Les purées de fruits sont considérées ici comme des dispersions concentrées de particules végétales déformables et insolubles dans une phase continue aqueuse ou sérum riche en sucre et contenant des pectines solubles. La phase dispersée est constituée de cellules ou d'amas de cellules de parenchyme dont les parois insolubles ne représentent qu'une très faible masse (un peu plus de 1 % p/p) dispersées dans un sérum dont elle sont remplies. La constitution et les propriétés rhéologiques des purées vont dépendre de plusieurs facteurs internes tels que la variété de fruit et l'état de maturité et de facteurs externes tels que les paramètres liées au procédé de transformation (traitement mécanique et thermique). Par ailleurs, la texture est l'un des principaux attributs de qualité des purées et constitue à ce titre une source potentielle importante dans le développement de produits nouveaux. L'objectif général de ce travail a été de mieux comprendre les relations entre les propriétés rhéologiques, structurales et sensorielles des purées de pomme dans la perspective d'identifier des leviers d'action pour le pilotage « à façon » de la texture des produits. La stratégie de recherche a consisté à réaliser l'ensemble de l'étude à partir d'une même lot d'une purée issue d'une seule variété de pomme : Golden Delicious et à identifier les axes majeurs permettant de créer des structures et textures variées. Les trois paramètres structuraux qui ont été modifiés sont : la concentration en parois cellulaires (liée à la quantité de particules de pulpe), la taille des particules et la viscosité de la phase continue. Une technique de séparation - reconstitution couplée à un traitement de broyage ainsi que l'augmentation de la viscosité du sérum ont permis d'obtenir une large gamme de textures et de structures. La construction de deux plans expérimentaux a permis de maîtriser la préparation des produits pour l'étude des relations entre la structure, la rhéologie et la texture des purées. La caractérisation physique et sensorielle a mis en évidence l'importance des paramètres structuraux sur le comportement rhéologique et la perception de la texture des purées. Ainsi la concentration en particules a un effet de premier ordre, suivi par la granulométrie et la viscosité du sérum. L'augmentation de la teneur en particules se traduit directement au niveau de l'état d'encombrement du milieu qui dépend de leur taille. Un traitement mécanique entraîne la séparation des amas des cellules de parenchyme en cellules individualisées, ce changement de structure implique des modifications marquées de propriétés. La caractérisation rhéologique et structurale a permis d'établir des modèles rhéologiques et de mieux comprendre le comportement, l'état et le rôle des particules (molles et déformables) sur la structuration du milieu ainsi que le volume occupé par celles-ci. Cette approche a été complétée et validée par l'observation des dispersions par différentes techniques microscopiques. Les différents régimes de concentration, du régime dilué à l'état d'encombrement et de compaction du régime concentrée des purées ont pu être mis en évidence. Les deux axes principaux qui suffisent à décrire la texture sensorielle d'une purée sont la « consistance » et la « granulosité ». La viscosité de la phase continue a un impact sur la perception de la « granulosité » comme sur la cohésion du réseau particulaire. Les résultats montrent que la texture des dispersions végétales peut être « pilotée » à partir de la maîtrise de quelques grandeurs clés : la concentration en parois cellulaires (pulpe) et la granulométrie des particules complété par la viscosité de la phase continue. De grandes possibilités d'innovation sont ouvertes en jouant sur ces leviers notamment à partir des possibilités offertes au niveau des paramètres du procédé de fabrication. / Fruit purees are considered as concentrated dispersions of deformable and insoluble particles in a continuous phase or serum rich in water, sugar and soluble pectin. The dispersed phase consists of cells or cell clusters of parenchyma tissue and the insoluble cell wall material dispersed in the serum represents a very low weight (~ 1% w/w). The structure and the rheological properties of purees will depend on many internal factors such as the variety and ripeness of the fruit and external factors occurring during the processing (mechanical and thermal treatment). Texture is a key quality attribute of purees and thus constitutes an important potential source for new product development. The main objective of this study was to better understand the relationship between the rheological, structural and sensory properties of apple puree, in order to pilot and control the texture of the products. The study was performed with a single batch of apple puree prepared industrially from fresh mature Golden Delicious. In order to create purees with varied structure and texture, three structural parameters were identified and modified: the cell walls concentration (related to the amount of pulp), the particle size and the viscosity of the continuous phase. A separation-reconstitution strategy joined to a grinding step and the modification of the serum viscosity allowed us to obtain a wide range of products with different structures and textures. The construction of two experimental designs made it possible the controlled preparation of the products so as to study the relatioins between structure, rheology and texture of the apple puree. Physical and sensory characterization highlighted the importance of structural parameters on the rheological behaviour and perception of the texture of the puree. Thus, the concentration of particles is the main parameter influencing these properties, followed by the particle size and the serum viscosity. The increase in particle content translates directly at the “overcrowding” that also depends on the particle size. Mechanical treatment leads to the separation of clusters of parenchyma cells in to individual cells; this change in structure involves marked changes of properties. Rheological and structural characterization made it possible the generation of rheological models and the better understanding of the behaviour, the state and the role of particles (soft and deformable) on the structure of the medium and the volume occupied by them. This approach has been completed and validated by the observation of dispersions by various microscopic techniques. The different regimes of concentration were identified. Texture perception of apple puree can be described basically by their “consistency” and their “graininess”. The viscosity of the continuous phase has an impact on the perception of “graininess” and in the cohesion of the particle network. Our results show that the texture of plant food dispersions can be “mastered” by controlling a few selected key parameters: the concentration of cell walls (pulp) and particle size, completed by the viscosity of the continuous phase. High possibilities for innovation are opened by playing on these parameters that can be modified during the processing.

