Reproduction de : Thèse d'exercice : Pharmacie : Nantes : 2009. / Bibliogr.

Thèse de doctorat : Procédés biotechnologiques et alimentaires : INPL : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Le processus de fabrication du jus de canneberge comprend des étapes de clarification (ultrafiltration; UF) et de concentration (osmose-inverse; OI), deux procédés baromembranaires sensibles au colmatage biologique. Ce phénomène entraîne une perte de productivité, une détérioration de la qualité du jus, une utilisation excessive des produits de nettoyage et un remplacement précoce des membranes. Malgré les recherches approfondies sur le colmatage biologique dans les domaines du traitement des eaux usées et de la transformation laitière, peu de données sont disponibles dans l'industrie des jus de fruits. Aucune information n'a été recueillie sur les membranes d'UF et d'OI utilisées lors de la production de jus de canneberge quant à l'identité des microorganismes adhérents, la structure et la composition des biofilms formés, leur impact sur la qualité des jus produits, et l'efficacité des systèmes de nettoyage mis en place pour garantir leur élimination. Ainsi, pour mieux comprendre le colmatage biologique lors de la filtration des jus de canneberge, des isolements systématiques ont été effectués sur des milieux de culture non sélectifs pour dresser les profils microbiens de prélèvements effectués à la surface de six membranes d'UF et de trois membranes d'OI industrielles. Les résultats ont montré que le taux de contamination et les profils microbiens variaient entre les membranes, avec une prédominance de la levure *Candida krusei*. Pour évaluer l'impact de ces microbiotes sur la composition physico-chimique du jus de canneberge, une inoculation de ce dernier a été réalisée avec les contaminants bactériens et fongiques majoritaires. Ces inoculations ont entraîné une diminution de la concentration totale en proanthocyanidines et en acides organiques, ainsi qu'une modulation de la concentration de 19 composés volatils, impliqués dans les attributs sensoriels du jus. Parmi les composés volatils identifiés, la souche de *C. krusei* LMA-1532 a augmenté de manière significative la concentration d'alcool amylique et isoamylique, lesquels sont utilisés comme biocarburant. Une analyse des gènes impliqués dans leur production a été réalisée pour établir une corrélation entre le phénotype et le génotype. De plus, la recherche de ces gènes a été étendue aux autres souches de *C. krusei*, afin de déterminer si les souches identifiées dans l'environnement de la canneberge pourraient être envisagées comme des candidates pour la production de ces composés. Pour approfondir notre compréhension de l'espèce dominante, une analyse de génomique comparative a également été effectuée, mettant en évidence des similarités entre les souches de *C. krusei* isolées et celles provenant d'autres environnements tels que les plantes, les fruits, et les fèces. Malgré leur isolement dans l'environnement très acide de la canneberge, les souches ont présenté des profils génomiques similaires, suggérant l'existence d'un mécanisme commun de tolérance à l'acidité. Cette étude identifie pour la première fois les microorganismes présents à la surface des membranes de filtration et leur impact sur la qualité des jus. Les conclusions de cette étude permettront une sélection plus précise des traitements de nettoyage pour prévenir le colmatage biologique des membranes lors de la production du jus de canneberge. Par ailleurs, l'analyse des génomes enrichit notre connaissance de l'espèce colmatante principale, *C. krusei*, qui suscite un intérêt croissant en raison de son potentiel biotechnologique. / The manufacturing process of cranberry juice involves steps of clarification (ultrafiltration; UF) and concentration (reverse osmosis; RO), both of which are pressure-driven membrane processes sensitive to biological fouling. This phenomenon leads to decreased productivity, deterioration of juice quality, excessive use of cleaning agents, and premature membrane replacement. Despite extensive research on biological fouling in wastewater treatment and dairy processing, limited data are available in the fruit juice industry. No information has been gathered on UF and RO membranes used in cranberry juice production regarding the identity of adhering microorganisms, the structure and composition of formed biofilms, their impact on juice quality, and the effectiveness of cleaning processes for their removal. To better understand biological fouling during cranberry juice filtration, systematic isolations