Techniques de conservation des aliments

Pour maintenir son équilibre psychique, physique et pour assurer le bon fonctionnement de ses organes, l'homme doit s'alimenter convenablement (repas sain et équilibré). La nature offre une grande diversité de produits d'origines animale et végétale qui se détériorent très vite lorsqu'ils cessent d'appartenir aux organismes vivants. D'après Jeantet et al. (2006), la complexité et l'hétérogénéité du système formé par l'aliment seraient la base de sa grande instabilité aux plans thermodynamique, biologique et chimique. Aussi pour assurer sa survie en période de disette, l'homme a tout le temps recherché des méthodes de conservation des denrées alimentaires. Nout et al. (2003) affirment précisément que le début du développement de la science alimentaire fut stimulé par la nécessité de conserver les aliments. L'altération de la qualité organoleptique, hygiénique et nutritionnelle de ceux-ci (provoquée par les réactions chimiques, les réactions de lipolyse, de protéolyse et d'oxydation, la production de métabolite et le développement des enzymes et microorganismes au sein du produit) peut être freinée ou stoppée par certaines méthodes dites de conservation. Il a été observé dans un premier temps que certaines évolutions naturelles conduisaient à l'obtention de produits plus stables et d'intérêt gustatif (Jeantet et al., 2006). Depuis lors, d'autres technologies de conservation se sont développées et sont aujourd'hui appliquées dans les Industries Agroalimentaires (IAA) pour la conservation des denrées alimentaires. D'une manière globale, on parle de traitement de stabilisation scindé en deux groupes distincts : stabilisation biologique et stabilisation physico chimique.

Stabilisation biologique

Les stratégies mises en oeuvre pour garantir la stabilité biologique des aliments sont présentées dans la figure ci-après :

STABILISATION BIOLOGIQUE

INHIBITION

SEPARATION

DESTRUCTION

Conditions physicochimiques

Diminution de l'aw

Elimination de l'eau

Fixation de l'eau

Acidification et fermentation

Molécules à action bactériostatique

Réfrigération

Filtration

Déshydratation

Evaporation

Molécules hydrophiles

Cristallisation (congélation)

Hautes pressions

Ionisation

Traitement thermique

Microfiltration

Décantation centrifuge

Figure 1 : Stratégies de stabilisation biologique des aliments.

Source : (Jeantet et al., 2006)

Destruction des agents biologiques

On regroupe dans cette stratégie de stabilisation biologique, les traitements thermiques (pasteurisation, stérilisation), l'ionisation et les hautes pressions.

La destruction des agents biologiques par les traitements thermiques qui apportent l'énergie nécessaire à la dénaturation des macromolécules (protéines, ADN) a été initiée par Appert7(*) et Pasteur8(*) (Jeantet et al., 2006). Le traitement thermique est aujourd'hui considéré comme la plus importante technique de conservation de longue durée. Par l'action de la chaleur, les enzymes sont inactivées et les microorganismes sont totalement ou partiellement détruits. Cependant, si la qualité sanitaire est assurée par un traitement thermique intense, la qualité nutritionnelle et organoleptique est réduite. L'application des températures extrêmes peut causer la rupture des liaisons hydrogènes et donc la perte de la structure secondaire des protéines (Hennen, 1998) ou provoquer la dénaturation des macromolécules impliquées dans la texture de l'aliment et les constituants d'intérêts biologiques (vitamines) (Jeantet et al., 2006). De nos jours, les traitements couplés (procédés physiques de conservation ou de transformation plus traitement thermique modéré) sont de plus en plus employés pour préserver la qualité sensorielle et nutritionnelle, tout en assurant la qualité hygiénique. Nous avons par exemple le cas du lait stabilisé par ultrafiltration tangentielle, seule ou couplée au traitement thermique.

Outre les traitements thermiques, d'autres traitements peuvent être également envisagés pour la conservation de longue durée par destruction des agents biologiques. Il s'agit de l'ionisation, des hautes pressions et des champs électriques pulsés. L'ionisation a pour objectif de détruire les micro-organismes pathogènes ou responsables de l'altération des aliments sans compromettre la sécurité ni les qualités nutritionnelles et organoleptiques des produits. Cette amélioration de la qualité microbiologique constitue donc une réponse supplémentaire aux exigences sanitaires, et s'inscrit dans le concept de l'assurance qualité. Mais malgré qu'ils se soient développés depuis plus d'une trentaine d'années ces traitements athermiques sont limités dans leur application pour plusieurs raisons.

• 7 Nicolas Appert (1749-1841) Industriel français, créateur de l'industrie des conserves alimentaires.

Inhibition des agents biologiques

La stabilisation par inhibition se divise en inhibition chimique et inhibition par abaissement de la teneur en eau, soit par diminution de l'activité de l'eau.

