Development of a cold pasteurization treatment (γ-irradiation) in combination with an antimicrobial formulation based on natural compounds to assure the innocuity of human milk

Serukaluthur Balaji, Athishparsuram (2021). Development of a cold pasteurization treatment (γ-irradiation) in combination with an antimicrobial formulation based on natural compounds to assure the innocuity of human milk Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en Microbiologie Appliquée, 110 p.

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Résumé

Les banques de lait humain (BML) sont une nécessité absolue car le lait maternel humain est une source de nutriments essentiels pour les nourrissons et est particulièrement recommandé pour les nouveau-nés prématurés lorsque le lait de leur propre mère n'est pas disponible. Il offre une protection contre les infections et diminue l'entérocolite nécrosante et les maladies cardiovasculaires. Néanmoins, le lait maternel peut être altéré par la contamination par des agents pathogènes, et le risque de pénurie de BML est très souvent présent. E. sakazakii, E. coli O157:H7, S. aureus, L. monocytogenes, S. Typhimurium et B. cereus sont les souches bactériennes les plus fréquentes responsables du rejet du lait maternel. Le lait maternel humain peut être contaminé à tous les stades, depuis son point de collecte jusqu'à son stockage et sa livraison. La pasteurisation thermique est la technique couramment utilisée pour la conservation du lait dans les BML mais elle n'est pas efficace pour éliminer les spores de B. cereus et affecte la qualité nutritionnelle par des réactions de Maillard. L'utilisation de la pasteurisation à froid telle que l'irradiation γ est une approche alternative efficace pour la conservation du lait humain.

Le but de cette étude est de développer une technique de pasteurisation à froid par irradiation γ dans des formulations antibactériennes combinées à base d'huiles essentielles (origan, formulation méditerranéenne, citronnelle, clou de girofle, cannelle), d'acides et de bases organiques (acide citrique, acide lactique et carbonate de sodium) et d'extrait d'agrumes.

L'activité antibactérienne de l'origan, de la formulation méditerranéenne, de la citronnelle, du clou de girofle, de la cannelle, de l'acide citrique, de l'acide lactique, du carbonate de sodium et de l'extrait d'agrumes a été évaluée pour sa capacité à inhiber la croissance de pathogènes alimentaires sélectionnés en termes de concentration minimale inhibitrice (CMI). D'après les résultats, la valeur de la CMI varie de 312,5 à 5000 ppm contre toutes les souches bactériennes testées, l'extrait d'agrumes présentant l'activité antibactérienne la plus élevée (312,5 ppm). L'interaction entre les combinaisons binaires, trinaires et quaternaires d'agents antibactériens sélectionnés a été testée. Notamment, la combinaison quaternaire de composés : Formulation 1 (Origan/formulation méditerranéenne/extrait d'agrumes/acide lactique), Formulation 2 (Cannelle/Lemongrass/extrait d'agrumes/acide citrique), Formulation 3 (Origan/formulation méditerranéenne/extrait d'agrumes/acide citrique), Formulation 4 (Cannelle/Lemongrass/extrait d'agrumes/acide lactique) a montré un effet synergique contre tous les pathogènes testés. Le traitement combiné de l'irradiation γ et de quatre formulations antibactériennes quaternaires a augmenté efficacement la radiosensibilité de 1,34 à 3,99 dépendamment des agents pathogènes testés dans le lait maternel congelé. Les formulations 3 et 4 ont induit une plus grande radiosensibilité des souches bactériennes, y compris B. cereus sporulé (1,90 et 1,89 respectivement), par rapport aux formulations 1 et 2. Toutes les souches bactériennes du lait maternel congelé ont été éliminées à 5 kGy en présence des formulations 3 et 4. De même, le traitement combiné de l'irradiation γ à 5 kGy avec les formulations 3 et 4 n'a pas modifié de manière significative la teneur en lactose et en immunoglobulines et le potentiel lipidique du lait maternel en condition congelée. La digestibilité in vitro des protéines a augmenté dans le lait maternel congelé soumis au traitement combiné et l'hydrolyse des grosses protéines en peptides plus petits a été démontrée. Le traitement combiné a eu un changement minime sur la couleur et la viscosité du lait maternel humain. Par conséquent, le traitement combiné de l'irradiation γ à 5 kGy avec des formulations antibactériennes quaternaires a été efficace pour préserver la qualité du lait maternel congelé.