were conducted on non-selective culture media to profile microbial communities from the surfaces of six UF and three industrial RO membranes. Results showed contamination rates and microbial profiles varied among membranes, with a predominance of the yeast *Candida krusei*. To assess the impact of this microbiota on the physico-chemical composition of cranberry juice, inoculation with predominant bacterial and fungal contaminants was performed. These inoculations led to a decrease in total proanthocyanidin and organic acid concentrations, as well as modulation of the concentration of 19 volatile compounds influencing juice sensory attributes. Among identified volatile compounds, the *C. krusei* strain LMA- 1532 significantly increased the concentration of amyl and isoamyl alcohols, which are used as biofuels. Gene analysis involved in their production was conducted to establish a correlation between phenotype and genotype. Furthermore, gene exploration was expanded to other *C. krusei* strains to determine if those identified in the cranberry environment could be considered candidates to produce these compounds. To deepen our understanding of the dominant species, a comparative genomic analysis revealed similarities between isolated *C. krusei* strains and those isolated from other environments such as plants, fruits, and feces. Despite isolation in the highly acidic cranberry environment, the strains exhibited similar genomic profiles, suggesting the existence of a common acidity tolerance mechanism. This study identifies, for the first time, microorganisms present on filtration membrane surfaces and their impact on juice quality. These findings pave the way for better anticipation of biological fouling through more targeted selection of cleaning treatments. Moreover, the study enhances our understanding of the primary fouling species, *C. krusei*, which is gaining increasing interest due to its biotechnological potential.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. 56-61. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

L’objectif principal de ce projet est de valoriser les résidus de canneberge dans le but d’en produire un jus secondaire riche en antioxydants. Pour cela, la matière sèche soluble extraite, riche en polyphénols et sucres, a été concentrée par cryoconcentration à une température de congélation de -20 ± 2 °C. Le premier objectif spécifique de cette étude consistait à déterminer le temps de congélation et de décongélation de solutions modèles de sucres qui sont naturellement présents dans la canneberge comme le sucrose, glucose, fructose et de leur mélange au ratio semblable à celui du jus de canneberge. Quant au deuxième objectif spécifique, il consistait à extraire la matière sèche soluble des résidus de canneberge et de la concentrer par cryoconcentration, puis d’en quantifier la teneur en polyphénols totaux et leur répartition dans les différentes phases lors du processus de décongélation de trois fractions dont chacune représente le tiers du volume initial de la solution. La cryoconcentration en cascade a été utilisée et trois fractions ont été récoltées. Pour les solutions modèles, le degré °Brix initial était fixé à 2,5, 5, 7,5 et 10 °Bx. Dans le cas des résidus de canneberge, des concentrations de 2,5 et 10 % des résidus de canneberge broyés et non broyés ont été utilisés. Les résultats obtenus ont montré que le temps de congélation du mélange des sucres simples (glucose + fructose) et du sucrose seul est plus court que celui des solutions individuelles de fructose et du glucose. Le degré Brix (°Brix) des solutions a été doublé dans la première fraction décongelée. Concernant le deuxième objectif spécifique de ce projet, deux volets ont été considérés : le volet 1 dont les résidus de canneberge n’ont pas été broyés et le volet 2 dont les résidus de canneberge ont été broyés. Les résultats relatifs au volet 1 ont montré que la concentration de la première fraction en polyphénols totaux est passée de 0,183 mg/ml à 0,238 mg/ml pour la solution initiale d’une concentration de 10 % et de 0,056 mg/ml à 0,067 mg/ml pour la solution initiale d’une concentration de 2,5 % de matière sèche totale. La matière sèche de la première fraction est passée de 1,09 ± 0,02 % à 2 ± 0,01 % pour la solution initiale dont la concentration était de 10 %. Concernant le volet 2, la teneur en polyphénols de la première fraction est passée de 0,187 mg/ml à 0,252 mg/ml avec une solution initiale d’une concentration de 2,5 % de matière sèche totale et de 0,475 mg/ml à 0,720 mg/ml pour la solution d’une concentration de 10 %. Pour ce qui