L’appréciation par le consommateur d’un produit alimentaire comme le chocolat est en grande partie due à sa composante aromatique. La perception de cette composante est étroitement liée à la libération des composés d’arômes lors de la consommation du produit. Une étude sensorielle systématiquement menée par la société Valrhona dans une démarche de qualification de ses chocolats noirs de pures origines, fabriqués selon un procédé standard à partir de lots de cacao différents, permet de classer ces chocolats, selon leur profil, en quatre grands pôles sensoriels. Le travail entrepris avait pour but la compréhension de l’origine de cette classification sensorielle par la mise en œuvre de techniques de caractérisation des molécules volatiles responsables de l’arôme des chocolats.Dans un premier temps, l’empreinte globale en composés volatils d’un lot de 206 chocolats représentatifs des quatre pôles sensoriels a été obtenue via une méthode d’analyse couplant un headspace dynamique à la spectrométrie de masse en injection directe, utilisant l’ionisation par transfert de protons (PTR-ToF-MS). Des analyses multivariées des données, et notamment une analyse discriminante de type PLS-DA, ont permis d’élaborer un modèle de prédiction de la classification sensorielle des chocolats basé sur leur composition en molécules volatiles. Différentes méthodes de sélection de variables ont permis de souligner l’existence de composés volatils particuliers capables de discriminer les quatre pôles sensoriels de chocolats.Le potentiel aromatique de 12 chocolats parmi les 206 (trois de chaque pôle) a ensuite été déterminé suite à l’extraction des arômes par une méthode de distillation sous vide dans une analyse par chromatographie en phase gazeuse couplée, d’une part, à l’olfactométrie (GC-O) basée sur la fréquence de détection obtenue par 12 juges, et d’autre part, à un spectromètre de masse (GC-MS) pour l’identification des composés odorants. Ainsi, des composés d’arômes permettant de discriminer les différents pôles sensoriels ont pu être caractérisés au moyen d’une analyse factorielle des correspondances.Enfin, l’analyse « nosespace » d’un jury de 12 personnes dégustant 8 chocolats (deux de chaque pôle parmi les 12 précédents) a été réalisé en PTR-MS. Cette étude, couplée à une analyse sensorielle temporelle (Dominance Temporelle des Sensations, DTS), a permis d’obtenir des données temporelles instrumentales et sensorielles de manière simultanée. L’analyse DTS révèle dans une analyse en composantes principales (ACP) une bonne discrimination des pôles sensoriels, avec des descripteurs dominants similaires dans les pôles 1 et 4, d’une part, et dans les pôles 2 et 3, d’autre part. L’analyse nosespace a permis le suivi de la libération en temps réel de 26 composés d’arômes. La relation entre les deux jeux de données (instrumentales et sensorielles) a été étudiée au moyen de l’indice AWD (Abundance While Dominance) qui représente l’abondance de chaque ion pendant qu’une sensation est dominante. Des analyses factorielles des correspondances menées sur les AWD ont permis pour chaque échantillon de déceler des relations entre composés d’arômes libérés et sensations dominantes. / Consumers’ appreciation of chocolate is mostly due to its aromatic composition. Perception of this component is clearly linked to the release of aroma compounds during chocolate consumption. A systematic sensory evaluation is conducted by the Valrhona Company in order to qualify their pure origin dark chocolates manufactured according to a standard process from differing cocoa batches. The obtained sensory profiles allow classifying the chocolates into four sensory categories, named poles. The objective of the present work was to understand the molecular origin of this sensory classification by using techniques aimed at characterizing volatile organic compounds (VOC) responsible for chocolate flavour.Firstly, global VOC profiles of a set of 206 chocolate samples classified in the four sensory poles were analysed by a direct injection mass spectrometry method using proton transfer reaction as ionisation process (PTR-ToF-MS). A supervised multivariate data analysis based on discriminant analysis of the PLS-DA type allowed the construction of a classification model that showed excellent prediction capability based on VOC composition of the chocolates. Variable selection using dedicated methods pinpointed some volatile compounds important for the chocolates sensory discrimination.Then, the aroma potential of 12 chocolate samples (chosen among the 206 ones with three samples representative of each pole) was investigated on aroma extracts obtained by distillation under vacuum. Gas chromatography coupled to olfactometry (GC-O) and to mass spectrometry (GC-MS) was used to detect and identify the odorous compounds. GC-O data were obtained by 12 assessors using the detection frequency method. Aroma compounds allowing the discrimination of the sensory poles were determined thanks to a correspondence analysis.Finally, a nosespace analysis conducted by 12 assessors on 8 chocolates (two in each pole among the preceding 12) was realised using PTR-MS. This analysis was conducted simultaneously with a temporal sensory analysis (Temporal Dominance of Sensations, TDS), allowing temporal instrumental and sensorial data to be obtained. A principal component analysis (PCA) conducted on the TDS data revealed a good discrimination of the sensory poles, with similar dominant attributes in poles 1 and 4, on the one hand, and in poles 2 and 3, on the other hand. The nosespace data displayed real time release curves of 26 aroma compounds. The relationships between instrumental and sensory data were investigated thanks to the AWD (Abundance While Dominance) index that measures the abundance (area under the curve) of each ion during the dominance of a given sensation. Correspondence analyses of the AWD indices conducted for each chocolate sample allowed to define some relationships between dominant sensations and some released aroma compounds.