1.1.2.1- Inhibition par diminution de l'activité de l'eau L'eau représente le constituant le plus abondant de la plupart des aliments à l'état naturel exceptées les graines (Jeantet et al., 2006). Dans l'aliment, on la retrouve sous forme d'eau libre ou d'eau liée et, selon son état de liaison, elle présente des propriétés physico-chimiques différentes. D'après Jeantet et al. (2006), diverses observations auraient montré que l'eau dite « liée » peut elle-même être liée plus ou moins fortement et que l'état de l'eau a d'autant d'importance pour la stabilité d'un aliment que la teneur totale en eau. L'eau disponible ou eau libre (symbolisée en science alimentaire par l'activité de l'eau) joue un rôle déterminant dans la conservation des aliments. Elle a un double rôle : celui de solvant et de réactif. En effet, en abaissant cette eau, on améliore la stabilisation du produit et les réactions d'hydrolyse.

L'activité de l'eau (notée aw) peut être abaissée en éliminant l'eau libre par évaporation et séchage, par cristallisation de l'eau solvante (congélation) ou par apport de solutés très hydrophiles qui fixent les molécules d'eau par interactions hydrogènes ou dipolaires (salage, sucrage) (Jeantet et al., 2006). La déshydratation des produits alimentaires permet d'en assurer une bonne stabilité par abaissement de l'activité de l'eau et permet de réduire les coûts de transport et stockage (Bimbenet et Loncin, 1995). En se dissolvant dans l'eau contenue dans les aliments, le sel diminue l'eau disponible et stoppe ainsi la croissance des microorganismes.

Par rapport aux traitements thermiques, la conservation par inhibition en abaissant l'eau disponible a l'avantage de moins altérer la qualité nutritionnelle et organoleptique. De plus l'inhibition générée par abaissement d'aw peut être levée par réhydratation, décongélation et dilution.

1.1.2.2- Inhibition chimique Le pH (potentiel hydrogène) de l'aliment est également une des grandeurs qui influence le comportement des microorganismes. A des pH en dessous de 4.5, l'activité et la survie d'une grande flore microbienne sont très réduites. Entre 4.5 et 6.0, seuls les acidotolérants résistent. Au pH neutre, la plupart des microorganismes se trouvent dans les conditions optimales de survie. Il est donc possible de ralentir les phénomènes d'altérations microbiennes en s'écartant des conditions optimales (Jeantet et al., 2006) ; c'est à dire de la neutralité (pH=7). Ce qui peut se réaliser par acidification du milieu, soit par ajout d'acide, soit par fermentation. Le tableau ci après présente le comportement des microorganismes en fonction du pH du milieu.

Tableau 1 : Importance du pH pour la conservation des aliments

pH

Valeurs importantes pour l'industrie alimentaire

PH: 6.0-7.5

Tous les microorganismes survivent, c'est le pH de la plupart des aliments

PH: 4.5-6.0

Seulement les microorganismes acidotolérants survivent, c'est le pH de beaucoup de fruits

PH: 3.2-4.5

Activité et survie des microorganismes sont très limitées : concentré de fruits (citrons)

Source : (Nout et al., 2003)

• 8 Louis Pasteur (1822-1895) Chimiste et biologiste français

Séparations

Contrairement aux deux stratégies de stabilisation biologique précédem-ment décrites, cette technique n'est ni basée sur la destruction des microorganismes ni sur l'inhibition des facteurs favorisant leur croissance ; mais sur la séparation non destructive des microorganismes présents dans les produits liquides en jouant sur la différence de masse volumique ou sur les caractéristiques de la taille. On inclut dans ces opérations la décantation centrifuge et la microfiltration. Il va donc de soi que la qualité organoleptique du produit n'est en aucun cas compromise. Les microorganismes sont simplement ôtés du produit sans destruction physique mais par séparation sélective.

Stabilisation physico-chimique

La constitution hétérogène de l'aliment concoure énormément à son instabilité et donc à son altération.

Figure 2 : Structure matricielle des aliments (Source : Jeantet et al, 2006.)

On voit dans cette structure une forte dispersion des constituants de l'aliment. La présence simultanée dans l'aliment de ces constituants dispersés et thermodynamiquement incompatible génère des tensions qui contribuent à déstabiliser le produit. Selon Jeantet et al. (2006), pour stabiliser les éléments dispersés, on agit sur le diamètre des particules et sur la viscosité de la phase dispersante, ou on crée un réseau macromoléculaire limitant le déplacement des particules en les incluant dans ses mailles. Lorsque l'on a affaire à deux phases non miscibles, l'une des techniques les plus répandues consiste à émulsifier une phase dans l'autre c'est-à-dire disperser les gouttelettes de l'une des phases dans l'autre. D'autre part, pour empêcher la séparation des phases (phase grasse de la phase aqueuse), les industries emploient soit des macromolécules de nature glucidique ou protéique, soit d'émulsifiants de faible poids moléculaire qui créent, modifient et stabilisent la structure physico-chimique de produits alimentaires. En effet, grâce à leurs propriétés épaississantes et gélifiantes, les macromolécules protéique et glucidique arrivent à augmenter la viscosité, et parfois même, à former des gels sous l'influence de certains facteurs et servent ainsi à stabiliser les émulsions. Comme exemples d'émulsifiants, nous pouvons citer l'utilisation des pectines dans les produits laitiers, les boissons fruités, les confiseries ; des aginates dans les produits laitiers, les produits en poudre, les produits restructurés (viandes, fruits, légumes, poissons).