est de la matière sèche, elle est passée de 0,94 ± 0,076 % à 1,86 ± 0,05 % pour la solution de canneberge dont la concentration en matière sèche totale était de 10 %. Le volet 1 et le volet 2 à 2,5 % ont montré des résultats presque constants de la matière sèche et des polyphénols totaux. S’agissant de la couleur, la première fraction de la cryoconcentration a iv montré une couleur plus vive par rapport à la couleur de la solution initiale. Ceci a été constaté au volet 1 et au volet 2 pour les mêmes concentrations. Ces résultats montrent qu’il est possible de produire un jus secondaire riche en polyphénols par la valorisation des résidus de canneberge dans un processus combinant l’extraction solide-liquide avec la cryoconcentration par congélation en bloc complet suivie d’une décongélation gravitationnelle. Pour améliorer la qualité du jus secondaire ainsi que la quantité produite (efficacité quantitative du procédé), une synergie entre l’affinité avec l’éthanol des polyphénols et la cryoconcentration pourrait être appliquée. En effet, cette combinaison pourrait permettre une augmentation de la quantité de sucre dans le jus avec une augmentation significative de la concentration des polyphénols dans la fraction cryoconcentrée. / The main objective of this project was to valorize the cranberry residues in order to produce a secondary juice rich in antioxidants. For this, the extracted soluble dry matter, rich in polyphenols and sugars, was concentrated by cryoconcentration at a freezing temperature of -20 ± 2 ° C. The first specific objective of this study was to determine the time of freezing and thawing of model solutions of sugars that are naturally present in cranberries such as sucrose, glucose, fructose and their mixture at a ratio similar to that of cranberry juice. The second specific objective was to extract the soluble dry matter from the cranberry residues and concentrate it by cryoconcentration, then to quantify the total polyphenol content and their distribution in the different phases during the thawing process of three fractions each of which represents one third of the initial volume of the solution. Cascade cryoconcentration was used and three fractions were harvested. For model solutions, the initial ° Brix degree was set at 2.5, 5, 7.5 and 10 ° Bx. For cranberry residues, 2.5% and 10% crushed and unmilled Cranberry residues were used. The results obtained showed that the freezing time of the mixture of sugars and sucrose is shorter than that of fructose and glucose. The degree Brix of the solutions were doubled to the first thawed fraction. Regarding the second specific objective of this project, two steps were considered: in the step # 1, cranberry residues were not crushed and in the step # 2, the cranberry residues were crushed. The results obtained in the step # 1 showed that the concentration of the total polyphenols in the thawed first fraction increased from 0.183 mg/ml to 0.238 mg/ml for the initial solution at a concentration of 10% of total dry matter, and from 0.056 mg/ml to 0.067 mg/ml for the initial solution with a concentration of 2.5% total dry matter. Moreover, the results showed that the dry matter of the thawed first fraction increased from 1.09 ± 0.02% to 2 ± 0.01% for the initial solution with a concentration of 10% total dry matter. Concerning the step # 2 of this specific objective, the polyphenol content of the thawed first fraction increased from 0.187 mg/ml to 0.252 mg/ml when the used initial solution was at a concentration of 2.5% total dry matter, and from 0.475 mg/ ml to 0.720 mg/ml for the initial solution with a concentration of 10% total dry matter. Regarding the total dry matter of the cryoconcentrated solutions, it increased from 0.94 ± 0.076% up to 1.86 ± 0.05% for the cranberry solution with an initial total dry matter concentration of 10%. The results obtained in the step # 1 and the step # 2 with the initial solution of 2.5% total dry matter showed almost constant results regarding the dry matter and total polyphenols. Regarding the color, the first thawed fraction of the vi cryoconcentration procedure showed a brighter color compared to the color of the initial solution. These results showed that it is possible to produce a secondary juice rich in polyphenols by valorizing cranberry residues combined with cryoconcentration. To improve the quality of the secondary juice as well as its yield, a synergy of ethanol and cryoconcentration could be applied. Indeed, this combination could allow an increase of the amount of total sugars and polyphenols in the cryoconcentrated secondary cranberry.

