La matrice du fromage Cheddar est souvent, selon les souches, un milieu propice à la survie des probiotiques au cours de la fabrication et de l’entreposage à long terme. Elle les protégerait également lors du passage dans le tractus gastro-intestinal, leur permettant d’atteindre l’intestin sous une forme viable. Par contre, la compétition avec les lactocoques pour les nutriments, le pH acide, le sel et la présence d’oxygène pendant la fabrication sont tous des facteurs qui peuvent affecter la viabilité des probiotiques. Dans le but de vérifier les paramètres influençant la viabilité des probiotiques dans le fromage Cheddar pendant la fabrication et la maturation, six souches probiotiques commerciales ont été sélectionnées. Il s’agit des souches Lactobacillus rhamnosus GR-1, Lb. rhamnosus GG, Lb. rhamnosus R0011, Lactobacillus helveticus R0052, Lactobacillus acidophilus LA-5 et Bifidobacterium animalis ssp. lactis Bb-12. Dans un premier temps, afin de déterminer la nature des interactions possibles avec les lactocoques de fabrication, une étude de biocompatibilité a été effectuée avec quatre souches de lactocoques commerciaux ainsi qu’un mélange de lactocoques commerciaux. Il s’est avéré que la biocompatibilité des probiotiques était variable en fonction du lactocoque. Le lactocoque W62 était le plus biocompatible pour les souches probiotiques. Dans l’extrait acellulaire de la souche W62, la combinaison des souches Bb-12 et GR-1 était plus performante. La viabilité des six souches probiotiques seules et des souches Bb-12 et GR-1 fut ensuite évaluée dans des caillés modèles composés du lactocoque (W62), de deux pH (5.0 et 5.4) et de deux S/H (2.5 % et 4.5 %). Chacune des souches probiotiques étaient affectées différemment en fonction du pH, du S/H et de la présence de la souche W62. Dans les caillés modèles, la viabilité des souches de Lb. rhamnosus (GR-1, GG et R0011) était meilleure que celle des souches Lb. acidophilus LA-5, B. lactis Bb-12 et Lb. helveticus R0052. Lors de leur co-culture, la population des souches Bb-12 et GR-1 était plus élevée que lorsqu’elles étaient seules. Des fromages furent ensuite fabriqués avec ces deux souches seules ou en combinaison. Pendant la fabrication fromagère, la viabilité de la souche Bb-12 diminua de 1 log UFC/g pendant la cuisson. Des essais en mini-fromagerie confirmèrent qu’une agitation élevée pendant la cuisson diminuait la survie de la souche Bb-12. Par contre, il fut impossible de confirmer si l’oxygène était aussi en cause. Pendant l’affinage des fromages, les deux souches probiotiques ont maintenu leur population dans les fromages pendant les douze semaines d’affinage. La protéolyse ainsi que la quantité d’acides organiques étaient plus élevées dans les fromages contenant la souche GR-1. Le fromage contenant la souche Bb-12 entreposée à 4°C avait des propriétés sensorielles différentes des fromages contenant la souche GR-1. / When added to Cheddar cheese, viability of probiotic strains vary according to combination of several factors. These factors are the probiotic strain being studied, the lactic acid bacteria strain used in the manufacture of cheese, the presence of other probiotic strains, stirring while cooking, pH, salt on moisture (S/M) content and ripening temperature. The lactic acid bacteria strain used for Cheddar cheese process influence the viability of probiotic strains. In the same way, co-culture of two probiotic strains can also affect their viability. While cooking procedure, high level of agitation may affect probiotic strain viability. During ripening, each probiotic strain had a single survival profile according to the pH, S/M and ripening temperature. Moreover, depending on the probiotic strain added in cheese, proteolysis and the amount of organic acids had increase. This increase causes changes in texture and in sensory properties of Cheddar cheese.

Les ferments utilisés dans la fabrication du fromage Cheddar, généralement composés de combinaisons de souches de Lactococcus lactis ssp. cremoris, ont un impact important sur la qualité du produit final. Une dynamique d’association est susceptible de s’installer entre les souches présentes. L’objectif de cette étude visait à distinguer les différents groupes de souches de L. lactis ssp. cremoris sélectionnées et à quantifier les proportions de chaque groupe de souches utilisées comme ferment afin d’étudier leur comportement lors d’une fabrication de fromage Cheddar. Lors de l’analyse MLST, le gène nusA s’est démarqué des autres car il a permis de séparer les 23 souches en six groupes intéressants. Une méthode PMA-qPCR spécifique a donc été développée avec ce gène pour cible. Cette technique a été utilisée pour l’évaluation des proportions des souches en combinaisons pendant une simulation de production fromagère. Cette méthode pourrait avantageusement être transférée à l’industrie puisqu’elle est accessible, rapide et reproductible. / Starters used in Cheddar cheesemaking have a major impact on the quality of the final product. These starters are usually composed of Lactococcus lactis subsp. cremoris strain combinations and interactions between strains can be present. The main goal of this study was to discern groups of L. lactis subsp. cremoris and to quantify proportions of each strain group with the objective of studying their behavior during Cheddar cheesemaking. The MLST study showed that the nusA gene classifies strains into six interesting groups. Therefore, a specific PMA-qPCR method was developped with this target gene. The technique was used to quantify strain proportions during cheesemaking simulation. This method could be transferred to the industry because it is easy to use, fast and reproductible.

