Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et post-doctorales, 2017-2018 / Depuis des décennies, la canneberge est reconnue comme un aliment fonctionnel grâce à ses bienfaits sur la santé humaine. Cependant, ce petit fruit, très riche en acides organiques, peut engendrer à long terme des troubles gastro-intestinaux chez certains consommateurs. L’objectif principal de ce travail de thèse de doctorat était de démontrer qu’à partir d’un traitement du jus de canneberge par électrodialyse selon une certaine configuration, il était possible de diminuer la concentration en acides organiques dans le jus tout en permettant une réduction potentielle de l’inflammation intestinale et de conserver les composés bénéfiques (anthocyanes et proanthocyanidines) sur la santé humaine. Au cours de ces travaux, les premiers résultats ont démontré que la nature des membranes et un agencement judicieux de celles-ci permettaient de diminuer significativement la concentration en acides organiques dans le jus de canneberge tout en conservant les anthocyanes et les proanthocyanidines présentes dans le jus. En parallèle, cette étude a mise en évidence pour la première fois une sélectivité de migration des acides organiques lors de l’électrodialyse avec membrane bipolaire. Ainsi, l’étude de l’impact de la nature et de l’agencement des membranes sur la désacidification du jus de canneberge a montré que, parmi les configurations testées, seule la configuration possédant deux membranes bipolaires et une membrane anionique résultait en un taux de désacidification du jus de canneberge optimal en termes de paramètres électrodialytiques et physico-chimiques. Par la suite, l’étude in vitro sur l’impact du taux de désacidification du jus de canneberge sur la barrière intestinale a démontré qu’une diminution suffisante des acides organiques dans le jus de canneberge permettait de protéger la barrière intestinale. L’acide quinique n’a montré aucun impact sur l’intégrité de la barrière intestinale à la différence des acides citrique et malique. Néanmoins, l’effet des acides citrique et malique seuls sur l’intégrité de la barriére intestinale n’a pas été démontré. Cette étude a mis en évidence pour la première fois l’impact des acides organiques présents dans le jus de canneberge sur l’intégrité de la barrière intestinale. Enfin, l’approche mathématique a permis de mieux comprendre le comportement et le transfert des acides organiques à travers la membrane échangeuse d’anions durant le procédé d’électrodialyse. Ainsi, une compétition entre les fractions anioniques des acides organiques et les H+ produits par la membrane bipolaire a pu être déterminée. Enfin, un brevet a été déposé à la fois sur le procédé et le produit en lui même menant dans un futur proche à l’apparition d’un nouveau breuvage de canneberge sur le marché. / For decades, cranberry has been recognized as a functional food due to its beneficial effects on human health. However, cranberry, which possesses a very high organic acid content, may potentially cause gastrointestinal disorders following a longterm consumption. The main objective of this doctoral thesis was to demonstrate that through an electrodialysis treatment of cranberry juice using a specific configuration, it is possible to decrease the organic acid concentration, while conserving compounds beneficial to human health and potentially decreasing organic acid impact on intestinal inflammation. The results of the first study demonstrated that the membrane’s nature and stacking (ion-exchange, bipolar or ultrafiltration membranes) allowed for a significant decrease of the organic acid concentration while preserving anthocyanins and proanthocyanidins in the juice. In addition, this study highlighted for the first time a migration selectivity of organic acids during the ED treatment. This study showed that only the configuration possessing two bipolar membranes and one anion exchange membrane produced an optimal rate of deacidification in cranberry juice in terms of electrodialytic and physico-chemical parameters. In the second study, it was demonstrated that a deacidification rate of at least 37% was necessary to protect the intestinal barrier in vitro. Quinic acid has no impact on the intestinal barrier’s integrity as opposed to citric and malic acids. However, the effect of citric or malic acids alone on the integrity of the intestinal barrier has not been demonstrated. Notably, this is the first time a study demonstrated the impact of organic acids present in cranberry juice on the integrity of the intestinal barrier. Finally, the mathematical approach led to a better understanding of the behaviour and transport of organic acids through the anion exchange membrane during VI the ED treatment. A competition between the anionic fractions of organic acids and the H+ produced by the bipolar membrane during the ED process was demonstrated. These results showed that electrodialysis with bipolar membrane deacidified cranberry juice while preserving the beneficial compounds such as anthocyanins and proanthocyanidins, and potentially decreasing the impact on intestinal inflammation. Additionally, a better understanding of the migration of organic acids through the anion exchange membrane during the process has been shown. A patent concerning the process and the final product was submitted. We hope this work will lead in a close future to the commercial availability on the market of a new cranberry juice beverage.