Probiotiques dans les produits laitiers - Centre canadien d ...

Probiotiques dans les produits 

laitiers: approches récentes en 

encapsulation 

Claude P. Champagne, 

Centre de Recherche et de Développement sur les Aliments 

Saint-Hyacinthe, Québec 

STELA 

Montréal 

2013-05-17

Au menu … 

• Probiotiques: définition 

• Examen de 7 types d’encapsulation 

• Produits sur le marché 

• Efficacité de l’encapsulation dans: 

‣ Survie à la congélation 

‣ Stabilité durant l’entreposage 

‣ Survie à un environment gastro-intestinal 

‣ Perspectives futures 

Probiotiques Technologie Transformation Entreposage Système GI Conclusion

Que sont les probiotiques? 


Probiotiques sont: 

“Microorganismes vivants qui, lorsque 

consommés en quantité suffisante, 

confèrent un effet santé à l’hôte” 


Technologies d’encapsulation 


Techniques : effet sur la taille des particules 

Effet sur les propriétés sensorielles 

Burgain et al. (2011).. Journal of Food 

Engineering, 104, 467-483. 


Probiotiques microencapsulés 

To « see », 

or not to « see »? 

That is the question. 

www.plaisirslaitiers.ca 


Avant que je continue … 

5th Annual Innovation Report (2003) : 

Trading in the Global Ideas Market, par 

The Conference Board of Canada 

8

Desserts / crème glacée avec particules 

‣ Chocolat 

‣ Noix 

‣ Fruits 

‣ Bonbons 

‣ Biscuits 

www.saucysprinkles.com 

www.stuffpoint.com 


Particules dans le yogourt 

‣ Fruits 

‣ Céréales 

www.nourishfoodlife.com.au 

http://www.agroindustriindonesia.blogspot.com 


Fromages avec particularités visibles 

Raclette de Compton (poivre) 

Rassembleu 

Morbier 

St-Antoine 

‣ Épices 

‣ Herbes 

‣ Légumes 

‣ Cultures 

‣ Cendres 

www.fromageriehamel.com 

http://fromagesduquebec.qc.ca 


Technologie #1 

Billes d’alginate par extrusion 


Billes (et autres formes) d’alginate 


Technologie #1: extrusion de billes 

www.nisco.ch and www.inotech.ch 


Enrobages multiples 

• Chitosan 

• Poly-L-lysine 

• Alginate encore 

• Huile 


Formes commercialement disponibles de 

particules d’alginate 

Canada 

http://www.micropharma.net/ 

Alginate – poly-L-lysine – Alginate 

Belgique 

http://www.intelicaps.net/en/home 

Alginate … et ? 



Billes d’alginate par émulsion 


Émulsification 

Les taux d’homogénéisation ou d’agitation 

contrôlent la taille des particules 





Enrobage sur lit fluidisé 

« Spray-coating » 


Technologie #2: Enrobage sur lit fluidisé (ELF) 

« Spray coating » 


Enrobage sur lit fluidisé (ELF) 

« Spray coating » 

www.institut-rosell-lallemand.com 


Effet de ME par ELF sur la taille des particules 

Poudres par « ELF» 

Lactobacillus rhamnosus R0011 

Poudre de cellules libres 

Lactobacillus rhamnosus R0011 

Taile 

(µm) 

% de poudre récupéré 

Libre 

ME par ELF 

> 500 < 1 4 

250-500 8 32 

150-250 19 41 

90-150 26 21 

53-90 25 2 

38-53 13


Séchage par atomisation 

« Spray-drying » 


Technologie #3: Séchage par atomisation 

(“spray-drying”) 

Laboratory-scale spray dryer 

A=Solution or suspension to be dried in, 

B=Atomization gas in, 

1= Drying gas in, 

2=Heating of drying gas, 

3=Spraying of solution or suspension, 

4=Drying chamber, 

5=Part between drying chamber and 

cyclone, 

6=Cyclone, 

7=Drying gas is taken away, 

8=Collection vessel of product, arrows mean 

that this is co-current lab-spray dryer 

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4c/Labs 

praydryer.svg/388px-Labspraydryer.svg.png 


Séchage par atomisation “Spray-drying” 

• Séchage d’émulsions avec 

bactéries probiotiques 

• Les particules de gras semblent 

protéger les bactéries 

• Des antioxydants sont souvent 

ajoutés 

• Avantage: faible coût de 

production 

• Désavantage: Ce ne sont pas 

toutes les souches qui tolèrent 

la chaleur 

Ying, et al. (2011). Journal of Agricultural 

& Food Chemistry, 59, 10556-10563. 


