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Ecole Doctorale "Science des procédés-science des aliments" Université Montpell

Ecole Doctorale "Science des procédés-science des aliments" Université Montpellier II Thèse pour obtenir le titre de Docteur de l'Université d'Avignon et des Pays de Vaucluse Discipline: Biotechnologie, Microbiologie Caroline LEVY Principaux facteurs influençant l'efficacité de la lumière pulsée pour la décontamination des microorganismes pathogènes et d’altération des denrées alimentaires Soutenue le 17 décembre 2010 devant le jury composé de: Rapporteurs Mme Brigitte CARPENTIER - Directeur de recherche - ANSES M. Frank DEVLIEGHERE - Professeur - Université de Gand Examinateurs Mme Catherine DUPORT - Professeur - Université d’Avignon M. Christophe RIEDEL - Directeur de société - CLARANOR M. Eric METTLER - Ingénieur de Recherche - SOREDAB Directeur de Thèse M. Frédéric Carlin - Directeur de Recherches – INRA Université d'Avignon et des Pays de Vaucluse, UMR A408, Sécurité et qualité des produits d'origine végétale, INRA, Avignon tel-00747302, version 1 - 31 Oct 2012 " L'homme et sa sécurité doivent constituer la première préoccupation de toute aventure technologique." A. Einstein tel-00747302, version 1 - 31 Oct 2012 Remerciements Je remercie Christophe N'Guyen The pour m'avoir accueillie dans son laboratoire. Merci à Frédéric Carlin, mon maître de thèse, de m'avoir encadrée et supportée durant ces trois années, de m'avoir appris tant de choses et de m'avoir permis d'arriver à ce niveau. Un Merci tout particulier à Christophe Riedel, mon responsable à Claranor, pour m'avoir engagée, soutenue et aidée à chaque moment, pour avoir cru en moi et guidée jusqu'à la fin et même au delà. Je remercie sincèrement les membres du jury, qui ont accepté de juger mon travail de thèse. Un merci particulier à tous les membres de la société Claranor, pour leur travail remarquable, leur aide et leur bonne humeur Un grand merci à tous mes collègues du laboratoire INRA, pour leur bonne humeur, leur aide précieuse, leur dévouement, et leurs super gâteaux, sans oublier Aline et Claire, qui ont grandement contribué à la réalisation de ce travail! Je voudrais à présent remercier mes parents, sans qui je ne serais pas ce que je suis aujourd'hui, pour leur amour et leur dévouement à chaque instant. Merci de croire en moi aussi fort, d'effacer mes doutes et mes angoisses, et surtout de m'avoir donné une vie aussi merveilleuse et pleine de bonheur. Merci également à mon frère, Johann, d'avoir été un grand frère trop cool, qui m'a fait aimer et connaître tous les jeux auxquels on joue tout le temps, et qui m'a supportée (plus ou moins facilement) depuis 28 ans! François, merci pour ton soutien et pour ta façon parfois très spéciale de m'aimer et de me comprendre. Merci pour ton attention et ton écoute, je sais que parfois il faut travailler dur!!! Et puis merci à toute ma famille, pour être toujours présents pour moi, et puis ma belle famille, pleine d'attention et de gentillesse... Un grand merci à mes amis, Karine, David, Guigui, ma Juju, Doudou, Franck, Charlotte, Minus...et j’en oublie… pour tout ce qu'ils m'apportent au quotidien, pour les soirées, cinés, week-ends en vadrouille... Je voudrais enfin remercier ma perle noire, Gaïa... une petite merveille qui fait les meilleurs câlins du monde! tel-00747302, version 1 - 31 Oct 2012 Table des matières Table des matières Avant propos .............................................................................................................................. 1 Etude bibliographique ................................................................................................................ 2 1. Introduction .................................................................................................................... 2 2. Le traitement thermique ................................................................................................. 3 1) Principe ....................................................................................................................... 3 2) Mécanismes d'inactivation des microorganismes ...................................................... 6 3) Efficacité microbiologique du traitement thermique ................................................. 7 4) Equipements industriels ........................................................................................... 11 5) Avantages du traitement thermique, limites, produits cibles ................................... 13 3. Techniques non thermiques alternatives ...................................................................... 14 1) Hautes Pressions Hydrostatiques (HPH) et Hautes Pressions à Dioxyde de Carbone (HPDC) ............................................................................................................................. 14 a. Principe ............................................................................................................... 14 b. Mécanismes d'inactivation des microorganismes .............................................. 15 c. Efficacité microbiologique ................................................................................. 16 d. Equipements industriels ..................................................................................... 18 e. Législation .......................................................................................................... 19 f. Avantages de la technologie, limites, produits cibles ............................................ 20 2) Champs électriques pulsés (CEP) ............................................................................ 21 a. Principe ............................................................................................................... 21 b. Mécanismes d'inactivation ................................................................................. 22 c. Efficacité microbiologique ................................................................................. 22 d. Equipements industriels ..................................................................................... 25 e. Législation .......................................................................................................... 25 f. Avantages de la technologie, limites, produits cibles ............................................ 26 3) Irradiations ............................................................................................................... 26 a. Principe ............................................................................................................... 26 b. Mécanismes d'inactivation ................................................................................. 27 c. Efficacité microbiologique ................................................................................. 28 d. Equipements industriels ..................................................................................... 29 e. Législation .......................................................................................................... 30 f. Avantages de la technologie, limites, produits cibles ............................................ 31 4) UV continus .............................................................................................................. 34 a. Principe ............................................................................................................... 34 b. Mécanismes d'inactivation ................................................................................. 35 c. Efficacité microbiologique ................................................................................. 36 d. Equipements industriels ..................................................................................... 39 e. Législation .......................................................................................................... 