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2018-2019. / L’utilisation de lisier à des fins de fertilisation est une pratique courante des systèmes de production laitière du Québec et représente une alternative intéressante aux fertilisants minéraux en offrant une source d’azote disponible aux plantes et de matière organique pour le sol. Les objectifs de ce projet situé au nord du lac Saint-Jean (Normandin, Qc) étaient d’évaluer les changements à long terme (21 ans) des stocks de N dans le profil du sol (0-50 cm) selon deux rotations de cultures (céréales continues ou rotation céréale - plantes fourragères pérennes), combinées à deux types de travail du sol primaire (chisel ou charrue à versoirs) et à deux sources de nutriments (minéral ou lisier de bovins) et de dresser le bilan des flux d’azote dans le système sol-plante, pour les systèmes culturaux comparés. L’apport annuel et répété sur 21 ans de lisier de bovins a augmenté les stocks d’azote en surface (0-20 cm) de 14 %, comparativement à la fertilisation minérale, mais n’a montré aucun effet en dessous de 20 cm. La rotation comportant des plantes pérennes a favorisé également une plus grande accumulation (+ 25 %) d’azote dans le sol pour l’horizon 0-20 cm que la monoculture d’orge. La combinaison d’un apport de lisier au système de cultures en rotation avec plantes pérennes a montré un effet bénéfique encore plus important, avec des stocks d’azote du sol supérieurs de 32 % par rapport au système de céréales continues avec lisier (+2,04 t N ha-1 sur le profil entier [0-50 cm]). Le type de travail du sol n’a pas eu d’impact significatif sur les stocks d’azote du profil du sol entier (0-50 cm). Une approche de défaut de bilan entrées-sorties suggère que la présence de légumineuses dans le mélange fourrager contribue à augmenter considérablement les stocks d’azote du sol.

Le Virus de la Mosaïque de la Papaye est un virus végétal filamenteux flexible. Son unique protéine structurale, la protéine de capside, est composée de 215 acides aminés. Le but de ce présent projet de recherche est de déterminer l'importance de l'extrémité N-terminale de la CP dans l'assemblage du PapMV. Des études antérieures à ce projet ont démontré que la délétion des cinq premiers acides aminés de la CP (CP6-215) n'affectait pas la capacité de la CP à se multimériser, alors qu'une délétion des vingt-six premiers acides aminés (CP27.215) conduisait à une incapacité de la CP à se multimériser. L'élaboration de mutants de délétion à l'extrémité N-terminale ainsi que leur expression dans la bactérie E. coli a permis de mettre en évidence l'importance de la phénylalanine retrouvée à la position 13 de la CP. Des mutations ponctuelles pour cet acide aminé ont permis de révéler le rôle que jouait l'hydrophobicité à l'extrémité N-terminale dans la multimérisation de la protéine de capside.

La présente étude fait partie d’un projet multidisciplinaire effectué à l’université américaine de Beyrouth. Elle est basée sur un échantillon de 798 individus dans trois communautés rurales libanaises ainsi qu’une analyse de marché et des politiques gouvernementales. Cette étude tente d’élucider si la qualité alimentaire est sacrifiée pour la quantité alimentaire dans une recherche de sécurité alimentaire. Une plus grande diversité alimentaire telle que définie par une consommation plus variée en groupes alimentaires est associée avec une plus grande sécurité alimentaire. En revanche, la collecte de plantes sauvages est associée à une plus grande insécurité alimentaire et l’auto-production d’aliments ne semble pas protéger de l’insécurité alimentaire. L’analyse des paniers normaux et « santé » montre qu’une alimentation diversifiée et plus saine est économiquement atteignable dans les communautés étudiées. Cependant, l’adoption de choix alimentaires plus sains est possiblement faite à l’encontre d’une politique gouvernementale qui n’encourage pas les aliments santé. / As part of a larger interdisciplinary project at the American University of Beirut, this research is based on a survey of 798 individuals in three rural areas of Lebanon, a market survey and analysis of government policy. It asks if a trade-off is being made between food quantity and food quality in the attempt to achieve food security. More dietary diversity, measured by food groups, is found to be associated with greater food security; wild plant collection is associated with food insecurity due to problems of endogeneity; and self-production of food was not significantly correlated with food security. Analysis of normal and ‘healthy’ food baskets show that healthier, diverse diets are indeed within the economic reach of people in these communities, however the choice of better quality diets may be undercut by current government policies which unwittingly promote unhealthy foods.

