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Procédés de stabilisation et conservation
1
Les traitements de conservation appliqués aux aliments visent à préserver leur comestibilité et
leurs propriétés gustatives et nutritives en empêchant le développement des bactéries,
champignons et microorganismes qu'ils contiennent et qui peuvent dans certains cas entraîner
une intoxication alimentaire.
Les trois méthodes utilisées pour la conservation des aliments reposent sur :
▪ Chaleur : pasteurisation, stérilisation, appertisation, semi-conserves
▪ Froid : surgélation, congélation, réfrigération
▪ Autres techniques : conditionnement sous vide ou sous atmosphère modifiée, lyophilisation,
déshydratation et séchage, fermentation, salage, confisage, saumurage, fumage ou fumaison,
ionisation, etc.
2
Le traitement des aliments par la chaleur est la technique la plus utilisée pour la conservation
de longue durée.
Procédés de stabilisation et conservation - Chaleur
Sucres simples + Eau + Chaleur = caramélisation
Sucres simples + Acides aminés + Eau + Chaleur = réaction de Maillard
Conserver : empêcher ou ralentir les altérations biologiques, chimiques et physico-chimiques
▪ Contaminations microbiologiques
- Germes d’altération (ex: moisissures, pseudomonas…)
- Germes pathogènes (ex: L. monocytogenes, E. coli, C. botulinum..)
▪ Dégradations dues aux réactions (bio)-chimiques
- Brunissement non enzymatique (réactions de Maillard, caramélisation)
- Oxydation par l’oxygène : acides gras insaturés (rancissement), pigments et vitamines (C, B1, A, E)
- Enzymes: Hydrolyse, oxydation (PPO ; polyphénoloxydase)
▪ Altérations physico-chimiques (variées)
- Déstabilisation des émulsions
- Déstabilisation des gels / synérèse
- Recristallisation (sucres, MG, amidon = rassissement…)
- Transferts de matière (eau, O2 …)… 14
Une spécificité : Procédés de conservation
Procédés de stabilisation et conservation - Chaleur
Pasteurisation
4
Elle a pour but la destruction des micro-organismes pathogènes et d’altération. La technique
utilisée consiste à soumettre les aliments à une température comprise entre 60° C et 100° C
pendant une durée déterminée et à les refroidir brutalement.
Avantage de cette méthode : elle préserve les caractéristiques des denrées alimentaires,
notamment leur saveur. Les denrées pasteurisées comportent une date limite de conservation
(DLC) et sont à conserver au frais.
Pasteurisateur de lait tubulaire
Machine automatique de la pasteurisation et de
refroidissement
20 000,00 $US
Procédés de stabilisation et conservation - Chaleur
Stérilisation
5
Il s’agit d’un traitement thermique à des températures supérieures à 100° C visant à détruire toute
forme microbienne, ce qui assure la stabilité à températureambiante des denrées.
Autoclave air vapeur
Unité des stérilisation
Procédés de stabilisation et conservation - Chaleur
Traitement à ultra haute température (UHT)
6
Avec cette méthode de conservation, le produit (lait, par exemple) est porté à une haute
température au-delà de 135°C pendant une courte période (1 à 5 secondes), puis
immédiatement et très rapidement refroidi. Il est ensuite conditionné aseptiquement. Ce
traitement permet une conservation longue àtempérature ambiante.
Unité de stérilisation UHT
Procédés de stabilisation et conservation - Chaleur
Appertisation (conserves)
7
Ce procédé associe deux techniques :
▪ Un conditionnement dans un récipient étanche
▪ Un traitement thermique (en général la stérilisation)
Les produits obtenus peuvent se conserver plusieurs années à température ambiante (5 ans
maximum). Elles comportent une date de durabilité minimale, la date passée, la denrée perd de
ses qualités gustatives ou nutritives sans pour autant constituer un danger pour celui qui la
consommerait.
Conserves de poisson
Procédés de stabilisation et conservation - Chaleur
Semi-conserves
8
Les semi-conserves sont des denrées alimentaires périssables, conditionnées en récipients
étanches aux liquides, et ayant subi un traitement de conservation (pasteurisation, salage, séchage,
etc.) en vue d'en assurer une conservation plus limitée que les conserves.
Elles doivent être stockées au froid. Elles comportent le plus souvent une date limite de
consommation, mais peuvent comporter, compte tenu de leur durée de conservation (le plus souvent
de quelques mois),une date de durabilité minimale.
Procédés de stabilisation et conservation - Froid
9
Le froid arrête ou ralentit l'activité cellulaire, lesréactions enzymatiques et le développement des
micro-organismes. Il prolonge ainsi la durée de viedes denrées alimentaires en limitant leur
altération. Néanmoins, les micro-organismes éventuellementprésents ne sont pas détruits et
peuvent reprendreleur activité dès le retour à une températurefavorable.
Procédés de stabilisation et conservation - Froid
Réfrigération
10
Cette technique consiste à abaisser la température pour prolonger la durée de conservation
des aliments. À l'état réfrigéré, les cellules des tissus animaux et végétaux restent en vie
pendant un temps plus ou moins long, et les métabolismes cellulaires sont seulement ralentis.
La température des aliments réfrigérés est comprise entre 0° C et +4° C pour les denrées
périssables les plus sensibles.
Chambre froide industrielle positive
Procédés de stabilisation et conservation - Froid
Congélation
11
La congélation permet d’abaisser la température d’une denrée alimentaire de façon à faire passer
à l’état solide l’eau qu’elle contient. Cette cristallisation de l’eau contenue dans la denrée permet
de réduire l’eau disponible pour des réactions biologiques et donc de ralentir ou d’arrêter l’activité
microbienne etenzymatique.
Chambre froide industrielle négative de congélation
Procédés de stabilisation et conservation - Froid
Surgélation
12
La surgélation consiste à congeler rapidement une denrée saine et en parfait état de fraîcheur,
en abaissant sa température très rapidement jusqu'à moins 18° C en tous points.
Grâce à ce procédé, l’eau contenue dans les cellules se cristallise finement limitant ainsi la
destruction cellulaire. Les produits ainsi traités conservent leur texture, leur saveur et peuvent
être conservés plus longtemps. Les produits surgelés doivent-être étiquetés comme tels et ne
doivent pas, au cours deleur stockage ou de leur transport, subir de variationsde températures.
Les produits congelés ou surgelés ne doivent pas être recongelés après une
décongélation.
Procédés de stabilisation et conservation - Autres
Modification de l’atmosphère
13
Conditionnement sous vide
Le conditionnement sous vide réduit la quantité d'air autour de la denrée alimentaire et donc
l’action de l’oxygène sur celle-ci. Cela permet d’empêcher d’une part le développement des
micro-organismes, dont la prolifération est une des causes de l’altération du produit, et d’autre
part les réactions d’oxydation également à l’origine dedégradations du produit.
Procédés de stabilisation et conservation - Autres
Modification de l’atmosphère
14
Conditionnement sous atmosphère modifiée (emballage étanche)
Le conditionnement sous atmosphère modifiée (emballage étanche) permet de remplacer l'air qui
entoure la denrée alimentaire par un gaz ou un mélange gazeux (en fonction du type de produit),
et de prolonger ainsi la durée de vie de celle-ci. Cette technique de conservation est associée à
un stockage à basse température tout au long de vie du produit. Une mention inscrite sur
l'étiquetage indique « conditionné sousatmosphère protectrice ».
Procédés de stabilisation et conservation - Autres
Séparation et élimination de l’eau
15
Déshydratation et le séchage
La déshydratation et le séchage consiste à éliminer partiellement ou totalement l'eau contenue
dans l'aliment. Du fait d'une faible activité de l'eau (Aw), les micro-organismes ne peuvent
proliférer, et la plupart des réactions chimiques ou enzymatiques de détérioration sont ralenties.
Deshydrateur industriel
Techniques de conservation des aliments - Autres
Séparation et élimination de l’eau
16
Lyophilisation
La lyophilisation consiste à congeler un aliment puis à le placer sous vide : l'eau passe ainsi
directement de l'état solide à celui de vapeur (sublimation). La forme et l’aspect des produits sont
bien conservés, leur qualité aromatique est bien supérieure à celle des produits séchés. Du fait
de son coût, cette technique est réservée aux denrées alimentaires à forte valeur ajoutée tels
que les champignons, le café soluble, certains potages instantanés et les céréales pour petit
déjeuner.
Procédés de stabilisation et conservation - Autres
Séparation et élimination de l’eau
17
Salage
Le salage vise à soumettre la denrée alimentaire à l'action du sel soit en le répandant
directement à la surface de l'aliment (salage à sec), soit en immergeant le produit dans une
solution d'eau salée (saumurage). Cette technique est essentiellement utilisée en fromagerie, en
charcuterie et pour la conservation de certaines espèces de poissons (saumon, etc.) ou denrées
alimentaires végétales (condiments).
Procédés de stabilisation et conservation - Autres
Séparation et élimination de l’eau
18
Saumurage
Le saumurage consiste à plonger des aliments (charcuteries, fromages, poissons, condiments,
etc.), dans une préparation composée de sel, d'eau, de divers ingrédients (aromates, sucres,
etc.) et éventuellement d'additifs autorisés.
Procédés de stabilisation et conservation - Autres
Séparation et élimination de l’eau
19
Confisage
Le confisage consiste à préparer des denrées alimentaires en vue de leur conservation en les
faisant cuire lentement dans une graisse (de porc, d’oie, de canard), en les enrobant de sucre, en
les plongeant dans du sirop de sucre (confiserie, fruits confits) ou en les mettant en bocaux dans
du vinaigre (câpres, cornichons, oignons) ou dans une préparation à l’aigre-doux (chutney).
Procédés de stabilisation et conservation - Autres
Séparation et élimination de l’eau
20
Fumage ou la fumaison
Le fumage ou la fumaison consiste à soumettre une denrée alimentaire à l'action des composés
gazeux qui se dégagent lors de la combustion de végétaux. Le fumage joue le rôle
d'aromatisation et/ou de coloration. Il s'applique principalement aux produits carnés pour lesquels
le séchage suivi du fumage permet de conserver les viandes et poissons grâce à l'action
combinée de la déshydratation et des antiseptiques contenus dans la fumée.
Procédés de stabilisation et conservation - Autres
Acidification
21
Fermentation
La fermentation est la transformation naturelle d'un ou plusieurs ingrédients alimentaires sous
l'action de levures, ou de bactéries. Les plus importantes transformations de denrées
alimentaires par la fermentation sont au nombre de trois ; la fermentation alcoolique, la
fermentation lactique (choucroute, cornichons, fromages) et la fermentation acétique (vinaigre).
Procédés de stabilisation et conservation - Autres
Irradiation
22
L’ionisation repose sur l'exposition des denrées alimentaires à l'action de rayonnements ionisants
électromagnétiques qui a pour but d’augmenter la durée de conservation des aliments en
éliminant les micro-organismes.
Destruction thermique des microorganismes
Stérilisation / Pasteurisation
23
Le traitement des aliments par la chaleur (ou traitement thermique) est aujourd’hui la plus
importante technique de conservation de longue durée. Il a pour objectif de détruire ou d’inhiber
totalement ou partiellement les enzymes et les microorganismes, dont la présence ou la
prolifération pourrait altérer la denrée considérée ou la rendre impropre à l’alimentation
humaine.
L’effet d’un traitement thermique est lié au couple temps/température. De manière générale,
plus la température est élevée et plus la durée est longue, plus l’effet sera important. Cependant,
il faut aussi tenir compte de la résistance thermique des micro-organismes et des enzymes et
qui est très variable.
Destruction thermique des microorganismes
Stérilisation / Pasteurisation
24
▪ Stabiliser l’évolution hygiénique
-Détruire et/ou inhiber les microorganismes (spores)
-Détruire les enzymes
-Cuire et/ou limiter la dénaturation thermique
▪ Optimiser par rapport aux critères organoleptiques et nutritionnels
- Glucides: Gélatinisation de l’amidon (T>90°C), réaction de Maillard (T >100°C), caramélisation du
saccharose (T> 95°C )
-Lipides: destruction (T > 200°C)
-Protéines: dénaturation, modifications chimiques des résidus d’acides aminés, interaction protéines-
protéines (agrégation: floculation, formation de précipités, de gels…=> peau du lait en surface ; floculation
et gélification du lait)
-Vitamines: destruction, oxydation
-Minéraux: Modification des équilibres minéraux solubles et insolubles, diffusion de l’aliment vers la phase
aqueuse
Objectifs
Il faut établir un compromis entre l’objectif recherché (destruction des microorganismes ) et ses
conséquences non souhaitées (perte de la qualité nutritionnelles).
