Article pp.367-394 du Vol.23 n°3 (2003)

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REVUE BIBLIOGRAPHIQUE REVIEW

Décontamination des poudres alimentaires : revue bibliographique et nouvelles perspectives

F. Fine^1,2 et P. Gervais¹*

RÉSUMÉ

Les produits pulvérulents sont largement représentés dans les différentes filières alimentaires et leurs qualités microbiologiques et organoleptiques font l’objet de la plus grande attention de la part des industriels. La faible activité de l’eau des poudres alimentaires contribuent à sélectionner une flore résistante et notamment une majorité de formes sporulées. La décon- tamination par irradiation ayant été abandonnée pour des raisons d’image de marque, de nombreux traitements thermiques et athermiques ont été développés. L’efficacité décontaminante de ces traitements se faisant le plus souvent au détriment de la qualité du produit, de nouveaux procédés innovants (lumière pulsée, traitements thermiques de type HTST…) ont vu le jour et devraient prochainement être utilisés industriellement.

Mots-clés :

poudre alimentaire, produit pulvérulent, décontamination microbiologique, procédé.

SUMMARY

Microbial decontamination of food powders: bibliographic review and new prospects

Pulverulent products are widely represented in food-industries that is why their microbiological and organoleptic qualities are very important parame- ters for industrials. The low water activity of food powders performs a selec- tion of resistant micro-organisms whose most of them are spore-formers.

For brand image reasons, irradiating technology was given up and a range of thermic and athermic processes were developed. The bactericidal effect of these treatments is often followed by visual and nutritional modifications

1. Laboratoire de Génie des Procédés Alimentaires et Biotechnologiques, ENSBANA, 1 esplanade Erasme, 21000 Dijon, France, Tél : +33(0)3.80.39.66.99. Fax : +33(0)3.80.39.66.11.

2. Unilever Bestfoods France, Amora-Maille, 48, quai Nicolas-Rolin, 21000 Dijon, France.

* correspondance : gervais@u-bourgogne.fr

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of the powder. New innovating processes (pulsed-light, HTST treatments…) were developed and will be shortly used at industrial scale.

Keywords

food powders, pulverulent products, microbial decontamination, process.

1 – INTRODUCTION

Les graines, les poudres et les produits pulvérulents sont très largement représentés dans l’industrie agroalimentaire, c’est pourquoi leur stabilité microbiologique est depuis longtemps étudiée. Du fait des exigences de qualité toujours croissantes de la part du consommateur, l’innocuité de produits tels que le lait en poudre, la farine, les épices, les ovoproduits, les poudres d’algues et les carraghénanes fait l’objet d’une grande attention de la part des industriels.

De plus, les nouvelles tendances alimentaires et notamment l’engouement pour les plats ethniques, aux goûts relevés, ont contribué à l’explosion du marché des épices et des aromates au cours de la dernière décennie (LANGLEY-DANYSZ, 1999).

L’objectif de cet article est de caractériser la microflore rencontrée sur les produits pulvérulents, de présenter les différents principes de destruction des micro-organismes secs et de réaliser une synthèse bibliographique de l’ensemble des techniques de décontamination des poudres alimentaires. Les principes des nouveaux procédés actuellement en cours de développement, notamment la Détente Instantanée Contrôlée (DIC), la lumière pulsée ainsi que le système breveté par le laboratoire de Génie des Procédés Alimentaires et Biotechnologi- ques de l’Université de Bourgogne, seront également présentés.

1.1 Microbiologie des poudres

1.1.1 Les flores contaminantes

Comme tous les produits naturels, la farine, les herbes et les épices sont susceptibles de subir une contamination microbienne. Il a été montré qu’une épice qui se développe à proximité ou au contact du sol (basilic, poivre noir, thym…), présente une charge microbienne beaucoup plus importante par rapport aux épices éloignées du sol (girofle, fleur de muscadier…). D’autres poudres telles que le lait déshydraté peuvent subir des contaminations microbiennes tout au long du procédé de fabrication (DEN UIJL, 1992 ; VÖLKER

et al., 1998).