La présente étude visait à évaluer le potentiel de cultures lactiques bioprotectrices de même que leurs métabolites à activité antimicrobienne (bactériocines) pour le contrôle de Clostridium tyrobutyricum dans du fromage de type Cheddar et la prévention des défauts de texture et de saveur qui lui sont associés.Trois cent quarante et une souches de bactéries lactiques ont été criblées in vitro pour leur capacité à produire des molécules antimicrobiennes actives contre C. tyrobutyricum ATCC 25755. Trois isolats identifiés comme étant des Lactococcus lactis ssp. lactis ont montré une activité inhibitrice significative contre C. tyrobutyricum. L’opéron codant pour la production de nisine A a été identifié chez ces trois isolats alors que la production de nisine a été confirmée par des tests de diffusion sur gélose contre C.tyrobutyricum. Des essais d’interaction et de biocompatibilité entre ces souches productrices de nisine A et des ferments industriels pour fromage Cheddar ont permis de définir un ferment protecteur mixte comprenant un Lactococcus lactis ssp lactis CUC-H, lactococcus lactis ssp cremoris CUC222 et Lactococcus lactis ssp lactis 32 producteur de nisine A. D’autre part, de la nisine A a été produite et purifiée à partir du surnageant de culture de la souche Lactococcus lactis ssp lactis 32 puis encapsulée dans des billes constituées d'alginate et d'amidon non gélatinisé. Le ferment mixte protecteur de même que la nisine purifiée encapsulée ont été testés pour leur efficacité à inhiber C. tyrobutyricum dans un caillé modèle de fromage Cheddar en utilisant deux concentrations de sel (1.3 et 2%), pendant deux semaines à 30°C et pendant un mois à 4°C. Les résultats obtenus avec les échantillons de caillé modèle ont été validés lors d’une production à l’échelle pilote de fromage Cheddar. Les résultats ont montré que C. tyrobutyricum n'a pas été détectée dans les échantillons entreposés à 4°C contenant de la nisine encapsulée à partir de la 3e semaine en présence de 1.3% de sel et de la deuxième semaine en présence de 2% de sel. Lorsque le ferment protecteur est utilisé, une diminution d'environ 0.6 log₁₀ de C. tyrobutyricum a été observée à partir de la deuxième semaine dans le caillé modèle entreposé à 4°C. D’autre part, l'analyse de chromatographie en phase liquide à haute performance (CLHP) des caillés a montré que Lactococcuslactis ssp lactis 32 était capable de produire in situ de la nisine à partir de la deuxième semaine.Les résultats de l’analyse métagénomique montrent que l'abondance relative du genre Clostridium a diminuée dans les caillés fromagers en présence aussi bien de la souche protectrice que de la nisine encapsulée, comparativement aux fromages témoins. Ces résultats confirment que l’ajout de Lactococcus lactis ssp. lactis 32 en tant que souche protectrice productrice de nisine permet de contrôler le développement de C. tyrobutyricum dans les caillés modèles de fromage cheddar. Les résultats obtenus dans le fromage Cheddar produit à l’échelle pilote ont montré une réduction de 1log₁₀ de C. tyrobutyricum dans les groupes traités aussi bien avec la nisine encapsulée qu’avec la souche protectrice. De plus, l’analyse de l’activité protéolytique des fromages a montré une augmentation significative de la fraction d’azote soluble dans l'eau en présence de la souche protectrice ou de la nisine encapsulée. En revanche, les teneurs en azote des fractions TCA et PTA étaient plus élevées dans le groupe contenant de la nisine encapsulée. En conclusion, les deux stratégies utilisées dans le cadre de cette étude basées sur l’utilisation de lanisine purifiée encapsulée ou de la souche L. lactis ssp lactis 32 productrice de nisine semblent être efficaces à différents niveaux pour le contrôle de C. tyrobutyricum dans du fromage Cheddar. La présence de nisine dans la matrice fromagère semble également avoir des effets significatifs sur l’activité protéolytique globale de la matrice fromagère. Ce résultat suggère des effets potentiels sur la vitesse de maturation des fromages ainsi que sur leurs caractéristiques organoleptiques et sensorielles. / The present study aimed to assess the potential of bioprotective lactic acid cultures as well as their metabolites with antimicrobial activity (bacteriocins) for the control of Clostridium tyrobutyricum in Cheddar-type cheese and the prevention of texture and flavour side effects.Three hundred forty-one strains of Lactococci have been screened in vitro for their ability to produce antimicrobial molecules active against C. tyrobutyricum ATCC 25755. Three isolates identified as Lactococcus lactis ssp. lactis showed significant inhibitory activity against C. tyrobutyricum. The gene coding for the production of nisin-A has been identified in these three isolates while the production of nisin has been confirmed by agar diffusion test against C. tyrobutyricum ATCC 25755. Interaction and biocompatibility assays between these nisin-A producing strains and industrial starter for Cheddar cheese allowed to define a mixed protective starter comprising a Lactococcus lactis ssp lactis CUC-H,a Lactococcus lactis ssp cremoris CUC 222 and Lactococcus lactis ssp lactis 32 as a nisin-A producer. Nisin-A was also purified, then encapsulated in vesicles made of alginate and non-gelatinized starch.The effectiveness of the protective mixed starter as well as the encapsulated nisin were tested for their effectiveness in inhibiting C. tyrobutyricum in a Cheddar cheese slurry using two different salt concentrations (1.3 and 2%), for two weeks at 30 °C or for one month at 4 °C. The results obtained with the cheese slurry samples were validated during a pilot scale production of Cheddar cheese.The results showed that C. tyrobutyricum was not detected in the samples containing encapsulated nisin from third week in the presence of 1.3% salt and from second week in the presence of 2% salt at 4 °C. When the protective starter is used, a progressive decrease in the number of C. tyrobutyricum, of approximately 0.6 log₁₀, was observed from the second week in cheese slurry stored at 4 °C. High performance liquid chromatography (HPLC) analysis indicated that the protective culture was capable of producing nisin in situ since the second week.The results of the metagenomic analysis showed that the relative abundance of the genus Clostridium decreased in cheese samples in the presence of both the protective strain and the encapsulated nisin, compared to the control. These results confirm that the addition of Lactococcus lactis ssp. lactis 32 asa nisin-A producing strain helps in controlling C. tyrobutyricum in cheddar cheese slurries. In Cheddar cheese produced at a pilot scale, a reduction of 1.0 log₁₀ in the number of C. tyrobutyricum was obtained in cheeses treated with both the encapsulated nisin and with the protective strain. In addition, analysis of the proteolytic activity of cheeses showed a significant increase in the water-soluble nitrogen (WSN) fraction in the presence of the protective strain or of the encapsulated nisin. On the other hand, the TCA- soluble nitrogen and PTA- soluble nitrogen fractions were higher in the encapsulated nisin group. In conclusion, the two strategies used in this study based on the use of encapsulated nisin or ofNisin-producing Lactococcus lactis appear to be effective at various extend for the control of C.tyrobutyricum in Cheddar cheese. The presence of nisin in the cheese matrix also seems to have significant effects on the overall proteolytic activity of the cheese matrix. This result suggests potential effects on the ripening speed of cheeses as well as on their intrinsic organoleptic and sensory characteristics.

