La sang de porc és un subproducte comestible que es genera als escorxadors industrials durant el procés d'obtenció de la canal. Aquest subproducte es caracteritza per presentar una elevada càrrega contaminant i, degut a l'elevat volum que es genera, és necessari trobar estratègies que permetin la seva revaloració i aprofitament, a la vegada que disminuïm la contaminació ambiental i les despeses que es deriven del seu processament abans de l'abocament.La fracció cel·lular (FC) constitueix el 40 % de la sang de porc i conté principalment l'hemoglobina (Hb), que representa al voltant del 90 % del contingut en proteïna d'aquesta fracció (un 35 % aproximadament). L'elevat percentatge en proteïna i en ferro, i les seves bones propietats funcionals fan que l'aprofitament d'aquest subproducte com a primera matèria o ingredient de la indústria alimentària sigui una alternativa molt útil a l'hora de reduir les despeses de la indústria càrnia, sempre que es resolguin els problemes de l'enfosquiment i dels sabors estranys que pot conferir la FC quan s'addiciona a productes alimentaris. Una altra possible utilització de la FC és aprofitar les propietats colorants de l'Hb o del grup hemo, com a colorant d'origen natural en diversos productes alimentaris.Els objectius del present treball eren, en primer lloc, determinar les millors condicions d'aplicació del procés de conservació de la FC mitjançant la deshidratació per atomització i caracteritzar físico-químicament i microbiològica el concentrat d'Hb en pols. En segon lloc, avaluar l'eficàcia de diferents additius antioxidants i/o segrestants del ferro per prevenir l'enfosquiment que pateix la FC durant la deshidratació. En tercer lloc, aplicar tractaments d'altes pressions hidrostàtiques com a procés d'higienització i avaluar els efectes d'aquest tractament sobre la microbiota contaminant, el color i les propietats funcionals de la FC. Finalment, desenvolupar un procés d'obtenció d'hidrolitzats proteics descolorats a partir de l'Hb amb la finalitat d'utilitzar-los com a ingredients nutricionals i/o funcionals.La millor temperatura de deshidratació per atomització de la FC hemolitzada era 140ºC. La FC en pols presentava un contingut en humitat del 5,3 % i un percentatge de solubilitat proteica del 96 %. La deshidratació per atomització induïa canvis en l'estructura nativa de l'Hb i, per tant, un cert grau de desnaturalització que pot conduir a una disminució de les seves propietats funcionals. L'extracte sec de la FC en pols estava composat per un 94,6 % de proteïna, un 3 % de sals minerals i un 0,7 % de greix. Els valors CIE L*a*b* del color de la FC en pols eren força constants i reflectien el color vermell marró fosc d'aquesta, a causa de l'oxidació del ferro hèmic que es produeix durant la deshidratació.La càrrega contaminant de la FC fresca de la sang de porc era força elevada i el tractament d'hemòlisi amb ultrasons i la centrifugació posterior no produïen una reducció significativa de la microbiota contaminant, obtenint un producte amb uns recomptes microbiològics de l'ordre de 106 ufc·mL-1. La deshidratació per atomització produïa una disminució d'una unitat logarítmica dels recomptes totals de la FC hemolitzada. Tanmateix, el producte en pols encara reflectia l'elevada contaminació de la primera matèria, fet que condiciona negativament la seva utilització com a ingredient alimentari, a no ser que es millorin les condicions de recollida de la sang a l'escorxador o que aquesta o la FC es sotmeti a algun tractament d'higienització prèviament a la deshidratació.Les isotermes de sorció a 20ºC de la FC en pols tenien forma sigmoïdal i una histèresi estreta i llarga. L'equació GAB és un bon model matemàtic per ajustar les dades de sorció obtingudes experimentalment i determinar la isoterma d'adsorció de la FC deshidratada per atomització. El percentatge d'humitat de la FC deshidratada a 140ºC es corresponia a un valor d'aw a 20 ºC d'aproximadament el 0,16. Tenint en compte que estava per sota dels valors d'aw corresponents a la capa monomolecular, es pot garantir la conservació a temperatura ambient del producte, sempre que s'envasi en recipients tancats que no permetin l'entrada d'humitat de l'exterior.De l'estudi de la possible estabilització del color de la FC deshidratada per atomització mitjançant l'addició d'antioxidants i/o segrestants de ferro, es va observar que només l'àcid ascòrbic, la glucosa, l'àcid nicotínic i la nicotinamida, tenien efectes positius sobre el color del producte en pols. L'ascòrbic i la glucosa no milloraven la conservació del color de l'Hb però disminuïen l'enfosquiment que es produeix durant la deshidratació, amb la qual cosa es pot obtenir un producte en pols de color marró més clar. L'addició de dextrina o L-cisteïna no disminuïa l'enfosquiment ni evitava el canvi de color de l'Hb. L'àcid nicotínic i la nicotinamida protegien el color de l'Hb durant el procés de deshidratació i l'emmagatzematge de la FC en pols.Les millors condicions d'aplicació del tractament amb altes pressions hidrostàtiques (HHP) sobre la FC eren 400 MPa, a 20ºC, durant 15 minuts, perquè produïen una millora significativa de la qualitat microbiològica, no afectaven negativament al color, no comprometien gaire la solubilitat proteica l'Hb i, malgrat que produïen un augment de la viscositat, la FC romania fluida després del tractament. Aquest tractament permetia una reducció de la microbiota contaminant de la FC d'entre 2 i 3 unitats logarítmiques. L'aplicació de l'alta pressió i la posterior deshidratació per atomització permetien obtenir un producte en pols amb recomptes totals de l'ordre de 2,8 unitats logarítmiques. El color de la FC pressuritzada en pols era igual que el de la FC control deshidratada, perquè ambdues mostres presentaven la mateixa susceptibilitat a l'oxidació del grup hemo produïda per la deshidratació.L'alta pressió incrementava la susceptibilitat de l'Hb als efectes desnaturalitzants de la deshidratació, fonamentalment a pH 7 (PIE), ja que es va observar una disminució de la solubilitat proteica a pH neutre després dels 2 processos tecnològics. La FC en pols presentava una màxima capacitat escumant al PIE de l'Hb. L'aplicació del tractament HHP produïa una