L’ajustement protéique du lait de fromagerie par ultrafiltration (UF) est une pratique courante, mais très peu d’études ont porté sur l’utilisation de l’osmose inverse (OI) pour la fabrication fromagère. La préconcentration du lait de fromagerie par OI permettrait d’améliorer l’éco-efficience du procédé, ainsi que d’augmenter l’efficacité de production et les rendements. Des travaux récents ont montré que les fromages fabriqués à partir des concentrés d’OI contiennent une teneur importante en lactose et en minéraux et sont plus humides que les autres types de fromages. Dans le cadre de ce projet de recherche, l’ajustement du pH, le lavage du caillé et l’utilisation d’un agent chélateur du calcium sont les leviers qui ont été évalués pour leur potentiel à égoutter et à déminéraliser le fromage. Les propriétés fromagères ont été étudiées en comparaison avec celles des concentrés d'UF. Dans cette étude, il a été possible d’explorer une nouvelle application d’un sel habituellement utilisé pour la fabrication des fromages fondus. Le salage à sec avec le citrate de sodium (TSC) a amélioré la rétention du gras de 4,56 % dans les fromages d’OI, mais des études complémentaires de distribution minérale seront nécessaires pour déterminer s’il s’agit d’un levier d’intérêt. Dans les conditions testées, le lavage du caillé n’a pas amélioré les propriétés des concentrés d’OI. L'acidification a permis d’augmenter les rendements, la rétention du gras et l’égouttage et a diminué la teneur en minéraux et le ratio calcium total / protéines du fromage modèle. Les rendements obtenus lors de la fabrication fromagère à partir des concentrés d’OI étaient de 2 à 3 % supérieurs à ceux obtenus en UF. Cette étude suggère que le pH peut jouer un rôle majeur dans l'amélioration de la qualité des fromages faits de concentrés d'OI et que ce type de concentré peut contribuer à améliorer significativement les rendements fromagers par rapport à l’UF. / The protein adjustment of cheese milk by ultrafiltration (UF) is a common practice, but very few studies have focused on the use of reverse osmosis (RO) for cheesemaking. Milk preconcentration by RO prior to cheesemaking could improve the eco-efficiency of the process, as well as to increase production efficiency and yields. Previous studies have shown that cheeses made from RO concentrates have a high content of lactose, minerals and moisture in comparison to other types of cheeses. As part of this research project, pH adjustment, curd washing and the use of a calcium chelating agent are the levers that have been evaluated for their potential to decrease the level of moisture and minerals in the cheese. Cheesemaking properties of RO concentrates have been studied in comparison with those of UF concentrates and non-concentrated milk. In this study, it was possible to explore a new application of a chelating salt usually used in processed cheese. Dry salting with trisodium citrate (TSC) improved fat recovery by 4.56%, but further studies of mineral distribution will be necessary to determine if it is a lever of interest. In the conditions tested, washing the curd with water or with TSC solution did not improve the properties of RO concentrates. Acidification helped to increase yields, fat recovery and curd drainage and decreased the mineral content and total calcium / protein ratio of model cheese. The yields obtained during cheesemaking from RO concentrates were 2 to 3 % higher than those obtained with UF. This study confirms the importance of controlling pH in cheesemaking and its fundamental impact on cheese mineralization and moisture. It also suggests that pH can play a major role in improving the quality of cheese made from RO concentrates and that this type of concentrate can significantly improve cheese yields compared to UF.