Au Canada, l'industrie de la transformation laitière est aux prises avec des pertes économiques importantes causées par la variabilité des fromages produits. Le fromage Cheddar est un écosystème complexe formé des bactéries du ferment (Lactococcus sp.) et de la flore secondaire (principalement des lactobacilles) qui sont essentielles au développement de la flaveur et de la texture typique de ce type de fromage, mais le rôle de chaque espèce reste peu connu. L'objectif de cette étude était de déterminer la contribution des espèces bactériennes les plus actives à la fabrication et à la maturation du fromage Cheddar afin de mieux comprendre leur évolution tout au long de l'affinage. Des méthodes moléculaires ont été utilisées pour évaluer l'abondance, la diversité, la viabilité et l'activité des bactéries. Des fromages Cheddar expérimentaux et commerciaux ont été analysés par banques de clones (basées sur l'ADNr et l'ARNr 16S) et par PCR quantitative (qPCR pour l'ADN et RT-qPCR pour l'ARN) pour évaluer l'impact de la thermisation du lait (fromages faits avec du lait thermisé ou du lait pasteurisé) et de la température de maturation (4, 7 ou 12 °C) sur l'évolution de l'abondance (ADNr 16S) et de la viabilité (ARNr 16S) des populations bactériennes pendant l'affinage, tout en permettant le suivi de gènes liés au développement de la flaveur (Idh, bcaT, araT). Une approche de RT-qPCR à haut débit a aussi été utilisée pour analyser les profils transcriptomiques de Lactococcus lactis subsp. cremoris SK11 et Lactobacillus casei ATCC 334 en culture mixte dans des modèles de fabrication (test d'activité de Pearce) et de maturation fromagère (caillés modèles). La diversité des souches du groupe L. casei I L. paracasei isolées de tous les fromages a aussi été étudiée par séquençage multilocus (MLST). Les résultats démontrent que les lactocoques restent l'espèce dominante tout au long de la maturation et que les lactobacilles les plus abondants ne sont pas nécessairement les plus actifs. L'abondance des lactobacilles diminue pendant la maturation dans les fromages pasteurisés, mais la viabilité de L. casei I L. paracasei et L. buchneri I L. parabuchneri augmente dans les fromages thermisés, surtout après une maturation à 12 °C, L. casei I L. paracasei étant l'espèce la plus active. De plus, les souches de cette espèce qui ont été isolées de tous les échantillons de fromage sont proches phylogénétiquement même si elles proviennent de sources différentes. L'expression des gènes ldh, bcaT et araT suggère que Idh pourrait être utilisé comme marqueur moléculaire pour évaluer la contribution des lactocoques et des lactobacilles pendant la maturation. Dans les modèles fromagers, les gènes liés au métabolisme des carbohydrates étaient plus exprimés chez L. lactis subsp. cremoris SK11 en culture mixte. Cette condition avait aussi un impact sur la réponse transcriptomique des gènes liés au métabolisme des acides aminés, à la dégradation des peptides et à la réponse au stress chez L. casei ATCC 334. Certains gènes (metC pour les deux espèces, galK, adh et Idh pour SK11 et luxS, pepQ, pepM et pepX pour 334) pourraient être utilisés comme marqueurs moléculaires pour suivre des fonctions métaboliques utiles pendant la fabrication et la maturation fromagère dans un environnement à plusieurs espèces bactériennes comme le fromage Cheddar. Cette étude a permis de quantifier l'évolution de l'abondance et de la viabilité des bactéries du fromage Cheddar en cours de maturation tout en identifiant des marqueurs moléculaires pouvant servir à améliorer la reproductibilité des caractéristiques d'un bon fromage. Les prochains travaux devront se pencher sur l'application de cette approche quantitative à d'autres échantillons de fromage Cheddar ou d'autres types de fromages et devront intégrer l'étude du transcriptome d'autres espèces de lactobacilles afin de mieux comprendre leur contribution au développement de la flaveur. À terme, les résultats présentés dans cette thèse pourront être utilisés afin de mieux contrôler l'affinage en industrie.