disminució de la capacitat escumant de la FC en pols, però no tenia efectes negatius sobre l'estabilitat de l'escuma formada. Tampoc es van observar efectes negatius del tractament HHP sobre l'activitat emulsionant de l'Hb. La màxima activitat emulsionant de l'Hb s'aconseguia amb una concentració de FC en pols de l'1,5 % a pH 7 i de l'1 % a pH 4,5. Les pastes obtingudes per escalfament de la FC presentaven característiques molt diferenciades depenent del pH. A pH neutre es formaven unes pastes dures i consistents, mentre que a pH àcid les pastes eren poc consistents, molt adhesives i més elàstiques que les anteriors. Aquestes tenien una capacitat de retenció d'aigua molt superior que les de pH 7, en les quals l'aigua quedava retinguda per capil·laritat. La textura i capacitat de retenció d'aigua de les pastes tampoc eren afectades pel tractament HHP.El tractament HHP incrementava l'activitat de la Tripsina sobre l'Hb quan el substrat i l'enzim es tractaven conjuntament i afavoria el procés d'obtenció d'hidrolitzats descolorats a partir de la FC, la qual cosa permetia assolir el mateix grau de descoloració amb una dosi d'enzim inferior. El tractament d'hidròlisi de la FC amb la utilització combinada de Tripsina seguida d'un tractament amb Pepsina permetia l'obtenció d'un hidrolitzat proteic d'Hb descolorat i hidrolitzava completament la globina, donant lloc a 2 pèptids de 10,8 i 7,4 KDa. Val a dir que també produïa un 60 80 % de nitrogen soluble en TCA, constituït fonamentalment per pèptids petits i aminoàcids lliures.Els hidrolitzats trípsics i pèpsics d'Hb, obtinguts a partir de FC no pressuritzada i deshidratats per atomització a 180ºC, eren de color blanc i tenien un contingut en humitat del 4,7 %, un 84,2 % de proteïna i 9,7 % de sals minerals. El procés d'hidròlisi permetia una reducció considerable de la contaminació de la FC, obtenint un producte en pols amb uns recomptes totals de l'ordre de 102-103 ufc·g-1. Pel que fa a la funcionalitat dels hidrolitzats d'Hb deshidratats per atomització, aquests presentaven una elevada solubilitat proteica a pH 5 i 7 i romanien solubles després d'un escalfament a 80ºC durant 30 min. Tanmateix, aquesta hidròlisi afectava molt negativament la capacitat de mantenir escumes estables i l'activitat emulsionant. / La sangre de cerdo es un subproducto comestible generado en los mataderos industriales durante el proceso de obtención de la canal. Este subproducto se caracteriza por presentar una elevada carga contaminante y debido a los grandes volúmenes que se generan, es necesario encontrar estrategias que permitan su revalorización y aprovechamiento. A su vez, se diminuye la contaminación ambiental y los gastos que se derivan de su procesamiento antes del vertido.La fracción celular (FC) constituye el 40 % de la sangre de cerdo y contiene principalmente la hemoglobina (Hb), que representa cerca del 90 % del contenido en proteína de esta fracción (un 35 % aproximadamente). El elevado porcentaje en proteína y en hierro, y sus buenas propiedades funcionales hacen que el aprovechamiento de este subproducto como materia primera o ingrediente de la industria alimentaria sea una alternativa muy útil para reducir los gastos de la industria cárnica, siempre que se resuelvan los problemas de oscurecimiento i de sabores extraños que puede conferir la FC cuando se adiciona a productos alimentarios. Otra posible utilización de la FC es aprovechar las propiedades colorantes de la Hb o del grupo hemo, como colorante de origen natural en diversos productos alimentarios.Los objetivos del presente trabajo eran, en primer lugar, determinar las mejores condiciones de aplicación del proceso de conservación de la FC mediante la deshidratación por atomización y caracterizar físico-química y microbiológicamente el concentrado de Hb en polvo. En segundo lugar, evaluar la eficacia de diferentes aditivos antioxidantes y/o quelantes de hierro para prevenir el oscurecimiento que sufre la FC durante la deshidratación. En tercer lugar, aplicar tratamientos de altas presiones hidrostáticas como un proceso de higienización y evaluar los efectos de este tratamiento sobre la microbiota contaminante, el color y las propiedades funcionales de la FC. Finalmente, desarrollar un proceso de obtención de hidrolizados proteicos decolorados a partir de la Hb con la finalidad de utilizarlos como ingredientes nutricionales y/o funcionales.La mejor temperatura de deshidratación por atomización de la FC hemolizada era 140ºC. La FC en polvo presentaba un contenido en humedad del 5,3 % y un porcentaje de solubilidad proteica del 96 %. La deshidratación por atomización inducía cambios en la estructura nativa de la Hb y, por tanto, un cierto grado de desnaturalización que puede conducir a una disminución de sus propiedades funcionales. El extracto seco de la FC en polvo estaba compuesto por un 97 % de proteína, un 3 % de sales minerales y un 0,7 % de grasa. Los valores CIE L*a*b* del color de la FC en polvo eran bastante constantes y reflejaban su color rojo marrón oscuro, debido a la oxidación del hierro hémico que se produce durante la deshidratación.La carga contaminante de la FC fresca de la sangre de cerdo era bastante elevada y el tratamiento de hemólisis con ultrasonidos y la centrifugación posterior no producían una reducción significativa de la microbiota contaminante, obteniéndose un producto con unos recuentos microbiológicos del orden de 106 ufc·mL-1. La deshidratación por atomización producía una disminución de 1 unidad logarítmica de los recuentos totales de la FC hemolizada. Sin embargo, el producto en polvo aún reflejaba la elevada contaminación de la materia primera, hecho que condiciona negativamente su utilización como ingrediente alimentario, a no ser que se mejoren las condiciones de recogida de la sangre en el matadero o que esta o la FC se someta a algún tratamiento de higienización previamente a la deshidratación.Las isotermas de sorción a 20ºC de la FC en polvo tenían forma sigmoidal i una histéresis estrecha y larga. La ecuación GAB es un buen modelo matemático para ajustar los datos de sorción obtenidos experimentalmente y determinar la isoterma de adsorción de la FC deshidratada por atomización. El porcentaje