Bacteria adaptations improves the survival of Propionibacterium freudenreichii during drying and storage
Les adaptations bactériennes améliorent la survie de Propionibacterium freudenreichii durant le séchage et le stockage
Résumé
Probiotic and starters are produced in powder form to facilitate storage, delivery and usage.These beneficial bacteria are usually dried by freezedrying, which is expensive with low productivity. From this point of view, spray drying is an alternative and sustainable process to produce beneficial bacteria. Unfortunately, this process imposes osmotic, heat and oxidative stresses: therefore, it can lead to an important bacterial death. In this work, Propionibacterium freudenreichii adaptation to different treatments were studied to better understand their impact on cross-protections. Adaptation mechanisms included compatible solutes accumulation, general stress protein over-production and modulation of membrane fatty acids composition. During osmoadaptation, compatible solutes accumulation was fine-tuned by the medium. composition and especially by the amount of nonprotein nitrogen sources and carbohydrates. Accumulation of high amounts of glycine betaine during osmoadaptation led to high survival during freeze-drying. By contrast, accumulation of high amounts of glycine betaine and trehalose led to high viability during spray drying. Different adaptations can trigger the same adaptation mechanisms. Accumulation of high amounts of trehalose and of glycine betaine was triggered by the addition of saccharides, combined to osmoadaptation or to heat-adaptation. Adaptation can be optimized to confer bacteria enhanced resistance during drying processes, storage and digestion. This work opens new avenues for the production of starters and probiotics with enhanced robustness.
Les probiotiques et les ferments sont stabilisés sous forme de poudre pour faciliter leur stockage et leur utilisation. Ils sont généralement séchés par lyophilisation, procédé à la fois coûteux énergétiquement et à faible rendement. Le séchage par pulvérisation représente donc une alternative durable. Cependant, il impose des stress osmotique, chaud et oxydatif, et entraine par suite la mort d’une part importante des bactéries. Dans ce travail, les adaptations de Propionibacterium freudenreichii durant différents traitements ont été étudiées pour mieux comprendre les protections-croisées induites. Les mécanismes d’adaptation comprennent l’accumulation de solutés compatibles, la surproduction des protéines générales de stress et la modulation de la composition en acides gras membranaires. Pendant l’osmoadaptation, l’accumulation des solutés compatibles a été modulée par la quantité d’azote non-protéique et de glucides du milieu de culture. De grandes quantités de glycine bétaïne accumulées ont permis d’obtenir un fort taux de survie pendant la lyophilisation. En revanche, l’accumulation conjointe de glycine bétaïne et de tréhalose a permis d’obtenir un fort taux de survie pendant le séchage par pulvérisation. De plus, l’addition de glucide combinée à ’osmoadaptation ou à une thermo-adaptation provoque l’accumulation de trehalose et de glycine bétaïne. L’adaptation peut donc être optimisée pour obtenir des bactéries plus résistantes aux procédés de séchage, de stockage et de la digestion. Ces travaux offrent de nouvelles solutions pour la production de levains et de probiotiques avec des applications plus nombreuses.
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