Optimisation des barèmes de stérilisation ou pasteurisation
Destruction thermique des microorganismes
Stérilisation/ Pasteurisation
25
pH < 4,5 pH > 4,5
T < 100°C T > 100°C T < 100°C T > 100°C
Pasteurisation
stabilisante
=
« Stérilisation »
Stérilisation
(inutile)
Pasteurisation
(+ réfrigération)
« Stérilisation »
Acides
0 4 4,5 7 pH
Très acides
Fruits
Tomates
Peu acides
Lait
Viandes
Poissons
La plupart
des légumes
Conditions de traitement
Agrumes
Destruction thermique des microorganismes
Pasteurisation
26
La pasteurisation est un traitement thermique à des températures comprises entre 60 et 100°C
ayant pour but de détruire la totalité des micro-organismes pathogènes non sporulés et de
réduire significativement la flore végétative présente dans un produit.
C’est un procédé de conservation limité pour lequel le produit doit être conditionné
hermétiquement (avec ou sans atmosphère modifiée ou sous vide) et réfrigéré (le produit
pasteurisé peut être en effet conservé à +4°C de quelques jours à quelques semaines).
La pasteurisation est généralement définie par un chauffage à 72 °C maintenu pendant 15 ou 20
secondes. Elle est souvent désignée sous le nom de procédé high temperature short time ou
HTST, c’est-à-dire procédé à haute température et de courte durée. Ce type de pasteurisation est
utilisé dans le monde entier. Toutefois, lorsque le lait cru est de qualité microbiologique médiocre
ou mauvaise, il faut augmenter la température et le temps de chambrage. C’est ainsi que celle-ci
peut atteindre ou dépasser 80 °C avec une durée de chauffage atteignant 1 ou 2 minutes.
Destruction thermique des microorganismes
Pasteurisation
27
Historique
• Nicolas Appert met au point en 1831 une
technique de conservation des aliments par le
chauffage notamment pour le lait et la bière.
Toutefois, il ne parvient pas à expliquer ce
processus scientifiquement.
• Louis Pasteur s’intérsse à cette technique et
parvient à l’expliquer en déposant un brevet le 11
avril 1865 d’ou le nom de pasteurisation.
Destruction thermique des microorganismes
Pasteurisation
28
Objectifs
L’objectif de la pasteurisation est d’allonger de façon significative la durée de conservation des
aliments. La pasteurisation réduit au maximum les activités biologiques d’un produit tout en
évitant de modifier ses caractéristiques organoleptiques et nutritionnelles.
Les activités biologiques détruites ou inactivées par la pasteurisation sont :
- Flores non pathogènes d’altération des aliments
- Flores pathogènes et toxinogènes (Salmonella, Brucella, Listeria, etc)
- Enzymes endogènes comme la lipoxygénase du soja (oxygénase qui catalyse l’oxygénation
des acides gras polyinsaturés) ou la plasmine présente dans le lait (protéase dont le spectre
d’action est assez large)
- Les enzymes intracellulaires nuisibles
Destruction thermique des microorganismes
Pasteurisation
29
Objectifs
La pasteurisation, comme tout traitement thermique, doit permettre :
- Préserver l’aspect nutritionnel du produit tel que la non-destruction des vitamines
- Ne pas modifier ses qualités organoleptiques telles que l’absence de brunissement, de décoloration,
de goûts de cuit, de rupture de l’émulsion, de coagulation des protéines, etc.
La pasteurisation présente donc un inconvénient majeur : elle ne détruit pas les flores sporulées.
Destruction thermique des microorganismes
Pasteurisation
30
Autre technique : la thermisation
La thermisation est un traitement thermique appliqué au lait cru. Ce
dernier devra être porté à une température d’au moins 63 ºC pendant 16
secondes.
La thermisation est une forme amoindrie de pasteurisation. Son objectif
principal est la destruction des bactéries pathogènes qui pourraient se
trouver dans le lait, sans modifier autant ses caractéristiques
technologiques. Cependant, ce traitement peut entrainer une diminution
de la charge microbienne banale du lait (bactéries lactiques, bactéries
d’affinage, etc.). Ladite charge est généralement exploitée pour la
préparation du fromage au lait cru. Dans ce cas, on doit faire appel aux
bactéries cultivées en laboratoire pour remplacer celles qui sont
disparues.
En général, c’est marqué sur les emballages des fromages : fabriqué
avec du lait thermisé.
Destruction thermique des microorganismes
Stérilisation
31
La stérilisation est une technique de conservation des aliments constituant à éliminer tous les
germes microbiens d'un aliment, y compris les spores microbiennes, en le portant à haute
température (lait stérilisé UHT, conserves,…). Les températures appliquées resteront
supérieures à 100 °C (des températures autour de 120 °C en général).
La différence avec la pasteurisation se trouve dans la gamme de température appliqué durant le
traitement : supérieure à 100°C en stérilisation et autour de 70°C en pasteurisation. D'autre part,
l'efficacité du traitement n'est pas le même : en effet, la pasteurisation ne détruit que les formes
végétatives mais pas les spores, ce qui induit une recontamination possible lors de la germination
des spores.
Ainsi, un aliment stérile n'a pas de Date Limite de Consommation (DLC) mais a une DDM (Date
de Durabilité Minimale) qui s'exprime en mois. Au delà ce cette date, les propriétés
organoleptiques ou nutritionnelles ne sont plus assurées mais le produit alimentaire ne constitue
pas un danger pour celui qui va l'ingérer.
Destruction thermique des microorganismes
Stérilisation
32
La stérilisation d’un aliment ne suffit pas, à elle seule, pour sa conservation à long terme. Une
contamination ultérieure de l’aliment par les microorganismes environnementaux pourrait
survenir. Pour en remédier, on procède à la stérilisation du contenant (récipient) et du contenu (le
produit alimentaire) ; le récipient doit être étanche à l’eau et aux microorganismes pour ne pas
avoir une recontamination ultérieure à la stérilisation.
Destruction thermique des microorganismes
Stérilisation
33
Inconvénients
Les traitements de stérilisation présentent l'inconvénient de dénaturer une partie des
composants du produits : protéinés, vitamines (notamment et surtout la vitamine C) due
à l'utilisation de températures élevées. On ne peux donc appliquer ce traitement pour des
produits trop sensibles à la chaleur.
En effet, compte tenu des hautes températures utilisées, il est préférable d'appliquer des temps
de traitement courts. Or, la présence de particules ralentit la circulation du liquide à traiter dans
les échangeurs. Malgré tout, l'utilisation d’échangeurs permet des traitements plus courts que
si l'on devait traiter le produit sans son emballage du fait des meilleurs échanges de chaleur.
Destruction thermique des microorganismes
Stérilisation
34
Autre technique : UHT ou upérisation
Le lait stérilisé UHT est un lait porté à 140-150 °C pendant une seconde environ, et ceci grâce au
moyen d'une injection de vapeur. Le lait est ensuite refroidi immédiatement sous vide
U, H et T sont les initiales de l'acronyme anglais, à « Ultra-high température »).
Le procédé, qui est une stérilisation, tue tous les micro-organismes et inactive la plus grande
partie des enzymes présentes dans le lait. La très courte durée de traitement permet de n'altérer
que faiblement la valeur nutritive du lait (essentiellement par dénaturation partielle des protéines
solubles comme l'alpha-lactalbumine et la béta-lactoglobuline) et modérément son gout, par
rapport aux autres procédés comme la pasteurisation.
35
Destruction thermique des microorganismes
Cinétique de destruction
Thermorésistance
La thermorésistance des micro-organismes varie en fonction des caractéristiques physico-
chimiques de l’aliment telles que le pH, l’activité de l’eau (l’Aw quantifie dans un aliment la
disponibilité de l’eau mobilisable pour les réactions biochimiques) et la teneur en lipides :
▪ Plus le pH de l’aliment est éloigné de la neutralité, plus les micro-organismes sont
sensibles à la chaleur ; c’est pourquoi les aliments sont classés selon leur pH en trois
classes.
Aliments acides pH < 4,5
Aliments modérément acides 4,5 < pH < 5,3
Aliments peu acides pH > 5,3
▪ Plus l’Aw de l’aliment est faible, plus les micro-organismes sont thermorésistants et
donc plus le traitement par la chaleur est inefficace ;
▪ Plus l’aliment est gras, plus les micro-organismes seront résistants à la chaleur car les
lipides sont demédiocres conducteurs de la chaleur.
Destruction thermique des microorganismes
Cinétique de destruction
36
Courbe de survie
On détermine à différents temps le nombre de micro-organismes survivants suite à l’exposition à
une température létale constante
log N = f(t)
« La destruction des microorganismes est progressive »
N = f(t)
Destruction thermique des microorganismes
Cinétique de destruction
37
La relation log N = f(t) est appelée courbe de survie ou cinétique de destruction microbienne.
Cette relation est linéaire, autrement dit, les micro-organismes exposés à une température létale
constante, suivent une loi de destruction d’ordre 1 en fonction du temps. Le temps nécessaire pour
détruire une fraction de la population est donc indépendant de la concentration initiale en micro-
organismes.
Plus le nombre initial de micro-organismes (N0) est important, plus le temps de pasteurisation doit
être long. De même, plus les micro-organismes sont thermorésistants, plus la durée de
pasteurisation doitêtre grande.
Destruction thermique des microorganismes
Cinétique de destruction
38
En première approximation la cinétique de la destruction des microorganismes est d'ordre 1.
Cela signifie que, lorsqu'ils sont soumis à la température T, la relation entre le nombre de
microorganismes formant colonies à l'instant t(N) et ce nombre à l'instant initial N0 est :
DT
N = No10
log
N
= −
t
No DT
−
t
▪ N ≠ 0 : la stérilité absolue est théoriquement impossible: Stérilité commerciale probabilité de
survie.
▪ Le résultat du traitement thermique dépend de la charge microbienne initiale No:
- Qualité M.P. et B.P. Hygiéniques
- Contrôle en cours de fabrication
Destruction thermique des microorganismes
Cinétique de destruction
39
Dt (Temps de réduction décimale à la
température T) : c’est le temps
nécessaire pour réduire d’un facteur 10
(de 90%) le nombre de
microorganismes lors d’un traitement à
la température T. Ce temps de réduction
décimale dépend principalement du
type de microorganisme, mais
également du milieu dans lequel il se
trouve (pH, présence de certains ions,
matière grasse, Aw, …)
40
DT : temps de réduction décimale à la température T
D est en général donné à 121,1°C (250°F) pour les formes sporulées très thermorésistantes :
Clostridium botulinum D121,1°C = 0,21 minute
Clostridium sporogenes D121,1°C = 1 minute
Bacillus stearothermophilus D121,1°C = 3 minutes
Formes non sporulées D121,1°C = 5 x 10-8 minute
Destruction thermique des microorganismes
Cinétique de destruction
41
Destruction thermique des microorganismes
Valeur stérilisatrice et pasteurisatrice
L'intensité du traitement thermique, de stérilisation ou de pasteurisation, s'exprime sous la forme
d'une Valeur Stérilisatrice (Vs), ou d'une Valeur Pasteurisatrice (Vp). Elle est égale à la durée d'un
traitement conduisant à la même réduction du nombre de microorganismes (même N/N0) réalisé
lui à la température de référence. Elle est donc exprimée en équivalent temps (minutes ou
secondes) passé à la température de référence.
Par exemple, une valeur stérilisatrice de 3 min signifie que l'expérience réalisée est équivalente à
une expérience d'une durée de 3 min à une température constante égale à la température de
référence (par exemple 121,1°C).
42
Destruction thermique des microorganismes
Valeur stérilisatrice et pasteurisatrice
Ces deux traitements sont identiques, ils donnent la même réduction du nombre de micro-organismes, donc ils ont la même
valeur stérilisatrice : Vs=2,52 min
Exemple
Le symbole z est utilisé pour exprimer l'écart de température en degrés Celsius (°C) pour lequel les DT sont dans un rapport de
1 à 10. Pour la plupart des moisissures et des spores de moisissures, les bactéries et les spores de bactéries, z varie de 6 à 14
°C, avec de nombreux cas où z est voisin de 10°C.
Destruction thermique des microorganismes
Cinétique de destruction
43
Exemplesd’aliments
Exemples
de modes de pasteurisation
Lait Pasteurisateur à échangeurà plaques (15 s à 72 °C).
