Depuis la vulgarisation de certains concepts comme la globalisation ou la mondialisation, le secteur agroalimentaire a connu une expansion fulgurante et un engouement incessant pour la commercialisation d’aliments entre les peuples à travers le monde. Ce phénomène, contribuant significativement à l’accroissement économique des marchés, n’est toutefois pas sans risque. Pendant ce temps, les dangers de sources microbiologiques, notamment les pathogènes, sont véhiculés par des matrices alimentaires et voyagent d’un pays à l’autre, ce qui augmente le risque de contamination pour les consommateurs. Conséquemment, on assiste à une augmentation des cas d’allergies alimentaires, d’intoxications ou de toxi-infections alimentaires dont les agents étiologiques peuvent venir des quatre coins du monde. À cet effet, les organismes réglementaires comme l’Agence canadienne d’inspection des aliments (ACIA), Santé Canada, la Food and Drug Administration (USFDA) américaine ou d’autres autorités internationales compétentes comme l’Organisation des Nations unies pour l’alimentation et l’agriculture(FAO) et l’Organisation mondiale de la santé (OMS) multiplient leurs efforts afin de mettre en place des normes et politiques réglementaires pour aider l’industrie agroalimentaire à renforcer les contrôles depuis la fabrication jusqu’à la commercialisation des aliments. Les dangers microbiologiques venant de pathogènes comme Bacillus cereus demeurent un risque de santé publique majeur qu’il faut maîtriser afin d’assurer la protection des consommateurs. Bien que de nombreuses techniques de contrôle (e.g., additifs alimentaires, haute pression hydrostatique, rayonnements ionisants, procédés thermiques, etc.) ont été développées et utilisées pour assurer la salubrité et l’innocuité des aliments, dans certains cas cela n’a pas permis de produire des aliments totalement exempts de bactéries responsables de la dégradation/altération des aliments et de pathogènes causant des intoxications alimentaires comme c’est le cas avec B. cereus. En effet, cette bactérie pathogène est ubiquitaire, aérobie et anaérobie facultative. Elle est capable de produire dans une grande variété d’aliments et d’ingrédients comme les épices des spores très résistantes ainsi que différents types de toxines pouvant causer la diarrhée, la nausée, le vomissement et même la mort. Dans cette optique, et vue la grande difficulté à maitriser la contamination des aliments causée par ce pathogène, l’objectif général de cette recherche a été d’utiliser la technologie d’électro-activation, une branche appliquée de l’électrochimie qui s’intéresse notamment à la réactivité des solutions aqueuses, comme méthode alternative et potentiellement efficace pour lutter contre B. cereus afin de produire des aliments plus sécuritaires avec une grande valeur nutritionnelle et organoleptique. Pour y parvenir, des solutions aqueuses de sels d’acides organiques de lactate de calcium, d’ascorbate de calcium et de leur mélange équimolaire ont été électro-activées dans un réacteur soumis à un courant électrique continu avec des intensités de l’ordre de 250, 500 et 750 mA pendant un maximum de temps de 30 minutes afin de produire les acides organiques conjugués respectifs; de l’acide lactique et de l’acide ascorbique. Dans la première partie de ce travail de recherche, les caractéristiques physicochimiques (e.g., pH, acidité titrable, pKa) des solutions électro-activées (SÉA) ont été étudiées et leurs profils moléculaires comparés à ceux d’acides standards respectifs en utilisant différentes techniques (e.g., FTIR, HPLC, DSC, DPPH), ce qui a permis de confirmer la production d’acides organiques conjugués respectifs des sels utilisés. Ces SÉA avaient un pH très bas, une acidité titrable élevée, notamment pour l’ascorbate de calcium et le mélange. En plus, une activité antioxydante élevée a été observée pour la solution électro-activée d’ascorbate de calcium et du mélange. Dans la deuxième partie de l’étude, les SÉA traitées à 250, 500 et 750 mA pendant 10, 20 et 30 min ont été retenues pour être mises en contact avec des cellules végétatives de Bacillus cereus ATCC 14579 en conditions modèles (contact direct) afin d’évaluer leurs effets antimicrobiens sur ce pathogène. Les cellules ont été testées en contact direct avec les SÉA pendant 5, 30 et 60 secondes. Le même traitement a été également réalisé par contact direct avec des acides organiques standards (lactique, ascorbique) pendant 5, 30, 60, et 120 secondes afin de faire des comparaisons. Les SÉA et les acides organiques standards correspondants avaient les mêmes valeurs d’acidité titrable. Par la suite, les cellules ont été observées au microscope (coloration au bleu de méthylène et fluorescence) afin d’évaluer les effets