Le Cheddar est le fromage le plus consommé au Canada. Sa fabrication résulte de l'action coordonnée de facteurs technologiques et microbiologiques. Ces derniers sont souvent les plus difficiles à contrôler. Ils comprennent l'action du ferment et le développement de bactéries lactiques de la flore secondaire (NSLAB). Les NSLAB ne sont pas ajoutées volontairement au fromage et leurs rôles durant l'affinage ne sont pas bien définis. Ce projet exemplifie l'utilisation de la métagénomique, nouvelle science permettant d'analyser simultanément les génomes de tous les microorganismes d'une niche écologique donnée, pour obtenir de l'information sur la communauté microbienne du fromage et le rôle de chaque microorganisme dans le Cheddar. L'optimisation de la méthode ±substrate-induced gene expression screening¿ (SIGEX), afin d'identifier des opérons cataboliques induits par le citrate et la methionine, est décrite. Cette étude illustre la grande diversité de la flore microbienne du Cheddar et établit plusieurs protocoles nécessaires à l'avancement de la métagénomique dans le fromage.

Pour satisfaire l'intérêt grandissant des Québécois pour la consommation de fromage Cheddar, les transformateurs laitiers font face au défi du maintien de la grande qualité de leurs produits. Plusieurs bactéries, levures et champignons du microbiote natif des fromages du terroir québécois ont précédemment été isolés et identifiés. Ces microorganismes sont responsables des propriétés sensorielles typiques des fromages québécois par leurs diverses activités enzymatiques pendant l'affinage, notamment la protéolyse qui module la texture des fromages pendant l'affinage. En premier lieu, un criblage de souches de bactéries lactiques a été réalisé à l'aide d'une méthode basée sur la caractérisation de la texture, mais a été remplacée par la détermination de l'activité protéolytique. Au total, dix souches bactériennes et sept de levures ont été criblées. L'activité lipolytique a aussi été ajoutée comme paramètre de criblage pour son potentiel impact sur la texture. Pour ce faire, des milieux caséinate de calcium et tributyrine ont été inoculés individuellement avec les souches pour le criblage de la protéolyse et la lipolyse, respectivement, et incubés à 15 °C et 25 °C, pendant 21 jours. Deux souches, Latilactobacillus curvatus (LMA-11) et Lacticaseibacillus paracasei ssp. tolerans (LMA-1802), se sont démarquées par leur forte capacité protéolytique à 15 °C. Ensuite, les souches ont été ajoutées individuellement à la production à l'échelle pilote de fromages de type Cheddar affinés de manière accélérée pendant 64 jours à 13 °C afin de vérifier leur impact sur la protéolyse et la texture. Les suivis de la population bactérienne, de la composition, du pH et du profil de texture (TPA) ont aussi été réalisés après 5, 22, 43 et 64 jours d'affinage. Aucune des deux souches n'a apporté de changements significatifs au niveau de la composition, de la protéolyse, ni de la texture pendant l'affinage. Cependant, Lacticaseibacillus paracasei ssp. tolerans (LMA-1802) a mieux persisté pendant l'affinage et a réduit le compte bactérien du ferment significativement. Ces nouvelles données suggèrent que les souches Latilactobacillus curvatus (LMA-11) et Lacticaseibacillus paracasei ssp. tolerans (LMA-1802) n'induisent pas de défaut de composition ni de texture, mais un affinage prolongé aurait peut-être permis de cerner un impact sur l'un ou l'autre de ces paramètres. Il est possible d'émettre l'hypothèse que Lacticaseibacillus paracasei ssp. tolerans (LMA-1802) aurait permis de réduire la viabilité du ferment, et possiblement son autolyse, ce qui peut ainsi libérer des peptidases intracellulaires qui peuvent moduler les saveurs du fromage Cheddar. / To satisfy the growing interest of Quebecers for Cheddar cheese consumption, dairy processors are facing the challenge of maintaining the high quality of the cheeses. Several bacteria, yeasts, and molds of the native microbiota of Quebec cheeses have been previously isolated and identified. These microorganisms are responsible for the typical sensory properties of Quebec cheeses through their various enzymatic activities during ripening, among which proteolysis, which modulates the texture of cheeses during ripening. First, a screening of lactic acid bacteria was performed using a texture-based method but was replaced by the detection of the proteolytic activity of the strains. A total of ten bacterial strains and seven yeasts were screened. The lipolytic activity was also added as a screening parameter. For this purpose, calcium caseinate and tributyrin media were inoculated with the strains individually for proteolysis and lipolysis screening, respectively, and incubated at 15°C and 25°C, for 21 days. Two strains, Latilactobacillus curvatus (LMA-11) and Lacticaseibacillus paracasei subsp. tolerans (LMA-1802), stood out for their high proteolytic activity at 15 °C. Then, the strains were added individually to pilot-scale production of Cheddar-type cheeses aged using an accelerated ripening protocol for 64 days at 13°C to determine their impact on proteolysis and texture. Monitoring of bacterial population, composition, pH, and texture profile (TPA) were also performed after 5, 22, 43 and 64 days of ripening. Neither strain showed changes in composition, proteolysis, or texture during maturation. However, Lacticaseibacillus paracasei subsp. tolerans (LMA-1802) persisted better during ripening and reduced the bacterial count of the starter culture significantly. These new data suggest that, at least, Latilactobacillus curvatus (LMA-11) and Lacticaseibacillus paracasei ssp. tolerans (LMA-1802) strains do not induce compositional or textural defects, but extended ripening might have identified an impact on either of these parameters. It is possible to hypothesize that Lacticaseibacillus paracasei subsp. tolerans (LMA-1802) reduced the viability of the starter culture and could have possibly induced its autolysis, which can then release intracellular peptidases that may modulate the flavors of Cheddar cheese.