Crèmes Pasteurisateur à échangeurà plaques (15 s à 82 °C).
Jus de fruits Pasteurisateur à échangeurtubulaire (10 s à 97 °C).
Ovoproduits Pasteurisateur à échangeur tubulaire (2 - 6 min à 57-65 °C).
Destruction thermique des microorganismes
Cinétique de destruction
44
Procédé Température Durée
Thermisation 63 – 65°C 15 s
Pasteurisation LTLT du lait (Low Temperature Long Time) 63 °C 30 min
Pasteurisation HTST du lait (High Tempareture Short Time) 72 – 75 °C 15 à 20 s
Pasteurisation HTST de la crème etc. >80°C 1 à 5 s
UHT (Stérilisation en continu), habituellement 135 – 140°C Quelques secondes
Stérilisation en récipients 115 – 120°C 20 à 30 min
Principales catégories de traitement thermique dans l’industrie laitière
Destruction thermique des microorganismes
Cinétique de destruction
45
46
La maîtrise de la température n’est pas suffisante pour une bonne conduite des autoclaves.
Il faut aussi maîtriser les différentiels de pression entre l’enceinte de stérilisation et l’intérieur des
récipients résultant des différentiels de température, tant au chauffage qu’au refroidissement.
La détermination des coefficients d’échanges entre le fluide chauffant ou le fluide refroidissant et les
emballages (en métal, verre ou plastique) , il faut intégrer les phénomènes de condensation de la
vapeur d’eau et de vitesses d’écoulement des fluides autour des emballages.
Contre-pression
Principe: maintenir le milieu interne des emballages en dépression relative par rapport à l’enceinte
pour éviter les problèmes de décapsulage, éclatement, rupture des joints ou déformation (appliquer
une contre-pression d’air comprimé surtout au refroidissement)
Destruction thermique des microorganismes
Cinétique de destruction
Traitement thermique en autoclave
Traitement thermique en autoclave
47
Point critique
La pénétration de chaleur dans une boîte peut être suivie par l’enregistrement de la température en
un point du produit subissant le traitement thermique le plus faible, appelé point critique.
Destruction thermique des microorganismes
Cinétique de destruction
Destruction thermique des microorganismes
Echangeurs de chaleur
48
La plus grande partie du traitement thermique des produits laitiers s’effectue dans des
échangeurs de chaleur à plaques.
L’échangeur de chaleur à plaques est souvent appelé PHE en abrégé (Plate Heat Exchanger).
Il est constitué d’un ensemble de plaques en acier inoxydable, fixé sur un bâti.
Le bâti peut contenir plusieurs ensembles de plaques distincts - ou sections - dans lesquels
s’effectuent les différentes phases du traitement : préchauffage, chauffage final et
refroidissement.
Le fluide de chauffage est de l’eau chaude et le fluide de refroidissement de l’eau froide, de
l’eau glacée ou du glycol propylique, suivant la température du produit en sortie requise.
Echangeurs à plaque
Destruction thermique des microorganismes
Echangeurs de chaleur
49
Echangeurs à plaque
Destruction thermique des microorganismes
Echangeurs de chaleur
50
Echangeurs tubulaires
Destruction thermique des microorganismes
Echangeurs de chaleur
51
Echangeurs tubulaires
On distingue différents types d’échangeurs tubulaires:
▪ Echangeurs monotube (a) et multitube (b) : le
produit alimentaire circule dans un ou plusieurs
tuyaux au centre et les fluides thermiques circulent
dans la partie extérieure.
▪ Echangeur annulaire (c) : le fluide thermique
circule dans deux tuyaux, un central et l’autre
annulaire externe ; le produit alimentaire est
propulsé dans un canal annulaire intermédiaire.
Destruction thermique des microorganismes
Echangeurs de chaleur
52
Echangeurs à spirale
Ils sont formés de deux canaux en acier inoxydable enroulés en spirale dans lesquels les liquides
circulent à contre—courant.
Destruction thermique des microorganismes
Echangeurs de chaleur
53
Echangeurs à surface raclée
Le canal central est muni d’un rotor équipé
de lames qui raclent continuellement la
surface intérieure de transfert, évitant au
produit de s’y déposer, et qui mélangent le
produit chauffé ou refroidi.
Destruction thermique des microorganismes
Technologies – Traitement des produits conditionnés
54
Systèmes discontinus : autoclaves
- Systèmes verticaux
- Systèmes horizontaux
Stabilisation par les basses températures
Généralités
▪ Le froid correspond à un abaissement de la température d’un corps de façon à réduire
considérablement son évolution.
▪ L’usage de sources de froid existe depuis toujours : la collecte et le stockage de la glace
des lacs ou des rivières en hiver, pour refroidir les poissons ou les viandes, l’évaporation
de l’eau de jarre d’argile pour maintenir la nourriture au frais, sont quelques exemples
anciens.
▪ Quand on parle de « froid » en agroalimentaire, on parle de deux niveaux de
températures :
- Au-dessus du point de changement d’état de solidification de l’eau : on parle de froid
positif ou réfrigération et les produits se situent en moyenne entre 0 °C et 10 °C.
- En dessous de ce point : on parle froid négatif ; il s’agit de la congélation et de la
surgélation, suivant la vitesse de descente de la température. Les produits se situent
entre - 40 °C et -10°C. (-18°C le plus souvent)
Stabilisation par les basses températures
Généralités
Le froid ne tue pas les micro-organismes : il ne fait que ralentir leur développement, c’est à dire les
inhiber. Et, il faut se rappeler qu’il y a des microbes résistants au froid : ce sont les psychotrophes,
psychrophiles et cryophiles. Les levures et les moisissures en particulier se complaisent dans des
ambiances froides et humides.
Certaines bactéries, comme Yersinia ou Listéria aiment le froid positif.
Il faut retenir toutefois trois températures clés :
• + 3 °C : fin des risques dus aux bactéries pathogènes et toxinogènes,
• - 10 °C : arrêt de toute multiplication bactérienne,
• - 18 °C : arrêt de toute multiplication microbienne (y compris levures et moisissures).
Stabilisation par les basses températures
Généralités
Stabilisation par les basses températures
Action du froid sur les aliments
Congélation ou Surgélation ?
Selon la vitesse de refroidissement des aliments, on distingue :
▪ Surgélation : au cours de laquelle les denrées sont stabilisées par abaissement rapide de la
température jusqu’à -18°C à cœur maximum (on peut descendre jusqu’à -30°C). Cette
technique permet la formation de nombreux et petits cristaux de glace qui ne détériorent pas
l’aliment. Seul un faible exsudat se produit lors de la décongélation.
▪ Congélation lente qui s’applique à des produits qui, par leur aspect ou leur mode de récolte,
ne peuvent satisfaire à certaines exigences, par exemple vitesse de congélation à laquelle
sont soumis les produits surgelés. Le refroidissement de l’aliment s’effectue lentement et
rarement en dessous de -18°C, ce qui entraîne la formation de cristaux de glace de taille
relativement importante par rapport à celle des cellules du produit. Les aiguilles tranchantes
des cristaux de glace peuvent percer et déchirer la paroi des cellules peu résistantes et
favoriser une certaine exsudation lors de la décongélation.
Stabilisation par les basses températures
Action du froid sur les aliments
Congélation ou Surgélation ?
La technique de conservation par le froid négatif qui préserve le mieux les qualités des produits
alimentaires est la surgélation. Néanmoins on pourra utiliser la congélation (technique moins
onéreuse) quand il n’y a pas d’effets remarquables sur la qualité du produit notamment quand ce
dernier ne comporte pas de structure fragile comme les tissus végétaux ou animaux (exemple ;
jus de fruit, purée de fruit…)
Surgélation
Congélation
Stabilisation par les basses températures
Sources de froid
On utilise des fluides frigorigènes, c’est-à-dire des fluides aux caractéristiques particulières,
comme la facilité de changer d’état (liquide vers solide et inversement) à des pressions basses
et des températures basses. On emploie globalement deux types de fluides :
▪ Les frigorigènes obtenus par transformations chimiques (halogénation, chloration)
Deux générations de produits ont vu le jour :
− Les frigorigènes se composant de la lettre « R » (pour réfrigérant) suivie de deux ou trois
chiffres : R - xyz. Ce sont les hydrocarbures halogènes, comme le R22, couramment utilisé,
ou le RI 15. Ces frigorigènes relèvent d’une nomenclature spécifique.
- Les frigorigènes se composant de la lettre « C » qui sont des composés contenant du chlore,
comme les CFC (chlorofluorocarbures) ou les HCHC (un atome d’hydrogène à la place d’un
chlore). Ces composés sont fortement impliqués dans la destruction de la couche d’ozone.
▪ Des frigorigènes naturels, appelés « gaz cryogéniques »
Ce sont l’azote liquide et le gaz carbonique qui ont la particularité de changer d’état à pression
normale et à des températures très basses .
Stabilisation par les basses températures
Sources de froid
Deux techniques sont possibles : la technique de froid dite « mécanique » qui met en œuvre une
machine frigorifique et la technique de froid dite « cryogénique » qui met en œuvre directement
l’azote ou le gaz carbonique.
▪ Froid mécanique
Le concept de la machine frigorifique remonte au milieu du XIXe siècle grâce à Lord Kelvin.
Un fluide frigorigène (ou frigorifique) circule en boucle fermée et il change d’état facilement sous
l’influence de la pression. On utilise le fait que tout changement d’état entraîne une consommation ou
une libération d’énergie.
En particulier :
- Le passage de l’état liquide à l’état gazeux demande de l’énergie extérieure (+Q).
- Le passage de l’état gazeux à l’état liquide dégage de l’énergie (-Q).
En effet, il faut de l’énergie pour désorganiser la matière et écarter les molécules (Liquide - Gaz)
alors que le rapprochement de celles-ci libère de l’énergie.
Stabilisation par les basses températures
Sources de froid
L’installation (réfrigérateur ou congélateur…) comprend un circuit fermé de circulation d’un fluide
frigorigène : du fréon (gaz rare) ou des liquides frigorifiques de synthèse.
L’installation comprend :
- L’évaporateur : II renferme le fluide frigorigène à 20 °C ; sous pression atmosphérique normale P1,
le liquide se vaporise (passage de l’état liquide à l’état gazeux) : il y a donc besoin d’énergie. Celle-
ci est prise dans l’air qui se trouve dans le compartiment intérieur du réfrigérateur (l’enceinte). L’air
et les aliments qui s’y trouvent sont refroidis.
L’évaporateur est l’organe principal de fabrication du froid.
- Le compresseur: dans le compresseur, la pression devient P2 > P1. Le fluide est toujours gazeux et
sa température augmente à T2 > Tl.
- Le condenseur: dans le condenseur, le gaz se refroidit au contact de l’air ambiant ce qui provoque le
liquéfaction du gaz (passage de l’état gazeux à l’état liquide) : il y a alors libération de calories, donc de
chaleur (cela explique que le dos du réfrigérateur soit chaud).
- Le détendeur: iI permet de baisser la pression du liquide frigorigènes pour la ramener à sa valeur
initiale (P1) . La température chute aussi.
Stabilisation par les basses températures
Sources de froid
Stabilisation par les basses températures
Sources de froid
▪ Froid cryogénique
La vaporisation de certains gaz liquéfiés, au contact direct d’aliments, absorbe la chaleur de
ceux-ci (énergie) et permet de les refroidir très vite.
En alimentaire, on utilise deux gaz liquides intéressants pour leur très basse température de
changement d’état à basse pression :
- Le CO2 liquide qui devient gazeux à - 78,5 °C sous 1 atm.
- Le N2 liquide qui devient gazeux à -196 °C sous 1 atm.
▪ Echangeurs pour les liquides
▪ Froid ventilé (classique)
▪ Aspersion ou froid humide (fruit et légumes)
▪ Immersion (poissons, poulets, certains fruits et légumes)
▪ Vacuum cooling (refroidissement par le vide pour les stations fruitières et légumières)
Stabilisation par les basses températures
Réfrigération
Techniques de refroidissement
Stabilisation par les basses températures
Réfrigération
Hydrocooling
Traitement par de l’eau glacée ; ex= fruits, carcasse de volailles.
Les produits sont refroidis soit par immersion dans l’eau froide ou bien par aspersion d’eau froide.
Stabilisation par les basses températures
Réfrigération
Aircooling
Ventilation forcée d’air froid ; ex : fruits et légumes, carcasses (T°C d’air= -1 à -10 °C ; HR=90%) ; il
s’agit des tunnels (statiques ou dynamiques) et cellule de refroidissement rapide.