Parmi les dimensions sensorielles engagées dans la perception de la flaveur, la composante odorante est déterminante car elle porte le plus souvent l’identité et la typicité d’un aliment. L’analyse chimique de la composante odorante repose sur une stratégie séparative qui permet d’identifier les différents odorants présents dans l’aliment. Cependant, la perception des odorants en mélange induit des interactions au niveau perceptif qui ne sont pas prises en compte dans les techniques séparatives. Les mécanismes sous-jacents aux interactions perceptives sont mal connus, ce qui limite les possibilités de prédiction de l’odeur d’un aliment sur la base de sa composition chimique. En réponse à cette problématique deux approches émergent de la revue de la littérature. La première est basée sur la prédiction d’odeur d’après la structure moléculaire des odorants. Cependant, les études concernent des odorants seuls et non leurs mélanges. La seconde repose sur la recombinaison d’odorants en mélange après l’étape d’analyse séparative, mais le choix des odorants à associer est essentiellement empirique. Ainsi, deux questions se posent : Comment prédire l'odeur de mélanges de molécules d’après la structure moléculaire des odorants? Comment améliorer l'analyse de la flaveur dans le but de prédire l'odeur d’aliments complexes composés de plusieurs dizaine d’odorants en mélanges? Ces deux questions ont été abordées dans cette thèse dont les travaux sont décrits dans ce manuscrit selon deux axes principaux.Le premier axe décrit l'utilisation et le développement d’un modèle basé sur le concept des distances angulaires calculées à partir de la structure moléculaire des odorants avec pour objectif de prédire la similarité perceptive de mélanges plus ou moins complexes d’odorants. Les résultats soulignent l'importance de prendre en compte la dimension d'intensité des odorants afin d’améliorer la qualité de la prédiction. Des perspectives d’amélioration du modèle sont dégagées pour permettre de dépasser la dimension de similarité et prédire des dimensions qualitatives de l’odeur.Le deuxième axe présente une démarche originale d’intégration de connaissances liées à l’expertise dans la procédure d'analyse de la flaveur. Ainsi, trois types de données hétérogènes sont agrégés dans un modèle mathématique global : des données chimiques, des données sensorielles et des connaissances d’experts aromaticiens. L'expertise est intégrée à travers la création d'une ontologie qui est ensuite associée à une approche de logique floue optimisée par algorithme évolutionnaire. Le modèle développé permet de prédire le profil odorant de seize vins rouges sur la base de leur composition en odorants. Au final, l’ensemble des travaux menés dans cette thèse apporte des résultats originaux permettant une meilleure compréhension de la construction des odeurs des aliments et permet d’élaborer des hypothèses quant aux relations sous-jacentes de l'espace perceptif des odeurs en mélanges complexes. / Among the sensory dimensions involved in food flavor, the odor component is critical because it often determines the identity and the typicality of the food. Chemical flavor analysis provides a list of the odorants contained in a food product but is not sufficient to predict the odor resulting from their mixture. Indeed, odor perception relies on the processing by the olfactory system of many odorants embedded in complex mixtures and several perceptual interactions can occur. Thus, the prediction of the perceptual outcome of a complex odor mixture remains challenging and two main approaches emerge from the literature review. On the one hand, predictive approaches based on the molecular structure of odorants have been proposed but have been limited to single odorants only. On the other hand, methodologies relying on recombination strategies after the chemical analyses of flavor have been successfully applied to identify those odorants that are key to the food odor. However, the choices of odorants to be recombined are mostly based on empirical approaches. Thus, two questions arise: How can we predict the odor quality of a mixture on the basis of the molecular structure of its odorants? How can we improve food flavor analysis in order to predict the odor of a food containing several tens of odorants? These two questions are at the basis of the thesis and of this manuscript which is divided in two main axes.The first axis describes the development of a model based on the concept of angle distances computed from the molecular structure of odorants in order to predict the odor similarity between mixtures. The results highlight the importance of taking into account the odor intensity dimension to reach a good prediction level. Moreover, several perspectives are proposed to extend the model prediction beyond the similarity dimension and to predict more qualitative dimensions of odors.The second axis presents an innovative strategy which allows integrating experts’ knowledge in the flavor analysis procedure. Three different types of heterogeneous data are embedded in a mathematical model: chemical data, sensory data and knowledge from expert flavorists. Experts’ knowledge is integrated owing to the development of an ontology, which is further used to define fuzzy rules optimized by evolutionary algorithms. The final output of the model is the prediction of red wines’ odor profile on the basis of their odorants’ composition. Overall, the thesis work brings original results allowing a better understanding of food odor construction and gives insights on the underlying relationships within the odor perceptual space for complex mixtures.

