les bactéries intoxicantes aux aliments, Staphylococcus aureus peut atteindre une valeur aussi basse que 0,86, alors que Clostridium botulinum ne se développe pas en dessous de 0,94. Juste comme les levures et les moisissures se développent sur une plage de pH plus large que celle des bactéries, il en va de même pour aw. Le plus bas

Les moisissures ("épris de la sécheresse») et les levures osmophiles (préférant les pressions

osmotiques élevées) ont été signalées comme se développant à des valeurs aw de 0,65 et 0,61,

respectivement. Lorsque le sel est utilisé pour contrôler aw, un niveau extrêmement élevé est

nécessaire pour obtenir des valeurs de aw inférieures à 0,80.

Il a été démontré que certaines relations existaient entre l'aw, la température et la nutrition.

Premièrement, quelle que soit la température, la capacité de croissance des micro-organismes

est réduite au fur et à mesure que l'aw diminue. Deuxièmement, la gamme d'aw sur laquelle la

croissance se produit est la plus grande à la température optimale de croissance; et

troisièmement, la présence de nutriments augmente la gamme d'aw sur laquelle les organismes peuvent survivre.

Les valeurs données dans les Tableaux 3 à 5 ne doivent donc être considérées que comme points

de référence, car un changement de température ou de teneur en éléments nutritifs pourrait

permettre une croissance à des valeurs inférieures de aw. 14

Teneur en eau des aliments es

Intérêt de la mesure

s de celui-ci. La mesure de la teneur en eau répond aux quatre nécessités suivantes :

- Nécessité technologique : pour déterminer les conditions optimales des opérations de récolte, de séchage, de stockage ou de transformation des aliments

- Nécessité analytique : pour rapporter les résultats à une base fixe - Nécessité commerciale de la teneur en eau à ne pas dépasser - Nécessité reglementaire : la loi fixe la teneur limite en eau de certains aliments 15

Elle forme une couche mono-moléculaire étroitement associée par divers types de liaisons aux protéines et aux glucides. Cette eau est fixe, elle échappe à la congélation parce que les interactions eau-

as disponible. Pw

Pw0 : pression partielle de

P : pression

T : température absolue en °K

R : constante des gaz parfaits

µP.T

µO :

HRE Teneur en eau

Pain

Biscuits secs 90% 45% 30% 35% 14 à 18% 6%

16

Lait déshydraté

Légumes déshydratés 20

20 3 4% activités enzymatiques et la prolifération des micro-organismes. Ces derniers ne se développent bien que pour des Aw>0,91 (HRE>91) pour les bactéries, Aw>0,88 (HRE>88) pour les levures et Aw>0,80 (HRE>80) pour les moisissures. On peut représenter graphiq-désorption obtenue en portant : - En ordonnée : - (%SS) - En abscisse Iso a) 0Aw>0,3

pression osmotique (liée à la présence de sels et de sucres) par formation de gels protéiques

(gélatine, myofibrilles)

Effets de faible aw

de la croissance et de diminuer le taux de croissance et la taille de la population finale. On peut

toutes les activités métaboliques, car toutes les réactions chimiques des cellules nécessitent un

environnement aqueux. Il faut toutefois garder à l'esprit que aw est influencé par d'autres paramètres environnementaux tels que le pH, la température de croissance et Eh. Dans leur étude de l'effet de l'effet sur la croissance dans des milieux de culture,

Wodzinski et Frazier ont constaté que la phase de latence et le temps de génération étaient

progressivement allongés jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de croissance avec un abaissement de aw.

Cependant, le minimum d'aw a été augmenté lorsque la température d'incubation a été réduite.

Lorsque le pH et la température d'incubation étaient rendus défavorables, le aw minimum pour

la croissance était plus élevé. L'interaction de aw, pH et température sur la croissance des

moisissures sur la confiture on entre aw et la température était la plus significative.

En général, la stratégie employée par les micro-organismes pour se protéger contre le stress

exemple, Halobacterium spp.) Maintiennent un comportement osmotique l'équilibre en

maintenant la concentration de KCl dans leur cytoplasme égale à celle du menstrum en

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suspension, ce que l'on appelle la réponse "sel dans le cytoplasme». Les nonhalophiles accumulent des solutés compatibles (osmolytes) de manière biphasique. La première réponse consiste à augmenter le K + (et le glutamate synthétisé de manière endogène), et la seconde à augmenter, soit par synthèse de novo ou par absorption, solutés compatibles. Ces dernières sont des molécules très solubles qui n'ont pas de charge nette au pH physiologique et qui n'adhèrent pas aux macromolécules intracellulaires et ne réagissent pas avec elles (voir référence 49). La

carnitine, la glycine bétaïne et la proline sont les trois solutés compatibles les plus communs

chez la plupart des bactéries. La carnitine peut être synthétisée de novo, mais les deux autres ne

le sont généralement pas. La proline est synthétisée par certaines bactéries à Gram positif alors

qu'elle est transportée par des Gram négatifs. La solubilité de la glycine bétaïne dans 100 ml

On sait que la croissance d'au moins certaines cellules peut se produire en grand nombre à des valeurs de aw réduites, alors que certains produits extracellulaires ne sont pas produits. Par bre de cellules sont produites en même temps50,51. Dans

le cas de Neurospora crassa, une dépression a entraîné une altération non létale de la

perméabilité de la peau. membrane cellulaire, entraînant la perte de plusieurs molécules

essentielles12. Des résultats similaires ont été observés avec des électrolytes ou des non-

électrolytes.

-organismes

apparaît être de nature générale lorsque les exigences cellulaires qui doivent être transmises par

une diminution de la aw a sans aucun doute des effets néfastes sur le fonctionnement de la

membrane cellulaire, qui doit être maintenue à l'état fluide. On s'attend à ce que le séchage des

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parties internes des cellules se produise lors de la mise en place des cellules dans un milieu d'aw abaissé jusqu'à un point d'équilibre de l'eau entre les cellules et le substrat. Bien que les mécanismes ne soient pas tout à fait clairs, toutes les cellules microbiennes peuvent nécessiter le même aw interne efficace. Ceux qui peuvent se développer dans des conditions extrêmes de faible aw le font apparemment en raison de leur capacité à concentrer les sels, les polyols et les acides aminés (et éventuellement d'autres types de composés) à des niveaux internes suffisants pour empêcher les cellules de perdre de l'eau, mais cela peut permettre à la cellule d'extraire de l'eau de l'environnement externe déprimé. Pour plus d'informations, voir les références 49, 51.

3) Potentiel d'oxydation-réduction

On sait depuis des décennies que les micro-organismes présentent des degrés de sensibilité

-réduction (O / R, Eh) de leur milieu de croissance23. Le potentiel

perd ou gagne des électrons. Lorsqu'un élément ou un composé perd des électrons, le substrat

est oxydé, alors qu'un substrat qui gagne des électrons est réduit.

L'oxydation peut également être réalisée par l'addition d'oxygène, comme illustré dans la

réaction suivante :

Par conséquent, une substance qui cède facilement des électrons est un bon agent réducteur, et

une substance qui absorbe facilement des électrons est un bon agent oxydant. Lorsque des

électrons sont transférés d'un composé à un autre, une différence de potentiel est créée entre les

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