Étude de la dynamique microbienne pour la maîtrise de la fabrication du Kombucha

par Thierry Tran

Projet de thèse en Biotechnologies agro-alimentaires

Sous la direction de Raphaëlle Tourdot-marechal et de Cosette Grandvalet.

Thèses en préparation à Bourgogne Franche-Comté , dans le cadre de Environnements Santé , en partenariat avec Procédés Alimentaires et Microbiologiques (laboratoire) depuis le 15-11-2018 .


  • Résumé

    Le kombucha, boisson fermentée originaire d'Asie, est issu de l'activité d'un consortium de micro-organismes composé de bactéries acétiques et de levures, auxquelles peuvent parfois s'associer des bactéries lactiques, dans un milieu liquide d'extrait de thé sucré. Il n'existe pas une unique « culture » ou consortium dans le monde, mais une grande variété de compositions microbiennes. La boisson est caractérisée par le développement d'un biofilm de nature cellulosique flottant à la surface de la phase liquide. La production de kombucha à l'échelle industrielle se heurte à de nombreux obstacles. Premièrement, le process actuel d'inoculations successives du thé sucré d'un lot à l'autre induit des modifications progressives des cinétiques fermentaires. Cette instabilité de la reproductibilité est attribuée à l'hétérogénéité de la culture de kombucha en termes de familles, genres et espèces, mais aussi spatialement selon que l'on considère le biofilm ou la phase liquide. Deuxièmement, le biofilm de nature cellulosique occupe un espace non négligeable des cuves de fermentation et il est nécessaire de l'évacuer à l'issue du cycle de production. Troisièmement, le produit ne se stabilise pas de lui-même à l'instar du vin ou de la bière puisqu'on cherche à conserver du sucre résiduel pour le goût du produit et la production d'alcool n'est pas assez importante. Evidemment, des procédés physiques de stabilisation peuvent être mis en œuvre comme la pasteurisation ou la filtration. Cependant, le cahier des charges de l'entreprise impliquée dans cette étude impose de préserver la qualité nutritionnelle ainsi que les micro-organismes du produit fini sans recourir aux procédés de stabilisation classiques tels que la pasteurisation ou la microfiltration. Dans l'état actuel, la réfrigération ne permet pas d'empêcher complètement l'activité microbiologique. Les travaux de recherche développés dans le cadre du doctorat répondront à deux objectifs principaux : • Identification et caractérisation des principaux micro-organismes impliqués dans la fabrication du kombucha. • Amélioration de la capacité d'industrialisation du procédé de fabrication du kombucha par l'optimisation des paramètres de cultures permettant le développement de stratégies d'implantation successives des microbiotes natifs. La possibilité d'ajout, au cours du procédé, de souches exogènes connues pour leurs propriétés acidifiantes est envisagée. Dans le but de maîtriser la succession de l'expression des microbiotes présents, les mécanismes d'interaction au sein du consortium microbien seront étudiés sous les aspects métabolomiques et génétiques (analyses transcriptomiques).

  • Titre traduit

    Study of microbial dynamics for the control of Kombucha production


  • Résumé

    Kombucha is a fermented beverage originating from Asia produced by the activity of a microbial consortium. It includes acetic acid bacteria, yeasts and sometimes lactic acid bacteria in liquid phase made of sweetened tea. There exists not only one “culture” or consortium but a great diversity of microbial compositions. The beverage is characterized by the development of a cellulosic biofilm floating at the surface of the liquid phase. The industrial production of kombucha deals with several obstacles. Firstly, the current successive inoculations process of sweetened tea from one batch to the next induces gradual modifications of fermentation kinetics. This lack of reproducibility is attributed to the heterogeneity of kombucha culture in terms of family, genus, specie but also spatially whether the microorganisms are located in the biofilm or the liquid phase. Secondly, the cellulosic biofilm takes an unneglectable amount of space in the fermentation tank and requires to be discarded at the end of the production cycle. Thirdly, the product doesn't stabilize by itself on the opposite to wine or beer since residual sugar is wanted for the flavor profile and the amount of produced alcohol is too low. Indeed, physical stabilization processes can be applied, such as pasteurization or filtration. Nevertheless, the specifications of the company involved in this study require the preservation of nutritional quality and the microorganisms of the product without using such processes. Currently, refrigeration doesn't allow a complete inhibition of microbial activity. This phD research project has two main objectives: - The identification and characterization of the main microorganisms involved in the production of kombucha. - The improvement of the kombucha production process at the industrial scale by optimizing culture parameters allowing the successive implantation of the native flora. The addition of exogenous strains known for their acidification properties is considered. In order to control the expression of the successive floras, the interaction mechanisms involved within the microbial consortium will be studied using metabolomics and transcriptomics approaches.