La canneberge est bien reconnue pour les effets bénéfiques qu’elle peut apporter à la santé humaine. Cependant, la consommation de jus de canneberge est limitée car le jus a une grande acidité (teneur élevée en acides organiques) qui cause des effets secondaires tels la diarrhée, des vomissements et ballonnements. Par conséquent l’acidité du jus de canneberge doit être réduite pour améliorer la palatabilité du jus et diminuer les effets secondaires dus à sa consommation. La désacidification des jus, tels le jus de fruit de la passion et le jus de canneberge, par électrodialyse conventionnelle et électrodialyse avec membranes bipolaires par application d’un courant direct et continu s’est montrée efficace en comparaison avec les autres méthodes de désacidification telles les résines échangeuses d’ions et la précipitation au sel de calcium. L’objectif global de cette étude était d’appliquer les champs électriques pulsés (CÉPs) pendant l’électrodialyse avec membranes bipolaires pour désacidifier le jus de canneberge efficacement au niveau énergétique. Le CÉP consiste à appliquer un courant (Ton) et une pause de courant (Toff) pendant un temps donné consécutivement. Neuf conditions différentes ont été testées: 10s/2s, 1s/0.1s, 10s/0.1s, 6s/2s, 10s/1s, 2s/2s, 1s/1s, 6s/0.1s, 6s/1s. La désacidification du jus de canneberge a été 15% plus rapide avec les conditions de CÉPs de 1s/1s et 2s/2s en comparaison avec la désacidification à courant direct et continu et les autres combinaisons de pulse-pause. Pour ces 2 conditions, les migrations d’acide citrique et d’acide malique étaient plus rapides, ce qui a engendré un taux plus important de désacidification. Pour préserver l’authenticité du jus de canneberge, l’acide quinique doit être conservé, ce qui est le cas dans cette étude puisque l’acide quinique ne migre pas significativement quelles que soit les conditions testées. De plus, les PACs, les anthocyanes et les polyphénols totaux ont été conservés dans toutes les conditions de CÉP. Pour la première fois, l’efficacité d’appliquer du CÉP dans la désacidification de jus a été démontrée. L’électrodialyse avec membranes bipolaires pourrait être une méthode alternative verte et durable pour désacidifier des jus de fruits tout en préservant leurs caractéristiques organoleptiques et physico-chimiques. / Cranberry is well recognized for its beneficial effects on human health, but the consumption of cranberry juice is limited due to its high acidity (high organic acid contents) which is the cause of undesirable side effects such as diarrhea, vomiting and bloating. Therefore, the acidity should be reduced to improve the palatability of the juice and to decrease the side effects. The deacidification of juices, such as citric acid solutions, passion juice and cranberry juice, by conventional electrodialysis and electrodialysis with bipolar membranes (EDBM) with coutinuous direct current (DC), has shown to be very effective in comparison with chemical methods such as calcium salt precipitation or ion-exchange resine. Therefore, the objective of this project is to apply pulsed electric field (PEF) during EDBM to deacidify cranberry juice. The PEF procedure consists of introducing to the process an electric pulse and a pause consecutively for a given time. Nine different pulse/pause combinations were tested: 10s/2s, 1s/0.1s, 10s/0.1s, 6s/2s, 10s/1s, 2s/2s, 1s/1s, 6s/0.1s, 6s/1s. The deacidification of cranberry juice was about 15% faster with PEFs for 1s/1s and 2s/2s conditions in comparison with deacidification with DC and other pulse-pause combinations. In these two conditions, the migration of citric and malic acids was faster, thus producing a more important rate of deacidification. To preserve the authenticity of the juice, the quinic acid must be conserved, which is the case in this study since the quinic acid did not migrated significantly in every conditions. Also, the PACs, anthocyanins and total polyphenols were preserved whatever the PEF conditions. It’s the first time that the efficiency of applying PEF for deacidification of juice was demonstrated. EDBM under PEF would be a green and sustainable alternative process to deacidify fruit juice and to preserve its organoleptic and physicochemical characteristics.