Les fromages abritent des consortiums microbiens complexes où les ferments lactiques et d'affinage contribuent au développement de qualités organoleptiques optimales. Le microbiote naturel, non inoculé délibérément, participe également à la typicité des fromages. Le lait et les environnements de transformation sont des sources potentielles pour le microbiote naturel, mais les actions de nettoyage et d'assainissement peuvent affecter ce microbiote bénéfique. Malgré des recherches portées sur le microbiote de laits, d'environnements de transformation et de fromages, il est difficile de déterminer le degré de contribution de ces sources ainsi que les variations microbiologiques saisonnières du lait sur le microbiote naturel. Dans la littérature, l'efficacité des traitements d'assainissement a surtout été mesurée sur les microorganismes indésirables tels que les agents d'altérations ou pathogènes. Pour mieux comprendre l'origine du microbiote naturel de quatre fromages cheddar et de quatre fromages à croûte lavée, leurs profils microbiens, ainsi que ceux de leurs environnements et des laits, ont été caractérisés à l'automne 2021 et à l'été 2022. Les résultats ont montré que les ferments *Lactococcus* spp. et *Streptococcus* spp., ainsi que les cultures d'affinage prédominaient dans les fromages cheddars affinés. Le microbiote naturel comportait des bactéries lactiques (Non-Starters Lactic Acid Bacteria [NSLAB]), notamment le genre *Lacticaseibacillus* provenant du lait. De plus, les ferments lactiques utilisés lors de la transformation ont été détectés dans les échantillons de la salle de production, suggérant un transfert des ferments du fromage vers l'environnement de transformation. Pour les fromages à croûte lavée, les ferments *Lactococcus* spp. et *Streptococcus* spp. prédominaient aussi dans la pâte, tandis que les cultures d'affinages *Staphylococcus* spp., *Glutamicibacter* spp. et *Brevibacterium* spp. prédominaient sur la croûte. Parmi les mycètes, la culture d'affinage *Geotrichum* spp. était majoritaire à la fois dans la pâte et sur la croûte. Le microbiote bactérien naturel de la croûte était composé de bactéries halophiles ou psychrotrophes provenant de la saumure et de la chambre d'affinage. Le mycobiote naturel incluait principalement *Penicillium* spp. et *Yarrowia* spp., également issus de la chambre d'affinage. Finalement, la sensibilité de sept souches bactériennes participant à l'affinage des fromages à croûte lavée face à l'acide peracétique et au chlore a été mesurée. Les essais quantitatifs en suspension ont montré que l'acide peracétique avait un effet bactéricide plus important que l'hypochlorite de sodium. De plus, des différences significatives de sensibilité étaient observées entre les souches face à l'hypochlorite de sodium, *Cobetia marina* (LMA-1370) et *Corynebacterium casei* (LMA-1345) étant les plus sensibles, et *Staphylococcus equorum* (LMA-1258) la moins sensible. Cette étude améliore la compréhension des sources du microbiote naturel des fromages cheddar et à croûte lavée du terroir québécois. Elle met en lumière l'importance du microbiote environnemental, en particulier dans les chambres d'affinage, et les défis liés aux pratiques d'assainissement. Enfin, les résultats ont été partagés avec les fromageries partenaires, leur fournissant ainsi un outil précieux pour mieux comprendre le microbiote de leurs installations. / Cheeses contain complex microbial consortia, where starters and ripening cultures ensure optimal organoleptic qualities. Natural microbiota not deliberately inoculated also contributes to cheese typicity. The milk and processing environments are potential sources of natural microbiota, but cleaning and sanitizing actions can affect this beneficial microbiota. Despite research into the microbiota of milks, processing environments and cheeses, it is difficult to determine the degree to which sources of positive contamination and seasonal microbiological variations in milk contribute to the natural microbiota. Lastly, the effectiveness of sanitation treatments has mainly been measured on undesirable microorganisms, such as spoilage agents or pathogens. To better understand the origin of the natural microbiota of four cheddar cheeses and four washed-rind cheeses, their microbial profiles, along with those of their environments and the milk, were characterized in fall 2021 and summer 2022. The results showed that *Lactococcus* and *Streptococcus* starters, and adjunct cultures, predominated in mature cheddar cheeses. The natural microbiota included Non-Starter Lactic Acid Bacteria (NSLAB), particularly the *Lacticaseibacillus* genus from milk. In addition, starters used during processing were detected in samples from the production room, suggesting a transfer of starters from the cheese to the processing environment. For smear-ripened cheeses, the starters *Lactococcus* spp. and *Streptococcus* spp. predominated in the