LA MOISISSURE : UN CHAMPIGNON QUI VIENT DÉGRADER LE FRUIT

« La moisissure » est un terme assez fréquemment utilisé, mais dont la notion reste assez floue malgré tout. C’est pour cela que nous allons à travers cette partie nous intéresser à ces micro-organismes qui représentent un danger potentiel si ils atteignent un niveau de développement suffisant, et contre lesquels les producteurs, par exemple, doivent chaque jour lutter.

Mais pourquoi mon fruit a-t-il moisi ? Je ne suis pas sûr de comprendre comment cette tâche verte est apparue ... Credit Photographique : Mado.artblog.fr

Les moisissures sont des micro-organismes de type champignons, omniprésents sous forme de spores (des cellules volatiles qui permettent la propagation de l’espèce) dans notre environnement quotidien dont on retrouve la présence dans l’eau, l’air, le sol ... Tout aliment qu’il soit transformé ou non peut ainsi être le siège de ces cellules, qu’elles se soient ou non encore développées (on dira qu’elles germent, c’est à dire qu’elles reprennent le développement de leur métabolisme jusqu’à devenir un mycélium développé).

Il existe de nombreuses espèces de moisissures, possédant chacune leurs spécificités. L’identité de la moisissure proviendra des caractéristiques physico-chimiques du produit dans lequel elles se développent. Ainsi, pour les fruits, les espèces les plus présentes font partie du groupe des Penicillium, avec, par exemple, la Penicillium expansum, caractéristiques des pommes, qui est à l’origine de son goût âcre.

Toutes les moisissures sont saprophytes et se développent au détriment d’un substrat (soit le support, et dans notre cas le fruit), qu’il soit inerte ou bien en voie de décomposition, et notamment sur les fruits. Elles jouent donc un rôle important dans la décomposition des déchets dans la nature. Cependant, certaines moisissures assez rares peuvent aussi se développer sur des organismes vivants (des animaux ou des végétaux) dont les défenses sont très affaiblies afin de les tuer pour passer au développement normal saprophyte.

Le développement classique d’une moisissure comprend ainsi une phase de croissance (ou phase végétative) et de nutrition, mais aussi une phase reproductive au cours de laquelle des spores se forment au niveau du sporophore, le chapeau du champignon, qui seront à l’origine de la prolifération de la moisissure sur l’aliment mais aussi dans l’environnement. C’est la germination de ces spores qui est à l’origine de sa forme végétative, le mycélium. Ces moisissures peuvent aussi se révéler dangereuses pour la santé, c’est pour cela qu’il faut faire attention à empêcher le développement de celles-ci, ce que nous traiterons dans une autre partie de notre projet de TPE.

Ainsi, dans une première partie, nous vous présenterons les origines des moisissures ainsi que leur développement puis dans une deuxième partie, nous traiterons des conséquences du développement de moisissures sur un aliment.

Un exemple de moisissure que l'on peut retrouver sur une banane. Le duvet vert est la partie visible de la moisissure, celle-ci est cepedant très répandue au sein de l'aliment.

I. Les origines et le développement des moisissures

1. Le mode de développement de la moisissure

Au départ, seules des spores sont présentes sur le fruit ou le support en général. Si les conditions du milieu sont favorables (nous verrons cela un peu plus tard par des expérimentations), la spore va alors germer, laissant donc apparaître le début de la moisissure, un léger duvet de couleur variant selon l'espèce de celle-ci. Ce duvet est l’appareil végétatif de la moisissure qui commence son développement au sein du substrat.

On percoit sur cette photographie au microscope optique à un grossissement de 600, des spores éparpillées. Les spores sont les formes rondes que l'on perçoit au sein de la moisissure.

La moisissure possède donc un appareil végétatif (l’ensemble des organes permettant à celle-ci de croître), appelé mycélium, qui permet son développement mais aussi sa croissance. Pour cela, le mycélium prélève ses ressources nutritives au sein du substrat, à l’aide de puissants outils de destruction. L’appareil végétatif est composé d’un véritable réseau de filaments appelés hyphes, qui va s’organiser au sein du substrat, et qui est à l’origine de la dégradation de celui-ci. La croissance du mycélium se réalise donc à l’apex de l’hyphe, expliquant le développement circulaire que l’on constate à l’échelle macroscopique.

Photographie d'un mycélium en vue rapprochée sur la surface d'une pomme. On peut aperçevoir des hyphes du mycélium.

