Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Le processus de fabrication du jus de canneberge comprend des étapes de clarification (ultrafiltration; UF) et de concentration (osmose-inverse; OI), deux procédés baromembranaires sensibles au colmatage biologique. Ce phénomène entraîne une perte de productivité, une détérioration de la qualité du jus, une utilisation excessive des produits de nettoyage et un remplacement précoce des membranes. Malgré les recherches approfondies sur le colmatage biologique dans les domaines du traitement des eaux usées et de la transformation laitière, peu de données sont disponibles dans l'industrie des jus de fruits. Aucune information n'a été recueillie sur les membranes d'UF et d'OI utilisées lors de la production de jus de canneberge quant à l'identité des microorganismes adhérents, la structure et la composition des biofilms formés, leur impact sur la qualité des jus produits, et l'efficacité des systèmes de nettoyage mis en place pour garantir leur élimination. Ainsi, pour mieux comprendre le colmatage biologique lors de la filtration des jus de canneberge, des isolements systématiques ont été effectués sur des milieux de culture non sélectifs pour dresser les profils microbiens de prélèvements effectués à la surface de six membranes d'UF et de trois membranes d'OI industrielles. Les résultats ont montré que le taux de contamination et les profils microbiens variaient entre les membranes, avec une prédominance de la levure *Candida krusei*. Pour évaluer l'impact de ces microbiotes sur la composition physico-chimique du jus de canneberge, une inoculation de ce dernier a été réalisée avec les contaminants bactériens et fongiques majoritaires. Ces inoculations ont entraîné une diminution de la concentration totale en proanthocyanidines et en acides organiques, ainsi qu'une modulation de la concentration de 19 composés volatils, impliqués dans les attributs sensoriels du jus. Parmi les composés volatils identifiés, la souche de *C. krusei* LMA-1532 a augmenté de manière significative la concentration d'alcool amylique et isoamylique, lesquels sont utilisés comme biocarburant. Une analyse des gènes impliqués dans leur production a été réalisée pour établir une corrélation entre le phénotype et le génotype. De plus, la recherche de ces gènes a été étendue aux autres souches de *C. krusei*, afin de déterminer si les souches identifiées dans l'environnement de la canneberge pourraient être envisagées comme des candidates pour la production de ces composés. Pour approfondir notre compréhension de l'espèce dominante, une analyse de génomique comparative a également été effectuée, mettant en évidence des similarités entre les souches de *C. krusei* isolées et celles provenant d'autres environnements tels que les plantes, les fruits, et les fèces. Malgré leur isolement dans l'environnement très acide de la canneberge, les souches ont présenté des profils génomiques similaires, suggérant l'existence d'un mécanisme commun de tolérance à l'acidité. Cette étude identifie pour la première fois les microorganismes présents à la surface des membranes de filtration et leur impact sur la qualité des jus. Les conclusions de cette étude permettront une sélection plus précise des traitements de nettoyage pour prévenir le colmatage biologique des membranes lors de la production du jus de canneberge. Par ailleurs, l'analyse des génomes enrichit notre connaissance de l'espèce colmatante principale, *C. krusei*, qui suscite un intérêt croissant en raison de son potentiel biotechnologique. / The manufacturing process of cranberry juice involves steps of clarification (ultrafiltration; UF) and concentration (reverse osmosis; RO), both of which are pressure-driven membrane processes sensitive to biological fouling. This phenomenon leads to decreased productivity, deterioration of juice quality, excessive use of cleaning agents, and premature membrane replacement. Despite extensive research on biological fouling in wastewater treatment and dairy processing, limited data are available in the fruit juice industry. No information has been gathered on UF and RO membranes used in cranberry juice production regarding the identity of adhering microorganisms, the structure and composition of formed biofilms, their impact on juice quality, and the effectiveness of cleaning processes for their removal. To better understand biological fouling during cranberry juice filtration, systematic isolations were conducted on non-selective culture media to profile microbial communities from the surfaces of six UF and three industrial RO membranes. Results showed contamination rates and microbial profiles varied among membranes, with a predominance of the yeast *Candida krusei*. To assess the impact of this microbiota on the physico-chemical composition of cranberry juice, inoculation with predominant bacterial and fungal contaminants was performed. These inoculations led to a decrease in total proanthocyanidin and organic acid concentrations, as well as modulation of the concentration of 19 volatile compounds influencing juice sensory attributes. Among identified volatile compounds, the *C. krusei* strain LMA- 1532 significantly increased the concentration of amyl and isoamyl alcohols, which are used as biofuels. Gene analysis involved in their production was conducted to establish a correlation between phenotype and genotype. Furthermore, gene exploration was expanded to other *C. krusei* strains to determine if those identified in the cranberry environment could be considered candidates to produce these compounds. To deepen our understanding of the dominant species, a comparative genomic analysis revealed similarities between isolated *C. krusei* strains and those isolated from other environments such as plants, fruits, and feces. Despite isolation in the highly acidic cranberry environment, the strains exhibited similar genomic profiles, suggesting the existence of a common acidity tolerance mechanism. This study identifies, for the first time, microorganisms present on filtration membrane surfaces and their impact on juice quality. These findings pave the way for better anticipation of biological fouling through more targeted selection of cleaning treatments. Moreover, the study enhances our understanding of the primary fouling species, *C. krusei*, which is gaining increasing interest due to its biotechnological potential.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/138843 |
| Date | 20 March 2024 |
| Creators | Fikri, Sherazade |
| Contributors | Labrie, Steve, Doyen, Alain |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xv, 125 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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