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Exopolysaccharides; Définition, Caractéristiques et Bienfaits

Les biopolymères sont des polymères qui peuvent être produits et biodégradés par un être vivant. Les exopolysaccharides, comme leur nom l’indique, sont des biopolymères polysaccharides (glucides) sécrétés hors de la cellule. Seuls certains êtres vivants ont la capacité de produire des exopolysaccharides.

Les exopolysaccharides (EPS) peuvent être imaginés comme une pelote de laine collante produite à l’intérieur de la cellule du micro-organisme et sécrétée à l’extérieur.

Cette structure sécrétée confère au micro-organisme différentes capacités telles que la protection contre le dessèchement, la résistance aux hautes pressions, la protection contre les attaques d’autres micro-organismes, la protection contre les antibiotiques ou les toxines et la reconnaissance d’autres micro-organismes.

Généralement, ces biopolymères ne sont pas utilisés comme source d’énergie par le micro-organisme producteur, mais ils assurent une protection efficace de l’intégrité des cellules microbiennes dans un écosystème aux conditions environnementales difficiles.

A cet égard, la présence de la capacité d’un micro-organisme à sécréter de l’EPS confère à ce micro-organisme des vertus bien supérieures.

(Cette image représente la croissance dans un bouillon d’une souche de Lactobacillus rhamnosus, que j’ai isolée et identifiée à partir d’échantillons de beurre produits traditionnellement dans le cadre de mes études doctorales. En général, une colonie d’une souche qui ne produit pas d’EPS apparaît sous forme de sédiment. sur le fond avec de la turbidité. On peut s’attendre à ce que ceux qui produisent des EPS ressemblent à un léger muguet sur le fond. Cependant, la production d’EPS de cette souche était si élevée qu’elle a formé une colonie très trouble dans le milieux de culture.)

Deux raisons rendent les exopolysaccharides très attractifs pour les humains. Le premier d’entre eux est la prise de conscience que l’EPS sécrété par certains micro-organismes peut être très bénéfique pour la santé humaine.

La seconde est que les EPS augmentent les propriétés structurelles des aliments dans lesquels ils se trouvent.

Aujourd’hui, les exopolysaccharides sont utilisés dans les industries alimentaire, pharmaceutique et cosmétique et leur utilisation devient de plus en plus courante.

À ce jour, il a été découvert que les exopolysaccharides ont des fonctions antioxydantes, antibactériennes, hypocholestérolémiantes, immunorégulatrices, anticancérogènes, antitumorales, anticoagulantes et antivirales en termes de santé humaine.

Les exopolysaccharides jouent également un rôle dans la formation de biofilms et dans la capacité des bactéries à s’attacher à une surface. De cette façon, il est plus facile pour les bactéries de coloniser un environnement. Cet effet de l’EPS peut contribuer à la propriété probiotique de la bactérie.

Autrement dit, les bactéries probiotiques, capables de produire des EPS, peuvent traverser plus facilement les intestins, adhérer plus facilement et se développer plus facilement.

Il est rapporté que l’EPS peut également avoir un effet prébiotique.

En termes de technologie alimentaire, ils ont la particularité d’augmenter les différentes caractéristiques des aliments dans lesquels ils se trouvent, telles que la gélification, l’épaississement, l’émulsification et la liaison de l’eau.

Ainsi, les propriétés structurelles des aliments fermentés contenant un micro-organisme producteur d’EPS peuvent être augmentées sans ajout d’additifs grâce à l’EPS. Cela est très évident dans le yaourt.

S’il y a un micro-organisme produisant de l’EPS dans le yaourt, ce yaourt aura la consistance d’une crème et la libération d’eau diminuera. À cet égard, la présence d’EPS dans le yaourt peut être diagnostiquée par observation.

En présence d’EPS, la consistance du yaourt est celle d’une crème et un allongement s’observe sous la cuillère. Étant donné qu’en présence d’EPS, le yaourt a à la fois une meilleure apparence et augmente ses bienfaits pour la santé.