de humedad de la FC deshidratada a 140ºC se correspondía a un valor de aw a 20ºC de aproximadamente el 0,16. Teniendo en cuenta que estaba por debajo de los valores de aw correspondientes a la capa monomolecular, se puede garantizar la conservación a temperatura ambiente del producto, siempre que se envase en recipientes cerrados que no permitan la entrada de humedad del exterior.Del estudio de la posible estabilización del color de la FC deshidratada por atomización mediante la adición de ácido ascórbico y/o secuestrantes de hierro, se observó que sólo el ácido ascórbico, la glucosa, el ácido nicotínico y la nicotinamida, tenían efectos positivos sobre el color del producto en polvo. El ascórbico y la glucosa no mejoraban la conservación del color de la Hb pero disminuían el oscurecimiento que se produce durante la deshidratación, con lo cual se puede obtener un producto en polvo de color marrón más claro. La adición de dextrina o L-cisteína no disminuía el oscurecimiento ni evitaba el cambio de color de la Hb. El ácido nicotínico y la nicotinamida protegían el color de la Hb durante la deshidratación y el almacenaje de la FC en polvo.Las mejores condiciones de aplicación del tratamiento con altas presiones hidrostáticas (HHP) sobre la FC eran 400 MPa, a 20ºC, durante 15 min, porque producían una mejora significativa de la calidad microbiológica, no afectaban negativamente al color, no comprometían mucho la solubilidad proteica de la Hb y, aunque producían un aumento de la viscosidad, la FC permanecía fluida después del tratamiento. Este tratamiento permitía una reducción de la microbiota contaminante de la FC de entre 2 y 3 unidades logarítmicas. La aplicación de la alta presión y la posterior deshidratación permitían obtener un producto en polvo con recuentos totales del orden de 2,8 unidades logarítmicas. El color de la FC presurizada en polvo era igual que el de la FC control deshidratada, porque ambas muestras presentaban la misma susceptibilidad a la oxidación del grupo hemo producida por la deshidratación.La alta presión incrementaba la susceptibilidad de la Hb a los efectos desnaturalizantes de la deshidratación, fundamentalmente a pH 7 (PIE), ya que se observó una disminución de la solubilidad proteica a pH neutro después de los 2 procesos tecnológicos. La FC en polvo presentaba una máxima capacidad espumante al PIE de la Hb. La aplicación del tratamiento HHP producía una disminución de la capacidad espumante de la FC en polvo, pero no tenía efectos negativos sobre la estabilidad de la espuma formada. Tampoco se observaron efectos negativos del tratamiento HHP sobre la actividad emulsionante de la Hb. La máxima actividad emulsionante de la Hb se conseguía con una concentración de FC en polvo del 1,5 % a pH 7 y del 1 % a pH 4,5. Las pastas formadas por calentamiento de la FC presentaban características muy diferenciadas dependiendo del pH. A pH neutro se formaban unas pastas duras y consistentes, mientras que a pH ácido las pastas eran poco consistentes, muy adhesivas y más elásticas que las anteriores. Estas tenían una capacidad de retención de agua muy superior que las de pH 7, en las cuales el agua quedaba retenida por capilaridad. La textura y capacidad de retención de agua de las pastas tampoco eran afectadas por el tratamiento HHP.El tratamiento HHP incrementaba la actividad de la Tripsina sobre la Hb cuando el substrato y la enzima se trataban conjuntamente y favorecía el proceso de obtención de hidrolizados decolorados a partir de la FC, lo cual permitía conseguir el mismo grado de decoloración con una dosis de enzima inferior. El tratamiento de hidrólisis de la FC con la utilización combinada de Tripsina seguida de un tratamiento con Pepsina permitía la obtención de un hidrolizado proteico de Hb decolorado y hidrolizaba completamente la globina, dando lugar a 2 péptidos de 10,8 y 7,4 KDa. También producía un 60-80 % de nitrógeno soluble en TCA, constituido fundamentalmente por péptidos y aminoácidos libres.Los hidrolizados trípsicos y pépsicos de Hb, obtenidos a partir de FC no presurizada, deshidratados por atomización a 180ºC, eran de color blanco y tenían un contenido en humedad del 4,7 %, un 84,2 % de proteína y un 9,7 % de sales minerales. El proceso de hidrólisis permitía una reducción considerable de la contaminación de la FC, obteniendo un producto en polvo con recuentos totales del orden de 102-103 ufc·g-1. Con respecto a la funcionalidad de los hidrolizados de Hb deshidratados por atomización, estos presentaban una elevada solubilidad proteica a pH 5 y 7 y permanecían solubles después de un calentamiento a 80ºC durante 30 min. Sin embargo, esta hidrólisis afectaba muy negativamente la capacidad de mantener espumas estables y la actividad emulsionante. / Porcine blood is an edible by-product generated in a great volume in industrial abattoirs during the carcass obtaining process. This by-product is highly contaminant if it is considered and treated as waste and dumped. Therefore, it is necessary to find strategies that permit its valorization and exploitation. This would allow, at the same time, to reduce the environmental impact and the expenses derived from the processing, always necessary prior to its dumping.The red blood cells fraction (RBC) constitutes the 40 % of porcine blood and mainly contains the haemoglobin (Hb), which represents the 90 % of the protein content of this fraction (approximately 35 %). The high iron and protein contents as well as to its good functional properties make the RBC interesting as a food ingredient, provided that the dark colour and blood flavour problems, which appear when it is added to food products, would be solved. Another possibility would be to use RBC as a natural colorant in several food products by taking advantage of the colorant properties of haemoglobin or haem group.The aims of the present work were, first, to determine the best conditions for the application of spray drying to the RBC as a preservation process and to characterise the Hb concentrate powder by means of physical-chemical and microbiological analyses. The second objective was to evaluate the efficiency of different antioxidants and/or iron chelating agents in order to prevent the