Stabilisation par les basses températures
Réfrigération
Vacuum cooling
Refroidissement sous vide : en diminuant la pression, la température d’évaporation diminue et cette
évaporation superficielle provoque le rafraichissement de la surface des produits types légumes
feuilles (laitues…) ; la vapeur d’eau est piégée sur des plaques à - 6°C.
Stabilisation par les basses températures
Congélation - Surgélation
Congélateurs à tunnels
Ces matériels utilisent de l’air pulsé comme fluide frigorifique intermédiaire. Celui-ci est refroidi à
travers l’évaporateur de la machine frigorifique, pulsée sur le produit par un ventilateur, puis recyclé
pour être refroidi à nouveau. Ce système existe en continu (tunnel à bande porteuse ou dynamique)
et en discontinu (tunnel dit statique).
L’avantage des tunnels de congélation réside dans leur souplesse d’utilisation. Ils sont recommandés
lorsqu’on est amené à congeler plusieurs types de produits, de forme et de taille différente.
Stabilisation par les basses températures
Congélation - Surgélation
Congélateurs à tunnels statique
Stabilisation par les basses températures
Congélation - Surgélation
Congélateurs à tunnels dynamique
Stabilisation par les basses températures
Congélation - Surgélation
Surgélateurs cryogéniques
La surgélation cryogénique (ou directe) consiste à mettre le produit directement en contact avec
une source de froid, par aspersion d’un liquide comme l’azote liquide ou le CO2 liquide qui
s’évaporent au contact du produit. Dans ce cas, l’apport frigorifique est apporté par la chaleur latente
d’évaporation du liquide en contact avec le produit (l’azote liquide s’évapore à -196 °C et le CO2
liquide s’évapore à -54 °C).
Ce système de congélation a l’avantage d’être rapide et ne nécessitant pas une installation
frigorifique proprement dite. Toutefois, il est assez coûteux et ne peut être donc utilisé que pour les
produits alimentaires à haute valeur marchande.
Cette technique permet aussi d’obtenir des produits surgelés de manière individuelle (sans se coller)
; on parle de procédé « IQF » (Individually Quick Frozen)
Stabilisation par les basses températures
Congélation - Surgélation
Surgélateurs cryogéniques
Vitesses de surgélation
0,5 cm/h
0,5-5 cm/h
5-10 cm/h
10-100 cm/h
100-300 cm/h
Congélation en chambre froide ventilée
Congélateur à air soufflé ou à plaques
Surgélateur IQF (IndividuallyQuickFrozen), lit fluidisé
Immersion dans liquide frigorifique
Froid cryogénique
Stabilisation par les basses températures
Congélation - Surgélation
Aspects cinétiques et énergétiques
La fermentation est un phénomène naturel, se produisant lors de la décomposition de la matière
organique. Par ailleurs, l’utilisation de la fermentation par l’homme a débuté de manière empirique.
Elle était utilisée initialement pour conserver les denrées, préparer du pain, des boissons
alcoolisées…
Les fermentations résultent de l'action d'enzymes microbiennes sur un substrat organique. Ces
réactions biologiques qui dégradent le substrat sont des réactions d'oxydo-réduction se produisant à
l'abri de l'air (anaérobiose) et qui dégagent peu d'énergie.
L'homme a mis à profit les phénomènes de fermentation pour conserver certains aliments et en
transformer d'autres en améliorant leurs qualités nutritionnelles ou organoleptiques.
De très nombreux aliments fermentés existent actuellement (plusieurs milliers) parmi lesquels:
yaourts, fromages, pain, mais aussi cacao, thé, café …
Fermentation
Généralités
Fermentation
Généralités
De nombreux aliments n’existeraient pas sans fermentation. Les fermentations liées à l’action
des micro-organismes interviennent dans de nombreuses transformations:
▪ Transformation du lait en crèmes maturées, yaourts, fromages frais et affinés (bactéries
lactiques, levures, moisissures)
▪ Boissons fermentées
▪ Fabrication des salaisons (bactéries lactiques)
▪ Fermentation des végétaux par exemple pour la choucroute (bactéries lactiques)
▪ Boulangerie traditionnelles (levures)
Fermentation
Généralités
La fermentation c’est une transformation d’un aliment par un microorganisme en absence
d’oxygène. Ce qu’on appelle des « bons microbes ». L’Homme s’en sert pour 3 raisons :
▪ Rendre l’aliment plus digeste
▪ Conserver plus longtemps
▪ Produire une substance d’intérêt
Fermentation
Généralités
La fermentation est une réaction biochimique qui consiste à libérer de l’énergie à partir d’un substrat
organique sous l’action d’enzymes microbienne et à rejeter des produits.
La fermentation est provoquée par des micro-organismes anaérobies capables de décomposer la
matière organique (glucides, lipides, protides en acides organique et alcools) et de donner du
méthane et du gaz carbonique suivant le type de fermentation.
La réaction de fermentation ne fait pas intervenir d’oxygène, elle se déroule donc en absence d’air
(anaérobiose).
Le terme fermentation dérive du latín fervere qui signifie bouillir un liquide en cours de fermentation.
Fermentation
Définition
▪ Ce sont des êtres vivants très petits. On les observe au microscope.
▪ Les micro-organismes utilisés en agro-alimentaire sont:
Fermentation
Micro-organismes
▪ En se nourrissant de sucres et d’eau, le micro-organisme fait le plein d’énergie pour se multiplier.
Il produit alors des déchets qui sont intéressants pour l’Homme. Par exemple, la bactérie rejette
de l’acide, comme celui qu’on peut sentir dans un yaourt nature.
▪ Pour se développer, les micro-organismes doivent être à une bonne température. Au-delà de
65°C, la plupart meurt. En-dessous de 4°C, il entrent en dormance.
▪ Une fois qu’ils se sont multipliés, ils colonisent l’aliment et changent son goût, sa texture, sa
couleur et surtout permettent sa conservation.
Fermentation
Micro-organismes
▪ Les ferments sont des agents microbiens produisant la fermentation d’une substance.
L’enjeu en agroalimentaire est donc de sélectionner la flore utile et d’éliminer la flore
indésirable
▪ Les microorganismes utilisables en industrie alimentaire doivent avoir comme
caractéristiques communes:
- De ne pas présenter de risque pour la santé humaine et animale
- D’être facilement utilisables et maîtrisables
Fermentation
Ferments
Fermentation
Types
Il se forme de l'acide lactique à partir du glucose.
L'acide lactique ayant comme formule semi-développée :
Remarque : La fermentation malolactique est un cas particulier, l'acide lactique se formant au
détriment de l'acide malique
Fermentations lactique
Fermentation
Types
Fermentations lactique
Fermentation
Types
Fermentations alcoolique
ll se forme de l'éthanol à partir du glucose.
Fermentation
Types
Fermentation acétique
Il se forme de l'acide éthanoïque à partir de l'éthanol.
Remarquons que cette fermentation est aérobie, l'oxydation nécessitant l'oxygène de l'air pour
avoir lieu.
Fermentation
Types
Fermentation propionique
De l'acide propanoïque, de l'acide éthanoïque ainsi que du CO2 et du dihydrogène se forment.
L'acide propionique (ou propanoïque) et l'acide éthanoïque sont responsables de la flaveur des fromages
à pâte cuite et le gaz carbonique responsable de l'ouverture de ces fromages (Comté, Gruyère et
Emmental).
Les bactéries qui produisent ce type de fermentation sont les bactéries propioniques (
genre Propionibacterium).
Fermentation
Types
Fermentation butyrique
ll se forme de l'acide butanoïque, du CO2 et du dihydrogène à partir de l'acide lactique déjà
formé par fermentation lactique :
L'acide butyrique est responsable de l'odeur putride et du goût piquant de certains fromages à
pâte cuite.
Cette fermentation a lieu sous l'effet des bactéries Clostridium butyricum .
Fermentation
Fromage
Pour fabriquer du fromage, il faut d’abord solidifier du lait.
En moyenne, le lait de vache contient:
• 88% d’eau
• 3,2% de protéines (caséines à 80%)
• 4,8% de glucides (lactose à 97%)
• 3,2% de matières grasses (triglycérides a 98%)
• minéraux (essentiellement riche en calcium,
potassium et phosphore)
• vitamines (surtout B12, B2 et A)
Les caséines constituent environ 80% des protéines du lait.
Elles ne sont pas solubles dans l’eau. Les caséines sont
fondamentales dans le lait :
•Elles permettent de garder le calcium en suspension et
donc de faire du lait un aliment nutritionnel exceptionnel
(sans quoi le calcium précipiterait)
•Elles sont le composant essentiel du fromage et
déterminent quasiment à elles seules le rendement fromager
du lait
Fermentation
Fromage
Pour fabriquer du fromage, il faut d’abord solidifier du lait.
En moyenne, le lait de vache contient:
• 88% d’eau
• 3,2% de protéines (caséines à 80%)
• 4,8% de glucides (lactose à 97%)
• 3,2% de matières grasses (triglycérides a 98%)
• minéraux (essentiellement riche en calcium,
potassium et phosphore)
• vitamines (surtout B12, B2 et A)
Les caséines constituent environ 80% des protéines du lait.
Elles ne sont pas solubles dans l’eau. Les caséines sont
fondamentales dans le lait :
•Elles permettent de garder le calcium en suspension et
donc de faire du lait un aliment nutritionnel exceptionnel
(sans quoi le calcium précipiterait)
•Elles sont le composant essentiel du fromage et
déterminent quasiment à elles seules le rendement fromager
du lait
Fermentation
Fromage
Il existe différentes sortes de caséines: αS1, αS2, β et κ. Ces protéines aiment plus ou moins l’eau
(hydrophobes) et le calcium. Par mécanisme d’attraction et de répulsion celles-ci s’agglomèrent en
petits amas hétérogènes appelés submicelles. Ces submicelles s’agrègent ensuite en plus
grosses unités de 10 à 100 submicelles, les micelles. Certaines submicelles contiennent plus de
caséines α et d’autres contiennent plus de caséines κ. Ces dernières moins hydrophobes vont se
retrouver sur le pourtour des micelles, tandis que les autres se retrouvent au centre de la micelle.
Le calcium et le phosphate interagissent aussi avec ces submicelles et aident à lier les submicelles
entre elles.
Fermentation
Fromage
La coagulation est le processus qui sépare le lait en caille (une sorte de solide mou) et en petit lait
ou lactosérum (liquide). Ce processus peut être le résultat :
• Fermentation à l’aide de bactéries
• Réaction enzymatique avec de la présure
Dans les deux cas, la coagulation correspond à une déstabilisation des micelles de caséines et à
leur rapprochement qui finit par donner le caillé. Pour la plupart des fromages, les deux types de
coagulation sont utilisés jointement en donnant plus ou moins d’importance à l’un des deux types.
Fermentation
Fromage
Dans le cas de la coagulation par fermentation, les bactéries transforment le lactose en acide
lactique. L’acidité du lait augmente, l’effet de répulsion des micelles entre elles diminue. Celles-
ci finissent alors par s’agglomérer entre elles.
Lors de l’ajout de présure c’est un mécanisme différent qui opère. La présure, consitutée
d’enzymes (Chymosine), va couper en deux les protéines de caséines κ (para caséine κ et
fragment CMP (caséinomacropeptide)) se trouvant en périphérie des micelles. Les micelles sont
déstabilisées. La para caséine κ est plus hydrophobe et s’agrège alors aux caséines α. Les
micelles se rapprochent alors entre elles. Cette phase s’appelle la floculation. Vient ensuite une
troisième phase ou l’amas de micelles se structure en un réseau bien organisé.
La présure est un coagulant du lait d'origine animale extrait de la caillette (le quatrième estomac) de
jeunes ruminants. Elle est constituée d'enzymes actives appelées chymosine et pepsine.
Fermentation
Fromage
Fermentation
Fromage
Le lait a maintenant coagulé, il se trouve alors dans un état assez stable qui peut faire un peu penser a de la
gelée. S’ensuit alors la phase d’égouttage, appelée aussi synérèse par les chimistes. Le but de cette étape est
de poursuivre l’extraction du petit lait du caillé.
Suivant le type de coagulation, le caillé a une structure différente. La coagulation acide donne un caillé peu
structuré, ce qui rend l’égouttage assez spontané, mais lent et incomplet.
