Le bioprocédé envisagé est la conception de tissus de charbon actif (système déjà connu pour ses capacités d’adsorption vis-à-vis de l’OTA) sur lequel seraient fixées des bactéries filamenteuses, capables de dégrader ces deux mycotoxines. Si cette preuve de concept est prometteuse, l’étape suivante sera la mise en œuvre de filtres hybrides pour la décontamination des matrices liquides avant la mise en bouteille. En effet, grâce à ce matériau hybride, on peut espérer obtenir un système de décontamination plus rapide et plus efficace dans la durée garantissant la sécurité sanitaire des denrées alimentaires dans le respect des normes européennes.
Lancement : 2022
Porteur du projet : Laboratoire de Génie Chimique (LGC) – Département BioSyM Avenue Agrobiopole BP 32607 31 326 Castanet – Tolosan Cedex
Correspondant technique : Selma Smini
La preuve de concept visée est la mise au point d’un bioprocédé pour réduire les concentrations en mycotoxines pouvant contaminer les matrices jus de raisin et vin. Les deux mycotoxines visées sont l’ochratoxine A (OTA) et l’aflatoxine B1 (AFB1), des molécules chimiques toxiques d’origine fongique contaminant ces matrices alimentaires. L’OTA est déjà réglementée dans les produits de la vigne (2 ppb), alors que l’AFB1 (mycotoxine cancérigène) est considérée comme une mycotoxine émergente au vignoble, dont l’apparition est en lien avec les problématiques du réchauffement climatique(Bailly et al., 2018; El Khoury et al., 2006). Le bioprocédé envisagé est la conception de tissus de charbon actif (système déjà connu pour ses capacités d’adsorption vis-à-vis de l’OTA) sur lequel seraient fixées des bactéries filamenteuses, capables de dégrader ces deux mycotoxines. Si cette preuve de concept est prometteuse, l’étape suivante sera la mise en œuvre de filtres hybrides pour la décontamination des matrices liquides avant la mise en bouteille. En effet, grâce à ce matériau hybride, on peut espérer obtenir un système de décontamination plus rapide et plus efficace dans la durée garantissant la sécurité sanitaire des denrées alimentaires dans le respect des normes européennes.
Des travaux préliminaires nous ont permis (1) d’isoler une dizaine de souches d’actinobactéries, des bactéries du sol capables de dégrader l’OTA et l’AFB1 produites in vitro par les champignons producteurs du genre Aspergillus, respectivement A. carbonarius et A. flavus (Caceres et al., 2018; Verheecke et al., 2016), (2) de mettre en évidence la capacité de certains tissus en fibres de charbon actif (FCA) à réduire la concentration d’OTA par adsorption (El Khoury et al., 2018). Sur cet aspect, aucun test n’a été réalisé avec l’AFB1. Actuellement, les procédés de décontamination connus et utilisés dans la filière raisin pour décontaminer les mycotoxines des matrices alimentaires (raisin et vin) sont soit de nature physique soit de nature biologique. A ce jour, il n’existe pas de méthode de décontamination hybride alliant les deux types d’approches. Dans ce projet, nous souhaitons développer un procédé hybride original pour réduire les concentrations en OTA et AFB1 présentes dans les matrices liquides (jus de raison et vin). Ainsi, nous souhaitons associer les actinobactéries d’intérêt sur les tissus de fibres de charbon actif (FCA) afin de coupler un mécanisme physique, l’adsorption, à un mécanisme biologique, la biodégradation pour réduire efficacement la concentration des mycotoxines visées. En effet, l’adsorption est un procédé efficace qui permet de retenir les molécules ciblées mais elle présente plusieurs inconvénients. Les espèces adsorbées ne sont pas détruites, l’adsorbant peut alors atteindre un état de saturation et ainsi perdre en efficacité voire même de relarguer dans la matrice traitée une partie des molécules retenues. De plus, les capacités d’adsorption peuvent être limitées avec de très faibles concentrations de la molécule visée et dans une matrice complexe (El Khoury et al., 2018). Ainsi, le couplage de l’adsorption via les FCA avec une activité de biodégradation via les actinobactéries pourrait permettre d’atteindre de meilleures performances. En effet, ces bactéries sont capables de dégrader ces molécules en composés moins toxiques. Fixées sur les FCA, elles pourraient dégrader in situ les mycotoxines adsorbées et/ou désorbées situées à proximité de la surface du tissu et ainsi décontaminer définitivement la matrice alimentaire avant l’étape de filtration membranaire réalisée avant la mise en bouteille. Il y a plusieurs avantages dans le développement d’un tel procédé hybride : Palier aux limites du procédé d’adsorption (état de saturation, relargage possible de la mycotoxine) - Permettre l’utilisation de bactéries vivantes associées sur un support (développement d’un biofilm), directement au contact de la matrice liquide, pour un temps donné.
