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This thesis describes a study of stable atmospheric pressure glow discharges through both a PC-based numerical simulation of their dynamics and exploratory experiments for establishing their decontamination efficacy. The numerical work is based on a one-dimensional fluid model with a commonly adopted hydrodynamic approximation that assumes electron equilibrium with the local electric field. Two gas systems are considered, namely pure helium and helium-nitrogen mixture, and our simulation results agree well with relevant experimental data. Also the numerical study establishes a specific frequency range within which stable helium atmospheric pressure dielectric-barrier glow discharges can be generated, and unravels two distinct plasma disruption mechanisms when the plasma excitation is outside the above mentioned frequency range. Further explored is possible plasma power saving that can be achieved by means of pulsed excitation. It is shown that significant power saving of up to 40% can be achieved by a combination of wave-shaping and pulse-width reduction. Finally through preliminary exploratory experiments, it is shown that atmospheric pressure glow discharge is biologically lethal to food-borne microorganisms and when further developed can form the basis for a novel food decontamination technology.

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Actuellement, les consommateurs sont à la recherche de produits frais, naturels et authentiques, et ils prêtent une grande attention à l’origine du produit qu'ils consomment. Les méthodes spectroscopiques, en particulier la spectroscopie de fluorescence frontale (SFF) et dans le moyen infrarouge (MIR), sont largement utilisées pour déterminer la qualité des produits agro-alimentaires. Cependant, leur utilisation n'est pas encore suffisamment développée dans le secteur du poisson et des produits de la mer. La première partie de ce travail a été consacrée à l'investigation du potentiel de la SFF à évaluer l’état de fraîcheur du poisson conservé dans différentes conditions comparés aux méthodes traditionnelles. Les résultats obtenus au moyen de la spectroscopie de fluorescence ont permis de discriminer les filets de merlan en fonction du temps d’entreposage et des conditions de conservation. La conservation des filets de merlan sous atmosphère modifiée composée de 50 % CO2 et 50 % N2 et le trempage des filets de maquereau dans des huiles essentielles de basilic / romarin a permis d'augmenter la durée de conservation des poissons. Par ailleurs, dans l’objectif d’explorer les potentialités des méthodes spectroscopiques pour authentifier le poisson, les études suivantes ont été réalisées :- Étude sur des filets de bar frais et congelés / décongelés dans le but de développer une méthode rapide basée sur la SFF pour différencier un poisson frais de celui qui ne l'est pas.- Authentification des longes de thons et des conserves de thons appertisées en fonction de leurs origines géographiques (Indien, Pacifique et Atlantique) et des espèces (albacore, listao et obèse). / Nowadays, consumers are seeking fresh, natural, and authentic products, and they pay close attention to the origin of the products they consume. The spectroscopic methods, especially front-face fluorescence spectroscopy (FFFS) and mid-infrared spectroscopy (MIR), have been widely used to determine the quality of food products. However, their use has not yet been sufficiently developed in the field of fish and seafood products to assess the quality - freshness and authenticity of these products. The first part of this work was dedicated to investigate the potential of FFFS to evaluate the freshness of fish stored under different conditions, compared to the traditional methods. The results obtained with fluorescence spectroscopy allowed discriminating between whiting fillets as a function of the storage time and storage condition. The preservation of whiting fillets under modified atmosphere packaging composed of 50 % CO2 and 50 % N2 and the soaking of mackerel fillets in the essential oils of basil / rosemary have been proposed to extend the shelf life of fish. Furthermore, with the aim of exploiting the potential of spectroscopic methods to authenticate fish, the following studies were undertaken :- Study conducted on fresh and frozen thawed sea bass fillets with the purpose of developing a rapid method based on the FFFS to differentiate between fresh and frozen / thawed fish. - Authentication of tuna loins and canned tuna according to their geographical origins (Indian, Pacific, and Atlantic) and their species (yellowfin, skipjack, and bigeye).