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2018-2019 / La canneberge, petit fruit riche en composés phénoliques dont les anthocyanes et les proanthocyanidines, a de nombreux effets positifs sur la santé humaine. La consommation de jus de canneberge brut est un moyen d’en bénéficier, mais ce produit n’est pas toujours attrayant pour les consommateurs en raison de son manque de palatabilité et des possibles effets secondaires qu’il peut entraîner. Pour limiter ces désagréments, il est possible de désacidifier le jus de canneberge brut et parmi les méthodes actuellement disponibles, l’électrodialyse avec membranes bipolaires est particulièrement prometteuse. Jusqu’à présent les essais de désacidification du jus de canneberge par électrodialyse avec membranes bipolaires ont été réalisés sur des cellules à l’échelle laboratoire et en utilisant une nouvelle solution de récupération des acides organiques d’un essai à l’autre, ce qui limite son application à l’échelle industrielle. Le but de cette étude était, dans une optique d’industrialisation future, de tester le procédé à long terme sur une cellule semi-industrielle et de l’améliorer en réutilisant la solution de récupération d’un essai de désacidification à l’autre. Ainsi, des essais de désacidification du jus de canneberge ont été réalisés pour comptabiliser un total de 95 heures d’utilisation de la cellule semi-industrielle, sans poser de problème majeur au niveau de la résistance globale du système. De plus, le fait de réutiliser la solution de récupération des acides organiques n’a pas eu d’impact sur les caractéristiques physico-chimiques du jus désacidifié, et a permis des gains d’énergie allant jusqu’à 42,9 % après trois réutilisations, en plus de réduire les effluents du procédé. Ainsi, la mise à plus grande échelle et l’amélioration du procédé de désacidification du jus de canneberge par électrodialyse avec membranes bipolaires ont été concluantes et le transfert de la technologie en industrie est la prochaine étape à envisager. / Cranberry, a berry rich in phenolic compounds as anthocyanins and proanthocyanidins, has many beneficial effects on human health. To consume raw cranberry juice is a way to benefit from them, but that product presents a lack of palatability and can cause some side effects. To limit those inconveniences, raw juice can be deacidified and among all methods currently available, electrodialysis with bipolar membranes is very promising. Until now, essays to deacidify cranberry juice by electrodialysis with bipolar membranes were performed on laboratory scale cells using a fresh recovery solution from a deacidification essay to another. The aim of this work was to test the process on a larger scale for a longer period of time and to improve it by reusing the same recovery solution. Deacidification essays were performed in batch for a total of 95 hours on a semi-industrial cell and there was no major impact on the system global resistance. Furthermore, reusing the same recovery solution had no effect on the physicochemical properties of the deacidified juice, and energy savings up to 42.9% were recorded while the amount of waste produced was reduced. These positive results suggest the possibility to transfer the process at larger scale. Therefore, the next logical step for this project would be to scale-up the technology in factories for the industrial production of deacidified cranberry juice.