Disponible commercialement ? Opportunité? 

http://pipeline.csiro.au/divisions/food-health-lifesciences/micromax/ 



Particules lipidiques 

« Spray-chilling » 


Technologie #5: Mélange avec gras 

• Poudre de bactéries probiotiques mélangée avec 

base lipidique liquide à 40 o C 

• Pompage et injection (35-38 o C) sur plaque froide 

• Sur plus petite échelle = spray chilling 

Très doux. Industrie 

pourrait nécessiter de 

plus hautes T o 

Pictures of chocolate fromwww.wikipedia.org 


« Spray chilling » 

Semblable au séchage par atomisation 

• Phase huileuse plutôt que aqueuse 

• Air froid plutôt que chaud 

Nébulisation 

(« nozzle ») 

Atomisation par 

disque rotatif 

http://www.niroinc.com/food_chemical/spray_cooling_congealing.asp 


D’un point de vue éthique, est-ce une bonne idée 

d’ajouter des probiotiques au chocolat? 

• L’ajout d’« ingrédients santé » (calcium, 

antioxydants, probiotiques, ...) à 

des aliments hauts en calories est 

effectivement “discutable”. 

• Cultures probiotiques sont disponibles 

à 100 milliards CFU/g 

• Ajouter 10 % au chocolat = 10 milliards CFU/g 

• Seulement 1 g chocolat (= 60 calories) surpasse par 

un facteur of 10 la dose de 1 milliard de CFU/portion 

de l’ACIA Acceptable ????

Produits sur le marché 

http://www.barry-callebaut.com/51?release=3864 


http://www.asiakaslehti.com/foodsandfunctionals/node/23 


Désavantage: 

petit nombre 

http://biogaia.com/product/biogaia-protectis-straw 


Le beurre comme source de lipides pour la ME ? 

• Beurre lui-même : NON 

‣ Activité de l’eau de 0.9 : trop élevée 

‣ Produit ne serait pas assez stable (la 

bactérie se retrouverait principalement 

dans la phase aqueuse) 

• Huile de beurre d’où on a enlevé le lait 

écréme (phase aqueuse ) … je crois 

que OUI 

• NB On parle ici d’utiliser la m.g.laitière pour faire de 

l’encapsulation … pas d’ajouter des probiotiques au 

beurre lui-même.


Compression 


Compression 

Diagramme montrant la compression 

d’un concentré bactérien. 

Chan, E. S., & Zhang, Z. (2002). Trans IChemE, 80, Part C, 78-82. 


« Lorsque humidifié par les 

fluides gastriques, une 

couche protectrice se forme 

pour protéger le contenu de 

l’acidité gastrique » 

http://www.nutraceutix.com/probiotics/biotract.html 


http://biovelia.com/node/29 


Compression et « spray-coating » 

‣ Les cultures ME par « spray-coating » ont 

une meilleure survie à la compression 

‣ Système à double encapsulation 

Durand, H., & Panes, J. (2003). Unites States Patent US2003/0109025 A1. 



Coagulation par présure 


Coagulation à la présure 




Coagulation à la 

présure 

• Essentiellement une particule 

de fromage! 

• Au CRDA on lyophilise simplement 

un concentré cellulaire 

coagulé. 

‣ Broyage en fine poudre 

‣ Nos travaux: pas d’effet protecteur contre l’acidité ou la 

chaleur. Particules trop petites? 

• Potentiel : utiliser cette poudre en ELF (« spraycoating 

»)? Encapsulation multiple Champagne, Gardner, Britten, 

Vuillemard, Unpublished

Bénéfices dans les aliments 


Encapsulation des probiotiques 

To « bead », 

or not to « bead »? 

That is the question. 


Bénéfices 

1: transformation 


Ajout de probiotiques au chocolat 

Température du chocolat = 45 o C 

Pertes de viabilité de Lactobacillus rhamnosus durant la 

production de la particule de chocolat 

Particule de chocolat 

Perte CFU 

(log 10 

/g) 

Perte CFU 

(%) 

Cellules libres 0.20 37 

ELF (Spray-coated) 0.16 30 

La littérature montre qu’à des T o plus 

élevées de chocolat, les bénéfices de la 

ME par EFL sont plus grands. 