inhibiteurs/destructeurs de ces solutions. Également, les SÉA ont été diluées avec de l’eau distillée pour obtenir des solutions possédant 10 à 90% de l’acidité titrable (force) initiale pour être ensuite testées contre les cellules de B. cereus. Les résultats ont démontré que toutes les SÉA avaient une grande efficacité contre les cellules végétatives de B. cereus. Également, même à des taux de dilution représentant en moyenne 20% de la force initiale des SÉA, l’effet antimicrobien était très élevé pour les différentes solutions. L’observation de B. cereus au microscope a permis de confirmer les effets létaux des SÉA. Dans ce volet avec des cellules végétatives de B. cereus, l’efficacité des SÉA a été estimée à une réduction de 4–7 log UFC/mL. En plus, il a été démontré que le pouvoir antibactérien des SÉA était nettement plus élevé que celui des acides lactiques et ascorbiques standards (conventionnels). Dans la troisième partie de cette étude, des solutions électro-activées de lactate de calcium, d’ascorbate de calcium et de leur mélange équimolaire à 750 mA pendant 30 minutes ont été retenues et utilisées contre des spores de Bacillus cereus ATCC 14579 en conditions modèles et dans du saumon Atlantique frais. Les spores traitées ont été analysées à l’aide de microscopes électroniques à balayage et à transmission pour évaluer les effets sporicides des SÉA. Les résultats obtenus ont clairement montré un grand pouvoir sporicide des SÉA utilisées sur les spores de B. cereus avec une réduction de 7 à 9 log en utilisant une population initiale de spores de 10⁹ UFC/mL, dépendamment des conditions évaluées; à savoir : en contact direct (2–30 min), dans du saumon utilisé comme matrice alimentaire(2–7 min), ainsi qu’en combinaison avec de la chaleur modérée de 60, 70, 80 et 90 °C pendant 0.5–2 min. Également, il a été observé que la capacité sporicide des SÉA augmentait avec la température et le temps de contact. La microscopie électronique à balayage et à transmission a permis de constater que les SÉA pouvaient provoquer la destruction totale des cellules de B. cereus, et notamment la perforation de la membrane (cortex et manteau), ainsi que le reflux de différentes composantes de la structure des spores de B. cereus. Tenant compte des résultats obtenus dans cette étude, nous pouvons conclure que les solutions électro-activées à base de lactate de calcium, ascorbate de calcium et leur mélange, notamment celles électro-activées à 750 mA–30 min, pourraient être d’une grande contribution afin de renforcer la capacité de l’industrie alimentaire à lutter contre B. cereus ATCC 14579 et de produire des aliments plus sécuritaires pour le consommateur. / Since the popularization of concepts like globalization, the agri-food sector has experienced a huge expansion and a ceaseless craze for the marketing of food between the peoples worldwide. This phenomenon, contributing significantly to the economic growth of the markets, is not without risk, however. Meanwhile, microbiological hazards, including pathogens, are carried through food matrices and travel from one country to another, increasing the risk of contamination for consumers. Consequently, we are also witnessing an increase in cases of food allergies, foodborne illnesses and outbreaks, with etiological agents coming from all over the world. Thus, regulatory organisms such as Canadian Food Inspection Agency (CFIA), Health Canada, United States Food and Drug Administration (USFDA) or competent international authorities like Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) and World Health Organization (WHO) are stepping up efforts to put in place regulatory standards and policies in order to help the food industry to strengthen controls from the processing to the marketing of foods. Microbiological hazards from pathogens like Bacillus cereus remain a major public health risk that must be controlled in order to ensure consumers protection. Although many techniques of control (e.g., food additives, high hydrostatic pressure, ionizing radiation, thermal processes, etc.) have been developed and used to ensure the safety and security of foods, in some instance this has not allowed to produce food products that are completely free of bacteria responsible for degradation/spoilage of food and pathogens causing food poisoning as is the case with B. cereus. Indeed, this pathogenic bacterium is ubiquitous, aerobic and facultative anaerobic. It is able to produce, in a wide variety of foods and ingredients such as spices, highly resistant spores as well as different types of toxins that can cause diarrhea, nausea, vomiting, and even death. In this context, and given the great difficulty in controlling the contamination of food caused by this pathogen, the general objective