Understanding of the phenomena involved in the inactivation of bacterial spores by a process combining high pressure and heat treatment

High Pressure Processing (HPP) is an established food processing technique for maintaining food quality while inactivating vegetative forms of pathogenic and spoilage bacteria. However, bacterial spores are very resistant to pressure, which requires the development of a strategy combining HPP with another modality (pressure cycling, heat treatment) to increase spore destruction. Currently, the combination of these processes are not implemented at an industrial scale due to the technically complex implementation and uncertain results given the diverse and contradictory literature on the level and mechanisms of spore inactivation by HP. The elucidation of spore inactivation mechanisms by pressure is therefore essential to assess the real potential of the industrial application of the HP process for the inactivation of bacterial spores. In the first chapter, special attention was paid to the pressure cycling process, which could improve spore inactivation by accelerating spore germination. The comparison with continuous HP treatment allowed to understand the effect of each parameter of the cyclicing modality on spore inactivation, and then to propose a pressure inactivation model. In the second chapter, exploitation of intrinsic properties and the use of extrinsic markers allowed the monitoring of the physiological state of pressure treated spores, and thus to highlight membrane alterations very different from that observed for a simple heat treatment. In the third chapter, a method using fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM) of a viscosity sensitive fluorophore was developped to study spore membrane perturbation by pressure. It showed a variation in fluorescence lifetimes, suggesting a variation in membrane viscosity following treatment at different pressure and/or temperature scales. Overall, these research works reinforce the understanding of spore inactivation mechanisms by HPP, while proposing ways to optimize the industrial application of the studied process.
Le procédé de stabilisation des aliments par hautes pressions hydrostatiques, appliqué à froid, suscite un intérêt industriel car il offre l’avantage de respecter les propriétés organoleptiques et nutritionnelles, tout en étant efficace pour la destruction des flores végétatives pathogènes et d’altération. Cependant, les spores bactériennes sont très résistantes à la pression, ce qui nécessite le développement d’une stratégie combinant le procédé HP à une autre modalité (cyclique, thermique) afin d’augmenter l’effet sporicide. A l’heure actuelle, la combinaison de ces procédés n’est pas mise en place à l’échelle industrielle du fait de l’implémantation techniquement complexe doublée de résultats incertains étant donnée la littérature diverse et contradictoire sur le niveau et les mécanismes d’inactivation des spores par les HP. La compréhension des mécanismes à l’origine de l’inactivation des spores bactériennes par la pression est donc essentielle pour évaluer le réel potentiel de l’application industrielle du procédé HP pour l’inactivation des spores bactériennes. Dans un premier chapitre, une attention particulière a été portée au procédé HP cyclique, pouvant contribuer à une amélioration de l’inactivation des spores par une accélération de leur germination. En comparaison au traitement HP continu, il a permis de comprendre l’effet de chaque paramètre de la modalité cyclique sur l’inactivation des spores, et ensuite de proposer un modèle d’inactivation par la pression. Dans un deuxième chapitre, l’exploitation des propriétés intrinsèques et l’utilisation de marqueurs extrinsèques ont permis de suivre l’état physiologique de spores traitées à différents barèmes de pression et/ou de température, et ainsi de mettre en évidence une altération membranaire très différente de celle observée pour un simple traitement thermique. Dans le troisième chapitre, un nouveau type de marquage des spores a été exploité pour suivre l’état membranaire suite à la perturbation par la pression. L’utilisation d’un rotor moléculaire couplée à l’utilisation de l’imagerie par temps de vie de fluorescence (FLIM) ont mis en évidence une variation des temps de vie de fluorescence, reflétant une variation de la viscosité membranaire suite aux traitements à différents barèmes de pression et/ou de température. De manière générale, ces travaux de recherche renforcent la compréhension des mécanismes d’inactivation des spores par les HP, tout en proposant des pistes d’optimisation de l’application industrielle du procédé étudié.