La contamination microbiologique

Les microorganismes, organismes vivants de petite taille, sont universellement présents dans l'environnement : sol, eaux et air. Leurs caractéristiques essentielles sont leur petite taille, évaluée en micromètres, leur faible masse, évaluée en picogrammes et leur rythme souvent très rapide de division conduisant à des populations denses. Ils sont le plus souvent adsorbés sur des surfaces, inertes ou biologiques et conduisent, par leur prolifération, à la formation de dépôts appelés biofilms. Du fait de leur faible masse, ils peuvent facilement être entraînés en suspension dans l'air où ils sont souvent adsorbés sur des particules inertes.

Le terme de microorganismes désigne des champignons microscopiques (levures et moisissures), des bactéries mais aussi des protozoaires comme Cryptosporidium et Giardia fréquents dans les eaux douces, des algues microscopiques, certaines d'entre elles étant toxinogènes, et des virus.

Levures et moisissures

Les levures et les moisissures possèdent une structure cellulaire eucaryote : les levures se présentent, au moins à une étape de leur cycle biologique, sous forme de cellules isolées, sphériques ou ovoïdes de quelques micromètres de diamètre. Les moisissures se présentent sous forme filamenteuse, l'ensemble des filaments (hyphes) constituant le mycélium devenant visible à l'œil nu et conférant aux produits moisis leur aspect “feutré” caractéristique.

Les levures et les moisissures se développent uniquement en présence de carbone organique. Leur température de croissance se situe entre 2 °C et 40 °C, avec un optimum vers 20 - 30 °C. Elles sont thermosensibles, c'est-à-dire qu'elles sont détruites par la chaleur à partir de 50 °C. Elles tolèrent très bien les pH acides et sont capables de se développer sur des produits riches en sucre et pauvres en eau comme les confitures, les fruits séchés… Ces caractéristiques physiologiques en font des contaminants habituels des fruits.

Les levures ne constituent pas un groupe de mycètes bien défini. Toutes les levures se reproduisent par bourgeonnement ou plus rarement scissiparité, mode de reproduction asexuée. Certaines d'entre elles, dites levures parfaites, sont capables de se reproduire par reproduction sexuée. Les levures sont naturellement présentes sur les fruits, le sol ne constituant pas pour elles un habitat favorable. Incapables d'effectuer la photosynthèse, elles tirent leur énergie de la transformation de la matière organique. Elles ont une bonne aptitude à métaboliser les sucres de faible poids moléculaire en aérobiose (respiration) et certaines en anaérobiose (fermentation).

Très peu d'espèces de levures sont pathogènes. Au contraire, les levures sont très exploitées pour la production d'aliments fermentés. En particulier, les levures du genre Saccharomyces réalisent la fermentation alcoolique qui conduit à partir de sucres simples à la formation d'éthanol et de dioxyde de carbone. Ce métabolisme est mis à profit dans tous les produits de panification, pains et viennoiserie, pour faire lever les pâtes. En fermentant le maltose présent dans la farine, après le pétrissage de la pâte, les levures produisent de l'éthanol et du dioxyde de carbone qui étant emprisonné dans la pâte la fait gonfler.

L'éthanol est en grande partie éliminé à la cuisson des produits. Dans l'élaboration des boissons fermentées (vins, bières, cidres), les levures transforment les glucides contenus dans les jus (jus de raisins, moût de bière ou jus de pomme), en éthanol et dioxyde de carbone. Si ce dernier n'est pas retenu, on obtient des produits dits “tranquilles” au contraire des produits pétillants obtenus en conservant le dioxyde de carbone dans la bouteille.

Lors de la fermentation alcoolique, les levures produisent principalement de l'éthanol et du dioxyde de carbone, mais également en plus petites quantités des composés aromatiques qui vont participer au bouquet des boissons fermentées et des alcools de bouche, et à la saveur des produits de panification : ces composés aromatiques sont principalement des alcools supérieurs, des esters, des aldéhydes et des acides.

