Notion sur les aliments

La composition biochimique des aliments, leurs propriétés physiques et leur faculté à réagir aux conditions que leur impose leur milieu environnant sont des notions qu’il est nécessaire de rappeler avant d’aborder les problèmes de conservation et comprendre les processus de dégradation des denrées stockées.

II.1.1. Composition Biochimique des aliments

Sous leur apparence de complexité et de variété d’aspect et de goût, les aliments tirent en réalité leur valeur nutritive d’un nombre relativement restreint de substances.

En effet, les aliments sont constitués d’eau et de matière sèche (Cruz, et al., 1988). La matière sèche se décompose elle-même en matière minérale (macro-éléments, silice, chlorures, phosphate, sulfate... et oligo-éléments : cuivre, fer, manganèse, iode...) et en matière organique dans laquelle on distingue : les glucides, les lipides, les protides (éléments principaux) et les vitamines. Les glucides se présentent sous la forme simple de sucres (oses) dont l’union donne les glucides polymères (amidon, glycogène, …), les protides sont des polymères composés de divers acides aminés couplés par des liaisons peptidiques, les lipides forment la partie grasse des aliments et enfin, les vitamines qui sont des micronutriments indispensables pour le métabolisme humain.

II.1.2. Présentation de l’aliment blé/semoule de blé

Le blé fait partie des trois céréales dont les grains sont utilisés pour la nourriture humaine ou animale (SALMI & MERBAH, 2015). Le grain de blé est un fruit sec, indéhiscent (fruit qui ne s’ouvre pas à maturité) dont la paroi est adhérente au tégument

de l’unique graine qu’il renferme. Selon (APFELBAUM, et al., 2009), il existe deux espèces : le blé tendre utilisé pour la fabrication du pain, des biscuits, …, et le blé dur destiné à la fabrication du couscous et des pâtes.

Le grain de blé dur se distingue par plusieurs caractéristiques physiques telles qu’une forme du grain plus allongée, une couleur ambrée et surtout par une amande de texture très vitreuse et résistante au broyage (FRANCONIE, et al., 2010). Il mesure entre 5 et 7mm de long, et entre 2,5 et 3,5mm d’épaisseur, pour un poids compris entre 20 et 50mg (CANADAS, 2006), est composé de trois parties principales : l’enveloppes, l’amande (albumen), et le germe.Une structure du grain de blé dur est présentée à la figure II.1. Au niveau diététique le blé dur est la plus équilibrée des céréales et la plus riche en protéines (Anonyme, 2011).

Figure II.1 : Schéma d’une coupe longitudinale d’un grain de blé dur (SALMI & MERBAH, 2015)

Les principaux produits du blé sont la semoule et la farine. La mouture, opération centrale de la transformation des blés en farines et en semoules, repose sur la mise en œuvre de deux opérations unitaires : une opération de fragmentation-dissociation des grains et une opération de séparation des constituants. La première permet de dissocier l’amande et les enveloppes (broyage), de fractionner les semoules vêtus (désagrégeage);

la seconde assure la séparation des sons de produit sur la base de leur granulométrie (division par tamisage) et de leurs aérodynamiques (FEILLET, 2000).

II.1.3. Propriétés biophysique et chimiques des aliments : Quelques définitions

• La Conductibilité Thermique

Les aliments ont une très faible conductibilité thermique : les échanges de température entre l’aliment et le milieu environnant sont faibles et lents (ITCF, 1988) Cela peut être un avantage ou un inconvénient suivant le cas dans lequel on se situe. En ventilation de refroidissement, par exemple, une quantité d’air importante est nécessaire pour abaisser la température de l’aliment. Lorsque l’aliment est bien refroidi, il se réchauffe difficilement à cause de sa conductivité faible.

• L’Hygroscopicité

Selon les conditions dans lesquelles ils se trouvent, des échanges d’eau sous forme de vapeur se font entre l’air et l’aliment (ITCF, 1988). Ces échanges ont lieu jusqu’à ce qu’un équilibre hygroscopique s’établisse. De nombreux travaux ont permis d’établir des courbes d’équilibre hygroscopique air-grain, par exemple. La connaissance et l’utilisation de ces courbes sont nécessaires pour le calcul des installations et de ventilation ; leur interprétation permet aussi d’expliquer certains phénomènes tels que les développements de moisissures, les réactions d’oxydation, les réactions enzymatiques.