core, while the ripening cultures *Staphylococcus* spp., *Glutamicibacter* spp. and *Brevibacterium* spp. predominated on the rind. Among fungi, the ripening culture *Geotrichum* predominated both in the core and on the rind. The natural bacterial microbiota of the rind was composed of halophilic and psychrotrophic bacteria originating from the brine and the ripening room. Natural mycobiota included mainly *Penicillium* spp. and *Yarrowia* spp., also from the ripening room. Finally, the sensitivity of seven bacterial strains involved in the ripening of smear-ripened cheeses to peracetic acid and sodium hypochlorite was measured. Quantitative suspension tests showed that peracetic acid had a greater bactericidal effect than sodium hypochlorite. In addition, significant differences in sensitivity were observed between strains to sodium hypochlorite, with *Cobetia marina* (LMA-1370) and *Corynebacterium casei* (LMA-1345) as the most sensitive, and *Staphylococcus equorum* (LMA-1258) as the least sensitive. This study improves our understanding of the sources of the natural microbiota of Quebec cheddar and smear-ripened cheeses. It highlights the importance of environmental microbiota, particularly in ripening rooms, and the challenges associated with sanitation practices. Finally, the results were shared with the partner cheese dairies, providing them with a valuable tool for better understanding the microbiota in their facilities.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018. / La transformation du lactosérum de fromagerie en concentré de protéines du lactosérum dénaturées (CPLD), pour recyclage dans une production fromagère subséquente, est maintenant pratique courante dans l’industrie à grande échelle au Canada. Bien que les CPLD puissent être utilisés comme ingrédients de remplacement de la matière grasse, vu les coûts élevés de la protéine laitière dans le contexte canadien, l’emploi de CPLD vise parfois plutôt à substituer en partie la caséine du lait dans le fromage. Le CPLD ayant servi à réaliser le présent projet représente un CPLD conçu en milieu industriel dans cette optique. De façon générale, l’introduction de CPLD dans le lait de fromagerie est associée à une rétention d’eau accrue dans le fromage et à des changements de texture, mais les mécanismes responsables de ces phénomènes demeurent à clarifier. Cette thèse avait pour but d’étudier et expliquer les conséquences de l’addition de CPLD au lait de fromagerie sur les propriétés physico-chimiques des gels présure et mécaniques du fromage. Une première étude a permis d’évaluer l’effet combiné des niveaux de CPLD et de gras dans le lait de fromagerie sur ses propriétés de coagulation par la présure et la capacité de contraction du gel. L’augmentation du niveau de substitution des protéines du lait par des protéines du CPLD a résulté en une diminution du taux de coagulation et de la rigidité du gel (module d’élasticité - G), ainsi qu’en une diminution de la capacité de contraction du gel. Un effet direct du CPLD sur ces propriétés, au-delà d’un effet attribué à la dilution des caséines, a été mis en évidence. En outre, cette étude a permis de confronter l’effet des agrégats de protéines du lactosérum dénaturées, considérés comme éléments de remplissage des gels, à l’effet d’un autre type d’éléments de remplissage soient les gouttelettes de gras : à fractions volumiques équivalentes, les résultats ont montré des impacts distincts sur les propriétés mécaniques des gels. Une seconde étude a permis d’évaluer l’effet des différentes fractions du CPLD sur les propriétés de coagulation du lait par la présure et la capacité de contraction du gel. Le CPLD a été fractionné par centrifugation et dialyse en trois composantes : agrégats sédimentables, composante non sédimentable et composante diffusible. La composante diffusible (minéraux solubles) n'a pas affecté les paramètres de coagulation et de contraction. Les agrégats sédimentables de même que la composante non sédimentable ont influencé négativement les propriétés de coagulation ainsi que la capacité de contraction du gel. Les résultats ont notamment suggéré que des complexes protéiques solubles (non sédimentables et non diffusibles) retrouvés dans le CPLD puissent interagir avec les micelles de caséine emprésurées et limiter la formation et la contraction du gel. Une troisième étude a permis d’évaluer l'effet du CPLD et de ses fractions sur la composition et les propriétés mécaniques du fromage. La centrifugation a été utilisée pour induire un gradient d'humidité dans le fromage, afin d’isoler la contribution directe du CPLD et de ses fractions aux propriétés mécaniques du fromage. Le rendement et la teneur en humidité du fromage ont augmenté et la rigidité du fromage (module complexe - G*) a diminué avec l’augmentation du niveau de substitution des protéines du lait par des protéines du CPLD dans le lait de fromagerie. Cependant, pour des fromages ayant