of this research was to use the electro-activation technology, an applied branch of electrochemistry which is particularly interested in the reactivity of aqueous solutions, as an alternative and potentially effective method to fight against B. cereus in order to produce safer foods with high nutritional and organoleptic values. To achieve this, aqueous solutions of organic acid salts of calcium lactate, calcium ascorbate and their equimolar mixture were electroactivated in a reactor subjected to a direct electric current with intensities of 250, 500 and 750 mA for a maximum time of 30 minutes in a bid to produce the respective conjugated organic acids, lactic acid and ascorbic acid. In the first part of this research work, the physicochemical characteristics (e.g.,pH, titratable acidity, pKa) of the electro-activated solutions (EAS) were studied and their molecular profiles compared to those of respective standard acids using different techniques (e.g., FTIR, HPLC, DSC, DPPH), which helped to confirm the production of conjugated organic acids from the respective salts used. These EAS had a very low pH, a high titratable acidity, particularly for the calcium ascorbate and the mixture. In addition, a high antioxidant activity was observed for the electro-activated calcium ascorbate solution and the mixture. In the second part of the study, the EAS treated at 250, 500 and 750 mA for 10,20 and 30 min were selected to be brought into contact with vegetative cells of Bacilluscereus ATCC 14579 under model conditions (direct contact) in order to evaluate their antimicrobial effects on this pathogen. The cells were tested in direct contact with the EAS for 5, 30 and 60 seconds. The same treatment was also carried out by direct contact with standard organic acids (lactic, ascorbic) for 5, 30, 60, and 120 seconds in order to make comparisons. The EAS and the corresponding standard organic acids had the same titratable acidity values. There after, the cells were observed under microscope (Methylene blue and fluorescence) to evaluate the inhibitory / destructive effects of these solutions. Also, the EAS were diluted with distilled water to obtain solutions with 10 to 90% of the initial titratable acidity (strength) to be tested against B. cereus cells. The results demonstrated that all the EAS made were highly effective against the vegetative cells of B.cereus. Also, even at dilution rates averaging 20% of the EAS initial strength, the antimicrobial effect was very high for the different solutions. In addition, the microscopic observation of B. cereus has confirmed the lethal effects of EAS. In this part with the vegetative B. cereus cells, the efficacy of the EAS was estimated to a reduction of 4–7 log CFU/mL. In addition, the antibacterial power of the EAS has been shown to be significantly higher than that of the standard (conventional) lactic and ascorbic acids. In the third part of the study, electro-activated solutions of calcium lactate, calcium ascorbate and their equimolar mixture at 750 mA for 30 min were selected and used against the spores of Bacillus cereus ATCC 14579 under model conditions and in fresh Atlantic salmon. The treated spores were analyzed using scanning and transmission electron microscopes to evaluate the sporicidal effects of EAS. The results obtained clearly showed a great sporicidal power of the EAS used on B. cereus spores with a reduction of 7 to 9 log using an initial spore population of 10⁹ CFU/mL, depending on the conditions assessed; namely: in direct contact (2–30 min), in salmon used as a food matrix (2–7 min), as well as in combination with moderate heat of 60, 70, 80 and 90 ℃ for 0.5–2 min. Also, it was observed that the sporicidal capacity of the EAS increased with temperature and contact time. Scanning and transmission electron microscopy showed that the EAS could cause the total destruction of B. cereus cells, including perforation of the membranes (cortex and coat), as well as the reflux of different components of the structure of B. cereus spores. Taking into account the results obtained in this study, we can conclude that the electro-activated solutions made with calcium lactate, calcium ascorbate and their mixture, especially those electro-activated at 750 mA–30 min, could be of a great contribution to reinforce the capacity of the food industry to control B. cereus ATCC 14579 and produces safer foods for the consumer.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/69246 |
| Date | 14 June 2021 |
| Creators | Cayemitte, Pierre Emerson |
| Contributors | Raymond, Philippe, Aider, Mohammed |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xxx, 251 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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