Le sol, le climat, les conditions de culture, de récolte, de séchage et de stockage affectent la charge microbienne des produits pulvérulents qui peut varier d’une centaine à plusieurs millions de germes par gramme. C’est pourquoi, des normes strictes de production et un contrôle de qualité rigou- reux réalisé chez le producteur pourraient permettre de s’affranchir d’une

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étape supplémentaire de décontamination. De plus, l’utilisation de sécheur moderne, un nettoyage à l’eau propre et un emballage hygiénique permettent de réduire en général la charge microbienne de 2 log sans altérer la qualité organoleptique du produit. Les produits pulvérulents résultant d’un procédé de fabrication tels que le lait en poudre et les ovoproduits sont des produits microbiologiquement stables tant qu’ils demeurent à l’état sec, par consé- quent les conditions de stockage de ces produits sont prépondérantes pour assurer une bonne conservation (EL-DAIROUTI, 1989 ; DEN UIJL, 1992 ; MODLICH

et WEBER, 1993 ; FARAG ZALEDet al., 1996 ; VÖLKERet al., 1998 ; FARKAS, 2000).

La localisation géographique des zones de production et la faible activité de l’eau des poudres alimentaires font que la plupart des germes présents sont thermotolérants et xérophiles ce qui rend encore plus difficile leur élimination.

En effet, les micro-organismes présents sur les poudres subissent un premier stress osmotique qui a pour conséquence d’augmenter leur thermotolérance (TROLLMOet al., 1988 ; AGAB et COLLINS, 1992 ; JØRGENSENetal., 1995 ; MARTI- NEZDE MARANÕN, 1997, MANASet al., 2001).

Les spores du genre Bacillus, dont certaines sont productrices de toxines, représentent le plus souvent près de 50% de la charge microbienne. Les fré- quentes sont B. subtilis,B. licheniformis, B. megaterium, B. pumilus, B. brevis, B. polymyxa et B. cereus (MODLICH et WEBER, 1993 ; FARKAS, 2000). Salmonella est présente dans 8 % des échantillons de poivre (TULEY, 1991). De nombreuses moisissures, essentiellement des Aspergillus (Aspergillus flavus fait partie des contaminants principaux du poivre noir) et des Penicillium, ainsi que Clos- tridium perfringens (10-100/gramme) constituent le reste des contaminants principaux des poudres (ENAM et al., 1995). Des souches de Staphylococcus aureus et d’Escherichia coli sont fréquemment rencontrées dans le lait déshy- draté, dans les aliments à base de lait en poudre ainsi que dans la farine de blé (EL-DAIROUTI, 1989 ; RIZVI, 1995).

1.1.2 Propriétés anti-microbiennes des herbes et des épices

Certaines herbes et épices contiennent des composés présentant une acti- vité antimicrobienne qui pourraient être utilisés comme additifs alimentaires afin de prévenir ou de retarder la croissance des micro-organismes (tableau 1). Les constituants des huiles essentielles sont actifs contre une large gamme de bac- téries, levures et champignons. La similitude structurale des huiles essentielles avec les phénols suggèrent que leur action sur la croissance des micro-organismes se fait par le même mécanisme : les phénols altèrent la perméabilité membranaire des bactéries et interfèrent avec les systèmes de transport ionique, le transport des électrons et la production d'énergie. À l'inverse, certains compo- sés contenus dans les poudres et notamment le manganèse stimulent le méta- bolisme microbien et en particulier celui des bactéries lactiques. (WEISERet al., 1971 ; FARKAS, 2000).

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Tableau 1

Principaux composés anti-microbiens présents dans les épices (d’après FARKAS, 2000)

Table 1

Major antimicrobials present in some spices (FARKAS, 2000)

L’utilisation de ces ingrédients dans les produits cuits (plats préparés, char- cuteries cuites…) ne pose aucun problème puisque la quasi-totalité de leur charge microbienne est détruite par la chaleur de cuisson. Par contre, pour les produits prêts à consommer sans traitement thermique (fromages frais aux épi- ces, salaisons crues…), les poudres entrant dans la fabrication doivent être débarrassées de leur charge microbienne afin d’éviter l'altération prématurée d'un produit ou menacer la santé du consommateur. Le tableau 2 reprend les recommandations du Syndicat National des Fabricants de Plats cuisinés (SYNAFAP) au niveau de la qualité microbiologique des épices (MINET et SØREN- SEN 1990, FIESS, 1994 ; VÖLKER et al., 1998 ; LANGLEY-DANYSZ, 1999 ; FARKAS, 2000).