Le lait est un aliment complexe sujet à de nombreuses réactions d'oxydoréduction, dont l'oxydation de la matière grasse, l'oxydation des groupements thiols (après la dénaturation des protéines) et la dégradation des vitamines. Afin de contrôler ces réactions, l'électroréduction a récemment été proposée. Ce procédé a pour principe la réduction des espèces electroactives du lait ce qui entraîne une diminution de son potentiel d'oxydoréduction (ou redox). La présente étude a pour objectifs de déterminer l'effet des variables du procédé d'électroréduction et des composantes du lait sur la valeur du potentiel d'oxydoréduction avant et après traitement, et d'étudier l'effet d'un traitement d'électroréduction du lait sur ses propriétés oxydoréductrices. Les résultats obtenus ont montré la réactivité de certains acides aminés et vitamines hydrosolubles du lait lors de l'application d'un potentiel sur électrode d'acier inoxydable ou de carbone vitreux. Ces résultats laissent envisager certains mécanismes (réduction de l'acide folique, de la thiamine, ...) impliqués lors de l'électroréduction du lait. Il a également été démontré que le potentiel d'électroréduction appliqué à l'électrode de travail a un effet linéaire sur la valeur du potentiel d'oxydoréduction du lait : plus il diminue, plus le potentiel d'oxydoréduction diminue. D'autre part, la contribution des principales composantes du lait à la valeur du potentiel redox a été déterminée. Ainsi, l'oxygène dissous et les protéines du lactosérum du lait, plus précisément les ponts disulfures de ces protéines, seraient responsables de la diminution du potentiel d'oxydoréduction du lait au cours d'une électroréduction. Par contre, les glucides, les caséines et la matière grasse du lait, n'étant pas électroréductibles, ils n'auraient pas d'influence sur cette valeur. Enfin, l'application d'un traitement d'électroréduction au lait, ayant pour effet la diminution de son potentiel d'oxydoréduction et de sa concentration en oxygène dissous à des valeurs de -300 mV et 2 mg/L respectivement, permettrait d'augmenter jusqu'à 20 % sa résistance face à l'action de la xanthine oxydase. De plus, ce traitement appliqué à un lait écrémé pasteurisé a permis de ralentir de 38 %, après 4 jours d'entreposage à 4°C, la dégradation de l'acide ascorbique ajouté. / Milk is a complex food subjected to many oxidoreduction reactions, such as the oxidation of fat molecules, the oxidation of thiols groups (after the denaturation of proteins) and the degradation of vitamins. In order to prevent these reactions, an electroreduction treatment was recently proposed. The principle of this treatment is the reduction of electroactive species of milk which induces a decrease of its oxidoreduction (redox) potential. The objective of this study is to determine the effect of electroreduction variables and of different milk species on the value of the redox potential before and after treatment, and to study the effect of an electroreduction treatment of milk on its oxidoreductive property. Results obtained show the reactivity of certain amino acids and hydro-soluble vitamins of milk when applying a potential on either stainless steel or glassy carbon electrodes. These results suggest the reduction of species (folie acid, thiamin,...) occurring during the electroreduction of milk. It was also shown that the potential applied at the working electrode during electroreduction has a linear effect on the value of the redox potential of milk at the end of the treatment: when the applied potential is decreased, the final redox value is lower. Moreover, the contribution of the main milk species to the final redox potential value was studied. Thus, dissolved oxygen and whey proteins, more precisely disulfide bonds of these proteins, would be responsible for the decrease in redox potential during an electroreduction treatment. On the contrary, carbohydrates, caseins and fat molecules of milk, because they are not electro-reducible, would not have any influence on this value. Finally, the electroreduction of milk, which leads to the decrease of its redox potential and of its concentration in dissolved oxygen to values of -300 mV and 2 mg/1 respectively, would allow to increase its resistance against the action of xanthine oxidase by 20%. Additionally, when this treatment was applied to a pasteurized skimmed milk the degradation of added ascorbic acid was slowed down by 38%, over 4 days of storage at 4°C.