darkening of RBC during dehydration. The third objective was to apply a high hydrostatic pressure treatment as an hygienisation process, and to evaluate the effects of this treatment on contaminating microbiota, the colour and the functional properties of RBC. Finally, to develop a process to obtain discoloured protein hydrolysates from the Hb with the purpose of using them as nutritional and/or functional ingredients.The best spray-drying temperature of the haemolysate RBC was 140ºC. Spray-dried RBC presented a moisture content of 5.3 % and a protein solubility of 96 %. Spray drying induced changes in the native Hb structure and, therefore, certain denaturation degree that can lead to a decrease of its functional properties. The dry matter of powdered RBC was composed of 94.6 % of protein, 3 % of mineral salts and 0.7 % of fat. The CIE L*a*b* colour parameters of spray-dried RBC were quite constants and reflected their dark red brown colour due to the oxidation of the haeminic iron that takes place during the spray-drying.Raw RBC fraction from porcine blood had a quite high microbiological contamination level. The ultrasound haemolysis treatment and the later centrifugation did not significantly reduce the contaminating microbiota, the product obtained had microbiological counts around 106 cfu·mL-1. Spray drying decreased in one logarithmic unit the total counts of haemolysated RBC. However, the dried product still reflected the high contamination of the raw material. This negatively determines its utilisation as a food ingredient unless the conditions of blood collection are improved or some hygienisation treatment is applied to the RBC prior to dehydration.The sorption isotherms of spray dried RBC at 20ºC presented a sigmoidal shape and a narrow and long hysteresis. The GAB equation was found to be a good mathematical model to fit the sorption data obtained experimentally and to determine adsorption isotherm of spray dried RBC. The moisture content of dried RBC at 140ºC corresponded approximately to a aw value of 0.16 at 20ºC. Since it is below the values of aw corresponding to the monomolecular layer, we can guarantee the preservation of the product at room temperature, provided it is packaged in closed containers that do not allow the humidity entrance from outside.The study of the possible stabilisation of the spray dried RBC colour, by means of the addition of antioxidants and/or iron chelators, showed that only ascorbic acid, glucose, nicotinic acid and nicotinamide, had positive effects on the colour of the dried product. Although ascorbic acid and glucose did not improve the colour preservation, they decreased the darkening occurring during the dehydration and consequently, a lighter dried product was obtained. Dextrin or cisteine addition neither decreased darkening nor prevented the Hb colour change. Nicotinic acid and nicotinamide protected the colour of Hb during the dehydration and the storage of the dried RBC.The best application conditions of the high hydrostatic pressure treatment (HHP) on the RBC were 400 MPa for 15 minutes at 20ºC. This treatment produced a significant improvement of the microbiological quality (2-3 log10 reduction). The HHP treatment did not have any negative effects on the colour and the solubility of Hb and, although a slightly increase in viscosity was produced, the RBC remained fluid after the treatment. The application of high pressure and later dehydration allowed obtaining a dried product with total microbial counts of 2.8 logarithmic units. The colour of the pressurised and spray dried RBC and of the non-pressurised one was the same, because both samples presented the same susceptibility to the oxidation of the haem group produced by the dehydration.The application of high pressure increased the susceptibility of Hb with respect to the denaturant effects of dehydration, mainly at pH 7 (IEP), since, after both technological processes, a decrease in protein solubility at neutral pH was observed. Spray dried RBC had a maximum foaming capacity at the IEP of Hb. The application of HHP treatment decreased the foaming capacity of dried RBC, but it did not have any negative effects on the stability of the formed foam. Neither a negative effect of the application of the HHP treatment on emulsifying activity of Hb was observed. The maximum emulsifying activity of Hb was reached with a 1.5 % of dried RBC at pH 7 and 1 % at pH 4.5. The pastes induced by heating presented very different characteristics depending on the pH. At neutral pH, hard and consistent pastes were formed, whereas at acid pH, the pastes were less consistent, more adhesive and more elastic than the previous ones. The latter had higher water holding capacity than those of pH 7 pastes, in which, the water was retained by capillarity. The texture and the water holding capacity of pastes were not affected by the application of the HHP treatment.The application of the HHP treatment increased the activity of tripsin on Hb when the substrate and the enzyme were treated jointly. This treatment favoured the production of discoloured hydrolysates from the RBC, allowing to reach the same discoloration degree with a lower enzyme dosage. The hydrolysis treatment of the RBC, with the combined utilisation of tripsin followed by a treatment with pepsin, allowed obtaining a discoloured hydrolysate and completely hydrolysed globin, giving two peptides of 10.8 and 7.4 KDa. In addition, it also produced a 60-80 % of soluble nitrogen in TCA, constituted mainly by small peptides and free aminoacids.The trypsic and pepsic Hb hydrolysates, obtained from non-pressurised RBC and spray dried at 180ºC, were white and they had a moisture content of 4.7 %, 84.2 % of protein and 9.7 % of mineral salts. The hydrolysis process produced a substantial reduction of the RBC contamination, obtaining a dried product with total microbial counts of about 102-103 cfu·g-1. Concerning the functionality of spray dried Hb hydrolysates, they presented a high protein solubility at pH 5 and 7 and remained soluble after heating for 30 min at 80ºC. Nevertheless, this hydrolysis negatively affected both the capacity to maintain stable foams and the emulsifying activity.