La coagulation enzymatique en revanche donne un caillé très structuré. Le réseau de micelle retient le
lactosérum dans des petites poches, ce qui rend l’égouttage spontané plus faible. Il est alors nécessaire
d’appliquer:
• Soit une action physique telle que le tranchage, brassage, pressage
• Soit une action physico-chimique telle que le chauffage ou le salage pour extraire le petit lait du caillé.
La structure du caillé a aussi une influence sur l’évolution du fromage.

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Cours de technologies de la Transformation Agroalimentaire ( Partie 2) -.pdf

  • 1. Procédés de stabilisation et conservation 1 Les traitements de conservation appliqués aux aliments visent à préserver leur comestibilité et leurs propriétés gustatives et nutritives en empêchant le développement des bactéries, champignons et microorganismes qu'ils contiennent et qui peuvent dans certains cas entraîner une intoxication alimentaire. Les trois méthodes utilisées pour la conservation des aliments reposent sur : ▪ Chaleur : pasteurisation, stérilisation, appertisation, semi-conserves ▪ Froid : surgélation, congélation, réfrigération ▪ Autres techniques : conditionnement sous vide ou sous atmosphère modifiée, lyophilisation, déshydratation et séchage, fermentation, salage, confisage, saumurage, fumage ou fumaison, ionisation, etc.
  • 2. 2 Le traitement des aliments par la chaleur est la technique la plus utilisée pour la conservation de longue durée. Procédés de stabilisation et conservation - Chaleur
  • 3. Sucres simples + Eau + Chaleur = caramélisation Sucres simples + Acides aminés + Eau + Chaleur = réaction de Maillard Conserver : empêcher ou ralentir les altérations biologiques, chimiques et physico-chimiques ▪ Contaminations microbiologiques - Germes d’altération (ex: moisissures, pseudomonas…) - Germes pathogènes (ex: L. monocytogenes, E. coli, C. botulinum..) ▪ Dégradations dues aux réactions (bio)-chimiques - Brunissement non enzymatique (réactions de Maillard, caramélisation) - Oxydation par l’oxygène : acides gras insaturés (rancissement), pigments et vitamines (C, B1, A, E) - Enzymes: Hydrolyse, oxydation (PPO ; polyphénoloxydase) ▪ Altérations physico-chimiques (variées) - Déstabilisation des émulsions - Déstabilisation des gels / synérèse - Recristallisation (sucres, MG, amidon = rassissement…) - Transferts de matière (eau, O2 …)… 14 Une spécificité : Procédés de conservation
  • 4. Procédés de stabilisation et conservation - Chaleur Pasteurisation 4 Elle a pour but la destruction des micro-organismes pathogènes et d’altération. La technique utilisée consiste à soumettre les aliments à une température comprise entre 60° C et 100° C pendant une durée déterminée et à les refroidir brutalement. Avantage de cette méthode : elle préserve les caractéristiques des denrées alimentaires, notamment leur saveur. Les denrées pasteurisées comportent une date limite de conservation (DLC) et sont à conserver au frais. Pasteurisateur de lait tubulaire Machine automatique de la pasteurisation et de refroidissement 20 000,00 $US
  • 5. Procédés de stabilisation et conservation - Chaleur Stérilisation 5 Il s’agit d’un traitement thermique à des températures supérieures à 100° C visant à détruire toute forme microbienne, ce qui assure la stabilité à températureambiante des denrées. Autoclave air vapeur Unité des stérilisation
  • 6. Procédés de stabilisation et conservation - Chaleur Traitement à ultra haute température (UHT) 6 Avec cette méthode de conservation, le produit (lait, par exemple) est porté à une haute température au-delà de 135°C pendant une courte période (1 à 5 secondes), puis immédiatement et très rapidement refroidi. Il est ensuite conditionné aseptiquement. Ce traitement permet une conservation longue àtempérature ambiante. Unité de stérilisation UHT
  • 7. Procédés de stabilisation et conservation - Chaleur Appertisation (conserves) 7 Ce procédé associe deux techniques : ▪ Un conditionnement dans un récipient étanche ▪ Un traitement thermique (en général la stérilisation) Les produits obtenus peuvent se conserver plusieurs années à température ambiante (5 ans maximum). Elles comportent une date de durabilité minimale, la date passée, la denrée perd de ses qualités gustatives ou nutritives sans pour autant constituer un danger pour celui qui la consommerait. Conserves de poisson
  • 8. Procédés de stabilisation et conservation - Chaleur Semi-conserves 8 Les semi-conserves sont des denrées alimentaires périssables, conditionnées en récipients étanches aux liquides, et ayant subi un traitement de conservation (pasteurisation, salage, séchage, etc.) en vue d'en assurer une conservation plus limitée que les conserves. Elles doivent être stockées au froid. Elles comportent le plus souvent une date limite de consommation, mais peuvent comporter, compte tenu de leur durée de conservation (le plus souvent de quelques mois),une date de durabilité minimale.
  • 9. Procédés de stabilisation et conservation - Froid 9 Le froid arrête ou ralentit l'activité cellulaire, lesréactions enzymatiques et le développement des micro-organismes. Il prolonge ainsi la durée de viedes denrées alimentaires en limitant leur altération. Néanmoins, les micro-organismes éventuellementprésents ne sont pas détruits et peuvent reprendreleur activité dès le retour à une températurefavorable.
  • 10. Procédés de stabilisation et conservation - Froid Réfrigération 10 Cette technique consiste à abaisser la température pour prolonger la durée de conservation des aliments. À l'état réfrigéré, les cellules des tissus animaux et végétaux restent en vie pendant un temps plus ou moins long, et les métabolismes cellulaires sont seulement ralentis. La température des aliments réfrigérés est comprise entre 0° C et +4° C pour les denrées périssables les plus sensibles. Chambre froide industrielle positive
  • 11. Procédés de stabilisation et conservation - Froid Congélation 11 La congélation permet d’abaisser la température d’une denrée alimentaire de façon à faire passer à l’état solide l’eau qu’elle contient. Cette cristallisation de l’eau contenue dans la denrée permet de réduire l’eau disponible pour des réactions biologiques et donc de ralentir ou d’arrêter l’activité microbienne etenzymatique. Chambre froide industrielle négative de congélation
  • 12. Procédés de stabilisation et conservation - Froid Surgélation 12 La surgélation consiste à congeler rapidement une denrée saine et en parfait état de fraîcheur, en abaissant sa température très rapidement jusqu'à moins 18° C en tous points. Grâce à ce procédé, l’eau contenue dans les cellules se cristallise finement limitant ainsi la destruction cellulaire. Les produits ainsi traités conservent leur texture, leur saveur et peuvent être conservés plus longtemps. Les produits surgelés doivent-être étiquetés comme tels et ne doivent pas, au cours deleur stockage ou de leur transport, subir de variationsde températures. Les produits congelés ou surgelés ne doivent pas être recongelés après une décongélation.
  • 13. Procédés de stabilisation et conservation - Autres Modification de l’atmosphère 13 Conditionnement sous vide Le conditionnement sous vide réduit la quantité d'air autour de la denrée alimentaire et donc l’action de l’oxygène sur celle-ci. Cela permet d’empêcher d’une part le développement des micro-organismes, dont la prolifération est une des causes de l’altération du produit, et d’autre part les réactions d’oxydation également à l’origine dedégradations du produit.
  • 14. Procédés de stabilisation et conservation - Autres Modification de l’atmosphère 14 Conditionnement sous atmosphère modifiée (emballage étanche) Le conditionnement sous atmosphère modifiée (emballage étanche) permet de remplacer l'air qui entoure la denrée alimentaire par un gaz ou un mélange gazeux (en fonction du type de produit), et de prolonger ainsi la durée de vie de celle-ci. Cette technique de conservation est associée à un stockage à basse température tout au long de vie du produit. Une mention inscrite sur l'étiquetage indique « conditionné sousatmosphère protectrice ».
  • 15. Procédés de stabilisation et conservation - Autres Séparation et élimination de l’eau 15 Déshydratation et le séchage La déshydratation et le séchage consiste à éliminer partiellement ou totalement l'eau contenue dans l'aliment. Du fait d'une faible activité de l'eau (Aw), les micro-organismes ne peuvent proliférer, et la plupart des réactions chimiques ou enzymatiques de détérioration sont ralenties. Deshydrateur industriel
  • 16. Techniques de conservation des aliments - Autres Séparation et élimination de l’eau 16 Lyophilisation La lyophilisation consiste à congeler un aliment puis à le placer sous vide : l'eau passe ainsi directement de l'état solide à celui de vapeur (sublimation). La forme et l’aspect des produits sont bien conservés, leur qualité aromatique est bien supérieure à celle des produits séchés. Du fait de son coût, cette technique est réservée aux denrées alimentaires à forte valeur ajoutée tels que les champignons, le café soluble, certains potages instantanés et les céréales pour petit déjeuner.
  • 17. Procédés de stabilisation et conservation - Autres Séparation et élimination de l’eau 17 Salage Le salage vise à soumettre la denrée alimentaire à l'action du sel soit en le répandant directement à la surface de l'aliment (salage à sec), soit en immergeant le produit dans une solution d'eau salée (saumurage). Cette technique est essentiellement utilisée en fromagerie, en charcuterie et pour la conservation de certaines espèces de poissons (saumon, etc.) ou denrées alimentaires végétales (condiments).
  • 18. Procédés de stabilisation et conservation - Autres Séparation et élimination de l’eau 18 Saumurage Le saumurage consiste à plonger des aliments (charcuteries, fromages, poissons, condiments, etc.), dans une préparation composée de sel, d'eau, de divers ingrédients (aromates, sucres, etc.) et éventuellement d'additifs autorisés.
  • 19. Procédés de stabilisation et conservation - Autres Séparation et élimination de l’eau 19 Confisage Le confisage consiste à préparer des denrées alimentaires en vue de leur conservation en les faisant cuire lentement dans une graisse (de porc, d’oie, de canard), en les enrobant de sucre, en les plongeant dans du sirop de sucre (confiserie, fruits confits) ou en les mettant en bocaux dans du vinaigre (câpres, cornichons, oignons) ou dans une préparation à l’aigre-doux (chutney).
  • 20. Procédés de stabilisation et conservation - Autres Séparation et élimination de l’eau 20 Fumage ou la fumaison Le fumage ou la fumaison consiste à soumettre une denrée alimentaire à l'action des composés gazeux qui se dégagent lors de la combustion de végétaux. Le fumage joue le rôle d'aromatisation et/ou de coloration. Il s'applique principalement aux produits carnés pour lesquels le séchage suivi du fumage permet de conserver les viandes et poissons grâce à l'action combinée de la déshydratation et des antiseptiques contenus dans la fumée.
  • 21. Procédés de stabilisation et conservation - Autres Acidification 21 Fermentation La fermentation est la transformation naturelle d'un ou plusieurs ingrédients alimentaires sous l'action de levures, ou de bactéries. Les plus importantes transformations de denrées alimentaires par la fermentation sont au nombre de trois ; la fermentation alcoolique, la fermentation lactique (choucroute, cornichons, fromages) et la fermentation acétique (vinaigre).
  • 22. Procédés de stabilisation et conservation - Autres Irradiation 22 L’ionisation repose sur l'exposition des denrées alimentaires à l'action de rayonnements ionisants électromagnétiques qui a pour but d’augmenter la durée de conservation des aliments en éliminant les micro-organismes.
  • 23. Destruction thermique des microorganismes Stérilisation / Pasteurisation 23 Le traitement des aliments par la chaleur (ou traitement thermique) est aujourd’hui la plus importante technique de conservation de longue durée. Il a pour objectif de détruire ou d’inhiber totalement ou partiellement les enzymes et les microorganismes, dont la présence ou la prolifération pourrait altérer la denrée considérée ou la rendre impropre à l’alimentation humaine. L’effet d’un traitement thermique est lié au couple temps/température. De manière générale, plus la température est élevée et plus la durée est longue, plus l’effet sera important. Cependant, il faut aussi tenir compte de la résistance thermique des micro-organismes et des enzymes et qui est très variable.