une même teneur en humidité, l’augmentation du niveau de CPLD n'a pas eu d'effet direct sur les paramètres rhéologiques. Les agrégats sédimentables ont été principalement responsables de l'augmentation du rendement fromager avec l’utilisation de CPLD. Dans l'ensemble, la teneur en humidité a expliqué en grande partie la variation des propriétés rhéologiques du fromage en fonction de la fraction de CPLD. Toutefois, en éliminant l'effet de l'humidité, l'addition des agrégats sédimentables du CPLD a conduit à une augmentation de la rigidité du fromage. Par la mise en évidence de l’effet distinct de chacune des fractions du CPLD, au cours de la transformation du lait en fromage, ces travaux ont conduit à l’identification de mécanismes d’action expliquant l’impact de l’introduction de CPLD dans le lait de fromagerie sur les propriétés des gels présure et du fromage : des connaissances en appui au développement de CPLD de haute performance en fromagerie et à l’amélioration de la qualité du fromage enrichi de CPLD. / Transformation of cheese whey into denatured whey protein concentrate (DWPC) for recycling into a subsequent cheese production is now common practice in large-scale industry in Canada. Although DWPC can be used as a fat replacer, considering the high cost of dairy protein in the Canadian context, DWPC is sometimes used as a substitute for milk casein in cheese. The DWPC used to carry out this project consists in a DWPC designed for this purpose in an industrial context. The introduction of DWPC into cheese milk is generally associated with increased water retention in cheese and changes in texture, but the mechanisms responsible for these phenomena remain to be clarified. This thesis was aimed at studying and explaining the consequences of the addition of DWPC to cheese milk on the physicochemical properties of rennet gels and mechanical properties of cheese. A first study evaluated the combined effect of DWPC and fat concentrations in milk on the rennet-induced coagulation properties and gel contraction capacity. The increase in the substitution level of DWPC proteins for milk proteins in cheese milk resulted in a decrease in coagulation rate and gel rigidity (elastic modulus - G), as well as a decrease in gel contraction capacity. A direct effect of the DWPC on these properties was demonstrated beyond an effect attributed to casein dilution. Moreover, this study allowed to compare the effect of denatured whey protein aggregates to that of fat globules, while both elements are considered to be fillers in rennet gels. For equivalent volume fractions, the results clearly showed different impacts of these fillers on gel mechanical properties. A second study evaluated the effect of different fractions from the DWPC on the rennet-induced coagulation properties and gel contraction capacity. The DWPC was fractionated by centrifugation and dialysis into three components: sedimentable aggregates, non-sedimentable component and diffusible component. The diffusible component (soluble minerals) did not affect coagulation and contraction parameters. The sedimentable aggregates and the non-sedimentable component both negatively influenced the coagulation properties as well as gel contraction capacity. The results suggested that beyond the effect of sedimentable whey protein aggregates, soluble proteinaceous complexes (non-sedimentable and non-diffusible) found in the DWPC could interact with the renneted casein micelles and limit gel formation and contraction. A third study evaluated the effect of DWPC and its fractions on the composition and mechanical properties of cheese. Centrifugation was used to induce a moisture gradient in the cheese to isolate the direct contribution of the DWPC and its fractions to the mechanical properties of cheese. Cheese yield and moisture content increased and cheese rigidity (complex modulus - G*) decreased when the DWPC was substituted for milk proteins in milk. However, for cheeses with the same moisture content, the substitution of DWPC proteins for milk proteins had no direct effect on rheological parameters. The sedimentable aggregates were primarily responsible for the increase in cheese yield with the use of DWPC. Overall, moisture content explained to a large extent the variation in cheese rheological properties depending on the DWPC fraction. However, when the effect of moisture was removed, the addition of the DWPC sedimentable aggregates to milk led to an increase in cheese rigidity. By demonstrating the distinct effect of each of the DWPC fractions during the processing of milk into cheese, this work led to the identification of mechanisms that explain the impact of introducing DWPC in cheese milk on the properties of rennet gels and cheese. These knowledges could support the development of high-performance ingredients that increase whey proteins recovery in cheese and could help to improve the quality of DWPC-fortified cheese.

