Impact de la pollution sur la qualité du lait de chamelle au Kazakhstan

Impact of pollution on the of camel milk quality in Kazakhstan

• Auteur / Autrice : Shynar Akhmetsadykova
• Direction : Bernard Faye
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie, microbiologie
• Date : Soutenance le 20/07/2012
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro en cotutelle avec Université Kazakh National d'al-Farabi
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences des Procédés – Sciences des Aliments (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Qualisud (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bernard Faye, Xavier Dousset, Gaukhar Konuspayeva, Gérard Loiseau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Ronchi, Cyril Feidt

Mots clés

Mots clés libres

Pollution

Metaux lourds

Pesticides

Lait de chamelle

Bacteries lactiques

Pollution

Heavy metals

Pesticides

Camel milk

Lab

Résumé

Les Kazakhs sont des consommateurs traditionnels de lait d'espèces non-conventionnelles comme la chamelle. Pour autant, les régions d'élevage camelin dans ce pays, bien que basées sur un mode extensif et un accès à des ressources naturelles, n'en sont pas moins fragilisées par les risques de pollution, l'environnement du pays étant affectées par la présence de métaux lourds, pesticides et radionucléides. L'objectif de la thèse a été (a) d'évaluer l'impact de cette pollution sur la qualité du lait de chamelle et du shubat (lait fermenté), et (b) d'évaluer les capacités de détoxification des produits laitiers.Pour aborder la question de l'impact de la pollution, plusieurs niveaux d'analyses ont été mis en œuvre:(i) A l'échelle régionale, des cartes d'indice de pollution ont été établies autour de 13 fermes de zones polluées (Almaty, Sud Kazakhstan, Atyraou et Kyzylorda) afin de comparer le niveau de pollution des différentes matrices (sol, eau, plante) selon la distance aux sources de pollution.(ii) A l'échelle des matrices environnementales (sol, plante, eau), deux métaux lourds majeurs (Pb et Cd) ont été déterminés dans les échantillons de sols (7,76-131,08 ppm et 0,08-0,39 ppm, respectivement), l'eau (Pb entre 5,9-13,6 ppm et Cd 0,05-0,25 ppm), les plantes (0,50-2,30 ppm et >0,05-0,56 ppm, respectivement). Un lien entre indice de pollution et métaux dans les sols a été observé, montrant l'impact de la proximité et de la nature des sources de polluants sur la contamination des sols. On observe également une corrélation étroite entre teneur en Pb et Cd au sein des différentes matrices. Cependant, les teneurs dans le sol sont indépendantes des teneurs dans l'eau ou les plantes. Les teneurs en pesticides dans l'eau sont inférieures à celles des normes internationales. Dans les fourrages, le DDT et ses dérivés ont été plus élevés que dans le sol. Cela signifie que les résidus de pesticides peuvent être également d'origine atmosphérique et donc inhalés par les animaux(iii) Dans le lait et le shubat, la concentration en métaux lourds dans cinq régions (Almaty, Atyraou, Kyzylorda, Taraz et Sud Kazakhstan) a été en moyenne faible en Cu (< 0,05 ppm), normale en Zn (près de 5 ppm) et Cd, mais un peu élevée pour Pb. Nos résultats ont été relativement élevés pour le DDT total dans le lait de toutes les régions sauf Kyzylorda et supérieurs pour le HCH total dans le lait des régions d'Almaty et d'Atyraou.(iv) Les relations entre environnement et lait ont été testées montrant l'absence de lien entre contamination de l'environnement en métaux lourds et celle du lait et shubat. Aucune relation non plus n'a été observée pour les pesticides, à l'exception du lindane et 4,4-DDD.Pour tester l'effet détoxifiant, il a été procédé en deux étapes. D'abord l'isolement et l'identification des souches de bactéries lactiques (BAL) du shubat afin de tester leur capacité à fixer Pb et Cd. Au total, 138 souches ont été isolées à partir de 25 échantillons laitiers. Une étude qualitative pour détecter la capacité des BAL à fixer les métaux lourds a été réalisée. Parmi 118 souches testées, seules 5,1% d'entre elles n'ont poussé ni sur Pb ni sur Cd, 36 % ayant eu la capacité de fixer Pb ou Cd, et 9% les deux. Les 52 souches montrant les meilleurs résultats ont été retenues pour identification par des méthodes moléculaires (rRNA16S). Selon les résultats de séquençage, la plupart de souches étaient de genre Enterococcus et Lactobacillus, secondairement Lactococcus et Leuconostoc.Dans un second temps, un test physiologique (in vivo) a été réalisé sur 80 cobayes divisés en 8 groupes traités par le Pb et des souches de BAL. La quantité de Pb dans les fèces des groupes traités par le lait fermenté ayant contenu ou pas du Pb était relativement élevé par rapport aux groupes témoin et celui recevant de l'eau enrichie de Pb (groupe EauPb). La distribution du Pb dans les organismes de cobayes du groupe EauPb s'est révélée dans l'ordre croissant: rate

