la production d`arômes par les microorganismes

LA PRODUCTION D’ARÔMES PAR LES
MICROORGANISMES
1. Production d’arômes dans les aliments
2. Production d’arômes par biotechnologie
DEFINITIONS
 Parfum
 Flaveur
 Arôme d’un aliment
 Molécules responsables
 Squelette hydrocarboné + fonctions
 Hétérocycles
DEFINITIONS
HETEROCYCLES
 Ex : Formation de γ−nonalactone dans la bière
Oxydation de l’acide linoléique
Acide 4-oxononaïque
1. PRODUCTION D’ARÔMES DANS LES
ALIMENTS
L’EXEMPLE DU FROMAGE
 Acidification
A. lactique.
Lactococcus, Streptococcus, Lactobacillus
 Production de gaz
Leuconostoc pour l’ouverture des fromages de type
pâte persillée
Propionibacterium pour l’ouverture et l’arôme des
fromages à pâtes cuites
1. PRODUCTION D’ARÔMES DANS LES
ALIMENTS
 Métabolisation des protéines et des lipides
Arthrobacter et Brevibacterium…
Kluyveromyces, Debaryomyces, Saccharomyces,
Penicillium, …
Brevibacterium linens pour la morge du Maroilles
• Production d’estérases
• Libération d’acides aminés précurseurs
• Production de méthanethiol à partir de méthionine
1. PRODUCTION D’ARÔMES DANS LES
ALIMENTS
L’EXEMPLE DU FROMAGE
 Ensemencement exogène dans les productions industrielles
(1,6M t/an en 2000, dont 93 % de lait de vache), à cause
des traitements thermique (pasteurisation) ou physique
(microfiltration)
 Collections de souches avec carte d'identité (morphologie,
aspect, profil génomique, capacité acidifiante, potentialités
enzymatiques dégradation des substrats, production de
molécules aromatiques)
 Levains lactiques ensemencés entre 103 et 106 cellules/mL
de lait : thermophiles (Lactobacillus helveticus,
Streptococcus thermophilus), ou mésophiles (Lactococcus
lactis, Lactobacillus paracasei)
1. PRODUCTION D’ARÔMES DANS LES
ALIMENTS
L’ARÔME DU FROMAGE
 Arôme spécifique de chaque molécule
 Butanedione
arôme « doux » beurre-caramel
 Acide isovalérique (dégradation de la valine)
connotation « animale »
 Equilibre quantitatif entre les différents composés
aromatiques produits : acides, alcools, esters, amines,
composés carbonylés et soufrés, etc.,
1. PRODUCTION D’ARÔMES DANS LES
ALIMENTS
L’ARÔME DU FROMAGE
 Acidification à partir du lactose
 Caillé propice à la croissance d'ensembles microbiens
spécifiques
 Dégradation de l'acide lactique, de la caséine, des
triglycérides composant le caillé
 Voies métaboliques diverses et complexes nombreuses
molécules volatiles et aromatiques (cent à quatre cents
structures chimiques différentes…)
1. PRODUCTION D’ARÔMES DANS LES
ALIMENTS
Catabolisme du lactose
1. PRODUCTION D’ARÔMES DANS LES
ALIMENTS
RÔLE MAJEUR DU CATABOLISME DES ACIDES AMINÉS


A.aminés aromatiques, à chaîne carbonée ramifiée
et Méthionine
Deux voies principales chez les bactéries lactiques
1. Réactions de transamination
2. Réactions d’élimination
1. PRODUCTION D’ARÔMES DANS LES
ALIMENTS
RÔLE DES LEVURES







Désacidification
Facteurs de croissance
Protéolyse, lipolyse
CO2, acétate d’éthyle, aldéhyde,
Phénylalanine
phényléthanol,
Méthionine
composés soufrés
Acides gras
méthylcétones, lactones,
esters, alcools
1. PRODUCTION D’ARÔMES DANS LES
ALIMENTS
RÔLE DES BACTÉRIES PROPIONIQUES