On dit des moisissures qu’elles sont hétérotrophes, car elles ne peuvent pas synthétiser de matière organique à partir du gaz carbonique de l’atmosphère, ou bien à partir de la lumière (par photosynthèse avec la chlorophylle). Leurs seules ressources pour la synthèse de leur propre matière organique sont donc présentes dans le milieu ambiant : L’eau, les substances nutritives et les minéraux. Elles vont donc chercher de façon continue des nouvelles ressources un peu plus profondément au sein du substrat afin de croître. C’est pour cela que leur développement se réalise à l’apex des hyphes : cela leur permet de s’enfoncer au sein du fruit.

Dans cette région apicale de l’hyphe, de nombreuses réactions de synthèse et de dégradation se réalisent. Ces réactions du métabolisme indispensables à la construction de la cellule du champignon constituent le métabolisme dit “primaire” de la moisissure. Ce sont principalement ces réactions qui permettent la croissance et la survie de la moisissure. Dans la région subapicale, on retrouve aussi les produits du métabolisme que l’on qualifie de “secondaire”, non indispensable au fonctionnement de la moisissure. Une majorité des produits que l’on y retrouve sont des toxines, substance sécrétée par la moisissure et qui ressemble beaucoup à une enzyme. Chez les moisissures, les toxines retrouvées sont des mycotoxines, un élément dangereux pour la santé dont nous parlerons plus tard.

Photographie au microscope optique a grossissement 400 d'un groupe d'hyphes, ainsi que des amas de spores. Les hyphes ont donc bien un aspect de filaments.

L'amas de couleur noire est ce que l'on appelle un sporange, qui joue un rôle dans la reproduction de la moisissure. On constate en effet la présence de spores en son tour.

Cependant, si la nourriture vient à manquer pour la croissance et la survie du mycélium, on peut assister à des anastomases, c’est à dire la fusion de 2 hyphes assez proches au sein du substrat, qui va permettre de réduire les besoins alimentaires et ainsi de prolonger la survie de la moisissure. Ce phénomène mène cependant à une réduction de la vitesse de développement du micro-organisme, bien que cette réduction soit assez faible.

La moisissure est aussi un être absorbotrophe, c’est à dire qu’elle va absorber à travers les parois de ses hyphes les ressources qui sont nécessaires à sa croissance. Pour que l’absorption de ces ressources se réalise, il faut cependant que la moisissure soit en présence d’eau, afin que les échanges entre le substrat et les hyphes se réalisent. Nous avons donc en permanence des échanges entre le milieu extérieur et l’apex des hyphes tant que l’humidité est suffisante, à l’origine donc de la croissance de la moisissure.

Il en découle donc que plus l’on s’éloigne de l’apex de l’hyphe, moins les compartiments de l’hyphe vont participer au développement et à la croissance du mycélium, tout d’abord car ceux-ci seront de plus en plus âgés, mais aussi car ils seront de plus en plus imperméables, empêchant donc à ceux-ci de prélever des ressources dans le substrat.

Après cette phase de croissance de la moisissure, celle-ci va se multiplier par production de spores, au sein de la partie visible ayant une forme de chapeau semblable aux champignons appelée sporophore, se disséminant alors dans l’air ambiant.

Voici donc le schéma-bilan du développement des moisissures. Il s'agit ici des étapes primoridiales du développement de la moisissure.

2. La multiplication des moisissures : reproduction

Après leur développement, les moisissures se reproduisent en générant des spores, des cellules de multiplication végétative de taille microscopique comprise entre 1 et 50µm. Chacune de ces spores deviendra plus tard une nouvelle moisissure par germination, et pourra elle-même former une nouvelle colonie entière, si les conditions du milieu sont bien sûr favorable à ceci. Ces spores peuvent se déposer sur tous les supports, par transport aérien notamment.

Cette reproduction est un élément important de la vie et du développement de la moisissure. La production de spores va effectivement permettre à la moisissure, soit de coloniser un nouveau substrat par transport aérien puis germination, soit de continuer son expansion sur le substrat actuel, et ainsi favoriser la décomposition de celui-ci.

La reproduction retrouvée chez la majorité des moisissures est asexuée. Lorsque la moisissure est suffisamment développée, il élabore de nouvelles ramifications plus rigides que les hyphes, et qui sont spécialisées. Ces nouvelles ramifications, appelées sporophores, ou plus anciennement carpophores, élabore de nouvelles spores par division du noyau cellulaire. Les spores naissent alors à son extrémité, et se disposent en longues chaînes, appelées conidies. Elles peuvent aussi être enfermées dans des sortes de sacs, appelés sporanges (ou sporangiospores), comportant une partie stérile, la columelle, autour de laquelle les spores se positionnent.