La Dominance Temporelle des Sensations (DTS) est une méthode d’analyse sensorielle qui mesure la perception temporelle d’un produit au cours de sa dégustation. Pour un panéliste, la DTS consiste à choisir parmi une liste de descripteurs lequel est dominant à chaque instant. Ce travail a pour but la modélisation des données DTS à l’aide de processus stochastiques et propose d’utiliser les processus semi-markoviens (PSM), une généralisation des chaînes de Markov qui permet de modéliser librement les durées de dominance. Le modèle obtenu peut être utilisé pour comparer des échantillons DTS en réalisant un rapport de vraisemblance. Étant donné que les probabilités de transition entre les descripteurs peuvent dépendre du temps, nous proposons d’utiliser des modèles différents par période et nous proposons un algorithme pour déterminer le nombre et les frontières de ces périodes de manière optimale. Le modèle est représenté sous forme d’un graphe montrant les transitions entre descripteurs les plus observées. Finalement, ce travail introduit les modèles de mélange de processus semi-markoviens afin de segmenter le panel en fonction des différences de perception interindividuelles.Les méthodes développées sont appliquées à des jeux de données DTS variés : chocolats, fromages frais et Goudas. Les résultats montrent que la modélisation par un PSM apporte de nouvelles informations sur la perception temporelle, en particulier sur la variabilité de perception au sein d’un panel, alors que les méthodes classiques se focalisent sur une vision moyenne de la perception du panel. De plus, à notre connaissance, ce travail est le premier à proposer l’identification d’un modèle de mélange de processus semi-markoviens. / Temporal Dominance of Sensations (TDS) is a technique to measure temporal perception of food product during tasting. For a panelist, it consists in choosing in a list of attributes which one is dominant at any time. This work aims to model TDS data with a stochastic process and proposes to use semi-Markov processes (SMP), a generalization of Markov chains which allows dominance durations to be modeled by any type of distribution. The model can then be used to compare TDS samples based on likelihood ratio. Because probabilities of transition from one attribute to another one can also depend on time, we propose to model TDS by period and we propose a method to select optimally the number of periods and the frontiers between periods. Graphs built upon the stochastic pattern can be plotted to represent main chronological transitions between attributes. Finally, this work introduces new statistical models based on finite mixtures of semi-Markov processes in order to derive consumer segmentation based on individual differences in temporal perception of a product.The methods are applied to various TDS datasets: chocolates, fresh cheeses and Gouda cheeses. Results show that SMP modeling gives new information about temporal perception compared to classical methods. It particularly emphasizes the existence of several perceptions for a same product in a panel, whereas classical methods only provide a mean panel overview. Furthermore, as far as we know, this work is the first one that considers mixtures of semi-Markov processes.

