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MICROBIOLOGIE DES CEREALES ET DES FARINES
Formation au profit de l’IFIM, Casablanca(Volet théorique)18 décembre 2006
Prof. A. TANTAOUI ELARAKI
SUP’AGRO
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Microbiologie des céréales et des farinesPlan général
INTRODUCTION PREMIERE PARTIE: ASPECTS
GENERAUX DE LA MICROBIOLOGIE DES CEREALES ET DES FARINES
DEUXIEME PARTIE: MOISISSURES TOXINOGENES ET MYCOTOXINES DES CEREALES
CONCLUSION
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Microbiologie des céréales et des farines
INTRODUCTION PREMIERE PARTIE: ASPECTS
GENERAUX DE LA MICROBIOLOGIE DES CEREALES ET DES FARINES
DEUXIEME PARTIE: MOISISSURES TOXINOGENES ET MYCOTOXINES DES CEREALES
CONCLUSION
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Microbiologie des céréales et des farines
Introduction Microflore des grains de céréales
souvent abondante et variée Varie en quantité et en qualité selon
plusieurs paramètres La transmission des grains à la farine
dépend de la nature des espèces impliquées et des conditions de fabrication
Évolution possible dans les farines
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Microbiologie des céréales et des farines Introduction (suite)
Rôle parfois utile: ensilages, boulangerie traditionnelle, etc.
Danger potentiel majeur: Dépréciation organoleptique Dépréciation technologique Toxicité (mycotoxines)
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Microbiologie des céréales et des farines
INTRODUCTION PREMIERE PARTIE: ASPECTS
GENERAUX DE LA MICROBIOLOGIE DES CEREALES ET DES FARINES
DEUXIEME PARTIE: MOISISSURES TOXINOGENES ET MYCOTOXINES DES CEREALES
CONCLUSION
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Microbiologie des céréales et des farines1ère Partie: aspects généraux
1.1- Nature de la microflore de contamination
1.2- Conditions de contamination et de développement
1.3- Conséquences
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Microbiologie des céréales et des farines
1.1-Nature de la microflore de contamination
1.1.1- Les bactéries
1.1.2- Les levures
1.1.3- Les moisissures
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Microbiologie des céréales et des farines1.1- Nature de la microflore de contamination
1.1.1- Les bactéries
Origine principale: sol
Principaux ordres:o Eubacteriales (ordre le plus représenté): familles
Enterobacteriaceae, Lactobacillaceae, Bacillaceae, Micrococcaceae, etc.
o Pseudomonadales: genres Pseudomonas, Xanthomonas, Aeromonas, etc.
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Microbiologie des céeéales et des farines1.1- Nature de la microflore de contamination
1.1.1- Les bactéries (suite)
Familles Genres et espèces % des grains contaminés
% du peuplement bactérien
AchromobacteriaceaeBacillaceae
Enterobacteriaceae
Lactobacillaceae
Micrococcaceae
Pseudomonadaceae
Flavobacterium sp.Bacillus cereusB. pumilusB. subtilisAerobacter sp.Erwinia sp.Escherichia coliParacolobacterium sp.Leuconostoc sp.Lactobacillus sp.Streptococcus sp.Micrococcus candidusM. caseolyticusPseudomonas sp.
90 18463654559
909
PrésencePrésence
481873
15143
1541
281
316
Fréquence d’apparition et importance relative (%) des principalesbactéries présentes sur blé et seigle (Kosmina, 1977)
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Microbiologie des céréales et des farines1.1- Nature de la microflore de contamination1.1.1- Les bactéries (suite)
Autres groupes (moins fréquents):o Actinomycètes: Streptomyces albus et S. griseus
o Bactéries pathogènes et/ou toxinogènes (Staphylococcus, Salmonella, Clostridium, etc.):
• Contamination possible des farines par l’intermédiaire des rongeurs ou des insectes
• Risques d’accidents sanitaires graves si incorporation dans produits hydratés crus ou semi-cuits (aliments pour enfants, pâtes réfrigérées, etc.)
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Microbiologie des céréales et des farines1.1- Nature de la microflore de contamination
1.1.2- Les levures
Levures: champignons microscopiques le plus souvent unicellulaires et non pigmentés
Principaux genres:o Saccharomyceso Candidao Hansenulao Pichia
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Microbiologie des céréales et des farines1.1- Nature de la microflore de contamination1.1.2- Les levures (suite)
Leurs nombres dépassent rarement quelques centaines par gramme de grain
Nombres très élevés si:o Humidité élevée des grains à la
récolteo Conditions climatiques humides à la
récolteo Préstockage humide avant séchage
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Microbiologie des céréales et des farines1.1- Nature de la microflore de contamination
1.1.3- Les moisissures
Généralités
Mycoflore du champ
Mycoflore de stockage
Mycoflore d’altération avancée
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Microbiologie des céréales et des farines1.1- Nature de la microflore de contamination1.1.3- Les moisissures (suite)
Généralitéso Champignons microscopiques
(micromycètes) filamenteuxo Toujours présents sur les grains de
céréales, puis dans farines, sons et autres produits
o Plus de 120 espèces recensées sur blés en conservation
o Un même échantillon de blé ne porte que 5 à 6 espèces dominantes
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Microbiologie des céréales et des farines1.1- Nature de la microflore de contamination1.1.3- Les moisissuresGénéralités (suite)
o Reproduction par émission de spores très variées
o Deux grands types se spores de la reproduction asexuée
Conidies ou conidiospores
Se forment à l’air libre surun conidiophore (parfois des
têtes conidiennes caractéristiques)