Une fois à maturité, les conidies ou sporanges sont disséminées par le vent, et si elles tombent sur un substrat et que les conditions sont favorables, elles germent à leur tour et forment un nouveau mycélium. Pour se faire une idée, il faut savoir que ce cycle est très rapide. En effet, une seule spore germant à 25°C peut à elle seule produire 100.000 nouvelles spores dès le deuxième jour, et 12.000.000 le troisième jour !

Toutes les moisissures ne sont cependant pas favorables à une reproduction asexuée. Certaines vont en effet disposer d’organes de reproduction sexuée. Ces moisissures, à la suite de la méiose, c’est à dire la division qui intervient durant l’élaboration des gamètes, vont élaborer des structures porteuses de gamètes constituées de deux entités. La première, l’anthéride, porte des noyaux que l’on appellera “+”, la seconde, l’ascogone, contient des noyaux “-”. Ces deux noyaux, bien qu’ils se rejoignent finalement dans l’ascogone, ne fusionnent pas.

Des hyphes se développent alors à partir de chaque ascogone fertilisé, et les paires de noyaux y subissent la mitose pour que l’hyphe croisse. Les noyaux fusionnent finalement à l’apex des hyphes. On appelle ceci la caryogamie. Chacun de ces nouveaux noyaux, appelés désormais diploïdes (qui portent donc des chromosomes en double exemplaire), vont donner naissance à 8 noyaux haploïdes (des noyaux qui ne possèdent qu’un seul exemplaire des chromosomes), après une nouvelle méiose. Chacun de ces noyaux haploïdes se développent dans une ascospore (cellule reproductrice caractéristique de ces champignons, dits ascomycètes) et ces ascospores sont eux-même regroupés dans des asques. Cinq asques sont alors protégés par un ascoscarpe (= fructification), et chaque asque germera pour plus tard donner un nouveau mycelium binucléé.

Ainsi, sexuée ou asexuée, la reproduction de la moisissure fait intervenir la production de spores, qui vont jouer un rôle majeur dans la survie de l’espèce. Cependant, il nous faut désormais comprendre quelles sont les conditions du milieu qui permettent la germination des spores et ainsi le développement de la moisissure.

Schéma-bilan de la reproduction des moisissures. Schéma tiré du livre Cours de microbiologie générale: avec problèmes et exercices corrigés par Alphonse Meyer, José Deiana, Alain Bernard.

3. Les conditions du milieu favorisant le développement de la moisissure : expérimentations

Désormais que la moisissure s’est répandue dans l’environnement sous forme de spores, ceux-ci doivent germer afin d’à leur tour laisser apparaître un nouveau mycélium.

Cependant, les moisissures ne se développeront pas de la même façon selon les conditions du milieu. C’est donc pour cela que nous avons cherchés à savoir à l’aide d’expériences quelles étaient les conditions favorables ou non au développement de celles-ci. Voici donc ces expériences :

Problème : Quels sont les facteurs environnements favorisant ou non le développement d’une moisissure ?

Hypothèses : Placer un fruit à la lumière, au frais, dans un milieu acide ou sans oxygène permettrait d’empêcher le développement des moisissures.

Liste de matériel : Se référer à l'annexe I.

Protocole expérimental :

Résultats :

A la lumière, on constate que le fruit ne présente aucune moisissure, mais que celui ci a un aspect desséché, sûrement à cause de la chaleur due à la lumière. (La pomme passe ainsi d’une masse 10g à 1.55g, et la banane passe de 6.6g à 1.80g, on peut donc supposer qu’il y a eu une déshydratation assez importante).
A l’obscurité, on remarque que le fruit à présente des moisissures qui ont recouverts une bonne partie de la surface du fruit, notamment chez la banane, qui est presque entièrement recouverte. (La pomme passe d’une masse de 10g à 8.32g; la banane de 6.6g à 5.07g. On suppose ici que la déshydratation est faible).

Photographies des résultats des expériences à la lumière sur la pomme. On ne voit aucune moisissure à la surface du fruit, mais un déssèchement conséquent. La lumière semble empêcher le développement des moisissures sur le substrat.

Voici ici les photographies des résultats des expériences à l'obscurité ici sur la banane. La moisissure a recouvert une grande partie du fruit. Il semble donc que l'absence de lumière soit favorable à la croissance du mycélium sur le fruit.