Le phosphore est un élément crucial pour la vie sur Terre, de par son implication dans les processus bioénergétiques, le stockage et le traitement de l'information génétique. C'est également l'un des nutriments limitants en agriculture, aux côtés de l'azote et du potassium. Depuis la révolution verte au milieu du 20ième siècle, le monde agricole est dépendant des engrais phosphorés à bas coûts, fabriqués à partir d'une ressource fossile et nécessaires à l'amélioration des rendements des cultures à même de répondre aux besoins en nourriture d'une population en forte croissance. Cependant cette ressource, la roche phosphatée, s'épuise progressivement. De plus, son utilisation est très peu efficiente : moins de 20% du phosphore extrait se retrouve effectivement dans la nourriture consommée. L'une des raisons de cette faible efficience est la spécialisation de régions entières dans des productions agricoles spécifiques. Ainsi, les régions spécialisées dans les cultures à hauts rendements ont besoin de grandes quantités d'engrais minéraux alors que les régions d'élevage intensif ont des excédents de lisier sans terres agricoles suffisamment grandes et proches pour servir de zones d'épandage. L'épandage excessif de lisier en Bretagne est la cause première d'eutrophisation des cours d'eau. Le phosphore contenu dans le lisier porcin pourrait être recyclé sous forme de struvite (MgNH4PO4,6H2O), un engrais phosphaté à dissolution lente, très concentré et facilement transportable vers les régions de cultures végétales nécessitant une fertilisation phosphatée importante. Le phosphore du lisier porcin étant initialement présent sous une forme minérale solide, il est nécessaire de le dissoudre avant de le précipiter en struvite. Parce-que la dissolution par acidification chimique est trop chère et implique un mauvais bilan environnemental, le procédé développé lors de cette thèse utilise l'acidogénèse, un procédé biologique au cours duquel la matière organique est convertie en acides organiques en absence d'oxygène, acidifiant naturellement le lisier porcin. Différents déchets organiques ont été testés en tant que co-substrats dans du lisier porcin brut ou digéré, provoquant une fermentation de type lactique lorsque le co-substrat possédait une forte teneur en glucides facilement biodégradables, et une fermentation avec de nombreux acides organiques produits lorsque la teneur en glucides facilement biodégradables était faible. Il a pu être démontré que la fermentation lactique était le fait de bactéries appartenant au genre Lactobacillus, alors que divers Clostridiales dominaient lors des autres fermentations avec la production d'acétate, propionate, butyrate et valérate. Un réacteur en semi continu alimenté d'un mélange de lisier brut de petit pois et de carottes a permis la dissolution de 50% du phosphore total soit 750 mg-P/L. Après centrifugation, 3.4 g d'hydroxyde de magnésium par litre de surnageant a été ajouté afin d'élever le pH à 8 et ainsi précipiter la struvite. 99% du phosphore dissous a alors été abattu. Le solide obtenu contenait 70% de struvite, un léger excès de phosphore et de magnésium, ainsi que de la matière organique. L'acidogénèse permet l'hydrolyse de la matière organique complexe et la formation d'acides organiques. De ce fait, ce procédé de recyclage du phosphore contenu dans le lisier porcin pourrait être implémenté dans les nombreuses unités de méthanisation présentes en Bretagne et qui traitent des effluents animaux ainsi que des déchets organiques d'origine agricole, industrielle et municipale. La struvite obtenue pourrait être vendue dans les régions ayant besoin de fertilisation phosphatée alors que la matière organique du digestat pourrait être maintenue en Bretagne. Un tel procédé réduirait significativement l'eutrophisation due à l'épandage excessif du lisier tout en diminuant les besoins en fertilisants minéraux fossiles grâce à une source alternative aux performances fertilisantes équivalentes. / Phosphorus is a crucial nutrient for life, implicated in cellular bioenergetics as well as storage and processing of genetic information. It is also one of the limiting nutrients in agriculture with nitrogen and potassium. Since the green revolution in the middle of the 20th century, agriculture has relied on increasing amounts of cheap mineral P-fertilizers produced from a fossil resource to improve crop yields and sustain population growth. However, the resource is depleting and its use efficiency is poor: less than 20% of extracted P is actually consumed in food. One of the reasons for this is the specialization of entire regions into on type of agricultural production or another. Thus, regions focusing on high yield crops require large applications of fossil mineral fertilizers while intensive livestock breeding areas cannot find an output for their P-rich manure due to the distance with crop fields in need of P fertilization. Over application of animal manure in Brittany is the main cause of eutrophication in the region. Phosphorus could be recovered from pig manure as struvite, a concentrated, slow-release mineral fertilizer easily transported to crop-oriented regions in need of P fertilization. P in pig slurry is mostly under a solid inorganic form, requiring dissolution prior to precipitation as struvite. Because chemical acidification is too expensive and harmful to the environment, the process developed in this PhD relied on acidogenesis, a biological process in which organic matter is converted to organic acids under anaerobic conditions, thus naturally acidifying the swine slurry. Various organic wastes were tested as organic co-substrates on raw and digested pig slurry, leading to lactic acid fermentation when the co-substrate had a high content in easily biodegradable carbohydrates and a fermentation with diverse organic acids produced at low content in easily biodegradable carbohydrates. Lactobacillus was the genus responsible for lactic acid fermentation and various Clostridiales dominated otherwise, producing acetate, propionate, butyrate and valerate. A reactor was operated with semi-continuous feeding of raw swine slurry and carrot/pea, leading to the dissolution of 50% total-phosphorus or 750 mg-P/L. After centrifugation, struvite was precipitated in the supernatant by adding magnesium hydroxide to increase the pH to 8. 99% of dissolved P precipitated. The solid recovered contained 70% of struvite, a slight excess of P and Mg as well as organic matter. Because hydrolysis of organic matter and production of organic acids occurs during acidogenesis, the process could be implemented in the many anaerobic digestion units installed in Brittany treating animal manure and agricultural, industrial and municipal organic waste. The struvite recovered could be sold to regions in need while the digestate impoverished in P and rich in organic matter could be kept locally. Such process would reduce eutrophication due to over application of pig manure and also reduce the reliance on fossil P fertilizer by offering an alternative source with equivalent fertilizing performances.

La réduction des apports alimentaires de phosphore (P) ainsi que l’optimisation de son utilisation par les animaux représentent des enjeux majeurs pour assurer la durabilité des filières avicole et porcine. Le développement de systèmes d’alimentation assurant une utilisation efficace du phosphore est donc crucial en particulier durant la période de finition. Ce travail de thèse a permis de redéfinir le besoin en P des animaux durant cette phase et ce en lien avec les autres constituants de la matrice alimentaire reconnus pour impacter de façon majeure sur l’utilisation globale de P (Ca, phytase microbienne). Ce travail a également permis de quantifier l’impact du Ca et de la phytase microbienne sur les flux digestifs et métaboliques de P. Les connaissances générées contribuent à développer d’une part, des modèles mécanistes simulant le devenir de P à l’échelle de l’animal et d’autre part, de nouveaux systèmes d’alimentation répondant aux enjeux de la durabilité. / The reduction of dietary phosphorus (P) and the optimisation of its utilisation by the animals represent major challenges for the sustainability of poultry and pig production. The development of new feeding strategies ensuring an efficient utilization of P appears crucial particularly during the finishing period. The present work contributed to redefine the requirement of P of the animals during this phase in conjunction with the other constituents of the feed matrix well-known to significantly impact on the overall utilisation of P (Ca, microbial phytase). Moreover, this work quantified the impact of Ca and microbial phytase on the digestive and metabolic flows of P. On one hand, generated knowledge helps developing mechanistic models simulating the fate of P in the scale of the animal and on the other hand new feeding systems to meet the challenges of sustainability.