Au cours des dernières décennies, les produits laitiers riches en matières grasses ont été associés à une prise de poids et à des syndromes métaboliques générant une évaluation négative de la part des consommateurs. Cependant, des études scientifiques révèlent la présence de protéines laitières et leurs hydrolysats en peptides comme ingrédients alimentaires fonctionnels, favorables à la santé. Compte tenu des propriétés ambivalentes des produits laitiers riches en protéines hydrolysées et en gras dans l’alimentation humaine, des études scientifiques ont démontré que la composition du microbiote intestinal peut être est modulée par la présence et la disponibilité de nutriments et autres aliments fonctionnels et avoir un impact sur l’état physiologique de l’hôte. Ce projet de recherche visait à évaluer les effets de régimes alimentaires enrichi en produits laitiers riches en gras et en protéines lactiques sur la structure du microbiote intestinal associée à des paramètres cliniques de la lipidémie. Dans le cadre ces travaux des porcs ont été utilisés comme modèle animal pour caractériser l’impact des traitements alimentaires sur le microbiote de l’iléon, du côlon et des fèces en utilisant une approche métataxonomique avec un séquençage à haut débit Illumina MiSeq. Dans la première partie de ce projet, des porcs ont été nourris avec un régime alimentaire riche en gras animal (20%) et en fructose (HFF) ou un régime côntrole (LF) de base faible en gras (3%) pour établir un modèle porcin permettant l’étude du microbiote intestinal associé au développement de syndrome métabolique en lien avec l’obésité. Des échantillons de digesta provenant de l’iléon, du côlon et de matières fécales ont été prélevés à 12 semaines de traitement. Les ADN ont été extraits en utilisant une technique d’isolement et de purification d’ADN de haute qualité préalablement standardisée et rigoureusement établie et ensuite séquencés et une analyse bioinformatique des séquences a été générée à partir du logiciel QIIME v.1.9.1. Les profils des compositions des microbiotes intestinaux des groupes HFF et LF ont été caractérisés et groupés en unités taxonomiques opérationnelles (OTU) pour estimer les dissimilitudes de diversité alpha et bêta de manière statistique par la méthode discriminante LEfSe (score LDA significatif> 2,0). Selon les résultats statistiques de diversité du microbiote intestinal, le groupe HFF a montré une composition de dysbioses. Les genres Fusobacteria, Desulfovibrio et l’Anaerovibrio ont augmenté de façon significative (p <0,05) dans le groupe de porcs nourris au HFF. Fusobacteria est un puissant pathogène porteur de lipopolysaccharides (LPS), tandis que Desulfovibrio est un réducteur de sulfates et l’Anaerovibrio un genre de bactéries d’activité lipolytique. Ces profils métataxonomiques du microbiote ont aussi été liés III à l’augmentation des paramètres de lipidémie dans le sang périphérique. Ensuite, la composition bactérienne a aussi été déterminée par un qPCR spécifique afin de cibler des bactéries associées aux syndromes métaboliques. Ces résultats constituent une base de référence importante pour caractériser un régime obésogène associé à la dysbiose microbienne intestinale chez le porc. Dans la deuxième partie de ce projet, afin de valider les effets du régime riche en gras du lard sans fructose (HF), un deuxième essai a été réalisé. Dans cet essai, les résultats obtenus ont montré des profils de diversités alpha, bêta, qPCR et des distances significatives entre le traitement HF et le traitement témoin faible en gras. Cependant, les réponses de la lipidémie et le taux de LPS n’ont pas montré différence significative entre les traitements. Ces résultats montrent aussi que le régime alimentaire riche en gras animal peut modifier significativement les structures écologiques du microbiote sans entraîner nécessairement de changement physiologique chez l’hôte. Finalement, la troisième partie du projet visait à caractériser la composition du microbiote intestinal de porcs en croissance alimentés avec un régime de base sans protéines laitières et contenant 18 % de gras animal, un deuxième régime avec 8% de gras laitier (beurre) et à troisième régime enrichi en fromage cheddar. Ce dernier régime riche en peptides laitiers est hautement hydrolysé. L’analyse discriminante du LDA-LEfse et les mesures de la diversité alpha et bêta ont démontré un effet neutre sur le microbiote intestinal soumis au régime du cheddar. Cependant, des différences significatives sur les mesures de diversité ont été observées avec le traitement au beurre. L’augmentation de l’abondance relative des Enterobactériceae, Mogibacteriacea, Bifidobacterium pseudolongum, Paraprevotella, Phasolarctobacterium, Turicibacter, Clostridiaceae Akkermansia sp., Bacteroides sp., Lactobacillus reuteri et Ruminococcus a été constatée de façon significative dans le microbiote associé au traitement enrichi en beurre. De plus, l’augmentation significative d’Akkermansia et de Ruminococcus gnavus, suggère une modification du microbiote associé au traitement enrichi en beurre. Ces deux clades sont étroitement liés à la dégradation de la mucine, un indicateur de la santé de l’intégrité intestinale. Dans ce chapitre, le niveau taxonomique au moyen des oligotypes du genre d’Akkermansia chez le modèle porcin a été identifié pour décrire l’oligodiversité correspondante à ce taxon d’importance. Les résultats des oligotypes ont révélé neuf séquences d’oligotypes d’Akkermansia, dans les échantillons du côlon