L’hexabromocyclododécane (HBCD) a été utilisé comme additif dans des polystyrènes (PS). En 2013, l’HBCD a été inclus à la Convention de Stockholm comme Polluant Organique Persistant. Les denrées alimentaires d’origine animale (DAOA) constituent la source principale d’exposition de la population générale à ce polluant. Le niveau moyen d’exposition du consommateur ne représente pas un risque majeur pour la sécurité sanitaire des aliments (EFSA, 2011). Malgré des concentrations moyennes généralement proches d’un ng g-1 lipides dans les DAOA, des concentrations maximales supérieures à 2000 ng g-1 lipides dans certains échantillons d’œuf ont été rapportées. Plusieurs sources potentielles d’exposition orale des volailles existent. Les poules pondeuses pourraient être exposées majoritairement à l’isomère α-HBCD. Au vu de l’absence d’informations dans la littérature sur le devenir de l’α-HBCD chez la poule pondeuse, une expérimentation in vivo a été réalisée et a permis d’estimer la plupart des paramètres cinétiques du devenir de l’α-HBCD ingéré chez la poule pondeuse. Un modèle pharmacocinétique basé sur la physiologie (PBPK) de transfert de l’α-HBCD chez la poule pondeuse a été développé, calibré par des données de la littérature, soumis à analyse de sensibilité et plusieurs paramètres ont été ajustés sur des résultats in vivo. Une validation du modèle a été testée. Ce modèle a permis de déterminer l’influence des caractéristiques physiologiques de la poule pondeuse sur le devenir de l’α-HBCD en cas d’exposition à la molécule. Parmi les caractéristiques d’intérêt, le poids vif (PV) est celle qui influence le plus la concentration d’α-HBCD dans les tissus et les œufs. Un PV bas et des performances de ponte réduites prédisposent à une concentration plus élevée dans ces matrices. La mue produit une augmentation de la charge corporelle de la molécule. Ce modèle peut être extrapolé à d’autres animaux et molécules lipophiles après modification de certains paramètres / Hexabromocyclododecane (HBCD) has been used as an additive in polystyrene (PS). In 2013, HBCD was included in the Stockholm Convention as a Persistent Organic Pollutant. The foodstuffs of animal origin are the main source of exposure of the general population to this pollutant. The mean exposure level of the consumers to HBCD doesn’t represent a major risk to the food safety (EFSA, 2011). In spite of mean concentrations generally close to 1 ng g-1 lipids in the foodstuffs of animal origin, maximal concentrations higher than 2000 ng g-1 lipids have been reported in some egg samples. There are several potential sources of oral exposure of the hens to this pollutant. The hens could be exposed mainly to the α-HBCD isomer. Since the bibliographic synthesis highlights the absence of information about the α-HBCD kinetics in the laying hen, an in vivo experience has been realized and has allowed the estimation of the majority of the α-HBCD kinetic parameters in the laying hen. A physiologically based pharmacokinetic (PBPK) model has been developed, calibrated by literature data, submit to a sensitivity analysis and some parameters have been adjusted on the basis of experimental data. A validation of the model has been attempted. This model has allowed to determine the influence of the main physiological characteristics of the laying hen exposed to the molecule on the α-HBCD accumulation in tissues and transfer to eggs. Among the physiological characteristics of concern, the body weight (BW) is the main feature influencing the α-HBCD kinetics. If the hen is exposed to the α-HBCD, a low BW and low laying performances predispose the hen to have higher concentrations of the molecule in all the matrices. The molting stage raises the body charge of the molecule. This model can be extrapolated to other animals and lipophilic molecules after modification of some parameters

Arsenic is a naturally occurring toxic metal and its presence in food composites could be a potential risk to the health of both humans and animals. Arseniccontaminated groundwater is often used for food and animal consumption, irrigation of soils, which could potentially lead to arsenic entering the human food chain. Its side effects include multiple organ damage, cancers, heart disease, diabetes mellitus, hypertension, lung disease and peripheral vascular disease. Research investigations, epidemiologic surveys and total diet studies (market baskets) provide datasets, information and knowledge on arsenic content in foods. The determination of the concentration of arsenic in rice varieties is an active area of research. With the increasing capability to measure the concentration of arsenic in foods, there are volumes of varied and continuously generated datasets on arsenic in food groups. Visual analytics, which integrates techniques from information visualization and computational data analysis via interactive visual interfaces, presents an approach to enable data on arsenic concentrations to be visually represented. The goal of this doctoral research in Environmental Science is to address the need to provide visual analytical decision support tools on arsenic content in various foods with special emphasis on rice. The hypothesis of this doctoral thesis research is that software enabled visual representation and user interaction facilitated by visual interfaces will help discover hidden relationships between arsenic content and food categories. The specific objectives investigated were: (1) Provide insightful visual analytic views of compiled data on arsenic in food categories; (2) Categorize table ready foods by arsenic content; (3) Compare arsenic content in rice product categories and (4) Identify informative sentences on arsenic concentrations in rice. The overall research method is secondary data analyses using visual analytics techniques implemented through Tableau Software. Several datasets were utilized to conduct visual analytical representations of data on arsenic concentrations in foods. These consisted of (i) arsenic concentrations in 459 crop samples; (ii) arsenic concentrations in 328 table ready foods from multi-year total diet studies; (iii) estimates of daily inorganic arsenic intake for 49 food groups from multicountry total diet studies; (iv) arsenic content in rice product categories for 193 samples of rice and rice products; (v) 758 sentences extracted from PubMed abstracts on arsenic in rice. Several key insights