Composés anti-microbiens Épices

Allicine Ail

Allyl isothiocyanate Moutarde

Anéthol Anis

Capsicidine Paprika

Capsaicine Piment de Cayenne, paprika

Carnosol Romarin

Carvacrol Origan, sarriette, thym

Aldéhyde cinnamique Écorce de cannelle

Cuminaldéhyde Cannelle, graines de cumin

Eugénol Allspice, clou de girofle

Géraniol Gingembre, thym

Composés dérivés du p-menthane Menthe

Thymol Origan, thym

Acide ursolique Romarin

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Tableau 2

Recommandations du SYNAFAP concernant la qualité microbiologique des épices (d’après FIESS, 1994)

Table 2

SYNAFAP norms for microbial quality of spices (FIESS, 1994)

1.1.3 La résistance aux stress des micro-organismes secs

La présence d’une microflore adaptée aux faibles teneurs en eau rend difficile la décontamination des poudres alimentaires. Deux types de micro-organismes sont présents dans les produits pulvérulents : les formes végétatives et les formes sporulées.

MURRELL et SCOTT (1966) puis CORRY (1971) ont rapporté que la résistance thermique des spores et des formes végétatives est plus importante dans des milieux pauvres en eau. Le même phénomène de résistance microbienne suite à un stress osmotique a été rapporté par KNORR et ses collaborateurs (1992) puis par OXEN et KNORR (1993) lors de traitement par hautes pressions. La réduction décimale d’une population de Rhodotorula rubra est supérieure à 7 après un traitement à 400MPa (15 min à 25 °C) à une a_w proche de 1, alors qu’elle n’est plus que de 2,5 dans un milieu à a_w= 0,94 (50 % saccharose) et quasiment nulle dans un milieu à a_w= 0,91 (55 % saccharose ou 13 % NaCl).

Le stress osmotique subi par les microrganismes lors de la contamination des produits pulvérulents a pour effet une augmentation de la thermotolérance des levures (TROLLMO et al., 1988 ; AGAB et COLLINS, 1992) et des bactéries (JØRGENSEN et al., 1995 ; KNØCHEL et GOULD, 1995). En effet, la diminution de la teneur en eau entraîne une modification de la conformation des protéines (rigi- dification) les rendant plus résistantes aux stress (CORRY, 1971). ZAKS et KLIBA- NOV (1988) puis KLIBANOV (1989) ont remarqué qu’en absence d’eau ou de solvants formant des liaisons hydrogènes tels que le glycérol ou le formamide, la flexibilité conformationnelle des enzymes était réduite. Or, la dénaturation thermique des enzymes nécessite une importante mobilité conformationnelle et donc une quantité suffisante d’eau.

Lors d’un stress thermique, en plus de la synthèse de HSP (Heat Shock Pro- teins), les levures accumulent un disaccharide, le tréhalose, qui intervient plus

Nombre de germes / gramme

Mésophiles totaux 5.10⁵

Levures 500

Moisissures 500

Coliformes totaux 1.10³

Coliformes fécaux 10

Staphylocoques 100

Anaérobies sulfito-réducteurs 30

Salmonelles Absence dans 25 grammes

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comme protectant contre le stress que comme un carbohydrate de réserve (WIEMKEN, 1990). Le tréhalose est accumulé très rapidement dans les levures soumises à une augmentation de la température et disparaît aussi rapidement lorsque celle-ci revient à la valeur initiale. Il semblerait que cette molécule ait une action protectrice de la structure des membranes cellulaires et de certaines protéines (CROWE et al., 1984 ; IWAHASHI et al., 1991). En augmentant la structu- ration de l’eau intracellulaire, le tréhalose préserve les protéines et les membranes d’une dénaturation thermique en renforçant les liaisons hydrogènes.

Outre le tréhalose, la cellule synthétise également une grande quantité de polyalcools et accumule des acides aminés notamment la proline qui est un élé- ment important pour la survie à faible activité de l’eau (CORRY, 1971).

Les formes microbiennes végétatives sèches rencontrées sur les poudres présentent une teneur en eau intracellulaire proche de celle des spores et cor- respondant à une a_W de 0,7-0,8 (ALGIE, 1984 ; MARQUIS, 1998). À l’état sec, la composition du milieu intracellulaire des spores et des cellules végétatives est sans doute relativement proche. De plus, la faible résistance au transfert thermique représentée par la paroi de la spore peut laisser penser que la destruction des formes végétatives sèches s’apparente à la destruction d’une spore.