Η Κορινθιακή Σταφίδα, ποικιλία της αμπέλου και προϊόν μεγάλης διατροφικής αξίας, άρχισε να καλλιεργείται στη χώρα μας πριν από επτά αιώνες περίπου. Η καλλιέργειά της εντοπίζεται αρχικά στη Βόρεια, Βορειοδυτική και Δυτική Πελοπόννησο, καθώς και σε νησιά του Ιονίου αργότερα, περιοχές στις οποίες καλλιεργείται μέχρι σήμερα. Η παραγωγή και το εμπόριο της σταφίδας, αποτελούσαν τον κορμό της οικονομίας της χώρας μας, στο δεύτερο μισό του 19ου αιώνα. Για την περιοχή της Αιγιαλείας, η Κορινθιακή Σταφίδα αποτελεί ακόμη και σήμερα το βασικό αγροτικό προϊόν της, με αποτέλεσμα να καθορίζει την οικονομική ζωή της περιοχής, αλλά και να συμβάλλει στη διαμόρφωση των κοινωνικών και πολιτιστικών χαρακτηριστικών της. Η ξήρανση της σταφίδας, δηλαδή η μετατροπή του σταφυλιού σε ξηρό καρπό, γίνεται σήμερα με Άμεση Ηλιακή Ξήρανση, δηλαδή με άμεση έκθεση του προϊόντος στην ηλιακή ακτινοβολία. Διαδικασία επίπονη για τους παραγωγούς και χωρίς ιδιαίτερο ποιοτικό αποτέλεσμα για το προϊόν. Η Έμμεση Ηλιακή Ξήρανση, που προτείνεται από την παρούσα εργασία, διαφέρει από την Άμεση Ηλιακή Ξήρανση, σε δύο βασικά σημεία: Το προϊόν, * δεν εκτίθεται άμεσα στην ηλιακή ακτινοβολία και * δεν απλώνεται απροστάτευτο σε μεγάλη επιφάνεια στο έδαφος. Συγκεκριμένα: Με τη βοήθεια ενός ηλιακού συλλέκτη αέρος, συλλέγεται η ηλιακή ενέργεια, μετατρέπεται σε θερμότητα και στη συνέχεια, με τη βοήθεια του φυσικού ή εξαναγκασμένου ρεύματος αέρα που δημιουργείται, χρησιμοποιείται για την αποξήρανση της σταφίδας, που βρίσκεται προστατευμένη σε κλειστό χώρο. Υπολογίστηκε το ποσό της απαιτούμενης για την ξήρανση ενέργειας, η δυνατότητα δέσμευσης αυτής από το συλλέκτη, καθώς και τα χαρακτηριστικά του συλλέκτη και κατασκευάστηκε αρχικά ένα μικρό, πειραματικό μοντέλο ξηραντηρίου, με το οποίο έγιναν οι βασικές αρχικές διαπιστώσεις. Στην συνέχεια, κατασκευάστηκε ένα μεγαλύτερο με παραγωγική ικανότητα ξηραντήριο, με στόχο να μελετηθεί η διαδικασία ξήρανσης σε πραγματική κλίμακα. Για πέντε συνεχόμενα χρόνια μετρήθηκαν οι αποδόσεις του συλλέκτη και η αποτελεσματικότητα της διάταξης στη διαδικασία αποξήρανσης του προϊόντος, ενώ κάθε χρόνο με βάσει τις παρατηρήσεις της προηγούμενης χρονιάς, γίνονταν μεταβολές στον τρόπο λειτουργίας του ξηραντηρίου, αλλά και στη γεωμετρία του. Μελετήθηκε η λειτουργία του συλλέκτη και του χώρου ξήρανσης με εξαναγκασμένη κυκλοφορία, καθώς και με φυσική κυκλοφορία και έγινε σύγκριση των αποτελεσμάτων σε κάθε περίπτωση. Το κύριο συμπέρασμα είναι ότι, οι υψηλότερες θερμοκρασίες (κατά 10 οΚ), που ανεπτύχθησαν στην περίπτωση της φυσικής κυκλοφορίας αέρα, χωρίς δηλαδή χρήση ανεμιστήρα, οδηγούν σε ταχύτερη ξήρανση, παρά τη μικρότερη παροχή αέρα. Το αποτέλεσμα αναφορικά με την ποιότητα του αποξηραμένου προϊόντος, είναι άριστο, δεδομένου ότι είναι απαλλαγμένο από τα προβλήματα της έκθεσής του στο έδαφος (μικροβιακό και χημικό φορτίο, καταστροφές, κ.τ.λ.), στο ήλιο (χρώμα, συστατικά) και η ξήρανση του γίνεται με λιγότερη εργασία. Το κόστος της εγκατάστασης είναι αρχικά μεγαλύτερο από αυτό της άμεσης ηλιακής ξήρανσης, αλλά ο χρόνος ζωής αυτής, σε συνδυασμό με το πολύ μικρότερο κόστος εργασίας ξήρανσης, καθιστούν την Έμμεση Ηλιακή Ξήρανση σε έναν ορίζοντα 10 ετών, πολύ φθηνότερη. / -