: Entre 2007 et 2021, la consommation de canneberges a triplé au Canada. Outre les nombreux bienfaits de la consommation quotidienne de jus de canneberge, celle-ci peut également avoir des effets indésirables au niveau gastro-intestinal, en raison de sa forte concentration en acides organiques. C'est pourquoi l'électrodialyse avec membrane bipolaire (EDMB) a été développée pour désacidifier ce jus. Cette technologie verte permet d'éliminer les acides organiques du jus tout en préservant les polyphénols, responsables des bienfaits sur la santé humaine. Ce procédé électrochimique a déjà été utilisé sur des jus de 7-14 °Brix (dilués par rapport à un jus concentré à 50 °Brix), mais n'a jamais été testé sur des jus plus concentrés. Pourtant, l'utilisation de jus concentré lors de l'EDMB présenterait plusieurs avantages, comme la production d'un jus concentré en polyphénols ou/et l'augmentation de l'efficacité énergétique de l'EDMB. À notre connaissance, l'effet de la dilution sur le jus de canneberge concentré n'a jamais été rapporté. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail est de déterminer l'impact de la dilution du jus de canneberge à 50 °Brix, sur ses propriétés physicochimiques et son comportement électrochimique. Nos résultats ont montré que la densité, la teneur en polyphénols, la viscosité et l'acidité titrable du jus diminuent proportionnellement avec la dilution. La viscosité du jus présente un point d'inflexion à 25-30 °Brix. Concernant la conductivité, un comportement hyperbolique a été observé au cours de la dilution, avec un maximum à 25-30 °Brix. Une courbe également surprenante a été observée pour la résistance globale du jus dans une cellule électrochimique, avec un minimum à 25-30 °Brix. Ces résultats suggèrent qu'il existerait une concentration optimale de jus de canneberge, à 25-30 °Brix, pour sa désacidification par électrodialyse. De plus, lors de la circulation du jus dans une cellule d'EDMB, nos résultats suggèrent qu'une dissociation des molécules d'eau se produirait à 5 °Brix. Ainsi, en plus d'une concentration optimale, il y aurait également une concentration minimale à respecter afin d'optimiser la désacidification du jus de canneberge par électrodialyse. / : From 2007 to 2021, cranberry consumption in Canada has tripled. In addition to the numerous health advantages associated with regular intake of cranberry juice, its high concentration of organic acids can also lead to adverse effects on the gastrointestinal system. Therefore, the development of electrodialysis with bipolar membrane (EDBM) was undertaken as a means to deacidify this juice. This environmentally friendly technology allows the removal of organic acids from the juice while retaining the polyphenols, responsible for human health benefits. This electrochemical process has already been used on juices at 7-14 °Brix (diluted from a concentrated juice at 50 °Brix), has never undergone testing with more concentrated juices. Thus, the use of concentrated juice during EDBM would present several advantages, such as the production of a polyphenol-rich juice or/and the increase of the energy efficiency of EDBM. To the best of our knowledge, the effect of dilution of concentrated cranberry juice has never been reported. In this context, the objective of this work is to assess how dilution of cranberry juice at 50 °Brix affects its physicochemical properties and electrochemical behavior. Our results showed that, as expected, the density, polyphenol content, viscosity and the titratable acidity of the juice decreased proportionally when the juice was diluted. The viscosity shows an inflection point at 25-30 °Brix. In addition, a hyperbolic relationship was observed between conductivity and dilution, with the former reaching its maximum at the same concentration of 25-30 °Brix. Such a surprising curve shape was observed for the juice global resistance, with a minimum at 25-30 °Brix. Hence, it can be inferred that there exists an optimal concentration range for cranberry juice, specifically at 25-30 °Brix, which is most effective for its deacidification through electrodialysis. Moreover, during the circulation of the juice in an EDBM cell, our results suggest that a dissociation of the water molecules would occur at 5 °Brix. Consequently, there would also exist a minimum concentration to achieve an optimal deacidification of cranberry juice by electrodialysis.