et des selles du groupe de porcs nourris avec le régime contenant du beurre. C’est la première fois qu’une telle profondeur d’analyse métataxonomique hautement discriminante a été réalisée chez IV un modèle porcin. Selon les résultats obtenus, le modèle porcin permet de caractériser le microbiote intestinal dans chaque section intestinale de façon discriminante, et cela, en raison de régimes alimentaires. Finalement, les régimes contenant du beurre comme source de gras laitier ou du fromage cheddar ont des effets convergents sur la relation hôte-microbiote et qui peuvent être observés distinctement à travers des structures microbiennes dans les sections intestinales. / In recent decades, dairy products have been associated with weight gain due to their high fat milk content, generating a negative consumer assessment. However, scientific studies revealed beneficial effects of dairy products such as cheese due to the presence of functional peptides produced from hydrolysis, as favorable ingredients for health. Nevertheless, several cheeses as cheddar contain a high concentration of dairy fat. Given the interest to know how the dairy products could affect the clinical physiology of host, studies about the gut microbiota structures has been proposed. However, controversial results from these studies have been obtained. This thesis aimed to evaluate the effects of butter and proteins hydrolysate from cheese on the structure of the gut microbiota associated with clinical parameters of lipidemia. The goal of this project was to characterize microbiota variations in the intestinal sections of the ileum, colon and fecal sample using a metataxonomic approach with Illumina MiSeq high-throughput sequencing. In the first part of this project, a porcine model was established to provide a model for the study of gut microbiota associated with obesity from fecal samples including ileum and colon. In the first part of this study, the approach of isolation and purification of high-quality DNA has been standardized and established. Subsequently, a bioinformatics pipeline was generated using QIIME v.1.9.1 open source software. Later, a trial was defined in pigs fed with lard-fructose (HFF). At 12 weeks of treatment, a dysbiosis process was associated with diet-induced changes estimated by a LEfse discriminant method (significant LDA score> 2.0), as well as alpha and beta diversity. The genus Fusobacteria, a potent pathogen carrying LPS, associated with sulfate-reducing bacteria such as Desulfovibrio and Anaerovibrio a genus of bacteria with lipolytic activity, showed a significant increase (p-value <0,05) of this model fed to HFF in pigs. These metataxonomic profiles of the pig gut microbiota have also been linked to an increase in lipidemia parameters in the peripheral blood. This microbiota composition was also profiled to metabolic syndromes by qPCR. These results constitute an important reference base for the characterization of an obesogenic diet associated with gut microbial dysbiosis. In order to validate the effects of the high-fat free-fructose (HF) diet, a second test was performed. In this trial, the results obtained showed an asymptomatic dysbiosis. Indeed, alpha and beta diversity profiles, in addition to qPCR profiling, showed significant distances between HF treatment and low-fat treatment control. However, the measure of lipidemia (cholesterol and triglycerides) and the level of LPS were irrelevant between treatments. These results showed that the high-fat diet can significantly alter the VI ecological structures of the microbiota without necessarily causing physiological changes in the host. Finally, the third part of the project, consisting in the characterization of the impact of diets with butter or cheddar cheese composed of highly hydrolyzed peptides, on the gut microbiota of pig model. The ileum, the colon, and the feces were sampled at 10 weeks. Measurements of the Bray-Curtis dissimilarity and Weighted-UniFrac phylogenetic distances, and the LDA-LEfse discriminatory analysis of the beta and alpha diversities demonstrated a neutral effect on the gut microbiota subjected to the cheddar diet, while significant dissimilarities were observed with the butter treatment. The abundance of Enterobacteriaceae, Mogibacteriaceae, Bifidobacterium pseudolongum, Paraprevotella, Phasolarctobacterium, Turicibacter, Clostridiaceae Akkermansia sp., Bacteroides sp., Lactobacillus reuteri, and Ruminococcus characterized the gut microbiota of the treatment with butter. The significant increase of Akkermansia and Ruminococcus gnavus in (two clades closely related to the degradation of mucin, which is a health indicator of intestinal integrity), suggest an alteration of the gut microbiota due to butter treatment, which could be proposed as biomarkers to comply with the control diet with lard-HF. We highlighted the identification of the taxonomic level by oligotypes of the genus Akkermansia in the pig model. This identification revealed nine signed-oligotypes from the Akkermansia taxon, in the colon and fecal samples of pigs fed butter. This was the first time that a highly discriminating depth of metataxonomic analysis was performed in the pig model. The pig as a model that allows the characterization of the gut microbiota affected by a dietary treatment. Finally, diets enriched with cheddar cheese and butter have convergent effects on the host-microbiota relationship and can be observed distinctly through microbial structures in the intestinal sections.