Le sel joue un rôle essentiel dans la conservation des produits de charcuterie puisqu’il inhibe le développement bactérien. Or les recommandations nutritionnelles visent à réduire les teneurs en sel dans les denrées alimentaires. Les objectifs de ce projet de thèse étaient (1) de caractériser la communauté bactérienne des chipolatas et le phénomène d’altération sous l’effet d’une réduction de sel et (2) de corréler la dégradation organoleptique des produits aux modifications de la communauté bactérienne.Nous avons tout d’abord caractérisé l’altération des chipolatas par des mesures sensorielles et physico-chimiques. Les travaux démontrent que l’intensité de l’altération est plus importante quand la teneur en sel est réduite et plus particulièrement lorsque les chipolatas sont conditionnées sous atmosphère modifiée. L’altération est caractérisée par la production d’odeurs soufrées, aigres et rances, une diminution du pH des chipolatas et une augmentation de la production d’exsudat.Parallèlement, nous avons décrit la diversité bactérienne des chipolatas altérées par analyse des ARNr 16S bactériens et l’abondance des espèces bactériennes a été quantifiée par qPCR. Par ces méthodes, nous avons pu distinguer la population dominante de la population sous-dominante. La baisse de sel entraine un déséquilibre d’abondance entre ces deux populations et ce déséquilibre résulte non pas de l’augmentation des espèces dominantes mais d’une diminution d’abondance des espèces sous-dominantes.Pour comprendre le rôle respectif de ces populations bactériennes, nous avons analysé leurs activités métaboliques par approche RNAseq. Les travaux montrent une forte activité métabolique des espèces sous-dominantes. Lorsque le sel est en plus faible concentration, l’expression des gènes de Serratia spp. impliqués dans la fermentation du pyruvate pour produire de l’éthanol, du CO2 et de l’acétate est plus importante. La production d’acétate par cette espèce bactérienne peut être reliée aux défauts d’altération observés (baisse de pH, production d’exsudat, odeur aigre).Ces travaux démontrent que le sel impacte la communauté bactérienne des chipolatas (abondance et activités métaboliques) et que cette perturbation compromet la qualité organoleptique des produits. / Salt content plays a key role in meat product preservation since it inhibits bacterial growth. However, dietary guidelines aim to reduce salt content in food. The objectives of this study were (1) to characterize the bacterial community of raw pork sausages and the spoilage phenomenon of these products under salt reduction conditions and (2) to correlate the organoleptic deterioration of the products to modifications in bacterial community.We first characterized the raw pork sausages spoilage by sensory and physicochemical analysis. The work demonstrates that spoilage intensity is greater under a reduced salt content, particularly when sausages are packaged under modified atmosphere. The spoilage is characterized by the production of sulfur, sour and rancid off-odors, a decrease in pH of the sausages and an increase of exudate production.At the same time, we described the bacterial diversity of spoiled sausages through 16S rRNA analysis. Abundance of bacterial species was quantified by qPCR. With these methods, we were able to distinguish the dominant population from the subdominant population. Reducing salt content causes an abundance imbalance between these two populations. This imbalance does not result from an increase of the dominant species; it results from a decrease in abundance of subdominant species.To understand the roles of these bacterial populations, we analyzed their metabolic activities by RNA-Seq approach. The works highlight a high metabolic activity of the subdominant species. When the salt concentration is lowest, the expression of Serratia sp. genes involved in the fermentation of pyruvate to produce ethanol, CO2 and acetate is most important. The acetate production may be connected to the spoilage defaults observed (decrease in pH, exudate production and sour off-odors).These studies reveal that salt reduction impacts the bacterial community of raw pork sausages (abundance and metabolic activities) and this disruption compromises the organoleptic quality of the products.