La microfiltration est largement utilisée pour la clarification, la stabilisation et la concentration de nombreuses suspensions à base de fruits (jus de fruits, agro-déchets, vin, etc.). Malgré ses divers avantages, la microfiltration présente néanmoins un inconvénient majeur qui est le phénomène de colmatage qui s’installe pendant l’opération de filtration et entraîne une diminution de la perméabilité membranaire. Si de nombreux mécanismes de colmatage (adsorption, blocage de pores, etc.) sont observés pendant la filtration de suspensions polydisperses comme les jus de fruits ou certains coproduits liquides, le dépôt de particules sur la membrane est souvent supposé être le mécanisme limitant. La formation de ce dépôt est fortement dépendante de l’équilibre entre forces convectives (imposées par le flux de perméat), qui attirent les particules de la suspension à proximité de la membrane, et forces de rétrotransport, qui éloignent les particules de la surface membranaire. La stratégie la plus employée pour maitriser le colmatage membranaire par dépôt est la filtration tangentielle qui permet d’imposer de forts cisaillements à la surface membranaire qui favorisent les mécanismes de rétrotransport des particules. Si cette stratégie de maîtrise du colmatage est amplement utilisée à l’échelle industrielle pour la microfiltration des suspensions à base de fruits, elle nécessite des coûts d’investissement et de fonctionnement non négligeables qui limitent son implantation aux industries présentant de fortes capacités de production et d’investissement. Au regard de cela, l’utilisation d’une configuration de filtration à membranes immergées pour la microfiltration de suspensions à base de fruits pourrait être une alternative intéressante. Cette configuration repose sur l’immersion de la membrane (modules plans ou fibres creuses) dans la suspension à filtrer, et est associée à un mode de filtration externe-interne, frontal ou quasi-frontale. Si l’absence de conditions hydrodynamiques intenses au voisinage de la membrane est associée à des flux relativement bas, les nombreux avantages de ce mode opératoire (coûts de fonctionnement réduits, simplicité opérationnelle, forte compacité, etc.) pourraient favoriser son emploi par les petits producteurs de jus de fruits et/ou les industries de valorisation des coproduits présentant des capacités limitées d’investissement et enclins à minimiser leurs couts opérationnels. Ce travail a ainsi étudié pour la première fois la possibilité d’utiliser un tel système pour la microfiltration de suspensions à base de fruits variées (jus de fruits et coproduits vinicoles). Ce travail de thèse a ciblé ainsi plusieurs objectifs : (i) caractériser le potentiel et le comportement colmatant de suspensions à base de fruits, en lien avec les caractéristiques physicochimiques propres à chaque suspension et au regard de leur filtration par membranes immergées, (ii) étudier des performances d’un système de microfiltration de suspensions à base de fruits par membranes immergées, performances en termes de productivité et de sélectivité et enfin (iii) dégager des pistes de réflexion qui conduiraient à une choix pertinent de conditions de filtration (mode immergé ou tangentiel) pour un type de suspension ciblé. Ce travail fournit ainsi des résultats d’identification de paramètres physico-chimiques clefs qui pourraient constituer un premier guide pour le choix de la configuration membranaire la plus adaptée au produit, permettant d’assurer une productivité acceptable lors de la microfiltration de suspensions à base de fruits. / Microfiltration is widely used to ensure clarification, stabilization, and concentration of various fruit-based suspensions (e.g. fruit juices, food by-products, wine). However, the performances of membrane filtration remain highly challenged by membrane fouling. During microfiltration of polydisperse suspensions, such as fruit-based suspensions, membrane fouling is generally associated to the deposition of particles on the membrane layer. This type of fouling is mainly governed by the equilibrium between convective forces (permeate flow), leading particles to flow towards the membrane, and back-transport forces, removing particles away from the membrane surface. The filtration performances depend strongly on this equilibrium, which is mostly governed by the hydrodynamic conditions of the filtration process and the particles size distribution of the suspension. In food industries, cross-flow microfiltration is generally used to limit membrane fouling. In this configuration, high cross-flow velocities are applied in order to enhance the back-transport forces limiting the deposition of foulant materials on the membrane surface. However, this working mode is well known to be highly energy consuming and might not always be relevant depending on the suspension characteristics. In the light of this, using immersed membranes configuration for the microfiltration of fruit-based suspensions might be an interesting alternative, especially for small producers with limiting investment capacity. In this configuration, widely used in other fields, the membranes are immersed in the suspension and filtration is performed in operating conditions close to that of dead-end filtration with limited back-transport forces and low operating costs. However, the performances of this filtration configuration remain little studied for the microfiltration of fruit-based suspensions. In this respect, this work investigated for the first time the possibility of using immersed membranes configuration for the microfiltration of various fruit-based suspensions (fruit juices and winery byproducts). Firstly, a characterization of the fouling potential of various suspensions during their microfiltration using immersed membranes filtration was performed in relation with their physicochemical properties (particle size distribution). Then, this work allowed highlighting the promising performances of immersed membranes configuration when used for the microfiltration of fruit-based suspensions, in terms of productivity and in terms of selectivity (clarification, concentration of bioactive compounds). Finally, it allowed drawing preliminary results about the relation between the physicochemical characteristics of a suspension and its fouling behavior while using (i) immersed membranes filtration or (ii) conventional cross-flow filtration. These results might be of great interest for the identification of relevant physicochemical parameters to predict the usefulness of using high cross-flow velocity to prevent membrane fouling during the microfiltration of fruit-based suspensions.