Le fromage cheddar est reconnu comme une excellente source de calcium. Outre son intérêt nutritionnel intrinsèque, le calcium favorise la lipolyse lors de la digestion. Cet effet s’explique par la formation de savons de calcium avec les acides gras saturés à longue chaîne, ce qui entraîne l’exposition de nouveau substrat à l’interphase huile-eau des gouttelettes de gras laitier, permettant à la lipase de continuer son action. En contrepartie, les savons de calcium limitent l'absorption des acides gras impliqués. D’un point de vue technologique, le calcium joue un rôle clé dans la structure du fromage car il participe à la formation du gel de paracaséine. Ayant un effet sur la matrice fromagère et sur la digestion des lipides, le calcium peut alors modifier la biodisponibilité du gras laitier. L’objectif de ce projet était de mieux comprendre l’effet du calcium sur la biodisponibilité du gras laitier à partir de fromages de type cheddar avec le but éventuel de développer des aliments pouvant contrôler la digestion et l’absorption des lipides. Dans un premier temps, des fromages de type cheddar enrichis en calcium par l’ajout de CaCl₂ ont été soumis à une digestion in vitro. L’analyse des chymes a permis de démontrer que les fromages enrichis se désintégraient plus lentement que leur contrôle sans calcium ajouté. D’une autre part, la libération d’acides gras des fromages enrichis progressait plus rapidement, mettant en évidence l’effet du calcium sur les mécanismes impliqués dans la lipolyse. Dans un second temps, des fromages de type cheddar ont été fabriqués à partir de lait standardisé avec des huiles de beurre contrôle, oléine et stéarine et salés avec ou sans CaCl₂. Les fromages ont été digérés in vitro pour étudier l’effet du calcium sur la lipolyse et la formation de savons de calcium avec les huiles de beurre ayant différents profils d’acides gras. Les fromages préparés avec la fraction stéarine (avec le rapport le plus élevé d’acides gras saturés à longue chaîne) étaient plus résistants à la désintégration physique et présentaient une lipolyse plus lente que les autres fromages, en raison du point de fusion élevé de cette matière grasse. Les fromages enrichis en calcium présentaient des taux de lipolyse supérieurs aux fromages sans enrichissement. Cette lipolyse accrue a été expliquée par la formation de savons de calcium avec des acides gras à longue chaîne. Ces composés insolubles pourraient toutefois réduire la biodisponibilité des acides gras impliqués en empêchant leur absorption. Pour confirmer l’effet du calcium et du type de matière grasse sur la biodisponibilité des lipides, les fromages ont été utilisés par la suite pour une étude chez le rat. La lipémie postprandiale des animaux a été mesurée suite à l’ingestion du fromage. Les matières fécales ont été analysées pour quantifier les acides gras excrétés sous forme de savons de calcium. Les fromages ont eu des effets différents au niveau de la lipémie postprandiale. L'enrichissement en calcium a entraîné une augmentation de la lipémie avec les fromages à l'oléine, alors qu'un pic différé a été observé avec les fromages à stéarine. Ceci s'explique par la formation de savons de calcium avec des acides gras saturés à longue chaîne, favorisant indirectement une lipolyse plus rapide de ceux à courtes et à moyennes chaînes. Le retard du pic pour les fromages à base de stéarine s’expliquait par leur teneur plus élevée en acides gras saturés à longue chaîne, qui formaient des savons avec le calcium et se retrouvaient dans les fèces. Les résultats confirment que le calcium affecte la digestion intestinale des lipides laitiers en augmentant le taux de lipolyse. Cependant, il limite également la bioaccessibilité des acides gras en produisant, au pH intestinal, des savons de calcium insolubles avec des acides gras saturés à longue chaîne. Ce projet démontre que la biodisponibilité des lipides peut être régulée par le calcium présent dans le fromage cheddar. Cette étude met en évidence l'interaction en cours de digestion du calcium et des lipides présents dans la matrice laitière et confirme sa répercussion physiologique. Ces effets sur la digestion et l'absorption des lipides sont d’intérêt pour la conception de matrices alimentaires pour la libération contrôlée de nutriments et bioactifs liposolubles. D'autres recherches dans ce domaine permettront de mieux comprendre le rôle joué par les aliments sur la santé humaine et d’habiliter le développement de produits laitiers pour contrôler la libération de nutriments afin de moduler les réponses métaboliques. Mots clés : fromage, gras laitier, digestion, lipolyse, savons de calcium. / Cheddar cheese is recognized as an excellent source of calcium. In addition to its intrinsic nutritional value, calcium promotes lipolysis during digestion. This lipolysis enhancing effect is explained by the formation of calcium soaps with saturated long-chain fatty acids, resulting in the exposure of new substrate to the oil-water interphase of the milk fat droplets, thus enabling lipase to continue its action. On the other hand, the formation of calcium soaps reduces the absorption of saturated long-chain fatty acids. From a technological point of view, calcium plays a key role in the cheese structure as it participates in the formation of the paracasein gel. By such effects on the cheese matrix and the digestion of lipids, calcium can modify the bioavailability of the dairy fat. The objective of this project was to better understand the effect of calcium on the bioavailability of dairy fat from Cheddar cheeses, in aim to developing food matrices for controlled digestion and absorption of lipids. In a first step, Cheddar cheeses enriched with calcium by the addition of CaCl₂ were subjected to digestion in vitro. Chyme analysis showed that calcium-enriched cheeses disintegrated less rapidly than the non-enriched control but that their lipolysis progressed more rapidly, demonstrating the effect of calcium on the factors that influence lipolysis. In a second step, Cheddar cheeses were made from standardized milk with control, olein and stearin butter oils and salted with or without CaCl₂. The cheeses were digested in vitro to study the effect of calcium on lipolysis and the formation of calcium soaps from butter oils with different fatty acid profiles. Cheeses prepared with the stearin fraction (with the highest ratio of saturated long-chain fatty acids) were more resistant to physical disintegration and presented slower lipolysis than the other cheeses because of the high melting point of this fat. Cheeses enriched with calcium had higher levels of lipolysis than cheeses without enrichment. This increased lipolysis was due to the formation of calcium soaps with saturated long-chain fatty acids. These insoluble compounds could reduce the bioavailability of the fatty acids involved by preventing their absorption. To confirm the effect of calcium and type of fat on lipid bioavailability, the cheeses were subsequently used for an in vivo study. Postprandial lipemia of Wistar rats was monitored following ingestion of the cheese. The feces were analyzed to quantify the fatty acids excreted as calcium soaps. The cheeses had different effects in postprandial lipemia. Calcium enrichment led to a higher lipemic peak for the cheeses with olein, while a delayed peak was observed for cheeses with the stearin. This was explained by the increased affinity of calcium for saturated long-chain fatty acids, indirectly allowing faster lipolysis of other fatty acids, such as those with short- and medium-chains. The delay for stearin cheeses was due to their high content of saturated long-chain fatty acids, which formed soaps with calcium, thus reducing their absorption and ending up in feces. The results confirm that calcium plays an important role in intestinal digestion of dairy lipids by increasing the rate of lipolysis. However, it also limits the bioaccessibility of fatty acids by producing insoluble calcium soaps with saturated long-chain fatty acids at intestinal pH conditions. This project demonstrates that the bioavailability of lipids can be regulated by calcium in Cheddar cheese. This study demonstrates the interaction of calcium and lipids present in the dairy matrix during digestion and confirms its physiological repercussion. These effects on digestion and lipid absorption are of interest for the design of food matrices for the controlled release of liposoluble nutrients or bioactive molecules. Further research in this area will provide a better understanding of the role of foods in human health and enable the development of dairy products to control the release of nutrients to modulate metabolic responses. Keywords: Cheese, milk fat, digestion, lipolysis, calcium soaps.