were made in this doctoral research. The concentration of inorganic arsenic in instant rice was lower than those of other rice types. The concentration of Dimethylarsinic Acid (DMA) in wild rice, an aquatic grass, was notably lower than rice varieties (e.g. 0.0099 ppm versus 0.182 for a long grain white rice). The categorization of 328 table ready foods into 12 categories enhances the communication on arsenic concentrations. Outlier concentration of arsenic in rice were observed in views constructed for integrating data from four total diet studies. The 193 rice samples were grouped into two groups using a cut-off level of 3 mcg of inorganic arsenic per serving. The visual analytics views constructed allow users to specify cut-off levels desired. A total of 86 sentences from 53 PubMed abstracts were identified as informative for arsenic concentrations. The sentences enabled literature curation for arsenic concentration and additional supporting information such as location of the research. An informative sentence provided global “normal” range of 0.08 to 0.20 mg/kg for arsenic in rice. A visual analytics resource developed was a dashboard that facilitates the interaction with text and a connection to the knowledge base of the PubMed literature database. The research reported provides a foundation for additional investigations on visual analytics of data on arsenic concentrations in foods. Considering the massive and complex data associated with contaminants in foods, the development of visual analytics tools are needed to facilitate diverse human cognitive tasks. Visual analytics tools can provide integrated automated analysis; interaction with data; and data visualization critically needed to enhance decision making. Stakeholders that would benefit include consumers; food and health safety personnel; farmers; and food producers. Arsenic content of baby foods warrants attention because of the early life exposures that could have life time adverse health consequences. The action of microorganisms in the soil is associated with availability of arsenic species for uptake by plants. Genomic data on microbial communities presents wealth of data to identify mitigation strategies for arsenic uptake by plants. Arsenic metabolism pathways encoded in microbial genomes warrants further research. Visual analytics tasks could facilitate the discovery of biological processes for mitigating arsenic uptake from soil. The increasing availability of central resources on data from total diet studies and research investigations presents a need for personnel with diverse levels of skills in data management and analysis. Training workshops and courses on the foundations and applications of visual analytics can contribute to global workforce development in food safety and environmental health. Research investigations could determine learning gains accomplished through hardware and software for visual analytics. Finally, there is need to develop and evaluate informatics tools that have visual analytics capabilities in the domain of contaminants in foods. / Environmental Sciences / P. Phil. (Environmental Science)

En réponse à un stress nutritif, les espèces du genre Bacillus sont susceptibles de former desspores métaboliquement dormantes résistantes à d’autres formes de stress. Ces spores peuventse retrouver à forte concentration dans beaucoup d’aliments secs, ce qui peut provoquer desintoxications alimentaires ou dégrader les aliments lorsqu’ils sont réhydratés. Comme leurdestruction est très difficile, la plupart des méthodes couramment utilisées pour décontaminerles aliments secs sont peu efficaces. L’objectif de ce travail est de comprendre l’influence del’hydratation de la spore sur l’inactivation des spores sèches de B. subtilis. Une étudefondamentale a été menée en soumettant les spores placées dans les capsules d’AnalyseEnthalpique Différentielle à différent traitements thermiques et en associant simultanémentles thermogrammes obtenus à la viabilité des spores traitées. Les résultats montrent lapersistance d’une teneur en eau relativement élevée dans le protoplaste des spores équilibréesà faible aw (0,13). De plus, une relation forte a été mise en évidence entre la teneur en eau duprotoplaste de la spore et sa sensibilité thermique. La spectroscopie IR à transformée deFourier a montré que cette sensibilité est fortement reliée à la dénaturation/agrégation desprotéines et à la libération de l’acide dipicolinique. Ces résultats ont finalement permis dedévelopper un procédé d’inactivation thermique sous pression (entre 2 et 7 bar) des sporessèches. Le maintien d’une pression d’azote dans le réacteur chauffé permet d’empêcherl’évaporation de l’eau du protoplaste des spores et donc de favoriser leur inactivation. A termeet après développement, ce procédé peut être un moyen original de décontaminationd’aliments secs. / In response to starvation, species from the genre Bacillus are able to form metabolicallydormant spores which are very resistant to multiple forms of stress. They are found in quitehigh concentrations in some dried foods which, upon rehydration, may lead to food deterioration or food-borne diseases. Moreover, their destruction is rather difficult and mostof the techniques commonly used to treat dry foods result in a very low spore inactivation.The aim of this work is to better understand the role spore hydration in the inactivation ofdried Bacillus subtilis spores. A fundamental study was conducted using DifferentialScanning Calorimetry pans as reactors to perform a heat treatment in dried spores andsimultaneously relate the thermograms to spore viability. Results show the persistence of arelatively high water concentration in the core of extremely dry spores. Besides, a strongrelation between this core water concentration and spore thermal sensitivity wasdemonstrated. This destruction was found to be highly related to proteindenaturation/aggregation and dipicolinic acid release through Fourier Transform InfraredSpectroscopy analysis. From this fundamental study, a procedure for the inactivation of driedspores using low pressures (2-7 bar) and high temperature was developed. The systemconsisted of a heated reactor in which gaseous nitrogen was compressed to prevent theevaporation of water from the spores and so favor spore inactivation (> 5 log10). This methodof inactivation could be an interesting new way to optimize the decontamination of driedfoods.