39 f. Avantages de la technologie, limites, produits cibles ............................................ 40 4. La lumière pulsée: ........................................................................................................ 41 1) Principe ..................................................................................................................... 41 2) Mécanismes d'inactivation ....................................................................................... 42 3) Efficacité microbiologique ....................................................................................... 44 4) Equipements industriels ........................................................................................... 49 5) Législation ................................................................................................................ 50 6) Avantages de la technologie, limites, produits cibles .............................................. 51 7) L'étude approfondie de la lumière pulsée présente-t-elle un réel intérêt par rapport aux autres techniques physiques de décontamination? .................................................... 52 tel-00747302, version 1 - 31 Oct 2012 Table des matières Présentation du travail de thèse ................................................................................................ 55 1. Objectifs scientifiques et technologiques ..................................................................... 55 2. Démarche expérimentale .............................................................................................. 56 1) Réalisation d’un pilote afin de déterminer l'efficacité de la lumière au niveau microbiologique ............................................................................................................... 56 2) Influence de la méthode d’inoculation et de la surface ............................................ 57 3) Principaux facteurs influençant l'efficacité germicide de la lumière pulsée ............ 58 4) Une application industrielle...................................................................................... 59 Résultats ................................................................................................................................... 60 1. Un équipement de lumière pulsée délivrant une fluence homogène pour la décontamination de larges surfaces expérimentales ............................................................. 60 Article 1 .................................................................................................................... 62 Perspectives issues du travail présenté dans l’article 1 ............................................ 81 2. Une méthode d'inoculation par spray pour étudier la décontamination de surfaces par la lumière pulsée ................................................................................................................... 85 Article 2 .................................................................................................................... 87 Données complémentaires ...................................................................................... 101 3. Décontamination des microorganismes par lumière pulsée: importants facteurs influençant l'efficacité germicide. ...................................................................................... 106 Article 3 .................................................................................................................. 108 Influence du stade de culture de cellules ou du milieu de sporulation sur la résistance de B. subtilis à la lumière pulsée ........................................................... 129 4. Décontamination de sirop de sucre par lumière pulsée. ............................................. 134 Article 4 .................................................................................................................. 136 Etude d'un équipement pilote industriel de lumière pulsée pour la décontamination de sirop de sucre en dynamique sur ligne............................................................... 148 Discussion générale ................................................................................................................ 150 Références bibliographiques: ................................................................................................. 156 Valorisation du travail de thèse .............................................................................................. 173 tel-00747302, version 1 - 31 Oct 2012 Avant propos Avant propos Le développement de nouveaux procédés technologiques visant à l’amélioration de la sécurité sanitaire des produits alimentaires et de leur durée de vie présente un réel intérêt pour le secteur agroalimentaire. Dans un contexte actuel qui tend vers une responsabilisation environnementale des industries, la société CLARANOR met au point des solutions de décontamination des surfaces sans produits chimiques et sans consommation d’eau, mettant en œuvre la technologie de la lumière pulsée. Etudiée en laboratoire depuis les années 80, la technologie a manqué jusqu'à récemment de fondements scientifiques solides permettant l'obtention de résultats fiables et satisfaisants pour des applications industrielles. Afin de combler ces lacunes et d’être en mesure de garantir l'efficacité de la technologie aux utilisateurs industriels, CLARANOR a mis en place une stratégie de recherche et développement visant à consolider les connaissances scientifiques concernant la lumière pulsée. La maîtrise de la technologie nécessite en particulier l'étude des phénomènes physiques qui interviennent lors du procédé, et des mécanismes microbiologiques s'y rapportant. Dans l’optique de corréler les paramètres de l’émission lumineuse constituant le traitement et l’efficacité de décontamination microbienne, un projet de recherche a été initié par CLARANOR au sein d'un laboratoire spécialisé en microbiologie, en collaboration étroite avec l'équipe de physiciens de CLARANOR. Cette thèse CIFRE (soutenue par l'Association Nationale de la Recherche et de la Technologie) a pour but d'établir les bases scientifiques de l'effet de la lumière pulsée CLARANOR, afin d'évaluer l'efficacité décontaminante de la technologie sur des microorganismes d'intérêt industriel. tel-00747302, version 1 - 31 Oct 2012 Etude Bibliographique 2 Etude bibliographique 1. Introduction La conservation des aliments est un combat constant contre les microorganismes d'altération ou les pathogènes de l'homme. Depuis longtemps le coût des produits, leur qualité, mais surtout la sécurité sanitaire des aliments ont été les principaux centres d'intérêt des industriels. A l'heure actuelle, la chaîne alimentaire est devenue plus complexe, multipliant les possibilités de contamination et de développement des agents pathogènes (Codex Alimentarius, 2003). Aux Etats-Unis, environ 76 millions de cas de toxi-infections alimentaires (TIA) sont estimés chaque année, menant à 325000 hospitalisations et 5000 décès (Keklik & Demirci, 2009). Selon le rapport de l'INVS (Institut de Veille Sanitaire) (INVS, 2009), 1124 foyers de TIAC (Toxi-infections Alimentaire Collectives) ont été déclarés en France en 2008, avec 12549 personnes contaminées, dont 5 décédées. Les techniques de décontamination sont très étudiées et présentent un intérêt central dans les industries agroalimentaires au niveau mondial. D'un autre côté, il faut faire face à une demande croissante des consommateurs de produits frais, sains et satisfaisants sur le plan organoleptique, avec une durée de conservation de plus en plus longue. Nous sommes tournés vers une alimentation qui allie qualités gustatives et nutritionnelles. C'est pourquoi l'industrie alimentaire est sans cesse à uploads/Industriel/ these-levy-caroline-2010.pdf