Parfois micro & macroconidies
Sporangiospores
Se forment dans un sac(sprocyste) porté par un
sporangiophore
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Microbiologie des céréales et des farines1.1- Nature de la microflore de contamination1.1.3- Les moisissures (suite)
Mycoflore du champo Espèces qui contaminent les grains
avant récolteo Certaines sont incapables de se
développer plus tard (conservation)o Comprend des espèces indifférentes
(Alternaria, Cladosporium, etc.) et d’autres parasites (Fusarium, Septoria)
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Microbiologie des céréales et des farines1.1- Nature de la microflore de contamination1.1.3- Les moisissuresMycoflore du champ (suite)
Principales moisissures du champ
Claviceps purpureaSclerotinia sclerotiorum
Fusarium graminearum**Aspergillus flavus*
Rhizoctonia leguminicolaHelianthosporium biseptatum
AlternariaCladosporiumVerticillium
Septoria* également au stockage
** également stockage et altération ,avancée
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Microbiologie des céréales et des farines1.1- Nature de la microflore de contamination1.1.3- Les moisissures (suite)
Mycoflore de stockageo Flore peu abondante à la récolte, elle
devient dominante au stockageo Très abondante dans les recoins des
entrepôts et siloso Flore très sporulante (contaminations
secondaires lors de manutention et transformation des grains)
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Microbiologie des céréales et des farines1.1- Nature de la microflore de contamination1.1.3- Les moisissuresMycoflore de stockage (suite)
o Espèces capables de pousser avec des taux d’humidité de 15 à 16%
o Comprend des espèces toxinogèneso Principaux genres:
PenicilliumAspergillusFusarium
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Microbiologie des céréales et des farines1.1- Nature de la microflore de contamination1.1.3- Les moisissuresMycoflore de stockage (suite)
• Genre AspergillusAspergillus flavus*
A. parasiticusA. ochraceusA. clavatus
A. fumigatusA. rubrum
A. chevalieriA. niger
A. glaucus * Également au champ
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Microbiologie des céréales et des farines1.1- Nature de la microflore de contamination1.1.3- Les moisissuresMoisissures de stockage(suite)
Penicillium islandicumP. citrinumP. rubrum
P. citreovirideP. cyclopium
P. viridicatum
Penicillium urticaeP. verruculosum
P. puberulumP. expansumP. rugulosum
P. palitansP. roquefortii
• Genre Penicillium
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Microbiologie des céréales et des farines1.1- Nature de la microflore de contamination1.1.3- Les moisissuresMycoflore de stockage (suite)
• Genre Fusarium et autres
Fusarium graminearum *F. tricinctum
F. nivaleF. moniliforme
Chaetomium globosum
* Également au champ et d’altération avancée
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Microbiologie des céréales et des farines1.1- Nature de la microflore de contamination1.1.3- Les moisissures (suite)
Mycoflore d’altération avancéeo Se développe en cas de conservation
dans des conditions extrêmement médiocres
o Peut contenir des espèces sans signification particulière quand on les trouve en petit nombre
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Microbiologie des céréales et des farines1.12- Nature de la microflore de contamination1.1.3- Les moisissuresMycoflore d’altération avancée (suite)
Pithomyces chartarumStachybotrys atra
Periconia minutissimaFusarium sporotrichioides
Cladosporium sp.Alternaria longipes
Fusarium graminearum*Chaetomium globosum
Dendrochium toxicumMyrothecium verrucariaTrichothecium roseum
Trichoderma virideAbsidiaMucor
Rhizopus
o Principaux genres et espèces
* Également au champ
et au stockage
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Microbiologie des céréales et des farines1.12- Nature de la microflore de contamination1.1.3- Les moisissuresContamination de produits céréaliers marocains par les moisissures du genre Aspergillus
Nbr échant. analysés
1 1 16 1 4 1 1 1 2 2
A. glaucusA. ornatusA. ochraceusA. nigerA. candidusA. flavusA. zonatusA. oryza.eA. wenti.iA. effususA. versicolorA. flavipesA. ustusA. terreus
2 1 1 11 1 6 2 1 1 1 1 3 1 2 1 1 11
1 1
Blé
ten
dre
Pain
d’o
rge
Sem
. d
e b
lé
Org
e g
rain
s
Pain
Sem
. d
’org
e
Pâte
s ali
m.
Maïs
Co
usc
ou
s
Blé
du
r
Nbr échant. 1 1 10 1 3 1 1 1 2 2Aspergillus +
Maroc
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Microbiologie des céréales et des farines1ère Partie: aspects généraux
1.1- Nature de la microflore de contamination
1.2- Conditions de contamination et de développement
1.3- Conséquences
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Microbiologie des céréales et des farines 1.2- Conditions de contamination et de développement
1.2.1- Humidité
1.2.2- Température
1.2.3- Composition de l’atmosphère
1.2.4- Composition et structure du produit
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Microbiologie des céréales et des farines 1.2- Conditions de contamination et de développement
1.2.1- Humidité
Exigences des micro-organismes
Teneur en eau et activité de l’eau du grain
Conséquences pour les micro-organismes des céréales et dérivés
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Microbiologie des céréales et des farines 1.2- Conditions de contamination et de développement1.2.1- Humidité
Exigences des micro-organismes
o Chaque espèce exige une activité de l’eau (aw) minimale pour sa croissance
o Chaque espèce a aussi une aw optimale de croissance
o Les exigences de certains métabolismes (ex. toxinogenèse) diffèrent de celles de la croissance.
