Développement d’ingrédients antifongiques à base d’antimicrobiens de sources naturelles et d’un procédé d’encapsulation pour le maintien de la qualité de fromage râpé

Sassi, Ghada (2022). Développement d’ingrédients antifongiques à base d’antimicrobiens de sources naturelles et d’un procédé d’encapsulation pour le maintien de la qualité de fromage râpé Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en microbiologie appliquée, 121 p.

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Résumé

La préoccupation des consommateurs s’oriente de plus en plus vers les aliments verts, naturels dépourvus d’agents conservateurs artificiels. Ce comportement incite souvent les industriels à améliorer leurs produits afin de satisfaire les besoins de leurs consommateurs. C’est dans cette optique que les fromagers s’orientent et désirent introduire de nouvelles technologies et alternatives à la natamycine, fongicide utilisé pour la conservation du fromge rapé, afin de respecter la démarche « étiquette épurée » et de mieux se positionner dans le marché des produits naturels. Bien que la natamycine présente un effet antifongique apprécié sur les moisissures d’altération du fromage, son utilisation devient dépréciée avec l'apparition d'un sérieux problème lié au développement de la résistance aux antibiotiques qui se développe du jour en jour.

Dans cette étude, nous avons supposé que, premièrement, certains extraits naturels ont des propriétés antifongiques qui peuvent agir en synergie afin de réduire la croissance des moisissures d'altération du fromage râpé. Deuxièmement, l'encapsulation des formulations antifongiques est un procédé technologique efficace permettant le contrôle de l'activité biologique et de la biodisponibilité conduisant à une bonne protection de la matrice fromagère. À la lumière de cela, le présent travail vise à développer une formulation antifongique complexe et stable à base d'additifs naturels efficaces pour détruire une variété sélectionnée de moisissures d’altération de fromage rapé et un processus d'encapsulation correspondant tout en respectant la demande des consommateurs pour les produits "étiquette épurée" et ce, sans affecter la qualité organoleptique du produit fini.

Pour ce faire, tout d’abord, un criblage des meilleurs composés antifongiques naturels par analyses in vitro a été assuré. Onze composés (deux extraits d’agrumes et neuf huiles essentielles (HEs) ont montré une moyenne à forte capacité inhibitrice par test de diffusion sur agar. La concentration minimale inhibitrice (CMI) de ces agents a été ensuite étudiée. Les résultats ont montré que deux extraits d’agrumes et six HEs ont fortement inhibé la croissance fongique à de très faibles concentrations. A partir de ces résultats, des combinaisons ont été formées pour évaluer les possibles effets synergiques par la méthode du Checkerboard. La formulation (Extrait d’agrume A et L’HE de cannelle A) ayant présenté neuf (9) effets synergiques et un (1) effet additif avec les plus faibles concentrations d’inhibition a été considérée pour mettre au point une microemulsion antifongique stable par microfluidisation. La nanoémulsion contenant 0.75 (% p/p) d’émulsifiants (HLB 10) et 1 % (p/p) de formulation était la plus stable pendant 15 jours d’entreposage à 4°C. Celle-ci a été adaptée pour l’optimisation d’un procédé d’encapsulation en utilisant un isolat de protéines de lactosérum (WPI) et de la maltodextrine (MD). Le résultat à révelé que la formulation stabilisée, encapsulée avec le mélange WPI : MD (1 :3) dans des faibles conditions de microfluidisation (2 cycles/11.500 psi) avait une meilleure stabilité (-40,5 mV), une taille de particules réduite (115 nm) et une bonne activité antifongique à faible concentration (315 ppm). Cette formulation a conduit à une meilleure efficacité d’encapsulation (91%) et a maintenu une concentration de composés bioactifs efficace contre Paecilomycess.spp pendant 28 jours de stockage (4°C) comparativement à la formulation non encapsulée (21 jours).

Par la suite, un procédé de séchage par atomisation (spray-drying) de la formulation antimicrobienne a été réalisé. La poudre obtenue a été caractérisée (dosage des phénols totaux, analyse structurale – FTIR, efficacité d’encapsulation et stabilité à l’oxydation). Le procédé de séchage par atomisation a permis de conserver 75% des composés phénoliques de la formulation antifongique développée induisant une bonne efficacité d’encapsulation de la formulation active totale (72.30%). La poudre développée a gardé une bonne stabilité à l’oxydation pendant 30 jours de stockage à 25°C et 60°C. L’analyse structurale de la formulation développée par FTIR a révélé que la présence d’agents bioactifs n’a pas affecté la structure des protéines et a induit une bonne stabilité du système d’encapsulation au niveau des interactions moléculaires.

Enfin, une analyse sensorielle des fromages traités par la formulation en poudre a eu lieu. Celle-ci a révélé que le traitement du fromage râpé par la formulation en poudre à des concentrations ⩽ 2g/kg a été apprécié par rapport au contrôle. L’évaluation in situ de sa capacité antifongique sur de la mozzarella râpée par test de provocation a montré que, la formulation développée avait un effet inhibiteur similaire à la natamycine avec une réduction de Log 3.4 CFU/g au 56ème jour d’entreposage à 4°C. Le résultat du suivi de la durée de conservation de la mozzarella râpée, traitée avec la formulation bioactive (FP) et avec du Nataseen (FN), scellée sous azote (SL) et sous air (SA), a révélé que, le compte de la flore mésophile totale et des bactéries lactiques s’est maintenu relativement stable par rapport au témoin (F). Pour les groupes FP et FN, un début de croissance fongique a été noté au jour 35 pour l'emballage SA et au jour 56 dans l'emballage SL. Comparativement à F, la croissance fongique a commencé aux jours 21 et 49 dans les emballages SA et SL respectivement. Cette analyse a révélé que l'application de la formulation antifongique inhibait efficacement la croissance des levures et moisissures pendant 70 et 77 jours pour du fromage râpé stocké à 4 ° C pour les emballages SA et SL respectivement.