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

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

Les variations dans la qualité des fromages affinés sont expliquées par plusieurs facteurs. Parmi ceux-ci, certains influencent la nature du microbiote des fromages, par exemple la présence de protéines antimicrobiennes natives du lait. Ce projet vise à déterminer la concentration et l'activité de la lactoferrine (Lf), de la lactopéroxydase (Lpo) et du lysozyme (Lz) au cours de la fabrication fromagère et dans différents types de fromages (Cheddar frais, Cheddar doux, Camembert et Suisse). Chaque protéine antimicrobienne fut analysée par deux méthodes. La technique de dosage d'immunoabsorption par enzyme liée (ELISA) fut employée pour chaque protéine. De plus, la Lpo fut mesurée par spectrométrie, la Lz par fluorescence et la Lf par HPLC. La mesure de Lf, Lpo et Lz dans le lait cru, le lait thermisé et le fromage frais a permis de déterminer qu'il n'y avait pas de différences significatives entre les teneurs dans le lait cru et le lait thermisé. Les résultats ont aussi démontré qu'il y a une quantité plus importante des trois antimicrobiens dans le fromage que dans le lait, et ce par un facteur de 2,78. Lors de l'étude des différents types de fromage commerciaux, diverses méthodes ont été comparées à l'ELISA. Il y a un manque de corrélation entre les valeurs obtenues par ELISA et celles obtenues par les autres méthodes. Les résultats révèlent que le fromage Camembert a une concentration moindre d'antimicrobiens que les trois autres fromages. Ceci semble être associé à une protéolyse plus avancée dans le Camembert. Les résultats ont aussi été rapportés par « gramme de protéines » et il y a tout de même des différences significatives entre les différents types de fromage. Ces résultats permettre une meilleure compréhension du passage des antimicrobiens présents dans le lait vers le fromage pour pouvoir, éventuellement, contrôler leur concentration. / Variations in cheese quality are explained by several factors. Among them, some influence the microbiota of cheeses such as native milk antimicrobial proteins. This project aims to determine the concentration and activity of lactoferrin (Lf), lactoperoxidase (Lpo) and lysozyme (Lz) during cheese making and in different cheese types (fresh Cheddar, mild Cheddar, Camembert and Suisse). Each antimicrobial protein was analyzed by two methods. An enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) technique was employed the analysis of each protein. In addition, the Lpo was measured by spectrometry, the Lz by fluorescence and the Lf by HPLC. The measurement of Lf, Lpo and Lz in raw milk, thermized milk and fresh cheese revealed that there were no significant differences between level in raw milk and thermized milk. Results also showed that there is a higher quantity of the three antimicrobials in cheese than in milk by a factor of 2.78. When studying different types of commercial cheese, the various methods were compared to ELISA. There is a lack of correlation between the results obtained by ELISA and those of the other methods. Results show that Camembert cheese has lower levels of antimicrobials than the other 3 cheeses and is different from Swiss cheese for all antimicrobials. This seems linked to a higher degree of proteolysis in Camembert. The results were also reported by "grams of protein" and there are still significant differences between the different types of cheese. These results allow a better understanding of the transition of the antimicrobials present in the milk towards the cheese to be able, possibly, to control their concentration.