aw= Pression de vapeur du milieu
Pression de vapeur de l’eau
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Microbiologie des céréales et des farines 1.2.1- HumiditéExigences des micro-organismes (suite)
o De façon générale (sauf exceptions):• bactéries plus hygrophiles que levures• levures plus hygrophiles que moisissureso Espèces osmophiles ou osmotolérantes: adaptées
aux faibles aw dues aux fortes concentrations en sucres (surtout levures)
o Espèces xérophiles ou xérotolérantes: adaptées aux milieux relativement secs (surtout moisissures)
o Espèces halophiles ou halotolérantes: adaptées aux faibles aw dues aux fortes concentrations en sel (surtout bactéries)
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Microbiologie des céréales et des farines 1.2.1- HumiditéExigences des micro-organismes (suite)
Aw min. (en moyenne)
Bactéries : 0,90-0,91Levures : 0,88
Moisissures : 0,80
Bac. halophiles : 0,75Mois. xérophiles : 0,65Lev. osmophiles : 0,60
Aw min. (cert. espèces)
Candida utilis : 0,94Mucor spinosus :0,93
Candida zeylanoides: 0,90Aspergillus glaucus : 0,70
A. echinulatus : 0,64Saccharomyces rouxii : 0,62
Minimum absolu: 0,6
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Microbiologie des céréales et des farines 1.2.1- HumiditéTeneur en eau et activité de l’eau des grains
Isotherme d’adsorption: courbe des teneurs en eau en fonction de l’activité de l’eau à une température donnée, quand le produit est en phase de réhumidification (HR de l’air >100 aw)
Isotherme de désorption: courbe des teneurs en eau en fonction de l’activité de l’eau à une température donnée, quand le produit est en phase de séchage (HR de l’air <100aw)
Notions d’isothermes de sorption
HR: Humidité Relative
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Microbiologie des céréales et des farines 1.2.1- HumiditéTeneur en eau et activité de l’eau des grains (suite)
20
18
16
14
12
10
0,7 0,8 0,9
Sorption
Désorption 1
Activité de l’eau
Teneur en
eau (%)
Bactéries
Levures osmophiles
Levures
Moisissures xérotolérantes
Moisssures hygrophiles
Isothermes de sorptiondu blé vers
20°C et zones
d’activitédes différentescatégories de
micro-organismes
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Microbiologie des céréales et des farines 1.2.1- HumiditéTeneur en eau et activité de l’eau des grains (suite)
Les moisissures de stockage peuvent se contenter d’aw relativement faibles
Les levures viennent ensuite
Les bactéries sont les plus exigeantes en eau libre
36
Microbiologie des céréales et des farines 1.2.1- HumiditéTeneur en eau et activité de l’eau des grains (suite)
Conséquences:
o Cas des moisissures xérophiles ou xérotolérantes
o Cas des levureso Cas des bactéries
37
aw
Microbiologie des céréales et des farines
1.2.1- Humidité
Teneur en eau et activité de l’eau des grains (suite)
Cas des moisissures xérophiles ou xérotolérantes
38
Microbiologie des céréales et des farines 1.2.1- HumiditéTeneur en eau et activité de l’eau des grains (suite) Cas des moisissures xérophiles ou xérotolérantes (suite)
50
100
43210 Temps (mois)
Croissance pondérale (% du maximum)
aw
0,9
8
aw
0,9
0
aw 0
,85
aw 0
,80
aw 0,70
Effet de l’activité de l’eau des grains sur la
croissance d’Aspergillus candidus*
* Moisissure xérotolérante très commune sur céréales
39
Microbiologie des céréales et des farines 1.2.1- HumiditéTeneur en eau et activité de l’eau des grains Cas des moisissures xérophiles ou xérotolérantes (suite)
Conséquences: plus l’aw des grains est faible:
o Plus la vitesse de développement est faible (pente de la phase exponentielle)
o Plus le niveau maximum atteint en phase stationnaire est réduit
o Plus la phase de latence est longue: pas d’altération microbienne apparente
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Microbiologie des céréales et des farines 1.2.1- Humidité Teneur en eau et activité de l’eau des grains Cas des moisissures xérophiles ou xérotolérantes (suite)
50
100
43210 Temps (mois)
Croissance pondérale (% du maximum)
aw
0,9
8
aw
0,9
0
aw 0
,85
aw 0
,80
aw 0,70
Limite de la phase de latence
Vitesse de croissance
Niveau maximum de la phase stationnaire
Effets de l’aw des grains sur les paramètres de croissance des micro-organismes (exemple d’Aspergillus candidus)
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20
18
16
14
12
10
0,7 0,8 0,9
Sorption
Désorption 1
Activité de l’eau
Teneur en
eau (%)
Levures osmophiles
Moisissures xérotolérantes
Une humidité de 16% (aw de 0,78 à 20-25°C) ne permet pas de stopper le développement des moisissures xérotolérantes
(Aspergillus glaucus) Une aw de 0,70 ralentit nettement la croissance, d’où une
conservation de plusieurs mois
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Microbiologie des céréales et des farines 1.2.1- HumiditéTeneur en eau et activité de l’eau des grains
Farines de blé 13-15 Riz 13-15 Amidon 18
Viande dégraissée séchée 15 Légumes déshydratés 14-20 Fruits déshydratés 18-25 Lait en poudre entier 8 Œuf entier déshydraté 10-11
Teneur critique: « alarm water content »
à 20°C, HR de l’air: 70% (en %)
43
Microbiologie des céréales et des farines 1.2- Conditions de contamination et de développement
Remarque: le développement, même lent, des moisissures, s’accompagne de production d’eau métabolique; l’aw tendra donc à s’élever (la température aussi)
Risque de développement d’espèces plus exigeantes en eau
Altérations visibles et Irréversibles des grains
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Microbiologie des céréales et des farines 1.2- Conditions de contamination et de développementCas des levures
Il existe des levures capables de se développer aux faibles aw (levures osmophiles ou osmotolérantes)
Ces levures préfèrent les milieux très riches en sucres
Posent surtout problèmes en pâtisserie (très rarement sur,grains ou farines)
45
Microbiologie des céréales et des farines 1.2- Conditions de contamination et de développementCas des bactéries
Généralement incapables de se développer aux aw habituelles des grains et farines
Exigent des réhumidifications supérieures à aw=0,90
46
Microbiologie des céréales et des farines 1.2- Conditions de contamination et de développement
1.2.2- Température
Pour la croissance de chaque espèce:
• Température minimale
• Température optimale
• Température maximale
température
Vitesse de croissance
T maxT min T opt
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Microbiologie des céréales et des farines 1.2- Conditions de contamination et de développement1.2.2- Température (suite)
Le température optimale de la plupart des moisissures de stockage des céréales avoisine les 30°C
Un échauffement peut survenir suite à un développement fongique (hot spot)
Les fluctuations de température accélèrent l’altération fongique des grains (ex.: fluctuations de 25 à 40°C par rapport à 30°C constante)
48
Microbiologie des céréales et des farines 1.2- Conditions de contamination et de développement
1.2.3- Composition de l’atmosphère
Moisissures en général aérobies Certaines (microaérophiles) sont peu
exigeantes: se contentent de 5% d’Oxygène
En dessous de 0,5%, croissance très difficile
Moisissures microaérophiles:
-Penicillium roqueforti-Fusarium spp-Quelques Mucorales
49
Microbiologie des céréales et des farines 1.2- Conditions de contamination et de développement1.2.3- Composition de l’atmosphère (suite)
Conservation de grains semi-humides (20% environ) possible sous atmosphère neutre (anaérobiose)
Inconvénient: perte du pouvoir germinatif
Réservée aux céréales destinées à des usages particuliers: alimentation animale, amidonnerie, etc.