Guertin 

Raymond 

Champagne 

Unpublished 


Cultures encapsulées 

• Même avec ME : ne pas 

s’attendre à une survie 

suffisante à la pasteurisation 

‣ Seulement de petits stress 

thermiques 

• Fromage: cuisson à 48-50 o C 

• Procédé mozzarella ?

Lait glacé: effet de la taille de la particule 

Survie of Lactobacillus delbruecki ssp. bulgaricus 

120 

100 

Dépend de 

la souche 

Survivants Survivors (%) 

80 

60 

40 

20 

Free Libre 

Small Petite 

Medium Médium 

Big Grosse 

0 

0 5 10 15 20 25 30 

Temps (jours) 

Time (days) 

Sheu et al. (1993). Journal of 

Dairy Science 76(7): 1902-1907. 


Billes d’alginate 

• Permet la diffusion de 

molécules de petit poids 

moléculaire 

• Procure un « microenvironnement 

temporaire » 

• La plupart du temps … plus les billes 

d’alginate sont grosses, plus elles protègent 

• Si on utilise de petites billes afin de ne pas 

affecter la texture, seront-elles encore efficaces?

Bénéfices 

2: entreposage 


Entreposage du yogourt 

Comptes viables Lactobacillus acidophilus CSCC 2409 

État des cellules Période d’entreposage (semaines) 

0 2 4 6 

Libres 4.6 x 10 8 3.1 x 10 6 4.8 x 10 5 3.3 x 10 4 

Alginate seulement 3.5 x 10 8 4.7x 10 7 5.4 x 10 6 2.5 x 10 6 

Alginate + chitosan 4.0 x 10 8 5.8 x 10 7 4.2 x 10 7 1.2 x 10 7 

Iyer and Kailasapathy (2005) Journal of Food Science 70(1): M18-M23. 


Les bénéfices de la ME en 

alginate dans le yogourt 

État des cellules Période d’entreposage 

(semaines) 

0 6 ME en alginate fonc- 

Alginate + chitosan 4.0 x 10 8 1.2 x 10 7 

Libres 4.6 x 10 8 3.3 x 10 4 tionne presque toujours 

Alginate seulement 3.5 x 10 8 2.5 x 10 6 … mais pas assez 

Canada: 

Poly-L-lysine 

L’enrobage, ou l’utilisation d’alginate 

palmitoylé, améliore presque toujours 

la protection … et rend le système 

commercialement acceptable.

Probiotiques dans le fromage Cheddar frais 

Effet du pressage des grains de caillé sur la viabilité de 

Bifidobacterium longum durant l’entreposage 

(●) Grains 

(○) Bloc pressé 

PAS d’effet de 

ME par ELF 

Perte en viabilité 

Fortin et al (2011) Dairy Sci 

Technol. 91: 599-614 

Temps (jours) 


Probiotiques dans le fromage Cheddar frais 

Nous avons également mis en évidence 

les effets d’autres paramètres technologiques 

sur les CFU: 

• Moment de l’inoculation 

• Salage 

• Taux d’inoculation 

Fortin et al (2011) Dairy Sci Technol. 91: 599-614 

Fortin,et al (2011) International Dairy Journal 21(2): 75-82. 


Les bénéfices de la ME en fromagerie 

• J’ai surtout vu des bénéfices 

dans les fromages frais, pas 

dans les fromages ayant un 

long affinage 

• Parfois des adaptations 

technologiques auront de 

meilleurs résultats que la ME 

dans l’amélioration des CFU 

dans le fromage.

Entreposage: particules comprimées 

dans la crème glacée 

Viable count (Log CFU g -1 ) 

Compte viable 

9.5 

9.0 

8.5 

8.0 

9.5 

9.0 

8.5 

Microencapsulated cells 

Free cells 

Libre Control 

Chocolate 

Comprimé Tablet 

Effet de l’incorporation de 

Lactobacillus rhamnosus 

R0011 libre ou ME dans 

le chocolat ou un 

comprimé sur sa viabilité 

lors de l’entreposage à 

-20 o C. 

8.0 

0 5 10 15 20 25 30 

Temps (semaines) 

Time (weeks) 

Champagne, Raymond, 

Bélanger, Guertin. 

Unpublished 


Les bénéfices de la ME 

• … et … très rarement, 

la ME est néfaste 

• Raison … 

microenvironnements

Particules comprimées 

• Effet semble de type « barrière 

à la rehydratation » 

• Que se passe-t-il lorsque la 

particule est ajoutée à un 

aliment humide? 

‣ Comme l’alginate … le 

bénéfice est-il seulement 

temporaire? 