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

Brevibacterium aurantiacum est l'un des principaux micro-organismes utilisés dans la production de fromages à croûte lavée dans le monde. L’utilisation de cette bactérie est dû à sa richesse métabolique, car elle produit des composés soufrés volatils, des pigments caroténoïdes et des enzymes lipolytiques et protéolytiques, qui sont nécessaires à la maturation d’une variété de fromages. Des souches de cette espèce bactérienne sont inoculées à la surface de fromages au cours de l'affinage et sont sensibles à des infections virales. Les bactériophages (phages), virus qui infectent les bactéries, sont omniprésents dans divers écosystèmes. Dans l'industrie laitière, ils sont reconnus pour perturber les procédés de production lors de l'infection de ferments lactiques, mais leur implication sur des fromages présentant des défauts de couleur et de saveur reste à démontrer. Ces anomalies de maturation de fromages à croûte lavée ont conduit à cette thèse. Le premier objectif de cette thèse de doctorat consistait à analyser le génome de la souche industrielle B. aurantiacum SMQ-1335 et qui est aussi sensible à des phages. Le deuxième objectif de la thèse visait à étudier les phages virulents infectant cette souche. D’ailleurs, cette étude rapporte la première description et caractérisation de phages infectant cette espèce bactérienne. Malgré la similitude entre ces phages, des répétitions en tandem d'ADN ont été identifiées dans des génomes viraux et une analyse approfondie a montré que ces segments d'ADN sont répandus parmi les phages. Le troisième objectif visait à étudier l'interaction phage-hôte via l’analyse du génome de souches mutantes insensibles aux phages. En étudiant ces souches mutantes, des gènes potentiellement nécessaires pour l'infection phagique ont été identifiés. Enfin, le quatrième et dernier objectif visait à évaluer l'impact des phages de B. aurantiacum dans la production de fromages à croûte lavée et ce, à l'aide des caillé modèles. À noter que le reclassement de la souche SMQ-1335, avant identifiée auparavant comme Brevibacterium linens, est décrit en annexe de cette thèse. Malgré des décennies d'études sur les phages laitiers, les phages de B. aurantiacum étaient encore inconnus. Mes travaux auront permis le développement d’un protocole reproductible pour isoler ces phages. Ces travaux ont également apporté de nouvelles connaissances sur les interactions phage-hôte et de leur impact dans les fromages affinés en surface. / Brevibacterium aurantiacum is one of the key players in the production of washed rind cheeses produced worldwide. The importance of this bacterium to the dairy industry is due to its metabolic richness, as it produces volatile sulfur compounds, carotenoid pigments, and lipolytic and proteolytic enzymes, which play roles in the maturation of washed rind cheeses .As strains of this species are regularly inoculated on the cheese surface during ripening, there is a significant risk of viral attacks. Bacteriophage (phages), viruses that infect bacteria, are ubiquitous in the cheese environment. In the dairy industry, virulent phages have long been known to disrupt cheese processes by infecting lactic acid bacteria. The recent observations of color and flavor defects in washed rind cheeses suggested that phages may also infect strains of B. aurantiacum. These observations led to this thesis.The first objective of this PhD dissertation was to study the genomics of B. aurantiacum SMQ-1335, an industrial strain used in the production of washed rind cheeses. The second objective of the thesis was to study the diversity and biology of virulent phages infecting this industrial strain. This study was the first report of phages infecting B. aurantiacum. Despite the low diversity of the isolated B. aurantiacum phages, DNA tandem repeats were found in an intragenic region of the viral genomes and extended analysis showed that these DNA segments are widespread among phages. The third objective was to investigate phage-host interactions through the genome analyses of bacteriophage insensitive mutants, which were selected by challenging SMQ-1335 with phage AGM1. Host genes likely necessary for phage infection were identified and may explain why some of these mutants are phage-resistant. Finally, the fourth objective of this thesis evaluated the impact of virulent phages on the production of washed rind cheeses using model curds. Of note, the reclassification of the strain SMQ-1335, long believed to be Brevibacterium linens, is described in the annex of the thesis. Despite decades of studies on dairy phages, B. aurantiacum phages were still unknown. Here, a reproducible protocol to isolate these phages was developed, which may allow the isolation of new phages. This work also led to increased knowledge on phage-host interactions as well as on and their roles in surface-ripened cheeses.