L’étude de la réponse membranaire suite au stress éthanolique chez Saccharomyces cerevisiae vise à comprendre les mécanismes impliqués dans la survie des eucaryotes aux concentrations en éthanol élevées. La membrane cellulaire, par sa position entre l’environnement intra et extracellulaire, est la première cible des perturbations éthanoliques. Les expérimentations effectuées dans cette étude visent à caractériser le maintien de l’intégrité fonctionnelle en relation avec la composition en stérols membranaires chez la levure S. cerevisiae soumise à différents types de perturbations éthanoliques (augmentation de la concentrations en éthanol dans le milieu de croissance, chocs éthanoliques d’amplitude croissante et suivi au cours du temps ; choc à 20% pendant 15 minutes puis suivi au cours du temps après retour dans un milieu sans éthanol (« pulse » 20% d’éthanol)). Les résultats obtenus démontrent l’importance de l’ergostérol dans le maintien de l’intégrité membranaire et supportent également l’hypothèse du rôle « vecteur » de l’éthanol vis à vis d’une oxydation, dont l’efficacité serait dépendante de la nature des stérols présents au niveau membranaire. Les premiers résultats analysant la cinétique de transcription de gènes impliqués dans la réponse au stress oxydatif suggèrent une formation plus importante de formes réactives de l’oxygène (ROS), induite par le choc éthanol chez un mutant Δerg6, affecté dans la voie de biosynthèse de l’ergostérol. / The study of membrane response induced by ethanol stress in Saccharomyces cerevisiae aims to understand mechanisms involved in the survival of eukaryotic cells submitted to high ethanol concentrations. The cell membrane by its position between the intra- and extracellular environment is the first target of ethanolic perturbations. Experiments performed in this study aimed to characterize the maintain of the functional integrity of the membrane in relation to the sterol composition in the yeast S. cerevisiae submitted to different types of ethanolic disturbances: increasing concentrations of ethanol in the growth medium; ethanolic shocks of increasing magnitude; shock 20% ethanol for 15 minutes and then return in a medium without ethanol ("pulse" 20% ethanol)). Our results demonstrate the importance of ergosterol in maintaining membrane integrity and also support the hypothesis of the vector role of ethanol in cell oxidation, whose effectiveness is dependent on the nature of sterols at the membrane level. In addition, our results analyzing the kinetics of transcription of genes involved in oxidative stress response suggest an increased formation of reactive oxygen species (ROS) induced by ethanol in the Δerg6 mutant, affected in the biosynthetic pathway of ergosterol.

Dans un contexte de diversification des sources protéiques alimentaires, les protéines de pois représentent un ingrédient de choix et pourraient être associées à des protéines laitières comme celles du lactosérum dans la fabrication de nouveaux aliments. Dans ce travail, le comportement d’agrégation thermique (1h à 85°C), préalable à une gélification acide, des globulines de pois (Glob) seules et en mélange avec la β-lactoglobuline (βlg), a été étudié en fonction de la concentration totale en protéine, du ratio massique βlg/Glob et de la force ionique. La caractérisation des agrégats solubles a été réalisée par une combinaison de techniques analytiques telles que la détermination de l’hydrophobicité de surface, la quantification des ponts disulfures, la diffusion dynamique de la lumière (DLS), la chromatographie d’exclusion de taille (SEC-HPLC) et l’électrophorèse SDS-PAGE. La formation d’agrégats mixtes semble être gouvernée par des interactions intermoléculaires non covalentes, mais aussi des liaisons covalentes entre la βlg et les sous-unités de légumine notamment à faible force ionique (5 mM NaCl). Ces dernières semblent contrôler les caractéristiques méso-structurales des agrégats mixtes formés (haut poids moléculaire et diamètre réduit < 110 nm) comparativement aux agrégats formés de globulines seules (diamètre > 150 nm). Le deuxième volet de l’étude concernait la formation de gels acides obtenus par acidification au glucono-δ-lactone, soit à partir des agrégats mixtes solubles caractérisés précédemment, soit à partir de mélanges d’agrégats thermiques de chaque protéine obtenus séparément. Les différents paramètres liés à la cinétique d’acidification et à la gélification (temps et pH de transition sol/gel, propriétés mécaniques par rhéologie dynamique et analyse de la microstructure par Microscopie Confocale à Balayage Laser, capacité de rétention d’eau) ont été évalués. Les résultats démontrent que les agrégats mixtes issus des mélanges thermisés des deux protéines permettent d’obtenir des gels plus élastiques avec une structure fibrillaire plus ordonnée et moins poreuse, avec des caractéristiques proches de celles des gels formés d’agrégats purs de Blg. / In the context