Stimulation de l’activité fermentaire par champs électriques pulsés : cas de Saccharomyces cerevisiae

Stimulation of the fermentation by pulsed electric fields : Saccharomyces cerevisiae case

• Auteur / Autrice : Jessy Mattar
• Direction : Mohammad Turk, Henri El Zakhem, Eugène Vorobiev
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés Industriels et développement durable : Transformations intégrées de la matière renouvelable (EA 4297)
• Date : Soutenance le 25/06/2015
• Etablissement(s) : Compiègne en cotutelle avec Université de Balamand (Tripoli, Liban)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biomasse

Cinétique chimique

Microorganismes

Électroporation

Champs électriques

Fermentation

Levure (agent de fermentation)

Saccharomyces cerevisiae

Mots clés libres

Champs électriques pulsés (CEP)

Électrostimulation

Bioprocédés

Pulsed electric field (PEF)

S. cerevisiae

Electrostimulation

Biomass

Fermentation

Electroporation

Yeast

Résumé

L’intégration croissante des procédés innovants comme les ultrasons, les champs magnétiques, et les champs électriques pulsés a pour but d’améliorer et de stabiliser le déroulement des procédés de fermentation. Le champ électrique pulsé (CEP) est un procédé athermique généralement utilisé pour l’inactivation des pathogènes (Barbosa-Cánovas et al., 2001) ainsi que pour l’extraction des composés intracellulaires d’intérêt (El Zakhem et al., 2006a; Vorobiev & Lebovka 2006). Dans ce travail de thèse, nous proposons d’évaluer l’activité microbienne des cellules soumises à un traitement électrique modéré. Un intérêt particulier est apporté à des aspects fondamentaux comme la croissance et le métabolisme des cellules. Sur le plan technologique, le but fondamentale est de mettre en place et optimiser des protocoles de stimulation de microorganismes pour intensifier les bioprocédés. La fermentation de microorganismes stimulés par CEP a montré des cinétiques plus rapides que les levures non traitées. La stimulation de l’activité fermentaire s’est révélée grâce au suivi de la masse du milieu, les solutés solubles, l’absorbance, les sucres... L’optimisation des protocoles de stimulation a permis de réveler deux comportements logarithmique et saturé. Il a été montré une dépendance importante de l’énergie spécifique sur certains aspects physiologiques notamment la taille et le nombre de colonies.

The continually increasing integration of innovative technologies such as ultrasound, magnetic fields, and pulsed electric fields aims to improve and stabilize the course of fermentation processes. The pulsed electric field (PEF) is an athermal process generally used for pathogen inactivation (Barbosa-Canovas et al., 2001) and for the extraction of intracellular compounds of interest (El Zakhem et al., 2006a; Vorobiev & Lebovka 2006). In this thesis, we propose to evaluate the microbial activity of cells subjected to a moderate electric treatment. Special consideration is given to key aspects such as growth and cell metabolism. Technologically, the fundamental purpose is to implement and optimize microorganisms’ stimulation protocols to intensify their bioprocesses. The positive impact of PEF pre-treatment on yeast cells was shown by their faster fermentation kinetics compared to the control. This was proven by monitoring the weight of the ferment, the soluble solutes, the UV absorbance, and sugar consumption profiles. Two behaviors of electrostimulation, “logarithmic” and “saturated”, were revealed by optimization of the stimulation protocols. Finally, a relationship between the growth rate, the size of the colonies and the applied specific energy is deduced.