Original article

Application of PCR-DGGE to the study of dynamics and biodiversity of microbial contaminants during the processing of Hibiscus sabdariffa drinks and concentrates

Application de la PCR-DGGE à l’étude de la dynamique et de la biodiversité des contaminants microbiens au cours de l’élaboration des boissons et des concentrés d’Hibiscus sabdariffa

¹ Polytechnic college of Dakar, BP 5080 Dakar Fann, Senegal
² Cirad, UMR 95 Qualisud, TA B-95/16, 34398 Montpellier cedex 5, France

^* Corresponding author: ndadiara@hotmail.com

Received: 17 February 2015
Accepted: 13 January 2016

Abstract

Introduction. Bissap (Hibiscus sabdariffa L.) is a common plant in the tropics. In Senegal, the calyces are used to make a popular juice. In the food industry, small and medium-sized enterprises (SMEs) are responsible for the transformation of bissap calyces into drinks, concentrates, jam, etc. In spite of the very low pH of the juice (pH < 3), problems of contamination and fermentation are often observed in the final products post-pasteurization. They are mainly due to Pseudomonas spp., E. coli, Klebsiella spp. and Pichia opuntiae. To solve this issue, monitoring of the microbial ecology was performed during the full process of bissap products. Methods and results. Fresh calyces and dried mixed calyces of the two varieties of Hibiscus sabdariffa (‘Koor’ and ‘Vimto’), as well as juice samples, were collected at every stage of the processing of a bissap drink and syrup in a Senegalese SME. The monitoring of microbial flora was performed by using molecular fingerprinting. The molecular technique PCR-DGGE was employed to evaluate the microbial dynamics using bacterial 16S rDNA, yeast 26S rDNA and 28S rDNA mold profiles at each critical stage of the process. Results and discussion. The genetic profiles generated contributed to identifying the critical points in the manufacturing processes. A multivariate analysis based on the presence or absence of spots in the denaturing gradient electrophoresis gels (DGGE) showed that the microbial flora (bacteria, yeasts, molds) of bissap evolved during the following phases: harvest (fresh flower), drying (dried calyces) and processing (before filtration, after pasteurization and before packaging). Conclusion. Our work contributed to determining the microorganisms responsible for the microbial contamination of the final products, and highlighted the origin of these contaminants. The most important critical point was identified as the pasteurization step.

Résumé

Introduction. Le bissap (Hibiscus sabdariffa L.) est une plante répandue sous les tropiques. Au Sénégal, les calices sont utilisés pour élaborer une boisson populaire. Dans l’industrie alimentaire, les petites et moyennes entreprises (PME) sont responsables de la transformation des calices de bissap en jus, en concentré, en confiture etc. En dépit du très faible pH du jus (< 3), des problèmes de contamination et de fermentation sont souvent observés sur les produits finaux après pasteurisation. Ils sont principalement dus à Pseudomonas spp., Escherichia coli, Klebsiella spp. et Pichia opuntiae. Pour résoudre ce problème, un suivi de l’écologie microbienne a été réalisé au cours du processus complet d’élaboration des produits du bissap. Matériaux et méthodes. Des échantillons de calices frais et de jus ont été prélevés à chaque étape de l’élaboration industrielle du jus et du sirop de bissap. Le suivi de la flore microbienne a été effectué en utilisant des empreintes moléculaires. La technique moléculaire de PCR par électrophorèse en gradient de gel dénaturant (DGGE) a été utilisée pour évaluer la dynamique microbienne en utilisant des profils bactériens d’ADNr 16S, d’ADNr 26S de levures et d’ADNr 28S de moisissures à chaque étape critique du processus. Résultats et discussion. Les profils génétiques générés ont contribué à identifier les points critiques dans les procédés de fabrication des boissons. Une analyse multivariée basée sur la présence ou l’absence de spots sur gels DGGE a montré que la flore microbienne (bactéries, levures, moisissures) du bissap a évolué au cours des phases suivantes : la récolte (de fleurs fraîches), le séchage (calices séchés), et le traitement (avant la filtration, après la pasteurisation, et avant l’emballage). Conclusion. Notre étude a bien contribué à déterminer les micro-organismes responsables des contaminations microbiennes des produits finaux, et à souligner l’origine de ces contaminants. Le point critique le plus important du processus industriel a été identifié comme étant l’étape de pasteurisation.