Les produits déshydratés permettent d’optimiser la conservation et le transport des aliments. Les poudres alimentaires distribuées au consommateur affichent des garanties nutritionnelles en termes d’apports qualitatif et quantitatif. Cependant, l’apport nutritionnel du produit après reconstitution et cuisson, n’est pas garanti. Ce travail se concentre sur l’évaluation des pertes en vitamines dues aux procédés de transformation alimentaire en lien avec l’effet de la matrice alimentaire. Ces pertes mesurées après le traitement thermique ne sont pas négligeables, rendant l’encapsulation nécessaire pour répondre à l’objectif de la thèse de garantir une teneur en vitamines suffisante après reconstitution et traitement thermique du produit alimentaire déshydraté. Différentes matrices ont été testées à l’échelle laboratoire et industrielle. Parmi ces matrices, certaines comme les protéines laitières et l’amidon se sont avérées très intéressants et ont permis la préservation de la vitamine C du traitement thermique. Pour finaliser l’étude, il a été indispensable de prendre en compte le stockage des poudres de la vitamine C encapsulée avant et après leur commercialisation. Pour assurer leur teneur suffisante en vitamine C lors ce stockage, un vieillissement accéléré a été effectué. Cette thèse a permis d’apporter des réponses concrètes au problème industriel posé, qui était de garantir la teneur en vitamine C des produits commercialisés après reconstitution et traitement thermique / Dehydrated products make it possible to optimize the storage and transport of food products. Food powder mixes distributed to the consumer display nutritional guarantees in terms of qualitative and quantitative inputs. However, the nutritional value of the product after reconstitution and cooking, is not guaranteed. This PhD work focuses on the evaluation of vitamins losses due to food processing in relation to the effect of the food matrix. Losses measured after the heat treatment were not negligible, making the encapsulation necessary to meet the objective of the thesis to guarantee a sufficient vitamins content after reconstitution and heat treatment of the dehydrated food product. Different matrices have been tested at the laboratory scale and industrial scales. Some of these matrices, such as dairy proteins and starch, have proved to be very interesting and allowed the preservation of vitamin C during heat treatment. To finalize the study, it was essential to take into account that the vitamin C-encapsulating powders will be stored before and after their distribution. To ensure that they maintain a sufficient vitamin C content during storage, accelerated aging has been carried out. Thus this thesis made it possible to provide concrete answers to the posed industrial problem, which was to guarantee the vitamin C content of the commercial products after reconstitution and heat treatment

Les probiotiques sont des micro-organismes vivants, capables d’interagir avec le microbiote et les cellules de l’organisme hôte. Par leurs présences ou leurs métabolismes, ils contribuent notamment à la régulation du système immunitaire. D’un point de vue technologique, le développement d’un complément alimentaire contenant des probiotiques nécessite la maitrise des étapes de sélection et de production d’une bactérie fonctionnelle sous forme sèche et revivifiable. Au cours de ce travail, nous avons développé des tests de criblage en cytométrie en flux, permettant de déterminer l’aptitude d’une bactérie à être séchée et l’origine de sa sensibilité. Pour mettre en place ces tests, nous nous sommes intéressés aux mécanismes mis en jeu lors du procédé de séchage. Ainsi, lors de la déshydratation, les micro-organismes vont subir simultanément un stress osmotique et un stress oxydant. Les résultats montrent un fort impact du séchage sur la viabilité et le potentiel immuno-modulateur avec une diminution de la composante pro-inflammatoire (IL-12). Pour protéger les bactéries, trois stratégies d’optimisation ont été développées : le séchage par formation de mousse, l’encapsulation dans une matrice alginate-protéines de pois, et le co-séchage d’une bactérie fragile avec une bactérie résistante. Les connaissances acquises au cours de cette étude ont permis d’optimiser la production industrielle de la souche finale du projet. Afin de répondre au nouveau cadre réglementaire européen, une étude clinique en double aveugle contre placébo est actuellement en cours (2011-2013) / Probiotics are live microorganisms that can act on the immune system at specific sites in the gastro-intestinal tract. From a technological point of view, the development of a dietary supplement containing viable and functional probiotics requires the control of the selection and production steps. In a first time, we have developed specific and sensitive screening tests to determine the ability of bacteria to be dried and the origin of its sensitivity. To develop these tests, we investigated the mechanisms involved during drying process. Thus, microorganisms simultaneously undergo osmotic stress and oxidative stress. Results show a strong impact of drying on the survival rate and immunomodulatory potential with a decrease of proinflammatory cytokines (IL-12). To protect probiotic bacteria, three optimization strategies have been developed: drying by foam formation, encapsulation of probiotic bacteria using a pea-protein alginate matrix and drying of a sensitive probiotic strain with a resistant bacterium. Knowledge obtained during this study was used to optimize the industrial process of the final strain of the project. A randomized double blinded (RDB) trial is in progress (2011-2013) to test the bacteria in humans