II.1.4. Facteurs d’altération des aliments

Au cours de la conservation, les aliments peuvent subir différentes altérations provoquées par des agents de diverses origines et amplifiées par les trois principaux facteurs que sont le temps, l’humidité et la température.

II.1.4.1. La respiration : manifestation de l’activité vitale

Quelles que soient les conditions de stockage, la respiration a toujours lieu. En présence d’oxygène, elle se concrétisera par : une perte de matière sèche, un dégagement de gaz carbonique, une production d'eau, une production de chaleur. En absence

d’oxygène, il se produit des fermentations. Dans ce cas la perte de matière sèche est moins importante que lorsque l’on est en présence d'oxygène.

Le phénomène de respiration est donc naturel dans la denrée alimentaire stockée.

L’apparition de ses effets reflète cependant de très mauvaises conditions de stockage.

Le but de la conservation est de les limiter à une valeur aussi faible que possible.

II.1.4.2. Les micro-organismes

Les micro-organismes associés aux aliments sont les bactéries, les levures et les moisissures. Lorsque les conditions du milieu sont favorables : hygrométrie importante

; température élevée ; un milieu nutritif approprié, ces différents agents biologiques se développent ce qui entraine leur prolifération dans l’aliment considéré. La croissance, et par conséquent l’activité des microorganismes dans un produit alimentaire, entraine des modifications de ce produit. Ces modifications sont variables et peuvent être d’ordre biochimique, chimique, ou physique.

Les conditions optimales de survie et de développement d'un micro- organisme nécessitent un milieu contenant tous les éléments nécessaires à ses synthèses. Les activités d’eau compatibles avec la vie et le développement microbien varient de 0,6 à 1 (Malewak, et al., 1992) pour une plage de température étendue de - 8° C à + 80° C (Oteng-Gyang, 1984).

Les conditions climatiques en régions tropicales et en zones humides sont très favorables la croissance de ces microorganismes. En priorité, ce sont les moisissures qui sont à craindre au niveau des stocks. Les moisissures altèrent 1a texture, le goût et l’odeur des aliments sur lesquels elles se développent rendant ces derniers impropres la consommation humaine ou animale.

Figure II.2 : Influence de l’activité de l’eau sur les diverses réactions de dégradation des produits alimentaires lors de la conservation (Cheftel, et al., 1983)

II.1.4.3. La température

En matière de conservation des aliments, la température joue un rôle important car elle favorise le phénomène de respiration et donc de dégradation des produits.

La température influence le développement des microorganismes et des insectes.

Leur optimum de développement se situe entre 25°C et 35°C ce qui correspond à des niveaux de température fréquemment observés dans les stocks en régions tropicales. Par ailleurs, du fait de la faible conductibilité thermique des aliments, la chaleur dégagée au cours de la respiration s’accumule et provoque l’auto-accélération des phénomènes de dégradation.

Il s’avère nécessaire donc de procéder tout au moins à une ventilation de maintien dont le but n’est pas de bloquer le métabolisme mais d’évacuer la chaleur qu'il dégage.

II.1.4.4. La teneur en eau

L’eau est présente dans les aliments sous deux formes : l’eau de constitution très fortement liée à l’aliments et l’eau de dissolution ou eau libre faiblement liée à l’aliments (Cruz & Diop, 1989). Les conditions optimales de survie et de développement d’un micro-organisme nécessitent un milieu contenant une certaine quantité d’eau libre.

L’eau libre dans un aliment est l’expression de la disponibilité de l’eau (Oteng-Gyang, 1984) et cette disponibilité est représentée par l’activité de l’eau 𝐴_𝑤 définie à

une température donnée, comme le rapport de la pression vapeur de l'eau du produit à

Dans le même ordre d’idées, il justifie que l’humidité relative (Hr) d’un air humide est un nombre sans dimension compris entre 0 et 100 ; elle est donnée par l’expression :

𝐻𝑟 (%) = ^𝑃

𝑃_𝑠𝑎𝑡 × 100 (II-2) L’activité de l’eau dans un produit est donc directement liée à l’humidité relative d’équilibre au-dessus d’un produit ; elle est donnée par la relation :

𝐴_𝑤 = ^𝑃

𝑃_𝑠𝑎𝑡 = ^𝐻𝑟(%)

100 (II-3) Ainsi, un produit avec une activité d’eau donnée placé dans une « volumineuse » atmosphère d’humidité relative élevée s’hydratera. Au contraire, pour un petit volume d’air en équilibre avec le produit, c’est le produit qui imposera l’humidité relative, et cette valeur d’humidité relative donnera une bonne estimation de l’activité de l’eau du produit.