50
Microbiologie des céréales et des farines 1.2- Conditions de contamination et de développement
1.2.4- Composition et structure du produit
La zone du germe est la plus favorable aux micro-organismes (richesse biochimique); généralement point de départ du développement fongique
Même pour des aw faibles (0,75-0,85), les moisissures xérotolérantes peuvent utiliser les lipides du germe comme sources de Carbone grâce à leurs lipases
51
Microbiologie des céréales et des farines 1.2- Conditions de contamination et de développement1.2.4- Composition et structure du produit (suite)
Les enveloppes externes du caryopse du blé : substrat moins favorable au développement des moisissures que les couches profondes
Pour une humidité de 17,5-18%:
-Grain entier (enveloppes intactes): visiblement moisi après 15 à 20 jours
- Grain « pelé » (enveloppes altérées mécaniquement): visiblement moisi en 5 è 6 jours
52
Microbiologie des céréales et des farines 1.2- Conditions de contamination et de développement1.2.4- Composition et structure du produit (suite)
Grains endommagés à la récolte plus susceptibles à l’attaque microbienne que grains intègres
Farines plus faciles à attaquer que les grains correspondants (mêmes raisons)
53
Microbiologie des céréales et des farines1ère Partie: aspects généraux
1.1- Nature de la microflore de contamination
1.2- Conditions de contamination et de développement
1.3- Conséquences
54
Microbiologie des céréales et des farines 1.3- Conséquences
1.3.1- Conséquences organoleptiques: odeurs de moisi; acidité
1.3.2- Conséquences technologiques: pouvoir germinatif des grains; valeur boulangère de la farine
1.3.3- Conséquences hygiéniques: mycotoxines
55
Microbiologie des céréales et des farines 1.3- Conséquences1.3.1- Conséquences organoleptiques
o Odeurs de moisi ou de renfermé• Dues à des substances volatiles• Persistent dans les produits finis,
même après cuisson• L’analyse du pain (Chromatographie
en Phase Gazeuse) permet de déterminer la proportion de farine altérée utilisée dans sa fabrication
56
Microbiologie des céréales et des farines 1.3- Conséquences1.3.1- Conséquences organoleptiques (suite)
o Acidité• Les moisissures des céréales
produisent des lipases et des lipoxygénases
• Les lipases libèrent des acides gras par hydrolyse des lipides (lipolyse)
• Acides gras libres responsables de goûts indésirables
57
Microbiologie des céréales et des farines 1.3- Conséquences1.3.1- Conséquences organoleptiques (suite)
• On observe souvent une lente acidification des grains et des farines au stockage sans développement de moisissures
• Cette acidification est due aux lipases formées par les moisissures du champ ou du préstockage
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Microbiologie des céréales et des farines 1.3- Conséquences1.3.1- Conséquences organoleptiques (suite)
• Les lipoxygénases oxydent les acides gras en peroxydes, qui réagissent avec:
Les groupements Thiol des acides, ce qui altère la qualité du gluten
Les carotènes, ce qui provoque le blanchissement de la farine
59
Microbiologie des céréales et des farines 1.3- Conséquences1.3.1- Conséquences organoleptiques (suite)
ISO 7305: 1986
70 mg pour 100 g de Farine (matière sèche)
exprimée en acide sulfurique
AOAC 939.05
50 mg d’Hydroxyde de Potassium pour la
neutralisation des acides gras libres dans 100 g de farine (en matière sèche)
Normes pour l’acidité grasse
des farines
60
Microbiologie des céréales et des farines 1.3- Conséquences1.3.2- Conséquences Technologiques
Perte du pouvoir germinatif des grains
Valeur boulangère très peu touchée en général (pas de déformation significative de l’alvéogramme Chopin)
Dans les cas extrêmes, les peroxydes peuvent altérer la qualité du gluten
61
Microbiologie des céréales et des farines 1.3- Conséquences1.3.3- Conséquences hygiéniiques
Certaines moisissures (toxinogènes) produisent dans les grains ou la farine des substances très dangereuses pour la santé du consommateur: les mycotoxines
Voir Deuxième Partie
62
Microbiologie des céréales et des farinesPlan général
INTRODUCTION PREMIERE PARTIE: ASPECTS
GENERAUX DE LA MICROBIOLOGIE DES CEREALES ET DES FARINES
DEUXIEME PARTIE: MOISISSURES TOXINOGENES ET MYCOTOXINES DES CEREALES
CONCLUSION
63
Microbiologie des céréales et des farines2ème Partie: moisissures toxinogènes et mycotoxines
2.1-Historique, définitions 2.2-Principales mycotoxines 2.3-Conditions de toxinogenèse 2.4-Devenir des moisissures et des
mycotoxines au cours des traitements technologiques
2.5-Prévention, protection du consommateur
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Microbiologie des céréales et des farines2ème Partie: moisissures toxinogènes et mycotoxines 2.1-Historique, définitions 2.2-Principales mycotoxines 2.3-Conditions de toxinogenèse 2.4-Devenir des moisissures et des
mycotoxines au cours des traitements technologiques
2.5-Prévention, protection du consommateur
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Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines
2.1- Historique, définitions
Historiqueo Antiquité: ergotisme
(feu de Saint Antoine); gangrène des extrémités
o Fin XVIIIème siècle: association avec ergot du seigle (Claviceps purpurea)
66
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.1- Historique, définitionsHistorique (suite)
o 1930-40: Stachybotryotoxicose chez le cheval (ex URSS)