• Court traitement thermique 

• Congélation 

• Système GI

Bénéfices 

3: gastro-intestinal 


Traitements pour la crème glacée : 

encapsulations multiples 

• Libre 

• ME par ELF 

• Libre dans le chocolat 

• ME (ELF) dans le chocolat 

Pictures of chocolate fromwww.wikipedia.org 


Effet de la ME double 

Lactobacillus rhamnosus R0011 dans la crème glacée 

Estomac 

Libre 

ME par ELF 

Libre dans chocolat 

ME par ELF dans chocolat 

Temps Time (minutes) 

Champagne, Raymond, Mainville, Arcand, Do - Unpublished 


Effet de la ME triple 

Compte viable (Log CFU/mL) 

Libre 

Alginate 

AOPL 

Temps (minutes) 

Ding and Shah (2009) J. 

Food Sci. 74(2): M53-M61. 


Conclusion 

• Tout d’abord … penser “souche” ou 

“adaptation technologique” 

‣ Souvent la ME ne fonctionne pas assez 

• Plusieurs technologies d’encapsulation 

disponibles 

• Seulement quelques probiotiques ME sur le 

marché présentement 

‣Il faut parler aux fournisseurs pour susciter des innovations 

‣Les Canadiens sont des chefs de file mondiaux. 


Conclusion 

• Les innovations pourraient 

nécessiter des « changements 

de paradigmes» en ce qui a trait 

à « voir les probiotiques ». 

• Impact sur les propriétés sensorielles 

• Outil pour différenciation de produit ? 

• Tendance vers les systèmes 

d’encapsulation multiple. 


Conclusion 

• Pensée industrielle actuelle: avoir 

un CFU donné à la date de 

“meilleur avant” ! 

• ... Pas la fonctionnalité optimale 

• Les effets bénéfiques de la ME 

pourraient être les plus élevés 

dans le système gastro-intestinal. 

‣ ME un outil futur pour les étiquettes 

“Nouveau et amélioré” ? 


Dans mes rêves … 

Un jour, le gouvernement 

“ordonnera” l’ajout de probiotiques 

dans des aliments afin de réduire les 

coûts de santé. 

. 

La ME sera utilisée pour réduire 

l’effet de la matrice alimentaire sur 

la fonctionnalité et facilitera 

l’obtention d’allégations. 


Merci de votre attention! 

Claude P. Champagne, Ph.D. 

Chercheur scientifique 

Claude.Champagne@agr.gc.ca 

450 778-3238 

www.agr.gc.ca/ResearchCentre/StHyacinthe

Supplement #1 

Some current claims

Probiotics are different from “ active 

bacterial cultures ” (starters) 

www.yoplait.ca/yoptimal/en/yoptimal_saveurs_zero.aspx# 

Probiotics 1. Biscuit 2. Bread 3. Bar Conclusion

Est-ce que 

ça marche? 

http://www.cyberpresse.ca/vivre/sante/nutrition/201202/14/ 

01-4495852-la-fin-des-alimentsprobiotiques.php?utm_categorieinterne=trafficdrivers&utm_ 

contenuinterne=envoyer_cbp

Non-strain associated claims 

Eligible bacterial species 

Latin name (acceptable nomenclature) and synonym where applicable 

Bifidobacterium adolescentis 

Bifidobacterium animalis subsp. animalis 

Bifidobacterium animalis subsp. lactis 

- synonyme: B. lactis 

Bifidobacterium bifidum 

Bifidobacterium breve 

Bifidobacterium longum subsp. infantis 

Bifidobacterium longum subsp. longum 

Lactobacillus acidophilus 

Lactobacillus casei 

Lactobacillus fermentum 

Lactobacillus gasseri 

Lactobacillus johnsonii 

Lactobacillus paracasei 

Lactobacillus plantarum 

Lactobacillus rhamnosus 

Lactobacillus salivarius 

www.inspection.gc.ca/english/fssa/labeti/guide/ch8ae.shtml 

Probiotics 1. Biscuit 2. Bread 3. Bar Conclusion

Acceptable non-strain specific 

probiotic claim for food 

If 1 billion CFU 

per portion! 

• Probiotic that naturally forms part of the gut flora 

• Provides live microorganisms that naturally form part 

of the gut flora 

• Probiotic that contributes to healthy gut flora 

• Provides live microorganisms that contribute to 

healthy gut flora 

www.inspection.gc.ca/english/fssa/labeti/guide/ch8ae.shtml

Potential strain-specific 

claims 

No magic number. 

You need clinical 

trials (and more!). 