  • 24. Destruction thermique des microorganismes Stérilisation / Pasteurisation 24 ▪ Stabiliser l’évolution hygiénique -Détruire et/ou inhiber les microorganismes (spores) -Détruire les enzymes -Cuire et/ou limiter la dénaturation thermique ▪ Optimiser par rapport aux critères organoleptiques et nutritionnels - Glucides: Gélatinisation de l’amidon (T>90°C), réaction de Maillard (T >100°C), caramélisation du saccharose (T> 95°C ) -Lipides: destruction (T > 200°C) -Protéines: dénaturation, modifications chimiques des résidus d’acides aminés, interaction protéines- protéines (agrégation: floculation, formation de précipités, de gels…=> peau du lait en surface ; floculation et gélification du lait) -Vitamines: destruction, oxydation -Minéraux: Modification des équilibres minéraux solubles et insolubles, diffusion de l’aliment vers la phase aqueuse Objectifs Il faut établir un compromis entre l’objectif recherché (destruction des microorganismes ) et ses conséquences non souhaitées (perte de la qualité nutritionnelles). Optimisation des barèmes de stérilisation ou pasteurisation
  • 25. Destruction thermique des microorganismes Stérilisation/ Pasteurisation 25 pH < 4,5 pH > 4,5 T < 100°C T > 100°C T < 100°C T > 100°C Pasteurisation stabilisante = « Stérilisation » Stérilisation (inutile) Pasteurisation (+ réfrigération) « Stérilisation » Acides 0 4 4,5 7 pH Très acides Fruits Tomates Peu acides Lait Viandes Poissons La plupart des légumes Conditions de traitement Agrumes
  • 26. Destruction thermique des microorganismes Pasteurisation 26 La pasteurisation est un traitement thermique à des températures comprises entre 60 et 100°C ayant pour but de détruire la totalité des micro-organismes pathogènes non sporulés et de réduire significativement la flore végétative présente dans un produit. C’est un procédé de conservation limité pour lequel le produit doit être conditionné hermétiquement (avec ou sans atmosphère modifiée ou sous vide) et réfrigéré (le produit pasteurisé peut être en effet conservé à +4°C de quelques jours à quelques semaines). La pasteurisation est généralement définie par un chauffage à 72 °C maintenu pendant 15 ou 20 secondes. Elle est souvent désignée sous le nom de procédé high temperature short time ou HTST, c’est-à-dire procédé à haute température et de courte durée. Ce type de pasteurisation est utilisé dans le monde entier. Toutefois, lorsque le lait cru est de qualité microbiologique médiocre ou mauvaise, il faut augmenter la température et le temps de chambrage. C’est ainsi que celle-ci peut atteindre ou dépasser 80 °C avec une durée de chauffage atteignant 1 ou 2 minutes.
  • 27. Destruction thermique des microorganismes Pasteurisation 27 Historique • Nicolas Appert met au point en 1831 une technique de conservation des aliments par le chauffage notamment pour le lait et la bière. Toutefois, il ne parvient pas à expliquer ce processus scientifiquement. • Louis Pasteur s’intérsse à cette technique et parvient à l’expliquer en déposant un brevet le 11 avril 1865 d’ou le nom de pasteurisation.
  • 28. Destruction thermique des microorganismes Pasteurisation 28 Objectifs L’objectif de la pasteurisation est d’allonger de façon significative la durée de conservation des aliments. La pasteurisation réduit au maximum les activités biologiques d’un produit tout en évitant de modifier ses caractéristiques organoleptiques et nutritionnelles. Les activités biologiques détruites ou inactivées par la pasteurisation sont : - Flores non pathogènes d’altération des aliments - Flores pathogènes et toxinogènes (Salmonella, Brucella, Listeria, etc) - Enzymes endogènes comme la lipoxygénase du soja (oxygénase qui catalyse l’oxygénation des acides gras polyinsaturés) ou la plasmine présente dans le lait (protéase dont le spectre d’action est assez large) - Les enzymes intracellulaires nuisibles
  • 29. Destruction thermique des microorganismes Pasteurisation 29 Objectifs La pasteurisation, comme tout traitement thermique, doit permettre : - Préserver l’aspect nutritionnel du produit tel que la non-destruction des vitamines - Ne pas modifier ses qualités organoleptiques telles que l’absence de brunissement, de décoloration, de goûts de cuit, de rupture de l’émulsion, de coagulation des protéines, etc. La pasteurisation présente donc un inconvénient majeur : elle ne détruit pas les flores sporulées.
  • 30. Destruction thermique des microorganismes Pasteurisation 30 Autre technique : la thermisation La thermisation est un traitement thermique appliqué au lait cru. Ce dernier devra être porté à une température d’au moins 63 ºC pendant 16 secondes. La thermisation est une forme amoindrie de pasteurisation. Son objectif principal est la destruction des bactéries pathogènes qui pourraient se trouver dans le lait, sans modifier autant ses caractéristiques technologiques. Cependant, ce traitement peut entrainer une diminution de la charge microbienne banale du lait (bactéries lactiques, bactéries d’affinage, etc.). Ladite charge est généralement exploitée pour la préparation du fromage au lait cru. Dans ce cas, on doit faire appel aux bactéries cultivées en laboratoire pour remplacer celles qui sont disparues. En général, c’est marqué sur les emballages des fromages : fabriqué avec du lait thermisé.
  • 31. Destruction thermique des microorganismes Stérilisation 31 La stérilisation est une technique de conservation des aliments constituant à éliminer tous les germes microbiens d'un aliment, y compris les spores microbiennes, en le portant à haute température (lait stérilisé UHT, conserves,…). Les températures appliquées resteront supérieures à 100 °C (des températures autour de 120 °C en général). La différence avec la pasteurisation se trouve dans la gamme de température appliqué durant le traitement : supérieure à 100°C en stérilisation et autour de 70°C en pasteurisation. D'autre part, l'efficacité du traitement n'est pas le même : en effet, la pasteurisation ne détruit que les formes végétatives mais pas les spores, ce qui induit une recontamination possible lors de la germination des spores. Ainsi, un aliment stérile n'a pas de Date Limite de Consommation (DLC) mais a une DDM (Date de Durabilité Minimale) qui s'exprime en mois. Au delà ce cette date, les propriétés organoleptiques ou nutritionnelles ne sont plus assurées mais le produit alimentaire ne constitue pas un danger pour celui qui va l'ingérer.
  • 32. Destruction thermique des microorganismes Stérilisation 32 La stérilisation d’un aliment ne suffit pas, à elle seule, pour sa conservation à long terme. Une contamination ultérieure de l’aliment par les microorganismes environnementaux pourrait survenir. Pour en remédier, on procède à la stérilisation du contenant (récipient) et du contenu (le produit alimentaire) ; le récipient doit être étanche à l’eau et aux microorganismes pour ne pas avoir une recontamination ultérieure à la stérilisation.
  • 33. Destruction thermique des microorganismes Stérilisation 33 Inconvénients Les traitements de stérilisation présentent l'inconvénient de dénaturer une partie des composants du produits : protéinés, vitamines (notamment et surtout la vitamine C) due à l'utilisation de températures élevées. On ne peux donc appliquer ce traitement pour des produits trop sensibles à la chaleur. En effet, compte tenu des hautes températures utilisées, il est préférable d'appliquer des temps de traitement courts. Or, la présence de particules ralentit la circulation du liquide à traiter dans les échangeurs. Malgré tout, l'utilisation d’échangeurs permet des traitements plus courts que si l'on devait traiter le produit sans son emballage du fait des meilleurs échanges de chaleur.
  • 34. Destruction thermique des microorganismes Stérilisation 34 Autre technique : UHT ou upérisation Le lait stérilisé UHT est un lait porté à 140-150 °C pendant une seconde environ, et ceci grâce au moyen d'une injection de vapeur. Le lait est ensuite refroidi immédiatement sous vide U, H et T sont les initiales de l'acronyme anglais, à « Ultra-high température »). Le procédé, qui est une stérilisation, tue tous les micro-organismes et inactive la plus grande partie des enzymes présentes dans le lait. La très courte durée de traitement permet de n'altérer que faiblement la valeur nutritive du lait (essentiellement par dénaturation partielle des protéines solubles comme l'alpha-lactalbumine et la béta-lactoglobuline) et modérément son gout, par rapport aux autres procédés comme la pasteurisation.
  • 35. 35 Destruction thermique des microorganismes Cinétique de destruction Thermorésistance La thermorésistance des micro-organismes varie en fonction des caractéristiques physico- chimiques de l’aliment telles que le pH, l’activité de l’eau (l’Aw quantifie dans un aliment la disponibilité de l’eau mobilisable pour les réactions biochimiques) et la teneur en lipides : ▪ Plus le pH de l’aliment est éloigné de la neutralité, plus les micro-organismes sont sensibles à la chaleur ; c’est pourquoi les aliments sont classés selon leur pH en trois classes. Aliments acides pH < 4,5 Aliments modérément acides 4,5 < pH < 5,3 Aliments peu acides pH > 5,3 ▪ Plus l’Aw de l’aliment est faible, plus les micro-organismes sont thermorésistants et donc plus le traitement par la chaleur est inefficace ; ▪ Plus l’aliment est gras, plus les micro-organismes seront résistants à la chaleur car les lipides sont demédiocres conducteurs de la chaleur.
  • 36. Destruction thermique des microorganismes Cinétique de destruction 36 Courbe de survie On détermine à différents temps le nombre de micro-organismes survivants suite à l’exposition à une température létale constante log N = f(t) « La destruction des microorganismes est progressive » N = f(t)
  • 37. Destruction thermique des microorganismes Cinétique de destruction 37 La relation log N = f(t) est appelée courbe de survie ou cinétique de destruction microbienne. Cette relation est linéaire, autrement dit, les micro-organismes exposés à une température létale constante, suivent une loi de destruction d’ordre 1 en fonction du temps. Le temps nécessaire pour détruire une fraction de la population est donc indépendant de la concentration initiale en micro- organismes. Plus le nombre initial de micro-organismes (N0) est important, plus le temps de pasteurisation doit être long. De même, plus les micro-organismes sont thermorésistants, plus la durée de pasteurisation doitêtre grande.
  • 38. Destruction thermique des microorganismes Cinétique de destruction 38 En première approximation la cinétique de la destruction des microorganismes est d'ordre 1. Cela signifie que, lorsqu'ils sont soumis à la température T, la relation entre le nombre de microorganismes formant colonies à l'instant t(N) et ce nombre à l'instant initial N0 est : DT N = No10 log N = − t No DT − t ▪ N ≠ 0 : la stérilité absolue est théoriquement impossible: Stérilité commerciale probabilité de survie. ▪ Le résultat du traitement thermique dépend de la charge microbienne initiale No: - Qualité M.P. et B.P. Hygiéniques - Contrôle en cours de fabrication
  • 39. Destruction thermique des microorganismes Cinétique de destruction 39 Dt (Temps de réduction décimale à la température T) : c’est le temps nécessaire pour réduire d’un facteur 10 (de 90%) le nombre de microorganismes lors d’un traitement à la température T. Ce temps de réduction décimale dépend principalement du type de microorganisme, mais également du milieu dans lequel il se trouve (pH, présence de certains ions, matière grasse, Aw, …)
  • 40. 40 DT : temps de réduction décimale à la température T D est en général donné à 121,1°C (250°F) pour les formes sporulées très thermorésistantes : Clostridium botulinum D121,1°C = 0,21 minute Clostridium sporogenes D121,1°C = 1 minute Bacillus stearothermophilus D121,1°C = 3 minutes Formes non sporulées D121,1°C = 5 x 10-8 minute Destruction thermique des microorganismes Cinétique de destruction
  • 41. 41 Destruction thermique des microorganismes Valeur stérilisatrice et pasteurisatrice L'intensité du traitement thermique, de stérilisation ou de pasteurisation, s'exprime sous la forme d'une Valeur Stérilisatrice (Vs), ou d'une Valeur Pasteurisatrice (Vp). Elle est égale à la durée d'un traitement conduisant à la même réduction du nombre de microorganismes (même N/N0) réalisé lui à la température de référence. Elle est donc exprimée en équivalent temps (minutes ou secondes) passé à la température de référence. Par exemple, une valeur stérilisatrice de 3 min signifie que l'expérience réalisée est équivalente à une expérience d'une durée de 3 min à une température constante égale à la température de référence (par exemple 121,1°C).
  • 42. 42 Destruction thermique des microorganismes Valeur stérilisatrice et pasteurisatrice Ces deux traitements sont identiques, ils donnent la même réduction du nombre de micro-organismes, donc ils ont la même valeur stérilisatrice : Vs=2,52 min Exemple Le symbole z est utilisé pour exprimer l'écart de température en degrés Celsius (°C) pour lequel les DT sont dans un rapport de 1 à 10. Pour la plupart des moisissures et des spores de moisissures, les bactéries et les spores de bactéries, z varie de 6 à 14 °C, avec de nombreux cas où z est voisin de 10°C.