Cette production d'éthanol par Saccharomyces est également mise à profit pour produire de grande quantité d'éthanol industriel à partir de substrats issus de la betterave ou de céréales. Après distillation, on obtient de l'éthanol qui est ensuite utilisé en chimie, pharmacie, cosmétique, alimentaire… et dans les carburants sans plomb. En effet, le bioéthanol a l'avantage de provenir de matières premières végétales renouvelables : betteraves, canne à sucre, blé ou maïs selon les pays. Ce biocarburant pourrait être écologique si le gaz carbonique produit par la fermentation des matières sucrées en éthanol était récupéré.

Les cellules de levures Saccharomyces étant riches en vitamines du groupe B, elles sont produites et utilisées comme complément alimentaire dans des produits diététiques.

Enfin, d'autres levures des genres Kluyveromyces, Debaryomyces, Rhodotorula ou Geotrichum sont impliquées dans l'élaboration de nombreux fromages où elles participent à l'affinage.

Enfin, et même si les levures ne sont pas dangereuses pour la santé, elles peuvent être responsables d'altérations de la qualité marchande de produits alimentaires si elles se développent dans un produit normalement stabilisé comme par exemple un jus de fruit conditionné : l'altération est alors due à une défaillance du procédé de production ; elle se traduit par le gonflement de l'emballage, et la présence d'éthanol dans le produit.

Les moisissures sont des organismes filamenteux, qui produisent un grand nombre de spores, aérobies, qui se développent en surface de leur substrat.

Elles sont fréquemment rencontrées dans les industries alimentaires, où elles sont redoutées. En effet, la formation des spores en surface leur procure une très grande aptitude à la dissémination par l'air, ce qui rend très difficile la maîtrise de la contamination ; la première conséquence est le développement de taches duveteuses sur les produits (pain, fruits…).

Mais, elles sont aussi responsables de nombreux phénomènes d'altération dus à leur pouvoir de sécrétion d'enzymes hydrolytiques (amylases, protéases, lipases).

Par ailleurs, certaines espèces toxinogènes sont responsables de l'altération de la qualité sanitaire des produits, par production de mycotoxines. La plus connue est l'aflatoxine, produite par Aspergillus flavus, et responsable de cancer du foie.

L'ochratoxine, produite par Aspergillus carbonarius, et la patuline sont d'autres mycotoxines dangereuses pour la santé. Les moisissures responsables se développent en particulier sur les fruits, les graines et les céréales.

Les spores d'Aspergillus fumigatus, lorsqu'elles sont inhalées par un sujet immunodéprimé sont la cause de pathologies respiratoires sévères appelées aspergilloses, rendant nécessaires, pour ces patients, la maîtrise de la contamination microbiologique aéroportée.

Certaines moisissures sont exploitées industriellement pour la production d'enzymes et d'antibiotiques : en particulier, la pénicilline, premier antibiotique découvert par Fleming et fabriqué industriellement, est produit par Penicillium chrysogenum.

Enfin, des moisissures sont utilisées en fromagerie : c'est le cas de Penicillium camemberti, moisissure blanche utilisée sur tous les fromages à croûte dite “fleurie” (camembert, brie, soignon…), et de Penicillium roqueforti, moisissure bleu-vert utilisée dans les fromages à pâtes persillée (bleus, roquefort…).

Bactéries

Les bactéries sont omniprésentes dans l'environnement de l'Homme et sur l'Homme lui-même. Leur structure cellulaire est procaryote et elles n'appartiennent ni au règne animal, ni au règne végétal. Les cellules sont de petite taille, de l'ordre du micromètre, soit sphériques, les coques, soit cylindriques, les bacilles, pour les deux morphologies les plus fréquentes dans les produits alimentaires.

Les cellules peuvent être associées par deux (diplocoques ou diplobacilles) en chaînes (streptocoques ou streptobacilles) ou en amas (staphylocoques). Selon leur constitution chimique de surface, qui conditionne leur aptitude à fixer différemment les colorants, on distingue les bactéries Gram positives et négatives. Cette distinction est importante, les bactéries Gram négatives comme les Salmonella, étant porteuses d'endotoxines.

Les bactéries des genres Bacillus et Clostridium ont la particularité de pouvoir former une endospore, forme de reproduction mais surtout de résistances aux agents de destruction comme la chaleur, les radiations et les désinfectants. Les barèmes de traitement thermique des conserves appertisées sont établis en fonction du risque associé à Clostridium botulinum, bactérie capable de sécréter une toxine particulièrement dangereuse.