Aleucie Toxique Alimentaire (ATA) chez l’Homme (ex URSS)
o 1945: intoxication de porcs (Maroc)o 1960: découverte des Aflatoxines
produites par Aspergillus flavus (maladie X du dindon)
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Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.1- Historique, définitionsHistorique (suite)
o Depuis 1960 • Découverte de plusieurs centaines de
mycotoxines• Description de nombreuses
mycotoxicoses• Des dizaines d’espèces de moisissures
jadis considérées comme « banales » se sont révélées toxinogènes
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Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.1- Historique, définitions
Définitions Mycotoxine: métabolite fongique non
antigénique (faible poids moléculaire) capable de provoquer des syndromes spécifiques chez l’Homme et/ou les animaux
Mycotoxicose: syndrome spécifique provoqué par une mycotoxine; non infectieuse et non contagieuse (contrairement à mycose)
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Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.1- Historique, définitionsDéfinitions (suite)
Une espèce toxinogène peut produire une ou plusieurs mycotoxines
Une même mycotoxine peut être produite par une ou plusieurs espèces de moisissures
70
Microbiologie des céréales et des farines2ème Partie: moisissures toxinogènes et mycotoxines
2.1-Historique, définitions 2.2-Principales mycotoxines 2.3-Conditions de toxinogenèse 2.4-Devenir des moisissures et des
mycotoxines au cours des traitements technologiques
2.5-Prévention, protection du consommateur
71
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.2-Principales mycotoxines
Mycotoxines d’importance mondiale Mycotoxines d’importance régionale Nature chimique des mycotoxines Mycotoxicoseso Intoxication chronique et intoxication
aiguëo Diversité des syndromes
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Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.2-Principales mycotoxines (suite)
Mycotoxines Moisissures productrices
Aflatoxines B1 & B2
Aflatoxines B1, B2, G1 & G2
Toxine T-2Déoxynivalénol (ou nivalénol)ZéaralénoneFumonisine B1
Ochratoxine A
Patuline
Aspergillus flavusA. parasiticusFusarium sporotrichioidesF. graminearum
F. graminearumF. moniliforme (F. verticillioides)A. ochraceus & Penicillium
verrucosumPlusieurs espèces
Mycotoxines d’importance mondiale
73
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.2-Principales mycotoxines (suite)
Mycotoxines Moisissures Mycotoxicoses
Ergotamine*Clavine*PaspalinineLolitremAlcaloïdes?Sporidesmine Phomopsine SlaframineSatratoxinesDiplodiatoxine
Claviceps purpureaC. fusiformisC. paspaliAcremonium loliaeBalansia sp ?Pithomyces chartarumPhomopsis leptostromiformisRhizoctonia leguminicolaStachybotrys atraDiplodia maydis
ErgotismeErgotismeTétanie (paspalum) Tétanie (ray-grass)Pied de fétuqueEczéma facialLupinoseSyndrome de la baveStachybotryotoxicoseDiplodiose
Mycotoxines d’importance régionale
* Alcaloïdes de
74
Nature chimique des mycotoxines
Aflatoxines
Zéaralénone
Ochratoxines
75
Nature chimique des mycotoxines (suite)
Fumonisines
76
Patuline
Deoxynivalénol (DON)
T2-Toxine
Nature chimique des mycotoxines (suite)
77
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.2-Principales mycotoxines (suite)
Mycotoxicoses: o Chroniques ou aiguës
Intoxication Chronique Aiguë
Dose Faible Forte
Durée Longue (effet cumulatif)
Courte
Signes cliniques (ex:
aflatoxicose)
Manque d’appétitRalentissement de croissance
Perte de poidsFatigue générale
Mort
78
Mycotoxines
Encéphalomalacie
Fumonisine
Fusarium moniliforme
Cancer
Aflatoxines
Aspergillus flavus
Hémorragie poumon et cerveau
Patuline
Plusieurs espèces
Hémorragie du foie
Rubratoxine
Penicillium rubrum
Troubles intestinaux
Austidiol
Aspergillus ustus
Activité trémorgène
Penitrème
Penicillium crustosum
Nécrose hépatique
Stérigmatocystine
Aspergillus versicolor
Syndrome de la bave
Slaframine
Rhizoctonia leguminicola
Néphrotoxicité
Ochratoxine
P. verrucosum; A. ochraceus
Œstrogène
Zéaralénone
F. graminearum
o Aperçu sur la diversité des syndromes mycotoxiques
79
Microbiologie des céréales et des farines2ème Partie: moisissures toxinogènes et mycotoxines 2.1-Historique, définitions
2.2-Principales mycotoxines 2.3-Conditions de toxinogenèse 2.4-Devenir des moisissures et des
mycotoxines au cours des traitements technologiques
2.5-Prévention, protection du consommateur
80
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.3- Conditions de toxinogenèse
2.3.1- Conditions liées à la moisissure
2.3.2- Conditions liées au substrat
2.3.3- Conditions liées à l’environnement
2.3.4- Autres paramètres pour les céréales
81
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.3- Conditions de toxinogenèse
2.3.1- Conditions liées à la moisissure
Au niveau des genres
Les plus importants
Assez importants
À ne pas oublier
AspergillusPenicilliumFusarium
StachybotrysAlternaria
Trichothecium
Claviceps
82
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.3- Conditions de toxinogenèse2.3.1- Conditions liées à la moisissure (suite)
Au niveau des espèces:o Certaines espèces sont réputées
toxinogènes, d’autres nono Pour céréales et légumineuses,
surtout les espèces de stockageo Parfois espèces de la flore du champ
(ex.: Aspergillus flavus, Fusarium graminearum)
83