  • 43. Destruction thermique des microorganismes Cinétique de destruction 43 Exemplesd’aliments Exemples de modes de pasteurisation Lait Pasteurisateur à échangeurà plaques (15 s à 72 °C). Crèmes Pasteurisateur à échangeurà plaques (15 s à 82 °C). Jus de fruits Pasteurisateur à échangeurtubulaire (10 s à 97 °C). Ovoproduits Pasteurisateur à échangeur tubulaire (2 - 6 min à 57-65 °C).
  • 44. Destruction thermique des microorganismes Cinétique de destruction 44 Procédé Température Durée Thermisation 63 – 65°C 15 s Pasteurisation LTLT du lait (Low Temperature Long Time) 63 °C 30 min Pasteurisation HTST du lait (High Tempareture Short Time) 72 – 75 °C 15 à 20 s Pasteurisation HTST de la crème etc. >80°C 1 à 5 s UHT (Stérilisation en continu), habituellement 135 – 140°C Quelques secondes Stérilisation en récipients 115 – 120°C 20 à 30 min Principales catégories de traitement thermique dans l’industrie laitière
  • 45. Destruction thermique des microorganismes Cinétique de destruction 45
  • 46. 46 La maîtrise de la température n’est pas suffisante pour une bonne conduite des autoclaves. Il faut aussi maîtriser les différentiels de pression entre l’enceinte de stérilisation et l’intérieur des récipients résultant des différentiels de température, tant au chauffage qu’au refroidissement. La détermination des coefficients d’échanges entre le fluide chauffant ou le fluide refroidissant et les emballages (en métal, verre ou plastique) , il faut intégrer les phénomènes de condensation de la vapeur d’eau et de vitesses d’écoulement des fluides autour des emballages. Contre-pression Principe: maintenir le milieu interne des emballages en dépression relative par rapport à l’enceinte pour éviter les problèmes de décapsulage, éclatement, rupture des joints ou déformation (appliquer une contre-pression d’air comprimé surtout au refroidissement) Destruction thermique des microorganismes Cinétique de destruction Traitement thermique en autoclave
  • 47. Traitement thermique en autoclave 47 Point critique La pénétration de chaleur dans une boîte peut être suivie par l’enregistrement de la température en un point du produit subissant le traitement thermique le plus faible, appelé point critique. Destruction thermique des microorganismes Cinétique de destruction
  • 48. Destruction thermique des microorganismes Echangeurs de chaleur 48 La plus grande partie du traitement thermique des produits laitiers s’effectue dans des échangeurs de chaleur à plaques. L’échangeur de chaleur à plaques est souvent appelé PHE en abrégé (Plate Heat Exchanger). Il est constitué d’un ensemble de plaques en acier inoxydable, fixé sur un bâti. Le bâti peut contenir plusieurs ensembles de plaques distincts - ou sections - dans lesquels s’effectuent les différentes phases du traitement : préchauffage, chauffage final et refroidissement. Le fluide de chauffage est de l’eau chaude et le fluide de refroidissement de l’eau froide, de l’eau glacée ou du glycol propylique, suivant la température du produit en sortie requise. Echangeurs à plaque
  • 49. Destruction thermique des microorganismes Echangeurs de chaleur 49 Echangeurs à plaque
  • 50. Destruction thermique des microorganismes Echangeurs de chaleur 50 Echangeurs tubulaires
  • 51. Destruction thermique des microorganismes Echangeurs de chaleur 51 Echangeurs tubulaires On distingue différents types d’échangeurs tubulaires: ▪ Echangeurs monotube (a) et multitube (b) : le produit alimentaire circule dans un ou plusieurs tuyaux au centre et les fluides thermiques circulent dans la partie extérieure. ▪ Echangeur annulaire (c) : le fluide thermique circule dans deux tuyaux, un central et l’autre annulaire externe ; le produit alimentaire est propulsé dans un canal annulaire intermédiaire.
  • 52. Destruction thermique des microorganismes Echangeurs de chaleur 52 Echangeurs à spirale Ils sont formés de deux canaux en acier inoxydable enroulés en spirale dans lesquels les liquides circulent à contre—courant.
  • 53. Destruction thermique des microorganismes Echangeurs de chaleur 53 Echangeurs à surface raclée Le canal central est muni d’un rotor équipé de lames qui raclent continuellement la surface intérieure de transfert, évitant au produit de s’y déposer, et qui mélangent le produit chauffé ou refroidi.
  • 54. Destruction thermique des microorganismes Technologies – Traitement des produits conditionnés 54 Systèmes discontinus : autoclaves - Systèmes verticaux - Systèmes horizontaux
  • 55. Stabilisation par les basses températures Généralités ▪ Le froid correspond à un abaissement de la température d’un corps de façon à réduire considérablement son évolution. ▪ L’usage de sources de froid existe depuis toujours : la collecte et le stockage de la glace des lacs ou des rivières en hiver, pour refroidir les poissons ou les viandes, l’évaporation de l’eau de jarre d’argile pour maintenir la nourriture au frais, sont quelques exemples anciens. ▪ Quand on parle de « froid » en agroalimentaire, on parle de deux niveaux de températures : - Au-dessus du point de changement d’état de solidification de l’eau : on parle de froid positif ou réfrigération et les produits se situent en moyenne entre 0 °C et 10 °C. - En dessous de ce point : on parle froid négatif ; il s’agit de la congélation et de la surgélation, suivant la vitesse de descente de la température. Les produits se situent entre - 40 °C et -10°C. (-18°C le plus souvent)
  • 56. Stabilisation par les basses températures Généralités Le froid ne tue pas les micro-organismes : il ne fait que ralentir leur développement, c’est à dire les inhiber. Et, il faut se rappeler qu’il y a des microbes résistants au froid : ce sont les psychotrophes, psychrophiles et cryophiles. Les levures et les moisissures en particulier se complaisent dans des ambiances froides et humides. Certaines bactéries, comme Yersinia ou Listéria aiment le froid positif. Il faut retenir toutefois trois températures clés : • + 3 °C : fin des risques dus aux bactéries pathogènes et toxinogènes, • - 10 °C : arrêt de toute multiplication bactérienne, • - 18 °C : arrêt de toute multiplication microbienne (y compris levures et moisissures).
  • 57. Stabilisation par les basses températures Généralités
  • 58. Stabilisation par les basses températures Action du froid sur les aliments Congélation ou Surgélation ? Selon la vitesse de refroidissement des aliments, on distingue : ▪ Surgélation : au cours de laquelle les denrées sont stabilisées par abaissement rapide de la température jusqu’à -18°C à cœur maximum (on peut descendre jusqu’à -30°C). Cette technique permet la formation de nombreux et petits cristaux de glace qui ne détériorent pas l’aliment. Seul un faible exsudat se produit lors de la décongélation. ▪ Congélation lente qui s’applique à des produits qui, par leur aspect ou leur mode de récolte, ne peuvent satisfaire à certaines exigences, par exemple vitesse de congélation à laquelle sont soumis les produits surgelés. Le refroidissement de l’aliment s’effectue lentement et rarement en dessous de -18°C, ce qui entraîne la formation de cristaux de glace de taille relativement importante par rapport à celle des cellules du produit. Les aiguilles tranchantes des cristaux de glace peuvent percer et déchirer la paroi des cellules peu résistantes et favoriser une certaine exsudation lors de la décongélation.
  • 59. Stabilisation par les basses températures Action du froid sur les aliments Congélation ou Surgélation ? La technique de conservation par le froid négatif qui préserve le mieux les qualités des produits alimentaires est la surgélation. Néanmoins on pourra utiliser la congélation (technique moins onéreuse) quand il n’y a pas d’effets remarquables sur la qualité du produit notamment quand ce dernier ne comporte pas de structure fragile comme les tissus végétaux ou animaux (exemple ; jus de fruit, purée de fruit…) Surgélation Congélation
  • 60. Stabilisation par les basses températures Sources de froid On utilise des fluides frigorigènes, c’est-à-dire des fluides aux caractéristiques particulières, comme la facilité de changer d’état (liquide vers solide et inversement) à des pressions basses et des températures basses. On emploie globalement deux types de fluides : ▪ Les frigorigènes obtenus par transformations chimiques (halogénation, chloration) Deux générations de produits ont vu le jour : − Les frigorigènes se composant de la lettre « R » (pour réfrigérant) suivie de deux ou trois chiffres : R - xyz. Ce sont les hydrocarbures halogènes, comme le R22, couramment utilisé, ou le RI 15. Ces frigorigènes relèvent d’une nomenclature spécifique. - Les frigorigènes se composant de la lettre « C » qui sont des composés contenant du chlore, comme les CFC (chlorofluorocarbures) ou les HCHC (un atome d’hydrogène à la place d’un chlore). Ces composés sont fortement impliqués dans la destruction de la couche d’ozone. ▪ Des frigorigènes naturels, appelés « gaz cryogéniques » Ce sont l’azote liquide et le gaz carbonique qui ont la particularité de changer d’état à pression normale et à des températures très basses .
  • 61. Stabilisation par les basses températures Sources de froid Deux techniques sont possibles : la technique de froid dite « mécanique » qui met en œuvre une machine frigorifique et la technique de froid dite « cryogénique » qui met en œuvre directement l’azote ou le gaz carbonique. ▪ Froid mécanique Le concept de la machine frigorifique remonte au milieu du XIXe siècle grâce à Lord Kelvin. Un fluide frigorigène (ou frigorifique) circule en boucle fermée et il change d’état facilement sous l’influence de la pression. On utilise le fait que tout changement d’état entraîne une consommation ou une libération d’énergie. En particulier : - Le passage de l’état liquide à l’état gazeux demande de l’énergie extérieure (+Q). - Le passage de l’état gazeux à l’état liquide dégage de l’énergie (-Q). En effet, il faut de l’énergie pour désorganiser la matière et écarter les molécules (Liquide - Gaz) alors que le rapprochement de celles-ci libère de l’énergie.
  • 62. Stabilisation par les basses températures Sources de froid L’installation (réfrigérateur ou congélateur…) comprend un circuit fermé de circulation d’un fluide frigorigène : du fréon (gaz rare) ou des liquides frigorifiques de synthèse. L’installation comprend : - L’évaporateur : II renferme le fluide frigorigène à 20 °C ; sous pression atmosphérique normale P1, le liquide se vaporise (passage de l’état liquide à l’état gazeux) : il y a donc besoin d’énergie. Celle- ci est prise dans l’air qui se trouve dans le compartiment intérieur du réfrigérateur (l’enceinte). L’air et les aliments qui s’y trouvent sont refroidis. L’évaporateur est l’organe principal de fabrication du froid. - Le compresseur: dans le compresseur, la pression devient P2 > P1. Le fluide est toujours gazeux et sa température augmente à T2 > Tl. - Le condenseur: dans le condenseur, le gaz se refroidit au contact de l’air ambiant ce qui provoque le liquéfaction du gaz (passage de l’état gazeux à l’état liquide) : il y a alors libération de calories, donc de chaleur (cela explique que le dos du réfrigérateur soit chaud). - Le détendeur: iI permet de baisser la pression du liquide frigorigènes pour la ramener à sa valeur initiale (P1) . La température chute aussi.
  • 63. Stabilisation par les basses températures Sources de froid
  • 64. Stabilisation par les basses températures Sources de froid ▪ Froid cryogénique La vaporisation de certains gaz liquéfiés, au contact direct d’aliments, absorbe la chaleur de ceux-ci (énergie) et permet de les refroidir très vite. En alimentaire, on utilise deux gaz liquides intéressants pour leur très basse température de changement d’état à basse pression : - Le CO2 liquide qui devient gazeux à - 78,5 °C sous 1 atm. - Le N2 liquide qui devient gazeux à -196 °C sous 1 atm.
  • 65. ▪ Echangeurs pour les liquides ▪ Froid ventilé (classique) ▪ Aspersion ou froid humide (fruit et légumes) ▪ Immersion (poissons, poulets, certains fruits et légumes) ▪ Vacuum cooling (refroidissement par le vide pour les stations fruitières et légumières) Stabilisation par les basses températures Réfrigération Techniques de refroidissement
  • 66. Stabilisation par les basses températures Réfrigération Hydrocooling Traitement par de l’eau glacée ; ex= fruits, carcasse de volailles. Les produits sont refroidis soit par immersion dans l’eau froide ou bien par aspersion d’eau froide.
  • 67. Stabilisation par les basses températures Réfrigération Aircooling Ventilation forcée d’air froid ; ex : fruits et légumes, carcasses (T°C d’air= -1 à -10 °C ; HR=90%) ; il s’agit des tunnels (statiques ou dynamiques) et cellule de refroidissement rapide.