La relation homme-animal se construit à partir des interactions entre chacun des partenaires qui se transmettent des informations via les signaux sensoriels. Mieux comprendre l’effet de ces interactions passe par la détermination de la sensibilité des animaux aux signaux émis par l’homme. Les interactions vocales entre l’homme et le porc domestique ont été peu étudiées, alors que ce canal est utilisé par l’homme dans les pratiques d’élevage.La thèse a donc cherché à déterminer (1) la sensibilité des porcelets aux variations du signal vocal, (2) les effets de son utilisation dans la mise en place de la relation homme-animal et (3) son utilisation dans la communication référentielle avec l’animal. Les réponses des porcs ont été évaluées (1) dans des tests de discrimination de stimuli vocaux, (2) lors de la mise en place de la relation et de tests de réponse à la présence humaine et (3) lors de tests de choix en présence de signaux humains.Les porcelets se sont révélés sensibles à la voix féminine neutre, sans montrer d’attirance particulière pour cette voix. Néanmoins, une voix féminine aigüe et parlant lentement les a attirés physiquement. Associée à la présence répétée de l’homme, la voix féminine aigüe et lente est associée par l’animal à une valence positive. Les résultats suggèrent que la voix pourrait être impliquée dans la reconnaissance de l’homme par les animaux. Enfin, il est possible d’apprendre aux animaux à utiliser les propriétés référentielles de la voix, mais uniquement lorsqu’elle est combinée à des signaux visuels (pointage du doigt statique et dynamiq / The human-animal relationship is based on the exchange of information via sensorial signals between both partners. Identifying the sensitivity of animals to human signals would help understanding the effect of these interactions. Although auditory interactions are common in breeding practices, vocal interactions between humans and pigs were poorly studied.This thesis studied (1) the sensitivity of piglets to vocal signal variations, (2) the effect of their use during the development of the humPiglets were sensitive to a neutral feminine voice, without showing a specific attraction for it. Nevertheless, a high-pitched feminine voice, slowly speaking attracted them physically. Combined with a repeated human presence, the high-pitched-slow-feminine voice was associated to a positive valence by piglets. Piglets could use the voice to recognize humans, as suggested by our results. Eventually, animals can learn to use the referential property of the voice but only when it is combined to visual referential signals (dynamic and static pointing gestures). Our results offer promising opportunities for the use of human voice while working with animals.

Le porc est un modèle d’étude présentant à la fois une grande importance agronomique et un fort potentiel comme modèle biomédical pour différentes pathologies respiratoires. Pourtant, son système immunitaire pulmonaire est peu connu, limitant l’approfondissement de ces études. Notamment, les cellules dendritiques (DCs) et macrophages (Mθs) tissulaires, qui sont à l’interface entre immunités innée et acquise, n’étaient pas caractérisés. L’objectif de cette thèse était de décrire ces cellules dans le poumon porcin à l’état basal et durant des infections par différentes souches de virus Influenza A (VIA), un pathogène capable d’infecter le porc et l’Homme. Nous avons caractérisé pour la première fois les DCs conventionnelles (cDCs) et dérivées de monocytes (moDCs), ainsi que des macrophages dérivés de monocytes (moMθs) et les macrophages alvéolaires (AMs) porcins. Les cDC1 et cDC2 se sont révélées proches de leurs équivalentes murines et humaines de par leur phénotype et leurs capacités de migration et de présentation de l’antigène in vitro. Les moDCs sont, comme chez la souris, pro-inflammatoires et recrutées lors d’une infection par le VIA in vivo. Nous avons également étudié des cellules tissulaires fortement représentées dans le poumon porcin et dont le phénotype est très similaire à celui des AMs : les cellules AM-like. Ces dernières sont pro-inflammatoires lors d’infections in vitro par un virus H3N2 porcin ou une souche Lena du PRRSV. Nous avons enfin étudié ces différents types cellulaires dans le cadre d’infections par deux souches porcines du VIA, l’une du sous-type H3N2 et l’autre du sous-type H1N2, la première étant plus pathologique en élevage et induisant plus d’inflammation. Il se pourrait que les cellules AM-like aient un rôle important dans cette différence de pathogénicité. En conclusion, nous avons mis en place des moyens pour étudier plus précisément le rôle des DCs et Mθs dans le poumon porcin, et ainsi, de mieux comprendre l’inflammation et la réponse immunitaire pulmonaire. Ce travail ouvre des voies, en santés vétérinaire et biomédicale, qui étaient jusqu’à présent réservées au modèle murin. / Pig is a research model with a major agronomic importance and a great potential as a biomedical model for different respiratory pathologies. Yet, its pulmonary immune system is little known, limiting the deepening of these studies. In particular, tissular Dendritic Cells (DCs) and Macrophages (Mθs), which are at the interface between innate and adaptive immune systems, were not characterized. The aim of this thesis was to describe DCs and Mθs in the porcine lung at steady-state and during infections with different strains of influenza virus A (IAV), a pathogen capable of infecting pigs and humans. We characterized for the first time conventional DCs (cDCs) and monocyte derived (moDCs), as well as monocyte-derived macrophages (moMθs) and alveolar macrophages (AMs) in pig. The cDC1 and cDC2 were phenotypically close to their murine and human equivalents. They also had the same in vitro capabilities of migration and antigen presentation. The moDCs are, like murine ones, pro-inflammatory and are recruited during an IAV infection in vivo. We also found a highly represented interstitial population whose phenotype is very similar to that of AMs: AM-like cells. They are pro-inflammatory upon in vitro infection by a swine H3N2 strain or a Lena strain of PRRSV. Finally, we studied these different cell types through infection by two strains of porcine IAV, an H3N2 and an H1N2 strains, the first one being more pathological and inducing more inflammation. The AM-like cells might play an important role in this pathogenicity difference. In conclusion, we found a strategy to study more precisely the roles of DCs and Mθs in the porcine lung, and thus to better understand lung inflammation and immune response. This work opens pathways, in veterinary and biomedical health, which were previously reserved for mouse model.