Après une semaine à 4°C, le fruit ne présente aucune moisissure, il semble bien conservé, bien que le morceau de banane a bruni en son centre. (La masse de la pomme passe de 10g à 9.23g et celle de la banane de 6.6g à 6.13g).
A une température de 29°C, le fruit présente ici de nombreuses moisissures et a beaucoup bruni. Sa masse est passée dans le cas de la pomme de 10g à 6.74g et dans le cas de la banane de 6.6g à 5.72g, la chaleur ayant sûrement déshydraté le fruit.

Nous constatons ici sur la banane laissée à une température ambiante de 4°C que les moisissures n'ont pas pu se développer.

Or, à une température ambiante de 29°C, la moisissure se développe parfaitement. Il semble donc que la température ambiante joue un rôle sur le développement des moisissures.

Dans le cas de notre expérience à la cloche sous vide, nous n’avons pas eu de résultats, car celle-ci était fissurée et ne faisait donc pas le vide. Nous avons donc du faire des recherches d’expériences semblables, et on constate dans ces conditions qu’aucune moisissures ne se développent.

Pour un milieu de pH 4.0, le fruit présente des moisissures encore peu développées et un brunissement léger. Sa masse passe de 10g à 8.92g pour la pomme. Dans un milieu de pH 7.0, le fruit a bruni et a contracté de très légers début de développement de moisissure. On passe ici d’une masse de 10g à 8.44g pour la pomme. Finalement, à un pH de 9.0, aucune moisissure ne se sont développées, et le fruit n’a aucunement bruni. Il s’est uniquement légèrement desséché. La masse de la pomme passe de 10g à 9.53g.

A un pH de 4.0, la pomme a légèrement moisie en son centre. Il semble donc déja que le pH du milieu joue un rôle non négligeable sur le développement des moisissures.

A un pH de 7.0, la moisissure a beaucoup plus de difficultés à se développer sur le fruit. On constate en effet uniquement des traces très légères de moisissures.

Enfin, à un pH de 9.0, la pomme n'a pas laissé se développer des moisissures à sa surface. Il nous semble donc que plus la moisissure est exposée à un milieu basique, moins celle-ci peut se développer.

En présence de sel, la pomme présente quelques traces vertes qui sont sûrement le début de l’apparition de moisissure. Elle n’a par contre pas bruni. La banane quant à elle a agglutiné le sel autour d’elle, mais on perçoit un brunissement léger en son centre, mais aucune moisissure. Les masses de la pomme ont varié de 10g à 7.87g, celles de la banane de 6.6g à 5.49g. Le sel semble déshydrater le fruit.
Enfin, la pomme avec du sucre a caramélisé et s’est légèrement brunie sur les côtés, et laisse apparaître une trace de moisissure. Sa masse est passée de 10g à 8.51g. La banane quant à elle n’a laissé apparaître des moisissures que sur les côtés et a bruni en son centre. Sa masse est passé de 6.6g à 4.49g. Le sucre semble aussi jouer un rôle sur la concentration en eau au sein du fruit.

Avec du sel, les moisissures n'ont pas pu se développer. Le sel semble donc empêcher le développement des moisissures, soit en jouant un rôle direct sur le développement, ou soit en jouant un rôle sur la quantité d'eau présente dans le fruit.

Avec du sucre, nous faisons en grande partie les mêmes constats. Les moisissures ont pu se développer légèrement, et donc le sucre semble ralentir le développement des moisissures, soit en jouant une nouvelle fois un rôle direct sur le développement, ou soit en jouant un rôle sur la quantité d'eau présente dans le fruit.

Nous avons durant nos expériences fait ces constats, car, pour que les moisissures se développent et croient de façon optimale, un certain nombre de facteurs nutritifs et environnementaux doivent être réunis, sans lesquels le développement est alors ralenti ou même annulé.

Tout d’abord, au niveau nutritif, la moisissure ne nécessite que peu de sels minéraux, les principaux éléments qu’elle va prélever sont le Carbone et l’Azote, sous forme de composés organiques, mais aussi des ions minéraux tels le Potassium et le Magnesium mais en quantités moindres que le Carbone et l’Azote. Cependant, ces ressources sont en quantité tellement importante dans le fruit relativement aux besoins de la moisissure, que ce paramètre n’est que peu important.

Au niveau environnemental, la moisissure est cependant beaucoup plus restreinte. En effet, bien que les ressources nutritives soient en quantité largement suffisante pour ce qui est nécessaire, les conditions du milieu ne sont pas toujours aussi faciles à satisfaire.