Mycobacterium avium ssp. paratuberculosis (Map) est responsable de la maladie de Johne chez les ruminants en particulier chez le bovin. Les scientifiques ont émis l'hypothèse que Map pourrait être l'agent étiologique de la maladie de Crohn chez l'humain, ce qui a soulevé des inquiétudes en santé publique. Map est particulièrement résistant à la chaleur dans le lait, mais l'état des connaissances est pratiquement limité dans les matrices de viande. Les valeurs D (temps de réduction décimal) et z (sensibilité à la température) ont été déterminées dans du boeuf haché préparé aseptiquement à partir du muscle semi membranosus pour Map, Escherichia coli et Enterococcus faecalis. L'objectif de ce travail est de déterminer l'effet de divers traitements thermiques sur la cinétique de destruction de Map dans la viande afin d'évaluer si les procédés thermiques industriels (la pasteurisation, cuisson) sont adéquats pour contrôler la Map dans les produits de viande.

Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits riches en polyphénols provenant de fraises et de canneberges, sur la sensibilité à l’insuline et sur divers marqueurs du métabolisme du glucose et de la santé cardiométabolique d'hommes et de femmes en surpoids et résistants à l'insuline. Pour ce faire, un total de 41 sujets ont consommé pendant 6 semaines un supplément liquide fournissant 330 mg de polyphénols par jour ou un placebo. Un clamp hyperinsulinémique-euglycémique ainsi qu’un test de tolérance au glucose ont été réalisés en pré et post-intervention. Les résultats obtenus révèlent que la consommation régulière de polyphénols de petits fruits peut améliorer la sensibilité à l’insuline périphérique et prévenir une hausse de l’hyperinsulinémie compensatoire, ce qui représente ainsi une approche alternative intéressante en vue d’améliorer le profil métabolique de sujets à risque de développer le diabète.

La microcine J25 (MccJ25), une bactériocine en forme de lasso synthétisée par Escherichia coli et ayant une activité inhibitrice contre Salmonella, a été produite et purifiée d’un surnageant d’E. coli pTUC202. La stabilité et l’activité biologique de cette bactériocine au niveau gastro-intestinal, ainsi que son impact sur l’équilibre du microbiote colique, ont été étudiés à l’aide d’un système de fermentation en continu avec cellules immobilisées reproduisant les conditions physiologiques et microbiologiques du côlon. L’analyse par qPCR du microbiote colique n’a révélé aucun effet significatif sur l’équilibre du microbiote de la MccJ25 lorsqu’elle est ajoutée à 0,4, 2 et 5 μM. Des tests d’activité antibactérienne ont démontré que la MccJ25 reste active contre Salmonella enteritidis dans les conditions coliques testées. Ces résultats suggèrent un fort potentiel d’utilisation de la MccJ25 comme alternative aux antibiotiques aussi bien chez l’animal que chez l’humain. / Microcin J25 (MccJ25) is a lasso-shaped bacteriocin with an antibacterial activity against Salmonella. This bacteriocin was produced and purified from the supernatant of Escherichia coli pTUC202. Its stability and biological activity in the gastrointestinal tract as well as its impact on the colonic microbiota equilibrium were studied using a continuous fermentation system with immobilized fecal microbiota simulating the physiological and microbiological conditions of the colon. Analysis of colonic microbiota by qPCR revealed no significant effect of MccJ25 on microbiota equilibrium at concentrations of 0.4, 2 et 5 μM. Antibacterial activity assays demonstrated that MccJ25 remains active against Salmonella enteritidis in the tested colonic conditions. These results are highly promising for the use of MccJ25 as an alternative to antibiotics in animals as well as in humans.