  • 68. Stabilisation par les basses températures Réfrigération Vacuum cooling Refroidissement sous vide : en diminuant la pression, la température d’évaporation diminue et cette évaporation superficielle provoque le rafraichissement de la surface des produits types légumes feuilles (laitues…) ; la vapeur d’eau est piégée sur des plaques à - 6°C.
  • 69. Stabilisation par les basses températures Congélation - Surgélation Congélateurs à tunnels Ces matériels utilisent de l’air pulsé comme fluide frigorifique intermédiaire. Celui-ci est refroidi à travers l’évaporateur de la machine frigorifique, pulsée sur le produit par un ventilateur, puis recyclé pour être refroidi à nouveau. Ce système existe en continu (tunnel à bande porteuse ou dynamique) et en discontinu (tunnel dit statique). L’avantage des tunnels de congélation réside dans leur souplesse d’utilisation. Ils sont recommandés lorsqu’on est amené à congeler plusieurs types de produits, de forme et de taille différente.
  • 70. Stabilisation par les basses températures Congélation - Surgélation Congélateurs à tunnels statique
  • 71. Stabilisation par les basses températures Congélation - Surgélation Congélateurs à tunnels dynamique
  • 72. Stabilisation par les basses températures Congélation - Surgélation Surgélateurs cryogéniques La surgélation cryogénique (ou directe) consiste à mettre le produit directement en contact avec une source de froid, par aspersion d’un liquide comme l’azote liquide ou le CO2 liquide qui s’évaporent au contact du produit. Dans ce cas, l’apport frigorifique est apporté par la chaleur latente d’évaporation du liquide en contact avec le produit (l’azote liquide s’évapore à -196 °C et le CO2 liquide s’évapore à -54 °C). Ce système de congélation a l’avantage d’être rapide et ne nécessitant pas une installation frigorifique proprement dite. Toutefois, il est assez coûteux et ne peut être donc utilisé que pour les produits alimentaires à haute valeur marchande. Cette technique permet aussi d’obtenir des produits surgelés de manière individuelle (sans se coller) ; on parle de procédé « IQF » (Individually Quick Frozen)
  • 73. Stabilisation par les basses températures Congélation - Surgélation Surgélateurs cryogéniques
  • 74. Vitesses de surgélation 0,5 cm/h 0,5-5 cm/h 5-10 cm/h 10-100 cm/h 100-300 cm/h Congélation en chambre froide ventilée Congélateur à air soufflé ou à plaques Surgélateur IQF (IndividuallyQuickFrozen), lit fluidisé Immersion dans liquide frigorifique Froid cryogénique Stabilisation par les basses températures Congélation - Surgélation Aspects cinétiques et énergétiques
  • 75. La fermentation est un phénomène naturel, se produisant lors de la décomposition de la matière organique. Par ailleurs, l’utilisation de la fermentation par l’homme a débuté de manière empirique. Elle était utilisée initialement pour conserver les denrées, préparer du pain, des boissons alcoolisées… Les fermentations résultent de l'action d'enzymes microbiennes sur un substrat organique. Ces réactions biologiques qui dégradent le substrat sont des réactions d'oxydo-réduction se produisant à l'abri de l'air (anaérobiose) et qui dégagent peu d'énergie. L'homme a mis à profit les phénomènes de fermentation pour conserver certains aliments et en transformer d'autres en améliorant leurs qualités nutritionnelles ou organoleptiques. De très nombreux aliments fermentés existent actuellement (plusieurs milliers) parmi lesquels: yaourts, fromages, pain, mais aussi cacao, thé, café … Fermentation Généralités
  • 77. De nombreux aliments n’existeraient pas sans fermentation. Les fermentations liées à l’action des micro-organismes interviennent dans de nombreuses transformations: ▪ Transformation du lait en crèmes maturées, yaourts, fromages frais et affinés (bactéries lactiques, levures, moisissures) ▪ Boissons fermentées ▪ Fabrication des salaisons (bactéries lactiques) ▪ Fermentation des végétaux par exemple pour la choucroute (bactéries lactiques) ▪ Boulangerie traditionnelles (levures) Fermentation Généralités
  • 78. La fermentation c’est une transformation d’un aliment par un microorganisme en absence d’oxygène. Ce qu’on appelle des « bons microbes ». L’Homme s’en sert pour 3 raisons : ▪ Rendre l’aliment plus digeste ▪ Conserver plus longtemps ▪ Produire une substance d’intérêt Fermentation Généralités
  • 79. La fermentation est une réaction biochimique qui consiste à libérer de l’énergie à partir d’un substrat organique sous l’action d’enzymes microbienne et à rejeter des produits. La fermentation est provoquée par des micro-organismes anaérobies capables de décomposer la matière organique (glucides, lipides, protides en acides organique et alcools) et de donner du méthane et du gaz carbonique suivant le type de fermentation. La réaction de fermentation ne fait pas intervenir d’oxygène, elle se déroule donc en absence d’air (anaérobiose). Le terme fermentation dérive du latín fervere qui signifie bouillir un liquide en cours de fermentation. Fermentation Définition
  • 80. ▪ Ce sont des êtres vivants très petits. On les observe au microscope. ▪ Les micro-organismes utilisés en agro-alimentaire sont: Fermentation Micro-organismes
  • 81. ▪ En se nourrissant de sucres et d’eau, le micro-organisme fait le plein d’énergie pour se multiplier. Il produit alors des déchets qui sont intéressants pour l’Homme. Par exemple, la bactérie rejette de l’acide, comme celui qu’on peut sentir dans un yaourt nature. ▪ Pour se développer, les micro-organismes doivent être à une bonne température. Au-delà de 65°C, la plupart meurt. En-dessous de 4°C, il entrent en dormance. ▪ Une fois qu’ils se sont multipliés, ils colonisent l’aliment et changent son goût, sa texture, sa couleur et surtout permettent sa conservation. Fermentation Micro-organismes
  • 82. ▪ Les ferments sont des agents microbiens produisant la fermentation d’une substance. L’enjeu en agroalimentaire est donc de sélectionner la flore utile et d’éliminer la flore indésirable ▪ Les microorganismes utilisables en industrie alimentaire doivent avoir comme caractéristiques communes: - De ne pas présenter de risque pour la santé humaine et animale - D’être facilement utilisables et maîtrisables Fermentation Ferments
  • 83. Fermentation Types Il se forme de l'acide lactique à partir du glucose. L'acide lactique ayant comme formule semi-développée : Remarque : La fermentation malolactique est un cas particulier, l'acide lactique se formant au détriment de l'acide malique Fermentations lactique
  • 85. Fermentation Types Fermentations alcoolique ll se forme de l'éthanol à partir du glucose.
  • 86. Fermentation Types Fermentation acétique Il se forme de l'acide éthanoïque à partir de l'éthanol. Remarquons que cette fermentation est aérobie, l'oxydation nécessitant l'oxygène de l'air pour avoir lieu.
  • 87. Fermentation Types Fermentation propionique De l'acide propanoïque, de l'acide éthanoïque ainsi que du CO2 et du dihydrogène se forment. L'acide propionique (ou propanoïque) et l'acide éthanoïque sont responsables de la flaveur des fromages à pâte cuite et le gaz carbonique responsable de l'ouverture de ces fromages (Comté, Gruyère et Emmental). Les bactéries qui produisent ce type de fermentation sont les bactéries propioniques ( genre Propionibacterium).
  • 88. Fermentation Types Fermentation butyrique ll se forme de l'acide butanoïque, du CO2 et du dihydrogène à partir de l'acide lactique déjà formé par fermentation lactique : L'acide butyrique est responsable de l'odeur putride et du goût piquant de certains fromages à pâte cuite. Cette fermentation a lieu sous l'effet des bactéries Clostridium butyricum .
  • 89. Fermentation Fromage Pour fabriquer du fromage, il faut d’abord solidifier du lait. En moyenne, le lait de vache contient: • 88% d’eau • 3,2% de protéines (caséines à 80%) • 4,8% de glucides (lactose à 97%) • 3,2% de matières grasses (triglycérides a 98%) • minéraux (essentiellement riche en calcium, potassium et phosphore) • vitamines (surtout B12, B2 et A) Les caséines constituent environ 80% des protéines du lait. Elles ne sont pas solubles dans l’eau. Les caséines sont fondamentales dans le lait : •Elles permettent de garder le calcium en suspension et donc de faire du lait un aliment nutritionnel exceptionnel (sans quoi le calcium précipiterait) •Elles sont le composant essentiel du fromage et déterminent quasiment à elles seules le rendement fromager du lait
  • 90. Fermentation Fromage Pour fabriquer du fromage, il faut d’abord solidifier du lait. En moyenne, le lait de vache contient: • 88% d’eau • 3,2% de protéines (caséines à 80%) • 4,8% de glucides (lactose à 97%) • 3,2% de matières grasses (triglycérides a 98%) • minéraux (essentiellement riche en calcium, potassium et phosphore) • vitamines (surtout B12, B2 et A) Les caséines constituent environ 80% des protéines du lait. Elles ne sont pas solubles dans l’eau. Les caséines sont fondamentales dans le lait : •Elles permettent de garder le calcium en suspension et donc de faire du lait un aliment nutritionnel exceptionnel (sans quoi le calcium précipiterait) •Elles sont le composant essentiel du fromage et déterminent quasiment à elles seules le rendement fromager du lait
  • 91. Fermentation Fromage Il existe différentes sortes de caséines: αS1, αS2, β et κ. Ces protéines aiment plus ou moins l’eau (hydrophobes) et le calcium. Par mécanisme d’attraction et de répulsion celles-ci s’agglomèrent en petits amas hétérogènes appelés submicelles. Ces submicelles s’agrègent ensuite en plus grosses unités de 10 à 100 submicelles, les micelles. Certaines submicelles contiennent plus de caséines α et d’autres contiennent plus de caséines κ. Ces dernières moins hydrophobes vont se retrouver sur le pourtour des micelles, tandis que les autres se retrouvent au centre de la micelle. Le calcium et le phosphate interagissent aussi avec ces submicelles et aident à lier les submicelles entre elles.
  • 92. Fermentation Fromage La coagulation est le processus qui sépare le lait en caille (une sorte de solide mou) et en petit lait ou lactosérum (liquide). Ce processus peut être le résultat : • Fermentation à l’aide de bactéries • Réaction enzymatique avec de la présure Dans les deux cas, la coagulation correspond à une déstabilisation des micelles de caséines et à leur rapprochement qui finit par donner le caillé. Pour la plupart des fromages, les deux types de coagulation sont utilisés jointement en donnant plus ou moins d’importance à l’un des deux types.
  • 93. Fermentation Fromage Dans le cas de la coagulation par fermentation, les bactéries transforment le lactose en acide lactique. L’acidité du lait augmente, l’effet de répulsion des micelles entre elles diminue. Celles- ci finissent alors par s’agglomérer entre elles. Lors de l’ajout de présure c’est un mécanisme différent qui opère. La présure, consitutée d’enzymes (Chymosine), va couper en deux les protéines de caséines κ (para caséine κ et fragment CMP (caséinomacropeptide)) se trouvant en périphérie des micelles. Les micelles sont déstabilisées. La para caséine κ est plus hydrophobe et s’agrège alors aux caséines α. Les micelles se rapprochent alors entre elles. Cette phase s’appelle la floculation. Vient ensuite une troisième phase ou l’amas de micelles se structure en un réseau bien organisé. La présure est un coagulant du lait d'origine animale extrait de la caillette (le quatrième estomac) de jeunes ruminants. Elle est constituée d'enzymes actives appelées chymosine et pepsine.
  • 95. Fermentation Fromage Le lait a maintenant coagulé, il se trouve alors dans un état assez stable qui peut faire un peu penser a de la gelée. S’ensuit alors la phase d’égouttage, appelée aussi synérèse par les chimistes. Le but de cette étape est de poursuivre l’extraction du petit lait du caillé. Suivant le type de coagulation, le caillé a une structure différente. La coagulation acide donne un caillé peu structuré, ce qui rend l’égouttage assez spontané, mais lent et incomplet. La coagulation enzymatique en revanche donne un caillé très structuré. Le réseau de micelle retient le lactosérum dans des petites poches, ce qui rend l’égouttage spontané plus faible. Il est alors nécessaire d’appliquer: • Soit une action physique telle que le tranchage, brassage, pressage • Soit une action physico-chimique telle que le chauffage ou le salage pour extraire le petit lait du caillé. La structure du caillé a aussi une influence sur l’évolution du fromage.