Le facteur le plus important qui joue un rôle sur le développement de la moisissure est la température, comme on a pu le constater. En effet, tous les micro-organismes rentrent dans une fourchette de température de développement, et c’est dans cette fourchette que leur développement sera optimal, sinon celui-ci sera ralenti voire même arrêté si les températures atteignent des valeurs extrêmes. La plupart des moisissures que l’on retrouve sur les aliments appartiennent au groupe des mésophiles, se développant de manière optimale entre 20 et 25°C, mais acceptant des températures maximales allant de 15 à 30°C. Ainsi, c’est pour cela que durant nos expériences nous avons constaté l’apparition de moisissure à 29°C, et l’absence de celles-ci à une température de 4°C, bien inférieur aux 15°C minimum.

Un second facteur est l’humidité du milieu. Effectivement, l’eau est importante pour initier le développement du champignon, qu’on la retrouve au sein de l’aliment ou bien dans l’environnement : elle permet en effet les échanges entre aliments et hyphes. La plupart des fruits étant assez riches en eau, c’est pour cela qu’ils permettent le développement des moisissures si les autres conditions du milieu sont remplies.

Un autre facteur est l’oxygène de l’atmosphère, car, comme tous les autres êtres vivants, les moisissures que l’on retrouve le plus souvent sur les fruits sont des êtres aérobies, et nécessite donc présence d’oxygène. Leur métabolisme se trouve modifié selon l’oxygénation du milieu, comme leur taux de production de toxines. Nous aurions donc du constater l’absence de moisissures si notre expérience avec la cloche sous vide avait aboutie.

Finalement, le dernier facteur de développement est le pH du milieu. Leur développement optimal se situera entre 4 et 8, mais leur minimum est entre 1 et 4 et leur maximum entre 8 et 14. La plupart des fruits ayant un pH assez faible (Durant nos expériences, notre pomme avait un pH compris entre 4 et 5), c’est pour cela qu’ils sont une nouvelle fois vulnérables aux moisissures. Cependant, ce paramètre peut être ajusté par les moisissures et est donc un paramètre assez peu fiable.

II. Un bref aperçu des intérêts ou des dangers des moisissures

Les moisissures en elles-mêmes ne sont pas un danger pour la santé. En effet, c’est un élément produit par leur métabolisme secondaire qui détermine si celles-ci sont ou non dangereuses. Elles produisent des toxines, qui auront chacune leurs effets ou non sur l’Homme. Certaines toxines possèdent des intérêts pour ceux-ci, et d’autres sont dangereuses, à cause de leur caractère toxique : les mycotoxines, qui sont au nombre de 500 espèces recensées, et dont une centaine représentent les poisons les plus mortels que l'Homme connaisse.

Un exemple de toxine non dangereuse pour la santé est la penicilline, un véritable antibiotique naturel produit par l'espèce des Penicillium, et qui est utilisé dans le cadre médical, notamment pour lutter contre les pneumocoques, bactéries à l'origine des pneumonies, otites et même des méningites. Cependant, leur intérêt décroît peu à peu, car une étude de 2001 a montré que des pneumocoques sont devenus résitants envers la penicilline, par sélection naturelle. Ils représentent à l'heure actuelle près de 15% des pneumocoques, 85% de ceux-ci restant donc sensibles à la penicilline, mais à terme, la penicilline deviendra de moins en moins puissante.

Les moisissures peuvent aussi être utilisées directement au sein d'un aliment, si celles-ci présentent un intérêt pour l'aliment. On en retrouve donc des utilisations dans le secteur alimentaire, avec notamment des fromages comme le roquefort ou le bleu, qui ne présentent aucun danger pour l’Homme, la moisissure permettant de donner un goût nouveau à l'aliment.

Le roquefort est un fromage dans lequel se développe un champignon de couleur bleue, le Penicillium roqueforti. Celui-ci ne produit aucune mycotoxines, et permet donc la consommation sans danger du fromage. Il produit en effet uniquement des toxines, et permettait ainsi au roquefort d'être naguère utilisé pour ses effets antimicrobiens. Credit Photographique : Wikipédia

Cependant, les moisissures ne produisent pas toutes que des toxines. Certaines vont aussi produire des mycotoxines, produit toxique et donc dangereux pour l’Homme. Une fois produites par la moisissure, les mycotoxines vont se répandre au sein du substrat. Il faut donc par mesures de précaution éviter de manger des aliments moisis, car, même en retirant la moisissure de la surface du fruit, ces poisons qui ont eu le tant de se répandre au sein même de l’aliment, resteront dans ce dernier, et ces mycotoxines peuvent alors mener à un empoisonnement alimentaire après ingestion, ou même à la mort selon la mycotoxine produite par le champignon.