Depuis plusieurs décennies, de nombreuses recherches ont porté leur attention sur les bioactivités des constituants du soya, depuis les isoflavones jusqu'aux protéines, en passant par les peptides. L'objectif principal de ce travail de thèse était de démontrer qu'à partir de l'hydrolyse enzymatique de protéines de soya par la pepsine et la pancreatine, il était possible d'isoler et de concentrer des peptides bioactifs plus efficacement par la technique d'électrodialyse avec membranes d'ultrafiltration (ÉDUF) que par l'emploi des méthodes traditionnelles d'UF. Au cours de ces travaux, les premiers résultats ont démontré que l'utilisation de l'UF (seuil de coupure de 10 kDa, facteur de concentration 2X, pression trans-membranaire de 173 kPa) permettait de concentrer les peptides bioactifs, soit dans le perméat soit dans le rétentat, dépendamment de la bioactivité recherchée. En parallèle, cette étude a également permis de mettre en évidence que la configuration membranaire des diverses membranes disponibles commercialement, jouait un rôle important sur la séparation des peptides (comparaison des configurations de membrane spiralée et de membrane à fibres creuses). Ainsi, l'étude de la capacité des fractions collectées à moduler la captation du glucose a montré que seul le rétentat de la membrane spiralée (SWR) donne des résultats significativement améliorés. Selon l'analyse de la composition en acides aminés des différentes fractions, cette bioactivité serait due à une plus forte concentration en lysine. Par la suite, l'étude en ÉDUF des effets du pH sur les paramètres électrodialytiques (conductivité, taux de migration, résistance membranaire, etc.) ainsi que sur les bioactivités des fractions collectées (traitement de 4 h à 5 V avec des membranes d'un seuil de coupure de 10 kDa, pH 3, 6 et 9) a démontré l'impact du colmatage potentiel des membranes plus ou moins conséquent selon le pH sur la migration des peptides anioniques. Cependant, aucune des fractions collectées n'a démontré de capacités à stimuler la captation du glucose in vitro. Par la suite, il a pu être démontré qu'un traitement de 6 h à 50 V avec des membranes présentant un seuil de coupure de 100 kDa à pH 6 permettait l'isolement et la concentration de peptides dont la capacité à moduler la captation du glucose était de 22% supérieure à celle de l'hydrolysat complet et de 33% par rapport à celle induite par la fraction SWR. L'ensemble de ces travaux nous a donc permis de démontrer que l'hydrolyse enzymatique utilisée permettait de libérer des peptides bioactifs à partir des protéines du soya, mais également, que par l'optimisation des paramètres d'ÉDUF, il est possible d'isoler ces peptides bioactifs de manière plus sélective que par l'utilisation des techniques traditionnelles.

L'objectif principal de cette maîtrise était de développer des formulations d'épices capables de remplacer les nitrites et nitrates dans les produits carnés tout en gardant la même durée de conservation que ces derniers ainsi que leurs propriétés organoleptiques, antibactériennes et antioxydantes. Un criblage qualitatif puis quantitatif des épices a été réalisé et trois épices ont été sélectionnées, les clous de girofle, le cumin et la cannelle. Puis, des poudres de fruits ont été testées pour approcher la couleur rosée que donnent les échantillons contenant les nitrites. L'analyse sensorielle effectuée par la suite a fait ressortir le caractère sucré de la poudre de fruit et des propriétés très intéressantes de certaines formulations par rapport à l'ajout des nitrites. Enfin, une analyse technico-économique a été réalisée et a montré une très faible augmentation du coût de production des produits carnés en utilisant nos formulations d'épices et de poudre de fruit. / The aim of this study was to develop formulations that can replace nitrates and nitrites in meat-based products while keeping the same shelf life as nitrites and also, their organoleptic, antimicrobial and antioxydant properties. A qualitative and quantitative screening of spices have been made and three spices were selected, cloves, cumin and cinnamon. Different fruit powders were tested to get closer to the pinkish color which nitrites give to meats. Then, an organoleptic tests were performed on a panel of tasters and the results have helped identify the sweetness of the variety of fruit powder and very interesting sensory properties of several formulations in relation to the addition of nitrites. Finally, a techno-economic analysis was performed and showed a small increase in cost of production of meat products using spices and fruit powder, due to a slight increase in the cost of raw materials.