L’industrie porcine met beaucoup d’efforts pour contrôler la contamination par Salmonella en fin de production. Malgré tout, d’après des données européennes de la European Food Safety Authority (EFSA), les produits de viande porcine pourraient être responsables de 10 à 20 % des cas rapportés de salmonellose chez l’Homme. Il semble donc qu’une approche incluant des actions en amont, c’est-à-dire à la ferme, pourrait permettre de réduire la pression de contamination au niveau de l’abattoir et donc la contamination de la viande. Le transfert de Salmonella entre les truies contaminées et les porcelets pourrait être une source importante de contamination dans la filière porcine. Cependant au Canada peu d’information est disponible sur cette voie d’introduction. Nous avons donc décrit le lien entre les souches retrouvées chez les truies et celles retrouvées chez leurs porcelets dans les étapes subséquentes d’un système de production commercial Québécois. De plus, l’établissement du microbiote intestinal chez le porc en production est directement influencé par le microbiote maternel et celui-ci influence l’excrétion de Salmonella chez les porcs en engraissement. Dans cette étude, nous avons donc tout d’abord décrit, dans ce même système, le microbiote des truies en lien avec leur excrétion de Salmonella. Nous avons ensuite décrit le microbiote des porcelets et des porcs en engraissement en relation avec ce microbiote maternel et avons tenté d’identifier des déterminants de l’excrétion qui peuvent être transférés de la truie à sa progéniture à l’intérieur de cette pyramide de production. Pour ce faire, nous avons tout d’abord échantillonné les matières fécales de truies à différents moments de la gestation dans une maternité. Une détection de Salmonella a été effectuée et les populations bactériennes retrouvées dans le microbiote fécal de ces truies ont été décrites par séquençage à haut débit de type MiSeq. Ceci nous a permis de mettre en évidence une réduction significative du niveau de Salmonella excrétées par ces truies entre le début et la fin de la gestation. Nous avons aussi pu mesurer des variations dans le microbiote fécal de celles-ci selon l’excrétion de Salmonella, mais aussi selon le moment de la gestation. Un séquençage a aussi été effectué sur les fèces des porcelets nés de ces truies avant leur sevrage. Ceci nous a permis de démontrer que le statut d’excrétion de la truie influence leur microbiote fécal. Cependant, aucun transfert direct de taxon spécifique de cette relation n’a pu être mesuré. De plus, indépendamment du statut d’excrétion de Salmonella des truies, nous avons démontré qu’à ce moment les porcelets d’une portée avaient des microbiotes fécaux plus semblables entre eux que comparativement à ceux de leurs contemporains, confirmant l’influence de la truie sur le microbiote des porcelets dans les fermes échantillonnées. Finalement, des échantillonnages de matière fécale de ces porcs ont aussi été effectués en engraissement. Leur statut d’excrétion de Salmonella et la composition de leur microbiote ont aussi été évalués à cette étape. Grâce à ces échantillons, nous avons démontré que, dans le système de production étudié, le statut d’excrétion de la truie n’avait pas d’impact sur le microbiote des animaux après l’étape du sevrage. Nous avons cependant démontré que dans les fermes faisant partie de l’étude, les porcs nés d’une même mère avaient toujours un microbiote fécal différenciable de celui de leurs congénères. Ceci suggère ainsi le potentiel d’actions visant à moduler le microbiote intestinal de la truie et qui pourrait être transféré au bénéfice de leurs porcelets. Nous avons aussi décrit par typage, à l’aide de courbes de fusion à haute résolution (HRM), la circulation et le transfert des Salmonella de la maternité vers les autres étapes de la production dans cette pyramide de production. Les résultats obtenus démontrent ici que, malgré une excrétion des truies dans la période périnatale, les souches retrouvées plus tard chez les porcelets en pouponnière et dans leur environnement ont des profils HRM différents de celles retrouvées en maternité. Les truies auraient donc, dans le système de production étudié, un effet marginal sur la contamination des porcelets et ceux-ci se contamineraient plutôt dans l’environnement de la pouponnière ou de l’engraissement. Cette étude a permis de mieux décrire la présence de Salmonella dans un système de production porcine commercial au Québec et ainsi de mieux comprendre l’impact de la transmission de Salmonella entre les truies et les porcelets. Ces nouvelles connaissances permettront de mieux cibler les étapes où des mesures efficaces pourraient être implantées pour réduire la contamination du produit fini. L’étude du microbiote a aussi permis de mettre en évidence une influence de la truie sur le microbiote fécal de ses porcelets et ce jusqu’en engraissement, sans pour autant avoir pu identifier de taxons directement transférés, ni avoir pu mesurer d’effet de cette influence sur l’excrétion de Salmonella. Néanmoins, au-delà de la problématique spécifique de Salmonella, cette étude ouvre des perspectives de modulation du microbiote intestinal de la truie au bénéfice de l’orientation du microbiote digestif du porc pendant toute la production, microbiote dont les effets sur la santé et le bien-être sont de mieux en mieux documentés. / The pork industry is putting a lot of effort into controlling Salmonella contamination at the end of production. However, according to the European Food Safety Authority (EFSA) data, pig meat products may be responsible for 10-20% of reported cases of salmonellosis in humans. It therefore seems that an approach including actions upstream, on the farm, could make it possible to reduce the pressure of contamination at the slaughterhouse and therefore the contamination of the meat. The transfer of Salmonella between contaminated sows and piglets could be an important source of contamination in the pig sector. However, in Canada little information is available on this route of introduction. We have therefore described the link between the strains found in sows and those found in their piglets in the subsequent stages of production in a Quebec commercial production system. In addition, the establishment of this microbiota in pigs in production is directly influenced by the maternal microbiota and that the intestinal microbiota influences the excretion of Salmonella in fattening pigs. In this study, we therefore first described the microbiota of sows in relation to their excretion of Salmonella in this same production system. We then described the microbiota of piglets and fattening pigs in relation to this maternal microbiota and attempted to identify determinants of shedding that can be transferred from the sow to its offspring within this production pyramid. To do this, we first sampled the feces of sows at different times of gestation in a maternity unit. Salmonella was detected and the bacterial populations found in the fecal