Etude d'un procédé de fermentation de Kombucha : caractérisation chimique, microbienne et activités biologiques

Study of a Kombucha fermentation process : chemical and microbiological characterization and biological activities

• Auteur / Autrice : Silvia Alejandra Villarreal Soto
• Direction : Patricia Taillandier, Sandra Beaufort
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés et de l'Environnement
• Date : Soutenance le 04/10/2019
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie chimique (Toulouse ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Behnam Taidi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patricia Taillandier, Sandra Beaufort, Eric Marchioni, Monika Ava Coton, Jalloul Bouajila
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Marchioni, Monika Ava Coton
• DOI : 10.70675/9218faf5z4ceez4053z8075z2cffeb5e3432

Mots clés

Mots clés contrôlés

Kombucha

Brettanomyces

Cellulose

Mots clés libres

Komagataeibacter

Symbiose

Brettanomyces

Thé Kombucha

Analyse de métabarcodage

Transfert d'oxygène

Cellulose bactérienne

Symbiosis

Komagataeibacter

Brettanomyces

Kombucha tea

Metabarcoding analysis

Oxygen transfer

Bacterial cellulose

Résumé

Le Kombucha est une boisson fermentée symbiotique. Il s'agit d'un thé traditionnel fermenté par un consortium de plusieurs bactéries (Komagataeibacter sp, Gluconacetobacter sp, Gluconobacter sp, Acetobacter sp…) et levures (Brettanomyces sp, Schizosaccharomyces sp, Zygosaccharomyces sp…) dont la fermentation conduit à la production de métabolites d'intérêt. La conception d'un procédé de fermentation optimal pour cette boisson est un défi réel en raison de la complexité de son microbiote. L’objectif de ce projet de recherche est d’identifier les paramètres clés susceptibles d’améliorer la production de molécules bioactives et d’établir une base pour sa mise à l’échelle industrielle. Il a été démontré que la géométrie de la cuve de fermentation et le transfert d'oxygène impactent la production de différents métabolites et composés bioactifs. Des extraits ont été préparés par extraction liquide/liquide suivi d’analyses des activités biologiques invitro (activités antioxydante, anti-15-lipoxygénase, anti-acétylcholinestérase et anti-prolifération des cellules cancéreuses) pour étudier l’influence du procédé sur les propriétés des métabolites. En parallèle, une identification et quantification chimique des différents extraits a été réalisée par HPLC-DAD et GC-MS. Une analyse de séquençage à haut débit a été réalisée, permettant l'identification des microorganismes dominants, de leurs gènes fonctionnels et de leurs principales voies métaboliques. L'influence de l’origine du consortium microbien a été évaluée, la cinétique de fermentation optimale a été établie et la caractérisation de la cellulose bactérienne produite a été effectuée. Nos études ont mis en évidence un lien entre le processus, le microbiote, les composés chimiques produits lors de la fermentation et le profil biologique du produit final. Ce travail représente une avancée significative dans l'établissement de certains paramètres clés pour l'optimisation de la fermentation de Kombucha et de la production de métabolites.

Kombucha, a traditional tea fermented by a consortium of several bacteria (Komagataeibacter sp, Gluconacetobacter sp, Gluconobacter sp, Acetobacter sp…) and yeasts (Brettanomyces sp, Schizosaccharomyces sp, Zygosaccharomyces sp, Saccharomyces sp …) whose fermentation leads to the production of metabolites of interest. The design of an optimal fermentation process for this beverage is a big challenge due to its complex microbiota. The objective of this research project is to identify the key parameters that may improve the production of bioactive molecules and further settle a base for its industrial scale-up. It was demonstrated that the geometry of the fermentation vessel and the oxygen transfer have an influence on the production of metabolites and bioactive compounds. Extracts were prepared by liquid/liquid extractions followed by analysis of their in-vitro biological activities (antioxidant, anti-15lipoxygenase, anti-acetylcholinesterase and anti-proliferation activity of cancer cells) to study the influence of the process on the properties of the metabolites. In parallel, an identification and chemical quantification of the different extracts was carried out by HPLC-DAD and GC-MS. High throughput sequencing analysis was performed allowing the identification of the dominant microorganisms, their functional genes and main metabolic pathways. The influence of the origin of the microbial consortium was evaluated, the kinetics of fermentation and the characterization of the produced bacterial cellulose was also studied. Our studies revealed a link between the process, the microbiota, the chemical compounds produced during fermentation and the biological profile of the final product. This work represents a significant advancement in establishing some of the key parameters for the optimization of Kombucha fermentation and metabolites production.