Dans ce projet sont impliqués deux départements de recherche du Laboratoire de Génie Chimique de Toulouse. Le département BioSyM (Bioprocédés et Systèmes Microbien) qui met en œuvre des systèmes microbiens dans les procédés biologiques dans les domaines de l’agro-alimentaire et de l’environnement notamment et le département IRPI (Ingénierie des Réacteurs Polyphasiques Innovants) qui développe des procédés couplés « adsorption-réaction » appliqués au traitement des eaux par exemple. Ce projet d’une durée de 6 mois est organisé en 3 workpackages (WP) détaillés ci-dessous. WP1 : Sélection des fibres/tissus de charbon actif Comme indiqué précédemment, des travaux préliminaires ont permis de sélectionner des tissus de fibres de charbon actif capable d’adsorber l’OTA dans des matrices synthétiques et dans deux matrices naturelles (jus de raisin et vin). Cependant, ceci n’a jamais été réalisé sur l’AFB1, seconde mycotoxine d’intérêt dans ce projet et qui est la seule mycotoxine cancérigène pour l’homme, émergeante dans les produits de la vigne (jus de raisin et vin) en lien avec le changement climatique. Pour cela, plusieurs tissus de fibres de charbon actif commerciaux seront testés afin de comparer les capacités d’adsorption de l’AFB1 mais aussi de l’OTA. Les tissus présentant les meilleures capacités d’adsorption seront sélectionnés pour la suite du projet. WP 2 : Association fibres/tissus de charbon actif et actinobactéries (Adhésion/biofilm). Dans ce WP les actinobactéries seront produites sous différentes formes (spores et/ou mycélium) pour réaliser les tests d’adhésion sur les tissus de fibres de charbon actif sélectionnés lors du WP1. Plusieurs types d’associations tissu/actinobactéries sont envisagés. Une première piste est la mise en cultures des actinobactéries directement sur le tissu sous forme de biofilm bactérien. Une seconde piste est la fixation des spores d’actinobactéries. La fixation pérenne des actinobactéries sur les tissus de fibres de charbon actif sera validée par microscopie électronique à balayage (MEB). De plus, la viabilité des actinobactéries après adhésion sera validée par des techniques de microbiologie classiques. WP3 : Validation de l’efficacité du système à réduire in vitro L’efficacité du procédé hybride couplant les phénomènes d’adsorption et de dégradation des mycotoxines sera testée in vitro dans des matrices liquides synthétiques et réelles (jus de raisin et vin). Pour cela, les tissus de fibres de charbon actif couplés aux actinobactéries seront immergés dans ces matrices liquides contenant une concentration connue de la mycotoxine. A des intervalles de temps réguliers, des prélèvements seront effectués afin de déterminer la concentration de la mycotoxine en fonction du temps de contact. Les dosages de l’AFB1 et l’OTA seront réalisés par Chromatographie Liquide Haute Performances (HPLC) à fluorescence.