microbiota of these sows were described by high-throughput sequencing of the MiSeq type. This allowed us to highlight significant variations in the level of Salmonella excreted by these sows at different times of gestation. We were also able to measure variations in the fecal microbiota of these depending on the excretion of Salmonella, but also according to the time of gestation. Sequencing was also carried out on the feces of piglets born from these sows before weaning. This allowed us to demonstrate that the sow's shedding status influences their fecal microbiota. However, no direct taxon transfer specific to this relationship could be measured. In addition, up to the nursery, we have demonstrated that piglets from the same litter have more similar fecal microbiota than compared to other contemporary animals, confirming the influence of the sow on the piglet microbiota in the sampled farms. Finally, fecal samples from these pigs were also carried out for fattening. Their Salmonella excretion status and the composition of their microbiota were also assessed at this stage. Using these samples, we demonstrated, in the production system that was studied, that the impact of the sow’s status on the microbiota was not retained for fattening after the weaning stage and did not affect the risk of shedding during fattening. However, we have shown that on the farm included in our study that pigs born to the same mother always have a differentiated fecal microbiota from that of their counterparts. This thus demonstrates the potential for actions aimed at modulating the intestinal microbiota of the sow and which could be transferred to the benefit of their piglets. We have also described by High Resolution Melt typing (HRM) the circulation and transfer of Salmonella from the maternity to the other stages of production in this production pyramid. The results obtained demonstrate here that despite the excretion of sows in the perinatal period, the strains found later in the piglets at the nursery and their environment have different HRM profiles from those found in maternity. In the studied production system, sows would therefore have a marginal effect on the contamination of piglets in the production system studied, compared to the environment in the nursery among other things. This study made it possible to better describe the circulation of Salmonella in a commercial swine production system in Quebec and thus to better understand the impact of Salmonella transmission between sows and piglets. This new knowledge will allow us to better target the stages where effective measures could be implemented to reduce contamination of the finished product. The study of the microbiota also made it possible to highlight an influence of the sow on the fecal microbiota of its piglets and this until fattening, without being able to identify taxa directly transferred nor to have been able to measure the effect of this influence on the excretion of Salmonella. However, beyond the specific problem of Salmonella, this study opens up perspectives for modulating the intestinal microbiota of the sow for the benefit of the orientation of the digestive microbiota of pigs throughout production, a microbiota whose effects on health and well-being are getting increasingly well documented.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Streptococcus suis est un agent pathogène bactérien important qui affecte les porcelets post-sevrés et qui cause des septicémies, des méningites et des arthrites. L’infection se transmet principalement par voie respiratoire, cependant il existe une hypothèse que la voie intestinale pourrait aussi représenter une porte d’entrée pour le pathogène. Le déoxynivalénol (DON) est une mycotoxine soupçonnée depuis longtemps d’être un facteur prédisposant dans le développement de la maladie causée par S. suis, mais cela n’a encore jamais été étudié. L’objectif de cette étude est donc d’évaluer l’effet du DON sur les interactions de S. suis avec les cellules dendritiques (DCs) porcines, les macrophages alvéolaires porcins (PAMs) et les cellules épithéliales intestinales du porc (IPEC-J2). L’induction de médiateurs inflammatoires mesurée par RT-PCR ont révélé que le DON cause une diminution significative de l’expression des cytokines pro-inflammatoires (IL-6, IL-8, TNF-α) des DCs porcines et des PAMs favorisant ainsi un environnement immunosuppresseur. L’étude de l’expression du CMH-II par FACS a révélé que de faibles concentrations (≤ 1 μM) de DON augmentent significativement l’expression du CMH-II alors que de fortes concentrations (≥ 2 μM) causent plutôt une diminution significative de son expression influençant ainsi la mise en place de l’immunité adaptative. De plus, les tests de phagocytose ont révélé que de fortes concentrations (≥ 1 μM) de DON diminuent la capacité de phagocytose de S. suis par les PAMs favorisant ainsi la dissémination de la bactérie. Des tests d’adhésion et d’invasion ont révélé que le DON n’a pas d’impact sur l’adhésion de S. suis aux IPEC- J2 et que de fortes concentrations (≥ 4 μM) de DON favorisent l’invasion de S. suis dans ces cellules. Finalement, des tests ELISA ont montré que le DON (0,5, 1 et 4 μM) diminue significativement la production de cytokines pro-inflammatoires (IL-8) des IPEC-J2. / Streptococcus suis is an important bacterial pathogen that affects post-weaner piglets and causes septicemia, meningitis and arthritis. The infection is mainly transmitted by the respiratory route; however, there is a hypothesis that the intestinal tract could also represent an entry point for the pathogen. Deoxynivalenol (DON) is a mycotoxin that has long been suspected of being a predisposing factor in the development of disease caused by S. suis, but has never been studied. The objective of this study is therefore to evaluate the effect of DON on the interactions of S. suis with porcine dendritic cells (DCs), porcine alveolar macrophages (PAMs) and porcine intestinal epithelial cells (IPEC-J2). The induction of inflammatory mediators measured by RT-PCR revealed that DON causes a significant decrease in the expression of pro-inflammatory cytokines (IL-6, IL- 8, TNF-α) in porcine DCs and PAMs, thus promoting an immunosuppressive environment. The study of MHC-II expression by FACS revealed that low concentrations (≤ 1 μM) of DON significantly increase the expression of MHC-II while high concentrations (≥ 2 μM) rather cause a significant decrease in its expression, thus influencing the establishment of adaptive immunity. In addition, phagocytosis assays revealed that high concentrations (≥ 1 μM) of DON decrease the phagocytosis capacity of S. suis by PAMs, thus promoting the dissemination of the bacteria. Adhesion and invasion assays revealed that DON does not impact S. suis adhesion to IPEC-J2 and that high concentrations (≥ 4 μM) of DON promote S. suis invasion into IPEC-J2. Finally, ELISA have shown that DON (0,5, 1 et 4 μM) significantly reduce IPEC-J2’s production of pro-inflammatory cytokines (IL-8).