Improvement of 

• Lactose assimilation 

• Digestibility of foods 

• Immune response 

• Blood pressure 

• Dental health 

Prevention / reduction in symptoms of 

• Diarrhea 

• Hypercholesterolaemia 

• Allergies 

• Constipation 

• Cancer (colon) 

• GI tract diseases (overgrowth in the small 

intestine, Crohn, irritable colon, colitis) 

• Infections in stomach (Helicobacter pylori) 

or in urinary system

Aliment 

Specific allegations 

“The Panel concludes that a cause and effect relationship 

has been established between the consumption of live 

yoghurt cultures in yoghurt and improved lactose 

digestion in individuals with lactose maldigestion. 

In order to bear the claim, the yoghurt should contain at 

least 10 8 CFU per serving live starter microorganisms (i.e. 

Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus and 

Streptococcus thermophilus). The target population is 

individuals with lactose maldigestion” 

EFSA (European Food Safety Authority) (2010). EFSA Panel on Dietetic Products, Nutrition and 

Allergies (NDA); Scientific Opinion on the substantiation of health claims related to Yoghurt cultures 

and improving lactose digestion (ID 1143, 2976) pursuant to Article 13(1) of Regulation (EC) No 

1924/2006. EFSA Journal, 8 (10), 1763. Available online: www.efsa.europa.eu/efsajournal.htm. 

Allégation

Probiotics: health claims 

“ Evaluating the evidence by types of acute diarrhoea 

suggests that probiotics significantly reduced: 

o antibiotic-associated diarrhoea by 52% 

o the risk of travellers’ diarrhoea by 8% 

o the risk of acute diarrhoea of diverse causes by 

34% 

‣ among children by 57% 

‣ by 26% among adults” 

Sazawal, S., Hiremath, G., Dhingra, U., Malik, P., Deb, S., & Black, R. E. (2006). 

Efficacy of probiotics in prevention of acute diarrhoea: a meta-analysis of masked, 

randomised, placebo-controlled trials. Lancet Infectious Diseases, 6, 374-382.

Probiotics: health claims 

• ProbioKid: “Helps to reinforce the body's natural defences in 

children.”(Claim NPN 80019993). 

• Probio’Stick: “Helps to reduce stress-related gastrointestinal 

complications like nausea.” (Claim NPN 80021343). 

• Protecflor: “Helps to reduce the risk of traveler's 

diarrhea.”(ClaimNPN 80021342). 

• Lacidofil : “Restoring and maintaining intestinal flora”; “Helps to 

reduce the risk of antibiotic associated diarrhea AAD (in children 

and adolescents from 2 to 18 years of age).” (ClaimNPN 

80020017) 

• Lalflor (sachets or capsules) (Saccharomyces cerevisiae Boulardii 

CNCM I-1079): “Helps to reduce the risk of 

• antibiotic associated diarrhea.” (Claim NPN 80038395).

Supplement #2 

Benefits

Effet of coatings on particle size 

Particle size (µm) 

39 

37 

35 

33 

Uncoated 

alginate 

Alginate 

Palm oil 

Poly-L-Lysine 

Ding and Shah (2009) J. Food Sci. 74(2): M53-M61. 


Storage of yoghurt 

Krasaekoopt, et al. (2006)." Lebensmittel-Wissenschaft und - Technologie 2006. 39(2): 177-183. 

Probiotics Technology Processing Storage GI tract Conclusion

Probiotics in cheese 

Also effects of : 1) Moment of inoculation, 2) salting, 3) 

inoculation level 

Viable counts of Bifidobacterium 

longum 15708 in model cheese 

throughout 

storage (1 day at 22 o C and 20 days at 

4 o C). Symbols are: 

(●) inoculation in milk/salted curds; 

(○) inoculation in milk/unsalted curds; 

(▲) inoculation prior to 

cheddaring/salted curds; 

(▲) inoculation prior to 

cheddaring/unsalted curds; 

(■) inoculation at 10 X prior to 

cheddaring/salted curds; 

(□) inoculation at 10 X prior to 

cheddaring/unsalted curds. 

Fortin et al. (2011). International 

Dairy Journal 21(2): 75-82. 


Compressed particle in gastric fluid 

Effect of 

the quantity 

of coating 

material 

At pH 2.0 Free cells = 1.00 E+02 at t = 100 min 

Chan, E. S., & Zhang, Z. (2005). Process Biochemistry, 40, 3346-3351

Probiotiques dans les produits laitiers - Centre canadien d ...

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