L’EPS donne une consistance muqueuse à la culture liquide. (Image; Ruas-Madiedo and Gavila 2005)

Bien entendu, les espèces de micro-organismes producteurs d’EPS qui peuvent être utilisées dans la production d’aliments fermentés doivent pouvoir être utilisées sans danger dans les aliments. Les bactéries lactiques et les bifidobactéries se distinguent parmi les micro-organismes pouvant être utilisés dans les aliments.

La plupart des LAB, en particulier Fructilactobacillus, Lacticaseibacillus, Lactiplantibacillus, Lactobacillus, Lactococcus, Latilactobacillus, Lentilactobacillus, Leuconostoc, Limosilactobacillus, Pediococcus, Streptococcus et Weissella sont capables de synthétiser des EPS.

Toutefois, cela ne signifie pas que toutes les espèces d’un genre peuvent produire des EPS. Même en fonction des espèces, la capacité à produire du PSE varie. Par exemple, une souche de Streptococcus thermophilus peut produire de l’EPS, tandis qu’une autre souche de Streptococcus thermophilus ne peut pas produire d’EPS.

En revanche, aucune souche de Weissella n’a encore été reconnue comme “généralement reconnue comme sûre” (GRAS) par la Food and Drug Administration des États-Unis. De même, les bactéries du genre Weissella n’ont pas reçu le statut de Qualified Safety Scorecard (QPS) par l’Autorité européenne de sécurité des aliments, même si elles sont courantes en Europe.

En étudiant les propriétés de ces bactéries et des EPS qu’elles produisent, des possibilités d’utilisation dans les aliments sont recherchées.

De cette manière, l’objectif est de découvrir des souches aux propriétés supérieures et de les utiliser comme cultures starter, d’améliorer les propriétés des aliments fermentés sans ajouter d’additifs et d’augmenter leurs bienfaits pour la santé.

Structure et Classification des Exopolysaccharides

Il a été précisé précédemment que les exopolysaccharides, comme leur nom l’indique, se présentent sous forme de glucides. Cependant, une structure standard uniforme ne devrait pas venir à l’esprit lorsque l’on mentionne un exopolysaccharide.

La structure de l’EPS varie selon la souche bactérienne par laquelle il est produit. La structure de l’EPS qui doit être sécrétée par une bactérie est codée dans son ADN. Avec ça, la structure de l’EPS peut également changer en fonction du milieu nutritif dans lequel se trouve le micro-organisme.

Une bactérie peut produire des EPS de différentes structures dans différents milieux nutritifs. De même, la quantité d’EPS sécrétée peut varier considérablement selon les espèces et les conditions environnementales.

En conclusion, naturellement, les EPS de différentes structures présentent des avantages différents, tant pour la structure de l’aliment que pour la santé.

Les exopolysaccharides peuvent contenir des proportions variables de sucres et de dérivés de sucre tels que le galactose, le glucose, le mannose, le rhamnose, le ribose, le xylose, le fructose, le fucose, l’arabinose, l’acide galacturonique, l’acide glucuronique, la glucosamine et la galactosamine.

Les exopolysaccharides avec un seul type de monosaccharide dans leur structure sont appelés homopolysaccharides (HoPS) et ceux constitués de différents monosaccharides sont appelés hétéropolysaccharides (HePS).

Cependant, HoPS et HePS diffèrent non seulement selon les monomères qui composent leurs structures, mais également selon la longueur des chaînes, le degré de ramification et les liaisons sucre.

Le HoPS est généralement composé d’unités de glucose ou de fructose qui forment des glucanes ou des fructanes. Les plus courants sont les α-glucanes. Les deux sous-groupes généraux de fructanes sont les polysaccharides de type lévane et de type inuline.