L’activité de l’eau définit la disponibilité de l’eau mieux que ne le fait la teneur en eau qui est définie comme l’eau perdue par un produit amené à une pression de vapeur nulle. Il existe néanmoins une relation toute particulière entre ces deux paramètres : les courbes d’isotherme de sorption (absorption et désorption)

Les isothermes de sorption d’eau des aliments montrent la relation d’équilibre entre la teneur en eau des aliments et l’activité de l’eau dans l’air environnant à des températures et pressions constantes (Labuza, 1968). Elles sont des graphiques décrivant la quantité d’eau absorbée ou désorbée en fonction de l’activité de l’eau. C’est un outil précieux pour caractériser le produit, pour déterminer les conditions optimales de stockage, pour faire le choix d’un emballage et pour déterminer la durée de dégradation

lors du stockage du produit (Aguirre-Ldredd, et al., 2017) (Aguirre-Ldredd et al, 2017;

Mahmoud et al., 2017). Nous présentons à la figure II.3 l’isotherme de sorption du blé.

Figure II.3 : Isotherme de sorption du blé

La stabilité potentielle des denrées alimentaires est fonction de l’activité de l’eau.

Les activités de l’eau compatibles avec la vie et le développement microbien varient de 0,6 à 1 (Nout, et al., 2003).

II.1.4.5. Les insectes

Le diagramme de conservation des céréales montre qu'il ne suffit pas de satisfaire aux conditions d’humidité et de température pour résoudre les problèmes de conservation. Les insectes sont une autre cause importante d’altération. Les régions chaudes, avec des températures supérieures à 20° C, sont particulièrement favorables à leur développement (Cruz, et al., 1988).

Le développement de la plupart des espèces se situe entre 15°C et 35°C avec optimum entre 25°C et 35°C. Leur multiplication est réduite par les faibles humidités de l’aliment alors que pour les fortes ils sont rapidement concurrencés et détruits les microorganismes.

La contamination commence par la présence des insectes adultes qui déposent leurs œufs dans l’aliment. Le dépôt des œufs par les insectes a lieu déjà depuis la récolte. Les aliments infestés sont dépréciés par les déjections ou les secrétions de ces déprédateurs et par leur activité biologique qui produit des déchets (fines farines), des dégagements de chaleur et de vapeur d’eau, les insectes créent un milieu favorable au développement des moisissures.

II.1.5. Mode de dégradation de la semoule de blé

Les moisissures constituent la cause essentielle des altérations d’origine microbienne dans les grains stockés, provoquant le brunissement et la mort des embryons. La farine des grains attaqués a une odeur altérée. Les espèces prédominantes dépendent de l’importance de la contamination initiale, de la composition chimique du grain et de la température des stocks. On a constaté qu’un stockage, à température moyenne de 20°C, où l’équilibre entre le grain et l’air intergranulaire s’établit au-dessous de 60 à 62 % d’humidité relative, (teneur en eau du blé : 13) tout développement de bactéries et de moisissures est inhibé (Boudreau & Ménard, 1992). Les coléoptères et les lépidoptères sont les principaux ordres d'insectes parasites des stocks de grains (Cruz & Diop, 1989).

En plus de souiller le blé de ses détritus, l’insecte au stade adulte pond des œufs qu’il colle sur les grains. Il va de soi qu’il n’y a pas de génération spontanée d’insectes dans les grains. Si l’on constate une infestation, c’est qu’elle aura été propagée à partir de l’une des sources suivantes : moisson, transport, lieu de stockage (plancher, mur, toit), par contact avec d’autres grains ou en provenance d’autres bâtiments. Dans les conditions idéales de température (20°C) et d’humidité relative (80%), les insectes se multiplient très rapidement.

Si l’on veut obtenir, en fin de stockage, un blé qu’on pourra utiliser pour la panification, la pastification ou autres, il est nécessaire de préserver certaines qualités indispensables dont l’intégrité des diverses protéines, sans lequel seraient perdues les propriétés rhéologiques. Ces qualités excluent tout traitement thermique intense qui dénature les protéines. Quant à son utilisation dans l’alimentation humaine ou animale, il est évidemment indispensable de maintenir la valeur alimentaire du produit (appétence, éléments nutritifs, efficacité alimentaire) à un niveau aussi élevé que possible.