La canneberge (Vaccinium macrocarpon) et ses produits dérivés renferment de fortes teneurs en composés phénoliques qui sont reconnus pour leurs bienfaits sur la santé buccodentaire. Cependant, la richesse en acides organiques du jus de canneberge lui confère une faible palatabilité et peut provoquer des effets secondaires indésirables. Le procédé d'électrodialyse avec membrane bipolaire (EDMB) permet le retrait sélectif des acides organiques du jus, et la production d'un jus pouvant être consommé sans dilution préalable. Ainsi, le projet de recherche visait à évaluer l'effet de la désacidification du jus de canneberge par EDMB sur les facteurs étiologiques des deux principales infections buccodentaires, soit la carie dentaire et la parodontite. À cet égard, les propriétés antibactériennes des jus brut et désacidifiés ont été évaluées vis-à-vis des colonisateurs primaires des tissus dentaires (Streptococcus gordonii, Streptococcus oralis, Streptococcus salivarius), des streptocoques cariogènes (Streptococcus mutans, Streptococcus sobrinus) et des bactéries parodontopathogènes clés (Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Fusobacterium nucleatum, Porphyromonas gingivalis). De même, l'impact de la désacidification du jus de canneberge sur les défenses de l'hôte (la barrière épithéliale gingivale et la réponse immunitaire) a été évalué dans des modèles in vitro. Les résultats de ces travaux ont montré que le retrait des acides organiques du jus de canneberge diminue ses propriétés bactéricides contre certaines espèces bactériennes à l'étude. Cependant, consommer un jus désacidifié plutôt qu'un jus brut dilué pourrait diminuer l'adhésion des bactéries aux tissus buccodentaires. D'autre part, la désacidification du jus a préservé l'intégrité de la barrière épithéliale gingivale comparativement au produit brut. Néanmoins, bien que les jus de canneberge non dilués aient démontré des propriétés anti-inflammatoires, ces dernières sont réduites suite à la désacidification du produit. Les résultats indiquent que la désacidification modérée du jus de canneberge par EDMB représente une stratégie prometteuse pour la production d'un jus favorisant le maintien d'une bonne santé buccodentaire. / The high content in phenolic compounds found in cranberry (Vaccinium macrocarpon) is associated with well-known beneficial effects on oral health. However, cranberry juice (CJ) is rich in organic acids, which are responsible for the low palatability of the product and can cause gastrointestinal discomfort. Electrodialysis with bipolar membrane (EDBM) is an ecoefficient process that can be used for the deacidification of CJ, thus removing the requirement to dilute the product prior to consumption. This study aimed to evaluate how the deacidification of CJ by EDBM impacts its effects against the etiological factors of dental caries and periodontitis. The antibacterial activities of the raw and deacidifed CJ samples were assessed on commensal streptococci (Streptococcus gordonii, Streptococcus oralis, Streptococcus salivarius), cariogenic streptococci (Streptococcus mutans, Streptococcus sobrinus), and key periodontopathogenic bacteria (Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Fusobacterium nucleatum, Porphyromonas gingivalis). Moreover, the impact of CJ deacidification on the host oral defenses (oral epithelial barrier function and host inflammatory response) was investigated in in vitro models. It appears from the results that removing organic acids from the product reduced the bactericidal activities of CJ against some bacterial species included in the study, though it should be noted that deacidified CJ had generally higher anti-adherence properties compared to its raw diluted counterpart. On the other hand, deacidification of CJ helped preserve the integrity of the oral epithelial barrier compared to the raw beverage. However, even though all undiluted CJ samples exerted anti-inflammatory properties, exposition to deacidified CJ appears to lower this property in an oral epithelial cell model. Overall, this work brought evidence that a moderate deacidification of CJ by EDBM could allow the production of cranberry juice that provides benefits with respect to the maintenance of oral health.