La plupart des EPS produits par LAB sont des HePS. Les unités répétitives sont généralement le D-glucose, le D-galactose et le L-rhamnose et, dans certains cas, la N-acétylglucosamine, la N-acétylgalactosamine ou l’acide glucuronique.

En général, les exopolysaccharides sont classés comme suit;

1.) Homopolysaccharides

1.1.) Glucanes

1.1.1.)α Glucanes

1.1.1.1.) Dextrane

1.1.1.2.) Mutants

1.1.1.3.)Reuteran

1.1.1.4.) Alternance

1.1.2.) β Glucanes

1.2.) Fructanes

1.2.1.) Lévans

1.2.2.) Polysaccharides dérivés de l’inuline

2.) Hétéropolysaccharides

2.1.) Selon le type de monosaccharide qu’il contient

2.2.) Selon les unités répétitives

2.3) Selon la structure de la chaîne ; chaîne ramifiée ou droite

2.4.) Selon la modification

Propriétés Biochimiques et Biosynthèse des Exopolysaccharides

Les enzymes impliquées dans la production d’EPS par les bactéries lactiques peuvent être divisées en deux groupes principaux. Le premier groupe comprend les protéines nécessaires à la synthèse des nucléotides de sucre essentiels utilisés par d’autres voies cellulaires. Ces protéines ne sont pas spécifiques à l’EPS.

L’autre groupe comprend des enzymes spécifiques à l’EPS telles que les glycosyl- et acétyl-transférases, qui utilisent des molécules monomères comme donneurs de glycosyle lors de la synthèse ou des enzymes responsables de la polymérisation et de la sécrétion et régulent l’ensemble du processus. Cependant, la fonction biologique de certaines protéines spécifiques à l’EPS est actuellement inconnue.

Les enzymes spécifiques à l’EPS sont régulées par certains gènes. Les gènes codant pour la biosynthèse de l’EPS dans LAB sont généralement disposés en cluster et sont généralement chromosomiques (génophores) dans les souches thermophiles, mais peuvent également être localisés sur des plasmides dans LAB mésophile.

Dans ce dernier cas, la capacité à produire du PSE peut présenter une grande instabilité et les bactéries peuvent perdre leur potentiel de production de PSE sans pression de sélection.

D’un point de vue biochimique, la synthèse de HoPS est un processus relativement simple et comme il n’y a pas d’étapes de transport actif dans la voie de synthèse, il n’y a pas de dépense énergétique autre que la biosynthèse d’enzymes extracellulaires essentielles.

Le mécanisme de synthèse du HePS est un processus plus complexe et plus gourmand en énergie.

Biosynthèse des exopolysaccharides (Welman and Maddox 2003)

La production d’EPS de différentes souches de bactéries lactiques varie entre 10 mg/L et 400 mg/L dans différentes conditions et bien plus peut être produite si des conditions environnementales idéales sont fournies pour la croissance et la production.

Les références

Akgül, H.I. (2020). Isolation of Lactic Acid Bacteria Producing Exopolysaccharide (EPS) from Butters and Their Usability as Starter Culture in Butter Production, Doctoral thesis, Atatürk University, Erzurum.

Welman, A.D., & Maddox, I.S., (2003). Exopolysaccharides from lactic acid bacteria: perspectives and challenges. Trends in biotechnology, 21(6), 269-274.

Ruas-Madiedo, P., & De Los Reyes-Gavilán, C. G. (2005). Invited review: methods for the screening, isolation, and characterization of exopolysaccharides produced by lactic acid bacteria. Journal of dairy science, 88(3), 843-856.

Korcz, E., & Varga, L. (2021). Exopolysaccharides from lactic acid bacteria: Techno-functional application in the food industry. Trends in Food Science & Technology, 110, 375-384.

Zhou, Y., Cui, Y., Qu, X., (2019). Exopolysaccharides of lactic acid bacteria: Structure, bioactivity and associations: A review. Carbohydrate polymers, 207, 317-332.


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