La vitamine D joue un rôle métabolique important au niveau de l’absorption du calcium et du phosphore. Or, selon une étude récente, 10 % des Canadiens souffrent d’une carence en vitamine D et 32 % ont des niveaux jugés inadéquats pour le maintien d’une bonne santé osseuse. Au Canada, de par sa fortification obligatoire, le lait de consommation est une bonne source de vitamine D. Cependant, comme sa consommation est en constante diminution, d’autres sources de vitamine D, tels que les fromages, permettraient de combler les besoins nutritionnels des Canadiens. Afin de réduire la perte de vitamine D dans le lactosérum durant la production fromagère, des fromages de type Cheddar ont été fabriqués à partir de laits concentrés par ultrafiltration. Ce processus a permis de réduire la quantité de lactosérum produit lors des fabrications fromagères et par conséquent, a augmenté la rétention de la vitamine D dans les fromages. / Vitamin D plays an important metabolic role in the absorption of calcium and phosphorus. However, according to a recent study, 10 % of Canadians are deficient in vitamin D and 32 % having levels considered inadequate to maintain a good bone health. In Canada, due to its regulation, milk is a good source of vitamin D. However, as milk consumption is decreasing continuously, other sources of vitamin D, such as cheeses, would fulfill the nutritional needs of Canadians. To reduce the loss of vitamin D in whey during cheesemaking, Cheddar cheeses were manufactured from milk concentrated by ultrafiltration. This process allowed the reduction of the amount of whey produced during cheese manufacturing and consequently improved the vitamin D retention in the cheese.

La fabrication du Cheddar repose sur plusieurs facteurs, le choix du ferment est l’un des plus déterminants pour la formation du caillé. Les ferments utilisés peuvent être des mélanges de souches, qui n’ont pas toutes les mêmes performances, ce qui entrainent une grande variation dans la qualité du fromage obtenu. L’objectif de cette étude est d’examiner chez 19 souches de Lactococcus lactis ssp. cremoris, certaines caractéristiques d’intérêt technologique tel que l’acidification, la protéolyse et l’autolyse afin d’évaluer leur potentiel pour un éventuel usage dans des ferments dans le but d’optimiser la qualité du fromage avec des caractéristiques constantes. Le test de Pearce est utilisé pour se rapprocher le plus des conditions fromagères. À la suite de ce test, les activités enzymatiques (protéolytique et autolytique) ont été mesurées. L’activité autolytique varie de 424 mU/ml pour la souche 73 à 47 mU/ml pour la souche 83. Pour l’activité protéolytique, on a utilisé deux substrats, MS-Arg et S-Glu. Deux souches (SK11 et E2) se sont distinguées par une activité S-Glu (2,81 et 4,40 mU/ml) plus élevée que Ms-Arg (0 et 0,55mU/ml) dans un tampon sans le NaCl, alors que pour les autres souches, l’activité d’hydrolyse de Ms-Arg était supérieure. La souche E2 a la meilleure activité PepN (14,43 mU/ml) alors que ce sont les souches 83 et E2 qui ont la plus forte activité PepX (40,01 et 20,29 mU/ml). En se basant sur ces résultats, 12 ferments constitués de 3 souches ont été formulés. Les paramètres recherchés pour avoir un ferment considéré comme idéal sont une production d'acide lactique rapide, une activité peptidasique sans génération d'amertume et une capacité d'autolyse dans le fromage. Dans cette étude, une méthode simple et rapide est utilisèe pour caractériser les activités enzymatiques des souches, qui pourrait être utilisée par l’industrie et les résultats obtenus pourraient servir à l’élaboration de nouveaux ferments. / The manufacture of Cheddar is based on several factors; the choice of the ferment is one of the most determining factors for the formation of the curd. The ferments used may be mixtures of strains, which do not all have the same performance, which results in a large variation in the quality of the cheese obtained. The objective of this study was to examine 19 strains of Lactococcus lactis ssp. cremoris, certain characteristics of technological interest such as acidification, proteolysis and autolysis in order to evaluate their potential for eventual use in ferments in order to optimize the quality of the cheese with constant characteristics. The Pearce test is used to get closer to cheese conditions by following a temperature diagram specific to the manufacture of Cheddar. Following this test, enzymatic activities (proteolytic and autolytic) were measured. Autolytic activity varies from 424 mU / ml for strain 73 to 47 mU / ml for strain 83. For proteolytic activity, two substrates, MS-Arg and S-Glu, were used. Two strains (SK11 and E2) were distinguished by higher S-Glu activity (2.81 and 4.40 mU / ml) than Ms-Arg (0 and 0.55 mU / ml) in buffer without NaCl, whereas for the other strains the Ms-Arg hydrolysis activity was greater. The E2 strain has the best PepN activity (14.43 mU / ml) whereas strains 83 and E2 have the highest PepX activity (40.01 and 20.29 mU / ml). Based on these results, 12 ferments consisting of 3 strains were formulated. The desired parameters for a ferment considered as ideal are a rapid lactic acid production, a peptidase activity without generation of bitterness and an autolysis capacity in the cheese. In this study, a simple and rapid method was used to characterize the enzymatic activities of the strains, which could be used by the industry and the results obtained, could be used to develop new ferments.