Les bactéries se développent sur des substrats organiques très variés. Leur température de croissance se situe entre 2 °C et 75 °C suivant les espèces.

Les espèces psychrophiles préfèrent les températures fraîches, et sont de redoutables contaminants pour les produits conservés au réfrigérateur (Pseudomonas, Listeria).

Les espèces mésophiles se développent bien à 37 °C : ce sont principalement des bactéries de l'intestin, des hommes ou des animaux, pouvant contaminer les aliments en cas de mauvaise hygiène en cours de la préparation : on parle de bactéries de contamination fécale (Escherichia coli, Salmonella…).

Enfin les espèces thermophiles se développent entre 40 °C et 75 °C  et certaines sont utilisées en fromagerie et en fabrication du yaourt (Streptococcus thermophilus). D'autres bactéries sont sensibles à la chaleur (destruction à partir de 55 °C), mais les espèces capables de former une spore résistent à des températures supérieures à 100 °C. Les bactéries pathogènes ne se développent généralement pas en milieu acide, ni en milieu pauvre en eau.

Comme pour les levures et les moisissures, on peut distinguer des conséquences négatives et des utilisations positives des bactéries. Certaines bactéries vont entraîner par leur développement dans des produits alimentaires des altérations de leur qualité marchande suite à des modifications de goût, de texture et d'odeurs mais sans conséquence sur la santé des consommateurs : il s'agit par exemple des bactéries des genres Lactococcus, Lactobacillus, certains Bacillus, ou encore des Pseudomonas.

D'autres bactéries quand elles sont ingérées avec les aliments peuvent se développer dans l'intestin en produisant des conséquences plus ou moins graves pour la santé : on parle alors de toxi-infections alimentaires ; les plus fréquemment rencontrées sont les toxi-infections à Salmonella, présentes éventuellement dans les ovo-produits et les produits carnés.

Les symptômes de cette toxi-infection sont diarrhée, vomissement, fièvre, et peuvent être graves pour des sujets faibles. Les toxi-infections à Listeria monocytogenes, graves chez la femme enceinte car elles entraînent des avortements ; Clostridium perfringens, Bacillus cereus sont aussi responsables de toxi-infections.

Certaines bactéries produisent des toxines : dans ce cas, l'ingestion de produits alimentaires qui contiennent des toxines rend malade, même si les bactéries ne sont plus vivantes dans le produit : on parle alors d'intoxication. C'est en particulier le cas pour Staphylococcus aureus, et beaucoup plus grave pour Clostridium botulinum.

La qualité microbiologique des produits alimentaires est très contrôlée et les produits fabriqués par les industries alimentaires sont sûrs. Les méthodes de contrôle progressent sans cesse, et on dispose maintenant de méthodes rapides, sensibles et spécifiques (méthodes moléculaires, cytométrie en flux couplée avec des marqueurs spécifiques) qui permettent de détecter de faible contamination dans les produits alimentaires en moins de 24 heures.

A côté de ces conséquences néfastes du développement des bactéries, il ne faut pas oublier les rôles prépondérants des bactéries dans l'industrie des produits alimentaires fermentés (lait fermenté, yaourt, fromages, saucisson, choucroute, ensilages, vinaigre…). Par ailleurs, les bactéries jouent un rôle fondamental dans les phénomènes d'épuration des eaux et des déchets ainsi que dans la digestion des aliments dans l'intestin.

Virus

Les virus sont des entités particulières qui se situent entre les bactéries et les macromolécules. Ce sont des particules de très petite dimension dont la taille est comprise entre 0,02 et 0,3 µm, invisibles au microscope photonique. Ils ne possèdent qu'un seul type d'acides nucléiques, ARN ou ADN et ne possèdent pas l'information génétique nécessaire pour une reproduction autonome. Ne possédant pas non plus de métabolisme énergétique, ils se comportent comme des parasites obligatoires de cellules vivantes dont ils détournent à leur profit les métabolismes énergétiques et synthétiques. La cellule parasitée meurt en donnant naissance à un grand nombre de particules virales susceptibles d'infecter d'autres cellules. Ils sont responsables d'un grand nombre de maladies. Ils ont leurs propres capacités de résistance aux agents de destruction des bactéries et compte tenu de leur taille, ils sont difficilement éliminables par filtration.