of protein source diversification, pea protein is a promising ingredient and may be associated with milk proteins such as whey proteins in the production of new food products. In the present work, the thermal aggregation (85°C - 1 h) of pea globulins (Glob) alone and in admixture with β-lactoglobulin (βlg), prior to acid gelation, was studied as a function of total protein concentration, βlg/Glob weight ratio and ionic strength. The characterization of soluble aggregates was carried out by combining different analytical methods such as surface hydrophobicity determination, disulfide bridge quantification, dynamic light scattering (DLS), size exclusion chromatography (SEC-HPLC) and SDS-PAGE electrophoresis. The formation of mixed aggregates seems to be governed by non-covalent intermolecular interactions, but also by covalent bonds between βlg and legumin subunits at low ionic strength (5 mM NaCl). The latter seem to control the structural features of mixed aggregates (high molecular weight and reduced diameter <100 nm) compared to pure globulin aggregates (diameter > 150 nm). The second part of this work investigated the formation of acid gels by glucono-δ-lactone, obtained either from soluble mixed aggregates such as characterized previously, either from mixtures of thermal aggregates of the two proteins prepared separately. The parameters associated to acidification kinetics and gelation (time and pH at sol/gel transition, mechanical properties by dynamic rheology and microstructure analysis by Confocal Scanning Laser Microscopy, water holding capacity) were evaluated. The results showed that mixed aggregates from heat-treated initial mixtures of the two proteins provides more elastic acid gels with a more regular and less porous fibrillar structure having close characteristics to those of pure βlg gels.

Afin d’identifier les composés responsables de l’arôme du gin, une procédure GC-O-MS se basant sur la fréquence de détection a été développée. Elle a permis de déterminer l’intensité odorante des composés volatils. Leur qualité d’odeur a pu être définie par le développement d’une roue des odeurs utilisée pour catégoriser les descripteurs obtenus. Cette approche nous a dans un premier temps permis d’identifier les composés potentiellement importants pour l’arôme du gin. L’origine de ces composés a ensuite été déterminée par l’étude de la fraction volatile de différents « botanicals » appartenant à la recette du gin. Cette stratégie nous a permis de constater que les baies de genièvre et les graines de coriandre étaient les principaux contributeurs en composés volatils d’impact. A l’opposé, les racines d’iris, la réglisse et les amandes ont semblé n’en apporter aucun. Nous avons donc distingué les « botanicals majeurs » et les « botanicals mineurs » selon leurs apports en composés volatils d’impact. Cette hypothèse a été globalement validée par différents tests sensoriels sur des mélanges de distillats. Enfin, une stratégie de recombinaison a été proposée dans le but de valider une sélection des composés d’impact. Une approche multicritères (intensité odorante, qualité d’odeur, propriétés physico-chimiques…) a abouti à la création de plusieurs recombinaisons. Celles-ci ont ensuite été analysées sensoriellement grâce à un test de tri-libre qui a permis de déterminer leur proximité avec le gin cible ainsi que les distances entre elles. Ainsi, une quinzaine de composés ont pu être identifiés comme influençant de manière importante la qualité aromatique du gin / In order to identify the compounds responsible for gin aroma, a GCO-MS procedure based on detection frequency analysis has been developed. It allowed the determination of volatile compound odorant intensity. Their odor quality has been defined thanks to a developed aroma wheel, used to categorize the obtained descriptors. This approach permitted the identification of gin aroma potential impact compounds. The origin of these compounds has then been determined by studying the different botanicals involved in the gin recipe. The obtained results showed that juniper berries and coriander seeds were the main contributors in terms of volatile impact compounds. At the opposite, orris roots, liquorice and almond did not seem to provide any of them. We thus differentiated the “major botanicals” from the “minor botanicals” according to their supply in volatile impact compounds. This hypothesis has been globally validated by different sensory tests on botanical distillate mixtures. Finally, a recombination procedure has been proposed in order to validate a selection of impact compounds. A multicriteria approach (odor intensity, odor quality, physic-chemical properties…) led to the creation of several recombinates. They have been sensorially analyzed by a free sorting task, which allowed determining their proximity with the target gin and the distance between them. Thus, around fifteen compounds have been identified as key compounds for gin aroma