L’objectif de cette thèse est d’encapsuler dans une matrice polyosidique des probiotiques sous forme de biofilm en utilisant comme modèle Lactobacillus paracasei ATCC334. La matrice d’encapsulation (billes) est obtenue par gélification ionique d’une pectine amidée et faiblement méthylée en présence d’ions calcium. Nous avons remarqué que le réseau de pectine dans ces billes d’un diamètre d’environ 500 µm permet la formation de microcolonies sphériques (biofilm-like) avec une taille de 25 µm de diamètre. Une augmentation de la concentration bactérienne de L. paracasei ATCC334 de 3 Log d’UFC après 24 h de croissance des bactéries immobilisées est observée pour atteindre au sein de ces billes une concentration supérieure à 10 Log d’UFC/g humide. Nous avons également noté une distribution homogène des microcolonies dans les billes et une organisation structurée des bactéries au sein des microcolonies. En effet, une adhésion des bactéries à la matrice pectine est observée ainsi que la présence de substances polymériques permettant de lier les bactéries les unes aux autres. Les résultats suggèrent donc des phénomènes d’interaction entre le réseau formé par la pectine et les bactéries dans les billes. Nous avons montré que L. paracasei ATCC334 formulée en biofilm dans ces billes de pectine présente une résistance accrue à un stress gastrique (pH 2) et au séchage par lyophilisation. La capacité d’adhésion des bactéries formulées à des cellules épithéliales est conservée et la pectine semble stimuler cette adhésion aux cellules de l’hôte. Des résultats in-vivo utilisant un modèle murin d’inflammation intestinale montrent que les biofilms de L. paracasei ATCC334 sont libérés au niveau intestinal où ils s’implantent notamment dans le côlon. Des microcolonies de tailles approchant les 20 µm sont retrouvées au niveau du côlon suggérant que les billes de pectine ont libéré les bactéries sous forme de biofilm. Par ailleurs, l’administration aux souris de la formulation à base de pectine avec des biofilms de probiotiques a entrainé chez les souris ayant reçu un traitement DSS (une molécule capable de déclencher une inflammation intestinale) : une perte de poids moindre, un état de santé général amélioré, une muqueuse colique moins altérée ainsi qu’une diminution de la réponse inflammatoire. / The aim of this thesis is to encapsulate biofilm probiotics in a polysaccharide matrix using Lactobacillus paracasei ATCC334 as a model. The encapsulation matrix (beads) is obtained by the ionotropic gelation of amidated low-methoxylated pectin with calcium ions. We noticed that the pectin network in these beads with a diameter of approximately 500 microns, allow the formation of spherical microcolonies (biofilm-like) with a diameter of 25 microns. An increase of 3 Log CFU in the bacterial concentration of L. paracasei ATCC334 is observed after 24 hours of growth of the immobilized bacteria, while the observed concentration in these beads reaches more than 10 Log of CFU/g wet. We also noticed that the microcolonies within the beads are homogeneously distributed and the bacteria within the microcolonies are well structured. Moreover, a bacterial adhesion to the pectin matrix is observed as well as the presence of polymeric substances that bind the bacteria to each other. Our results suggest that interaction phenomenon may take place between pectin network and bacteria within beads. We also showed that biofilms of L. paracasei ATCC334 formulated in these pectin beads exhibit increased resistance to the gastric stress (pH 2) and to the freeze-drying process. In addition, the adhesion capacity of the formulated bacteria to epithelial cells is conserved and pectin seems to stimulate this adhesion to host cells. In-vivo results using a murine model presenting intestinal inflammation showed that L. paracasei ATCC334 biofilms are released in the intestinal level and are specifically implanted in the colon. Moreover, microcolonies of sizes approaching 20 μm are found in the colon suggesting that the bacteria are released in their biofilm form. In addition, the administration of pectinate beads containing probiotic biofilms to mice which have received a DSS treatment (inducing intestinal inflammation) resulted in: less weight loss of mice, improved their overall health status, less injured colonic mucosa and a decrease in the inflammatory response.