Les résultats obtenus pendant ce projet ont mis en évidence la possibilité de développer une formulation antifongique complexe, de sources naturelles qui peut être appliquée comme conservateur dans le fromage rapé afin de prévenir l’apparation des moisissures d’altération et le développement des mycotoxines. Celle-ci peut être une nouvelle alternative prometteuse à la natamycine. Ceci pourrait répondre aux désirs des consommateurs pour un produit naturel, sain et salubre.

Consumer concern is increasingly shifting towards green and natural foods devoid of artificial preservatives. This behavior encourages manufacturers to improve their products in order to meet their consumer’s needs. Therefore, cheese makers want to introduce new technologies and alternatives to natamycin, a fungicide used for grated cheese, in order to respect the "clean label" approach and to lead in cheese markets. Although, Natamycin exhibits a good antifungal effect on cheese spoilage molds, its use is becoming less popular with the emergence of a serious problem related to the development of antibiotic resistance, which is growing day by day. In this study, we hypothesized to explore first, some natural extracts that have antifungal properties that may act synergistically to reduce the growth of grated cheese spoilage fungi. Secondly, the encapsulation of antifungal formulations is an effective technological process allowing the control of the biological activity and the bioavailability leading to a good protection of the cheese matrix. In light of this, the present work aims to develop, a complex and stable antifungal formulation based on effective natural compounds in order to destroy a selected variety of grated cheese spoilage molds, and a corresponding encapsulation process without affecting the organoleptic quality of the finished product. To do this, first of all, a screening of the best natural antifungal compounds via in vitro assays was carried out. Eleven compounds (two citrus extracts and nine essential oils (EOs) showed moderate to strong inhibitory capacity by agar diffusion test. Then, the minimum inhibitory concentration (MIC) of these agents was studied. Results showed that two citrus extracts and six EOs strongly inhibited fungal growth at low concentrations. Based on this finding, combinations were formed to evaluate possible synergistic effects by the Checkerboard method. The formulation (Citrus extract A and Cinnamon EO A), having shown 9 synergistic and 1 additive effect with the lowest inhibition concentration, was considered to develop a stable antifungal microemulsion by microfluidization. The nanoemulsion containing 0.75 (% w/w) of emulsifiers (HLB 10) and 1% (w/w) of formulation was the most stable during 15 days of storage at 4° C. This was adapted for the optimization of the encapsulation process using whey protein isolate (WPI) and maltodextrin (MD). The result revealed that the stabilized formulation, encapsulated with the WPI: MD mixture (1:3) under low microfluidization conditions (2 cycles/11,500 psi) had a better stability (-40.5 mV), a reduced particle size (115 nm) and a good antifungal activity at low concentration (315 ppm). This formulation led to better encapsulation efficiency (91%) and maintained a concentration of bioactive compounds effective against Paecilomycess.spp for 28 days of storage (4°C) compared to the non-encapsulated formulation (21 days). Subsequently, a spray-drying process of the antimicrobial formulation was carried out. The obtained powder was then characterized (dosage of total phenol content, structural analysis – FTIR, encapsulation efficiency and oxidation stability). The spray-drying process made it possible to retain 75% of the phenolic compounds of the antifungal formulation, leading to good encapsulation efficiency of the total active formulation (72.30%). The developed powder kept a good oxidation stability for 30 days of storage at 25°C and 60°C. The structural analysis of the formulation developed by FTIR revealed that the presence of bioactive agents did not affect the protein structure and induced good stability of the encapsulation system. Finally, a sensory analysis of grated mozzarella treated with the powder formulation was done. This revealed that, the cheese treated by the powder formulation at concentrations ⩽ 2g/kg was appreciated compared to the control. In situ evaluation of its antifungal capacity by challenge test showed that the developed formulation had an inhibitory effect similar to natamycin, with a reduction of 3.4 log CFU/g on the 56th day of storage (4°C). Result of the shelf-life monitoring of grated mozzarella, treated with the bioactive formulation (FP) and with Nataseen (FN), sealed under nitrogen (SL) and under air (SA), showed that, the count of total mesophilic flora and lactic acid bacteria is maintained relatively stable compared to control (F). For the FP and FN groups, an onset of fungal growth started on day 35 in the SA packaging and on day 56 in the SL packaging. Comparatively, for the control group, growth started at days 21 and 49, respectively in SA and SL packaging. In situ evaluation revealed that the application of antifungal formulation was effective at inhibiting the growth of yeasts and molds during 70 and 77 days of grated cheese stored at 4°C for SA and SL packaging respectively.

The findings of this project highlighted the possibility of developing a complex antifungal formulation, based on natural sources, which can be applied as a preservative in grated cheese in order to prevent the appearance of spoilage molds and the development of mycotoxins. This may be a promising new alternative to natamycin and could meet consumer desires for a natural, wholesome and safe product.

Type de document:	Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse:	Lacroix, Monique
Mots-clés libres:	-
Centre:	Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt:	08 janv. 2024 20:14
Dernière modification:	08 janv. 2024 20:14
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/13556

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