Human milk banks (HMBs) are an absolute necessity as human breast milk is a source of essential nutrients for infants and is particularly recommended for preterm neonates when their own mother’s milk is not available. It provides protection against infections and decreases necrotizing enterocolitis and cardiovascular diseases. Nevertheless, mother’s milk spoilage can occur due to contamination by pathogens, and the risk of a shortage of human milk is very often present. E. sakazakii, E. coli O157:H7, S. aureus, L. monocytogenes, S. Typhimurium and B. cereus are the most frequent bacterial strains responsible for mother’s milk being discarded. Human breast milk in HMB can be contaminated at all stages, from its collection point to the storage and delivery. Thermal pasteurization is the commonly used technique for milk preservation in HMBs but it’s not effective in eliminating the B. cereus spores and affects the nutritional quality by Maillard reactions. The use of cold pasteurization such as γ-irradiation is an effective alternative approach for the preservation of human milk. The aim of this study to develop a cold pasteurization technique of γ-irradiation in combination with antibacterial formulations based on essential oils (oregano, mediterranean formulation, lemongrass, clove, cinnamon), organic acids and bases (citric acid, lactic acid and sodium carbonate) and citrus extract.

The antibacterial activity of oregano, mediterranean formulation, lemongrass, clove, cinnamon, citric acid, lactic acid, sodium carbonate and citrus extract was evaluated for their ability to inhibit the growth of selected foodborne pathogens in terms of minimum inhibitory concentration (MIC). Based on the results, MIC value ranges from 312.5 to 5000 ppm against all tested bacterial strains, with citrus extract showing the highest antibacterial activity (312.5 ppm). The interactions between the binary, trinary and quaternary combinations of selected antibacterial agents have been tested. Notably, the quaternary combination of compounds: Formulation 1 (Oregano/Mediterranean formulation/Citrus extract/Lactic acid), Formulation 2 (Cinnamon/Lemongrass/Citrus extract/Citric acid), Formulation 3 (Oregano/Mediterranean formulation/Citrus extract/Citric acid), Formulation 4 (Cinnamon/Lemongrass/Citrus extract/Lactic acid) showed a synergistic effect against all tested pathogens. The combined treatment of γ-irradiation and four quaternary antibacterial formulation effectively increased the radiosensitivity (1.34 - 3.99) of the tested pathogens in frozen mother’s milk. Formulation 3 and 4 induced greater radiosensitivity in bacterial strains including sporulated B. cereus (1.90 and 1.89 respectively) compared to formulation 1 and 2. All bacterial strains in frozen mother’s milk were eliminated at 5 kGy in the presence of formulation 3 and 4. Also, the combined treatment of γ-irradiation at 5 kGy along with formulation 3 and 4 did not significantly alter the lactose and immunoglobulin content, lipid potential of mother’s milk under frozen condition. The in vitro protein digestibility was increased in frozen mother’s milk when subjected to the combined treatment and hydrolysis of larger proteins to smaller peptides was demonstrated. Combined treatment had a minimal change in color and viscosity of human breast milk. Hence, combined treatment of γ-irradiation at 5 kGy along with quaternary antibacterial formulations was effective in preserving of the quality of frozen mother’s milk.

Type de document:	Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse:	Lacroix, Monique
Mots-clés libres:	-
Centre:	Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt:	01 juill. 2024 14:06
Dernière modification:	01 juill. 2024 14:06
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/15728

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