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.3- Conditions de toxinogenèse2.3.1- Conditions liées à la moisissure (suite)
Au niveau des souches: o Toutes les souches d’une espèce peuvent
être toxinogènes (A. parasiticus; aflatoxines)
o Dans une espèce, souches toxinogènes et d’autres non (limites des techniques d’analyse) (A. flavus; aflatoxines)
o Pouvoir toxinogène variable parmi les souches d’une même espèce
84
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.3- Conditions de toxinogenèse2.3.1- Conditions liées à la moisissure (suite)
souches NRRL 3000 NRRL 2999 NRRL 3145
ArachideSojaMaïsBléRizSorgho
10719537910772
1042,8471918588
8,50,065,57,110,65,7
Variabilité du pouvoir toxinogène entre les souches d’une même espèce fongique: cas d’Aspergillus parasiticus
(aflatoxines totales en μg/g)
85
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.3- Conditions de toxinogenèse
2.3.2- Conditions liées au substrat
Influence de l’espèce de céréale
Influence de l’activité de l’eau
86
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.3- Conditions de toxinogenèse2.3.2- Conditions liées au substrat (suite)
NRRL 3000 NRRL 2999 NRRL 3145
ArachideSoja
10719
1042,8
8,50,06
RizSorgho
MaïsBlé
107725379
185884719
10,65,7 5,57,1
Effet de l’espèce de céréale sur la production de mycotoxinesdans les grains, en comparaison avec 2 légumineuses:
cas de 3 souches d’Aspergillus parasiticus (aflatoxines totales en μg/g)
Influence de l’espèce de céréale
87
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.3- Conditions de toxinogenèse2.3.2- Conditions liées au substrat (suite)
Moisissure Mycotoxine Aw min de croissance
Aw min de toxinogenèse
A. flavusA. parasiticusA. ochraceusA. ochraceusP. expansum
AflatoxinesAflatoxines
OchratoxinesAc.pénicillique
Patuline
0,70-0,750,70
0,85-0,880,85-0,88
0,91
0,83-0,870,800,88
0,97-0,990,99
Influence de l’activité de l’eau: toxinogenèse généralement plus exigeante que croissance
88
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.3- Conditions de toxinogenèse
2.3.3- Conditions liées à l’environnement
La température
L’oxygénation
L’humidité Relative de l’air
89
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.3- Conditions de toxinogenèse2.3.3- Conditions liées à l’environnement (suite)
La température
Moisissure Toxines Optimum Minmum
A. flavusA.parasiticusA. ochraceusP. expansumA. clavatusF. roseumFusarium sp
AflatoxinesAflatoxinesOchratoxine
PatulinePatuline
ZéaralénoneT2-Toxine
25-2825-30
2520-2220-25
100-5
8-1010-13
120-412
<10<0
Températures optimales et minimales de toxinogenèse de certaines moisissures
90
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.3- Conditions de toxinogenèse2.3.3- Conditions liées à l’environnement (suite)
L’oxygénationo Les moisissures ont besoin d’oxygèneo L’aération des locaux de stockage: Prévient l’accumulation d’humidité Favorise la dispersion des spores L’Humidité Relative de l’Air: permet
réabsorption d’eau dans le produit si elle est élevée
91
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.3- Conditions de toxinogenèse
2.3.4- Autres paramètres pour les céréalesFACTEURS PHYSIQUES Au
champA la
récolteAu
stockage
Humidité rapidité de séchage réhumidification humidité relativeTempératureEndommagem. mécaniqueBroyage des grains« Hot spots »Temps
+--+++--+
+++++++-+
+++++++++
+: a un effet -: n’a pas d’effet
92
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.3- Conditions de toxinogenèse2.3.4- Autres paramètres pour les céréales (suite)
FACTEURS CHIMIQUES Au champ
A la récolte
Au stockage
CO2
O2
Nature du substratNutrition minéraleTraitements chimiques
--++-
-----
+++++
+: a un effet -: n’a pas d’effet
93
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.3- Conditions de toxinogenèse2.3.4- Autres paramètres pour les céréales (suite)
FACTEURS BIOLOGIQUES Au champ
A la récolte
Au stockage
Variété de planteStress (plante)Vecteurs invertébrésInfection fongiqueSouche fongiqueCharge de sporesÉcosystème microbien
+++++++
-----+-
+++++++
+: a un effet -: n’a pas d’effet
94
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.3- Conditions de toxinogenèse
Souches toxinogènes isolées de céréales au Maroc
Produit Moisissure MycotoxineSouches
Toxinogènes/Total
Céréales et dérivés
Aspergillus flavus Aflatoxines
11/35
Céréales et dérivés
Aspergillus zonatus Aflatoxines
10/24
MaïsPenicillium verrucosum Ochratoxine A
-
OrgeAspergillus ochraceus Ochratoxine A
-
Maroc
95
Microbiologie des céréales et des farines2ème Partie: moisissures toxinogènes et mycotoxines
2.1-Historique, définitions 2.2-Principales mycotoxines 2.3-Conditions de toxinogenèse 2.4-Devenir des moisissures et
des mycotoxines au cours des traitements technologiques
2.5-Prévention, protection du consommateur
96
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines
2.4- Devenir au cours des traitements technologiques
Mouture
Traitements thermiques
Fermentation Panification
97
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.4- Devenir au cours des traitements technologiques
Mouture
o Contamination fongique des farines• Les spores de la mycoflore du champ:
surtout dans le son (faible sporulation)• Celles de la mycoflore de stockage:
grande dispersion dans la farine (forte sporulation; spores à surface sèche)
• Dans les machines du moulin, résidus de farine sur lesquels se développent des espèces fongiques.
