Jumeaux numériques pour prédire l’évolution du microbiote alimentaire lors de la fermentation végétale

Contexte et enjeux

Les boissons à base de jus végétal fermenté sont de plus en plus prisées pour leurs propriétés gustatives, nutritionnelles et potentiellement probiotiques, eu égard à la multitude d’espèces microbiennes impliquées dans cette production alimentaire.

La maîtrise de la production en fermentation continue représente un enjeu majeur pour l’industrie afin d’assurer au processus une qualité organoleptique et sanitaire stable, tout en contrôlant ses coûts. Pour optimiser la production industrielle de jus fermenté, il est essentiel de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents de fermentation et de pouvoir contrôler le microbiote impliqué dans ce processus.

Le projet FermenTwin propose de développer un jumeau numérique pour modéliser, influencer et prédire le comportement de la communauté microbienne lors de la fermentation du jus de carotte , à travers le séquençage en temps réel de son microbiote.

Ce projet à l’interface entre microbiologie, robotique et modélisation mathématique, permettra de mettre en place un suivi in silico de la communauté microbienne et de son métabolisme afin d’anticiper son évolution en réponse à des variations biotiques et abiotiques.

 Objectifs

Le projet FermenTwin vise à assurer une « bonne fermentation » du modèle étudié, ce qui pose plusieurs questions, que ce soit du point de vue de la capacité à concevoir le modèle biologique, à influer sur le modèle expérimental, à modéliser mathématiquement le phénomène, afin de décrire le fonctionnement du système d’une part et la capacité à faire des choix pour influer sur le phénomène d’autre part.

 Pour répondre à son objectif, le projet est structuré en 4 étapes :

• Initiation du projet : déploiement des mini-bioréacteurs monitorés sur la base des prototypes, conception de la communauté microbienne de référence pour la production de jus de carotte fermenté.
• Mesure de la dynamique des communautés bactériennes au travers du séquençage Oxford Nanopore (séquençage en temps réel).
• Modélisation des dynamiques de l’écosystème afin d’opérer des prises de décision : définition d’une dynamique de référence permettant de décrire le fonctionnement du système et de modélisation de l’impact des perturbations biotiques et abiotiques sur cette référence. Un modèle de décision sera ensuite développé afin de permettre au considéré comme un aliment modèle, compte tenu de l’existence de plusieurs publications décrivant en détail les consortia de microbes en interaction lors de sa fermentation.jumeau numérique d’influer sur le modèle expérimental au cours de la fermentation afin de restaurer une dynamique de référence.
• Évaluation de l’automatisation de l’ensemble des étapes en identifiant notamment les points critiques dans l’interaction logiciel-biologie-machine

A terme, le contrôle par un jumeau numérique de la fermentation en continu d’une matrice liquide végétale ouvrira de nouvelles perspectives en matière de technologies alimentaires pour la stabilisation du procédé et son optimisation.

Contact-coordination

Acteurs du projet

Unités INRAE impliquées

Partenaires extérieurs