Le rendement fromager a toujours été un enjeu majeur pour les fromagers industriels. En valorisant le lactosérum, principal coproduit de la production fromagère, les fromagers réussissent à augmenter ces rendements et diminuer les effluents de production. Cependant, ces opérations pourraient être optimisées. En étudiant un procédé d’injection directe de vapeur (DSI), ce projet visait à optimiser la transformation de concentrés protéiques de lactosérum en ingrédient laitier destiné à l’augmentation des rendements fromagers. La DSI n’ayant pas été utilisée dans ce contexte particulier, le procédé fût modélisé pour décrire son rendement et prédire les propriétés fonctionnelles des agrégats obtenus. Les modèles créés ont permis de décrire des mécanismes de dénaturation et d’agrégation qui n’avaient pas été observées auparavant. Ils ont également permis d’établir que la température et le pH étaient les meilleurs outils pour obtenir les propriétés fonctionnelles idéales pour la réincorporation fromagère. / Cheese yield has always been a major concern for industrial cheese makers. By valorising whey, the main coproduct of the cheese making process, cheese makers can achieve a higher yield and a lower waste output. However, these operations could be optimized. By studying a direct steam injection (DSI) process, this project aimed to optimize the transformation of whey protein concentrates into a dairy ingredient oriented towards the increase in cheese yields. Since DSI has not been used before in this particular context, the process was modelled to describe its yield and predict the functional properties of the aggregates produced. The models created allowed the description of denaturation and aggregation mechanisms that had not been observed before. They have also allowed identifying temperature and pH as the best parameters of the process to achieve the ideal functional properties for cheese reincorporation.

Le sel (NaCl) joue plusieurs rôles importants dans les fromages aux niveaux technologique, microbiologique et organoleptique. Cependant, le sodium, un facteur de risque des maladies cardiovasculaires, est consommé en trop grande quantité par les Canadiens. Comme la réduction du sodium pourrait affecter la texture des fromages à pâte molle à croûte fleurie et la libération des nutriments pendant la digestion, l’impact de la réduction du sodium sur la bioaccessibilité des protéines dans le fromage Brie a été étudié. Ainsi, la composition et les caractéristiques texturales de fromages Brie ayant différentes teneurs en sodium (standard, réduite, substituée au KCl) ont été analysées. Une réduction du sodium de 23 % a été obtenue pour les fromages réduits en sodium. Le temps d'affinage affecte la protéolyse et la texture des fromages. La cinétique de dégradation de la matrice fromagère et la libération des protéines ont été déterminées par une approche de digestion in vitro. La désintégration de la matrice fromagère et la libération des protéines pendant la digestion in vitro ne sont pas différentes entre les fromages expérimentaux. Ces travaux démontrent qu'il est possible de réduire le sodium sans affecter le profil de protéolyse et la texture pendant l'affinage du fromage Brie ainsi que son comportement à la digestion. / Salt (NaCl) plays several important roles in cheese to technological, microbiological and organoleptic levels. However, sodium, which is a cardiovascular disease risk factor, is consumed in too large quantity by Canadians. As sodium reduction might affect the texture of surface-mold-ripened soft cheeses and the release of nutrients during digestion, the impact of sodium reduction on the bioaccessibility of proteins in Brie cheese was studied. The impact of sodium reduction on the cheese protein bioaccessibility during in-vitro digestion was studied. Thus, the composition and textural characteristics of Brie cheese having different sodium content (standard, reduced, substituted with KCl) were analyzed. A sodium reduction of 23 % was obtained for the sodium reduced cheeses. The ripening time affects proteolysis and texture of cheese. The kinetics of degradation of the cheese matrix and the protein release was determined by in vitro digestion approach. The cheese matrix disintegration and protein release during digestion in vitro did not differ between the experimental cheeses. This work shows that it is possible to reduce sodium without affecting the proteolysis profile and texture during cheese ripening Brie and behavior during in-vitro digestion.