98
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.4- Devenir au cours des traitements technologiquesMouture (suite)
Maïs Aflatoxine B1
Enveloppes 5-31; Farine de son 7-12; Germe 30-49; « Grits » 3-6;
Farine à faible taux de lipides 2-3; Farine à taux de lipides élevé 14-15
Riz Aflatoxine B1 Son 95; riz poli 95
Blé dur Aflatoxine B1 Concentration augmente avec taux d’extraction (maximum dans le son)
Orge, blé Ochratoxine A Concentration similaire dans farine et son
Céréale Mycotoxine Distribution (%)
o Distribution des mycotoxines; mouture sèche
99
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.4- Devenir au cours des traitements technologiquesMouture (suite)
Parties Fibres Gluten Amidon GermeSolubles
Aflatoxine B1
Zéaralénone
T2-Toxine
39-42 20-38 13-17 1 6-10
17-26 15-19 49-56 0 9-11
64-70 9-11 6-13 3-6 8-12
o Distribution des mycotoxines; mouture humide du maïs (distribution des toxines en %)
100
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.4- Devenir au cours des traitements technologiques
Traitements thermiques
o Grande thermostabilité en général• Aflatoxines
• Ochratoxine A
A l’état sec, stables jusqu’au point de fusionRésistent à 150°C plusieurs heuresMoins résistantes en présence d’humidité
Relativement stable à la chaleurAprès autoclavage de céréales pendant 3h, reste 12,5 à 17%
101
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.4- Devenir au cours des traitements technologiques
Effet de l’humidité sur le devenir des mycotoxines
Riz Aflatoxine B1 Cuisson 4 X Riz8 X Riz
48 49%75 82%
Orge Patuline Stockage Aw 0,70Aw 0,90
½ Vie 13j½ Vie 7j
Orge Citrinine Stockage Aw 0,70Aw 0,90
½ Vie 8j½ Vie 2j
Farine d’avoine
Ochratoxine A
Autoclavage Pas d’eau50% eau
87,5%74%
Produit Mycotoxine Traitement Humidité Destruction
102
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.4- Devenir au cours des traitements technologiques
Fermentation
Fermentation alcoolique (bière): disparition de l’ochrtatoxine A de
l’orge
Fermentation alcoolique (pain): avec farine contaminée par Aflatoxine B1 à 225 µg/kg, taux résiduel dans le pain après cuisson: 44 µg/kg
103
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.4- Devenir au cours des traitements technologiquesEffet de la panification
Niveaux de contamination initiale de la farine
40 à 225 µg/kg
Taux résiduels (TR) après pétrissage
13 – 100%
TR 1ère fermentation (2h de pointage)
11,5 - 65
TR 2ème fermentation (1h d’apprêt)
9,5 – 65
TR après cuisson 7,8 - 40
104
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines
Présence de mycotoxines dans des produits céréaliers marocains
Produits Mycotoxines Nbr échant analysés
Nbr échant positifs
Taux de contamination
Farine de bléAflatoxine B1
Ochratoxine AZéaralénone
70010
-50μg/kg
-
BléOrgeMaïs
Son de blé
Aflatoxine B1
Ochratoxine AZéaralénone
107(a);87(o,z)75(a,o,z)
50(a);43(o,z)54(a);14(o,z)
03(o)1(a)
0
-1,13-2,83μg/kg
18 μg/kg
RizFNBTFBTL
Fari. blé durMaïs importé
Aflatoxines B1 & G1
32011
27
00000
-----
Références
Letoutour B. et al.,Actes IAV,
3:65-69 (1983)
Tantaoui Elaraki A.et al., Actes IAV14:11-16 (1994)
Tantaoui Elaraki A.et al., Actes IAV20:65-70 (2000)
a: aflatoxines; o: ochratoxine A; z: zéaralénone; FNBT: farine nationale de blé tendre; FBTL: farine de blé tendre local
Maroc
105
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxinesPrésence de mycotoxines dans des produits céréaliers marocains (suite)
Conclusion:Très faible fréquence de contamination;
taux de contamination faibles: sur 408 échantillons analysés, seulement 5 contaminés:
• 1; farine de blé; ochratoxine A (50 μg/kg)• 3; orge; ochratoxine A (1,13-2,83 μg/kg)• 1; maïs, aflatoxine B1 (18 μg/kg)
106
Microbiologie des céréales et des farines2ème Partie: moisissures toxinogènes et mycotoxines 2.1-Historique, définitions 2.2-Principales mycotoxines 2.3-Conditions de toxinogenèse 2.4-Devenir des moisissures et des
mycotoxines au cours des traitements technologiques
2.5-Prévention, protection du consommateur
107
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines
2.5- Prévention, protection du consommateur
2.5.1- Aspects réglementaires 2.5.2- Aspects techniques 2.5.3- Contrôleso Analyses mycologiques des céréaleso Recherche et dosage des mycotoxineso Application de la démarche HACCP
108
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.5- Prévention, protection du consommateur
2.5.1- Aspecte réglementaires
o Dans plusieurs pays ou communautés de pays (UE), des teneurs maximales sont fixées pour les principales mycotoxines, pour l’alimentation humaine et pour différents types d’animaux (volailles, veaux, vaches laitières, etc.)