Propionibacterium freudenreichii
Gram + non sporulés, Formes variées
Actinomycètes
Mésophiles
Anaérobies
Résistent à la pasteurisation
Métabolisent le lactate
Produisent des acides volatils (propionique, acétique), du
CO2 et vit. B12
1. PRODUCTION D’ARÔMES DANS LES
ALIMENTS
 Interviennent après la flore lactique
 Formation des « yeux »
 Dans un Emmental de 75 kg : 125 L CO2, dont 48%
dissous dans la pâte, 20% dans les yeux, 32% dans
l’atmosphère
 Rôle dans la production d’arômes
 Peu ou pas protéolytiques
 Catabolisent les lipides et acides gras
acide propionique
1. PRODUCTION D’ARÔMES DANS LES
ALIMENTS
LE CAMEMBERT
 Acides acétique, propionique, butyrique, 3-méthyle
butyrique (arôme fromage)
 Aldéhydes et cétones : acétoïne, diacétyle(beurre),
nonan-2one (fruité moisi) heptan-2 one (fromage bleu)
 Alcools et esters : 2-phényl éthanol et acétate
d’isoamyle (note florale, fruitée)
 Composés soufrés : méthional, diméthyl sulfide, méthyl
thiobutyrate, méthanethiol (chou)
 Et d’autres…
2. ARÔMES PAR VOIE BIOTECHNOLOGIQUE
 Limites de l’extraction à partir de végétaux
 Procédé d’extraction
 Co-produits toxiques
 Prix!
 Synthèse de molécules naturelles à partir de matière
1ère végétale
 Microorganismes GRAS
 Connaissance des précurseurs et des voies
métaboliques…
2. ARÔMES PAR VOIE BIOTECHNOLOGIQUE
Ex : Le pain
 300 molécules aromatiques
 Cétones : 3,4 hexanedione (note grillée crôute de pain,
caramel)
 Acide phényle acétique (miel)
 Ester : butyrate de diméthyle phénétyle (pruneau-figue
sèche)
 Alcools supérieurs : 2-phényl éthanol (note florale)
2. ARÔMES PAR VOIE BIOTECHNOLOGIQUE
 Principes
 Culture de microorganismes
 Production de novo
 Bioconversion
 Intérêts
 Indépendant des conditions climatiques
 Proche de l’arôme naturel
 Récupération aisée
 Nombreux microorganismes….
2. ARÔMES PAR VOIE BIOTECHNOLOGIQUE
2. ARÔMES PAR VOIE BIOTECHNOLOGIQUE
2. ARÔMES PAR VOIE BIOTECHNOLOGIQUE
L’EXEMPLE DE LA VANILLINE
 Marché en plein développement
 Synthèse chimique : 12 000 t, prix / 250!
 Approche biotechnologique:
 Criblage et sélection de souches de champignons
filamenteux
 Optimisation des paramètres de culture
 Précurseurs naturels peu coûteux
2. ARÔMES PAR VOIE BIOTECHNOLOGIQUE
 Bioconversion d’acide férulique ou d’acide vanillique par un
Champignon filamenteux
 Substrat : son de maïs ou pulpes de betterave, riches en
composés phénoliques
 Prétraitement par autoclavage
 Traitement enzymatique pour libérer l’acide férulique (A.
niger)
 Souche de Pycnoporus cinnabarinus : 60 mg/L de vanilline
La lignine
2. ARÔMES PAR VOIE BIOTECHNOLOGIQUE
 Sélection de souches
laccase- (80 mg/L) voie 1
 Augmentation de la
transformation en
acide vanillique
 Inhibition des voies 2 et 3
2. ARÔMES PAR VOIE BIOTECHNOLOGIQUE
•700 à 800 mg/L en laboratoire
•Limites : accumulation de composés phénoliques
toxiques, et contrôle du taux d’aération (production de
méthoxyhydroquinone) pendant la phase de production
2. ARÔMES PAR VOIE BIOTECHNOLOGIQUE
L’intérêt des Levures : Saccharomyces cerevisiae,
Geotrichum candidum
 Ethanol, CO2
 Alcools, adhéhydes, acides organiques, esters,
composés soufrés et carbonylés
 Alcools supérieurs aliphatiques et aromatiques et leurs
esters, dérivés du catabolisme des acides aminés
 Réaction de transamination
 Conversion des a-céto acides en alcools ou acides par la voie
de Ehrlich
Intérêt : isoamyl alcool / 2-phényl éthanol /
méthylthiopropanol
2. ARÔMES PAR VOIE BIOTECHNOLOGIQUE
Leu, Val, Ile, Phe, Tyr, Trp, Met
transaminations
A-céto acide
décarboxylations
Aldéhyde
Réductions
Oxydations
7 Acides supérieurs
7 Alcools supérieurs
Voie de Ehrlich
CONCLUSIONS
 Appellation « arôme naturel »
 Grande diversité de molécules produites
 Grande diversité de substrats disponibles
 Intérêt du marché