The Kazakh people are traditional consumers of milk from non-conventional species like camel. However, the camel-rearing areas in this country, although based on an extensive mode and an access to natural resources, are affected by the risks of pollution, the environment of the country being affected by the presence of heavy metals, pesticides and radionuclides. The objective of the thesis was (a) to evaluate the impact of this pollution on the quality of the camel milk and shubat (fermented milk), and (b) to evaluate the abilitiy of detoxification by the dairy products. To answer to the question of the impact of pollution, several levels of analyses were implemented:(i) At the regional level, maps of pollution index were established around 13 farms from polluted zones (Almaty, Southern Kazakhstan, Atyraou and Kyzylorda) in order to compare the level of pollution of the various matrices (soil, water, plant) according to the distance to the polluting sources.(ii) On environmental matrix level (soil, plant, water), two major heavy metals (Pb and Cd) were determined in the soil (7,76-131,08 ppm and 0,08-0,39 ppm, respectively), water (Pb 5,9-13,6 ppm and Cd 0,05-0,25 ppm), the plants (0,50-2,30 ppm and >0,05-0,56 ppm, respectively) samples. A correlation between pollution index and metals in soils was observed, showing the impact of the proximity and the nature of the polluting sources on the contamination of the soils. A close correlation between Pb and Cd content within the various matrices was also observed. However, the contents in the soil were independent of the contents in water or plants. The contents of pesticides in water were lower than those of the international standards. In fodder, the DDT and its derivatives were higher than in the soil. That means that the pesticides residues can be also of atmospheric origin and thus inhaled by the animals(iii) In milk and shubat, the heavy metal concentration in five areas (Almaty, Atyraou, Kyzylorda, Taraz and Sud Kazakhstan) was on average low in Cu (< 0,05 ppm), normal for Zn (nearly 5 ppm) and Cd, but a little high for Pb. Our results were relatively high for the total DDT in the milk of all the areas except Kyzylorda and superiors for the total HCH in the milk of Almaty and Atyraou areas.(iv) The relations between environment and milk were tested showing the absence of link between environmental contamination of the heavy metals and that of milk and shubat. No relation either was observed for the pesticides, except for lindane and 4,4-DDD.To test the detoxification effect, it was proceeded in two stages: initially the isolation and identification of the strains of lactic bacteria (LAB) of the shubat in order to test their capacity to fix Pb and Cd. On the whole, 138 strains were isolated starting from 25 dairy samples. A qualitative study to detect the capacity of the LAB to fix heavy metals was carried out. Among 118 tested strains, only 5.1% of them pushed neither on Pb nor on Cd, 36% having had the capacity to fix Pb or Cd, and 9% both. The 52 strains showing the best results were retained for identification by molecular methods (rRNA16S). According to results' of sequencing, the majority of strains were of genus Enterococcus and Lactobacillus, secondarily Lactococcus and Leuconostoc. In the second time, a physiological test (in vivo) was carried out on 80 guinea-pigs divided into 8 groups treated by strains of LAB containing or not some Pb. The quantity of Pb in feces of the groups treated by fermented milk having contained or not Pb was relatively high compared to the reference groups and that receiving from the water enriched by Pb (WaterPb group). The distribution of Pb in the organes of guinea-pigs of the WaterPb group appeared in the ascending order: spleen> blood> heart> lungs> liver> kidneys. There was no significant correlation between organs.The results obtained on the identification of the isolated strains, gave the possibilities of studying