o Projet de normes marocaines (2003)
109
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.5- Prévention, protection du consommateur2.5.1- Aspecte réglementaires (suite)
o Cas des aflatoxines: règlement européen 1525/98 du 16/07/1998
Produits Toxines Limite maximale
Céréales et produits de transformation
B1
B & G
2 µg/kg4 µg/kg
Arachides, fruits en coque, fruits séchés et produits de transformation
B1
B & G
2 µg/kg4 µg/kg
Lait M1 0,05 µg/l
Aliments pour bétail laitier B1 5 µg/kg
Exemple de la
réglementation
européenne
110
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.5- Prévention, protection du consommateur2.5.1- Aspecte réglementaires (suite)
Substances Texte de référence
Matrice Teneur maximale (μg/kg)
Ochratoxine A Règlement CE 472/2002
Céréales brutes, y compris riz et sarrasinProd. dériv. de céréales
53
DON Règlement CE 856/2005
Blé dur et avoineMaïs Autres céréales brutes
17501750 (2)
1250
Fumonisines B1+B2
Avis du 8/12/ 98 du CSHPF (1)
Règlement CE 856/2005
Céréales brutes
Maïs brut
1000
2000 (2)
T-2et HT-2 Règlement CE 856/2005
Céréales (3)
Zéaralénone Règlement CE 856/2005
MaïsAutres céréales brutes
200 (2)
100
1: Conseil Supérieur d’Hygiène Publique, France//2: seuil retenu à partir du 01/07/2007 si aucun autre seuil n’est fixé d’ici cette date// 3: seuil à fixer, s’il y a lieu, avant le 01/07/2007
Exemple de la réglementation
européenne
o Cas des autres mycotoxines
111
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.5- Prévention, protection du consommateur2.5.1- Aspecte réglementaires (suite)
Mycotoxines Produits Teneur maximale (µg/kg
Farine de blé fourrage
Afalatoxine B1 3
Son de blé Aflatoxine B1 10
Tous produits d’alim.° animale
Aflatoxine B1 10
Céréales Zéaralénone 200
Céréales Ochratoxine A 30
Extrait du projet de réglementation marocaine (2003) relative aux mycotoxines (céréales et dérivés)
Maroc
112
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.5- Prévention, protection du consommateur
2.5.2- Aspecte techniques
Plusieurs paramètres influent sur le développement des moisissures toxinogènes et l’apparition des mycotoxines. Deux aspects très importants:
o L’humidité des grains et des farineso L’intégrité des grains
113
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.5- Prévention, protection du consommateur2.5.2- Aspecte techniques (suite)
o L’humidité des grains et des farines À la récolte: éviter de récolter par temps
humide Au pré-stockage: déshydratation des
grains (cas du maïs) Au stockage (grains et farines):
entrepôts divers, commerces, ménages, etc.
Au transport: surtout maritime
114
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.5- Prévention, protection du consommateur2.5.2- Aspecte techniques (suite)
o Intégrité des grains: éviter tout endommagement des grains:
• Mécanique: récolte, battage, etc.• Biologique: Insectes: au champ et au stockage Champignons (espèces parasites ou
saprophytes non toxinofgènes): au champ et au stockage
115
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.5- Prévention, protection du consommateur
2.5.3- Contrôles
Analyses mycologiques (voir volet pratique)
Recherche et dosage des mycotoxines
Application de la démarche HACCP
116
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.5- Prévention, protection du consommateur2.5.3- Contrôles (suite)
Recherche et dosage des mycotoxines Extraction: solvants appropriés Purification de l’extrait (éliminer
lipides, pigments, etc.) Séparation chromatographique Révélation (souvent par UV) Confirmation (souvent par dérivation
chimique) Quantification (HPLC par exemple)
117
Microbiologie des céréales et des farines 2- Moisissures toxinogènes et mycotoxines2.5- Prévention, protection du consommateur2.5.3- Contrôles (suite)
Application de la démarche HACCPo HACCP: démarche consistant à
prévoir les dangers que pourraient encourir le consommateur et prendre les mesures nécessaires pour le protéger
o Les mycotoxines sont incluses dans les dangers biologiques
o Étude FAO (2003) sur HACCp et mycotoxines
118
Microbiologie des céréales et des farines
INTRODUCTION PREMIERE PARTIE: ASPECTS
GENERAUX DE LA MICROBIOLOGIE DES CEREALES ET DES FARINES
DEUXIEME PARTIE: MOISISSURES TOXINOGENES ET MYCOTOXINES DES CEREALES
CONCLUSION
119
Microbiologie des céréales et des farines
Conclusion Toute moisissure dans les céréales, les
farines ou les produits dérivés est à suspecter; il n’y a plus de « moisissures banales »
Vu la consommation quotidienne du pain, toute trace de mycotoxine serait dangereuse (effet cumulatif)
Seule la prévention est envisageable; pas moyen de détoxifier les aliments destinés à la consommation humaine
120
Microbiologie des céréales et des farines
Quelques références- Monilié A. et Pfohl-Leszkowicz A., 2003. Les mycotoxines
dans les céréales: les points importants de contrôle de la production au stockage, le devenir dans les produits dérivés, Note de l’ASEDIS-SO, numéro spécial mycotoxines.
- Richard-Molard D., 1991. Microbiologie des céréales et farines, In « Les industries de première transformation des céréales », Godon B. et Willm C. coord., Techniques et Documentation Lavoisier, Paris, pp:177-191
- Anonyme, 2003. Manuel sur l’application du système de l’analyse des risques – points critiques pour leur maîtrise (HACCP) pour la prévention et le contrôle des mycotoxines (de http://www.fao.org/docrep/005/Y1390F/y1390f00.htm + 01.htm + 02.htm + 03.htm + 04.htm + 05.htm + 06.htm