II.1.6. Principes de conservation des denrées

Les procédés de conservation visent la maitrise de l’évolution des diverses réactions de détérioration susceptibles d’altérer les qualités hygiéniques, organoleptiques, et nutritionnelles des aliments. Dans la section précédente, nous avons décrit quels étaient les facteurs de dégradation des denrées stockées. Les techniques mises en œuvre pour assurer une bonne conservation sont celles qui agissent sur ces différents facteurs.

II.1.6.1. Le séchage

Il s’agit d’une des plus anciennes méthodes de conservation des denrées alimentaires. D’abord pratiqué au soleil et en plein air, puis dans des enceintes chauffées au feu de bois, il permet de conserver fruits, viandes, poissons et grains beaucoup plus longtemps que s’ils étaient restés en leur état hydraté initial (Cruz & Diop, 1989). Le rôle du séchage est de déshydrater rapidement les aliments jusqu’à une humidité dite de

« sauvegarde » (humidité à laquelle le grain, par exemple, sera stabilisé).

Le type de séchage le plus courant utilise l’air chaud obtenu grâce au soleil (séchage solaire), soit par d’autres moyens (combustion de bois, de gaz, combustible liquide...).

L’air chaud apporte l’énergie nécessaire à la vaporisation de l’eau, absorbe cette eau-vapeur, et la transporte vers l’ambiance extérieure. Par le réchauffage de l’air, on amène celui-ci à une humidité relative faible, ce qui lui permet de capter l’eau des aliments mis à sécher.

II.1.6.2. La ventilation

L’objectif essentiel de la ventilation est d’abaisser ou de maintenir la température de l’aliment donc ne permet qu’un ralentissement de la vitesse de détérioration (Cruz &

Diop, 1989). Elle consiste à faire traverser le produit par de l’air ayant certaines caractéristiques de température et d’humidité. Son utilisation doit donc être raisonnée en fonction des températures puis des hygrométries de l’air et du produit. Lorsque les conditions climatiques ne permettent pas de disposer de températures basses, il est possible, de créer un froid artificiel à l’aide de machines frigorifiques.

II.1.6.3. La conservation par la chaleur

Deux types de phénomènes de dégradation des aliments peuvent être résolus par l’action des températures élevées : les réactions enzymatiques et l’action des microorganismes défavorables. Le traitement des aliments par la chaleur (ou traitement thermique) est aujourd’hui la plus importante technique de conservation de longue durée.

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. Selon l’objectif recherché, on distingue plusieurs techniques de conservation des aliments par traitement thermique comme la stérilisation, la pasteurisation, la thermisation, la cuisson et le blanchiment.

II.1.6.4. Conservation par la radiation ionisante

La radiation ionisante, émise par une source radioactive, par exemple le Cobalt60, a une action mortelle sur les micro-organismes (Nout, et al., 2003). Les rayons ont un grand pouvoir de pénétration ; ce qui implique que l’on peut traiter en une fois de grands emballages remplis d’aliments. Cependant, il existe plusieurs inconvénients liés à cette technologie : accumulation des résidus radioactifs dans l’environnement ; formation de radicaux et d’oxydation, qui altèrent l’odeur et la saveur des aliments ; accélération la formation de mutants de qui sont résistants à la radiation ; coûts d’installation, de mise en marche, et de protection de l’homme contre les effets nuisibles des rayons radioactifs, élevés.

II.1.6.5. Composition en gaz du milieu

Les insectes et les moisissures sont des organismes vivants qui ont besoin d’oxygène pour se reproduire. En créant autour des aliments une atmosphère très pauvre en oxygène, on peut éviter la naissances les insectes et stopper le développement des microorganismes (Cruz & Diop, 1989) ; l’absence d’oxygène permet en outre de bloquer la respiration de l’aliment lui-même et donc sa dégradation interne. Ce principe est mis en pratique dans les techniques dites de conservation sous atmosphère inerte ou sous atmosphère confinée dans lesquels l’air interstitiel est remplacé par un gaz inerte (azote, gaz carbonique ou mélange de gaz neutres).