1.2 Procédés de décontamination des poudres alimentaires

1.2.1 Traitements athermiques

Du fait de la sensibilité des poudres alimentaires à la chaleur, les procédés de décontamination athermiques (fumigation, irradiation…) semblent plus appropriés que les procédés travaillant avec une chaleur humide ou sous pression car ils permettent de préserver leurs qualités organoleptiques et leurs pro- priétés nutritionnelles (MODLICH et WEBER, 1993 ; CARIOU, 2000).

1.2.1.1 La fumigation

La fumigation consiste à appliquer sur les poudres des gaz tels que l'oxyde d'éthylène, l'oxyde de propylène et le bromure de méthyle qui sont des compo- sés engendrant des réactions d’alkylation et provoquant ainsi la destruction ou l’inactivation des micro-organismes. Ces composés permettent une réduction de la flore aérobie de 1 à 4log pour des concentrations variant entre 400 et 1000 mg/L (FARKAS, 2000).

Utilisés jusqu’en 1980, la fumigation des poudres alimentaires à l'oxyde d'éthylène, l'oxyde de propylène et le bromure de méthyle présentait de nombreux inconvénients :

– production de composés mutagènes et carcinogènes : éthylène glycol (résulte de l’hydrolyse de l’oxyde d’éthylène), chloro-2 éthanol (se forme par réaction entre l’oxyde d’éthylène et les chlorures minéraux contenus dans les poudres) et épichlorhydrine (dans les aliments à fortes concentra- tions en sels). Le tableau 3 montre que certains de ces composés toxi- ques persistent jusqu’à 6 mois selon la nature de l’épice. Afin de prévenir tout problème de toxicité, il est indispensable de veiller à l’absence de chloro-2 éthanol dans le produit commercialisé (MURAZ et CHAIGNEAU,

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1985 ; MINET et SØRENSEN, 1990 ; FARAG ZALED et al., 1996 ; INGLIS et LARK, 1996) ;

– une efficacité réduite sur les spores (INGLIS et LARK, 1996) ;

– une décoloration partielle de certaines poudres (MURAZ et CHAIGNEAU, 1985) ;

– une perte en huiles essentielles se traduisant par une qualité organoleptique médiocre (MURAZ et CHAIGNEAU, 1985 ; MARERO et al., 1986).

Tableau 3

Teneur en chloro-2 éthanol et en éthylène glycol dans le clou de girofle et le poivre, en fonction de la durée de conservation

(d’après MURAZ et CHAIGNEAU, 1985) Table 3

Chloro-2 éthanol and ethylen glycol contents in clove and pepper as a function of preservation time (MURAZ and CHAIGNEAU, 1985)

La fumigation à l’ozone a également été envisagée puisque ce composé permet, par une réaction d’oxydation directe, d’inactiver les groupements fonc- tionnels des molécules intervenant dans le métabolisme des micro-organismes.

Pour des teneurs en eau supérieures à 14 %, ce traitement assure une réduc- tion de 3 à 4log de la charge microbienne. Bien qu’aucun composé mutagène ou carcinogène ne soit produit lors d’un traitement à l’ozone, cette décontami- nation, dont l’efficacité est variable en fonction de la nature de l’épice traitée, provoque l’oxydation de certaines huiles essentielles et la modification des pro- priétés sensorielles. De plus, l’utilisation de ce gaz nécessite la mise en place de règles de sécurité draconiennes (FARKAS, 2000).

1.2.1.2 Ionisation

L’irradiation (ou ionisation) est une technique physique utilisant une énergie de rayonnement pour tuer les micro-organismes ou inhiber les processus phy- siologiques (DEN UIJL, 1992).

Durée de conservation

Chloro-2 éthanol (en ppm) Ethylèneglycol (en ppm) Clou de girofle Poivre Clou de girofle Poivre

1 jour 2600 22 750 35

7 jours 2460 Traces 570 Traces

16 jours 458 0 438 0

42 jours 61 68

3 mois 33 983

6 mois 23 150

12 mois traces 0

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L’action des rayonnements ionisants correspond à un endommagement des membranes et des acides nucléiques des micro-organismes tout en conservant (aux doses autorisées) l’intégrité des atomes constituants les molécules de produits vivants (FIESS, 1994 ; LANGLEY-DANYSZ, 1999).

Pour la décontamination des poudres alimentaires, trois sources ionisantes sont aujourd’hui utilisées :

– les faisceaux d’électrons accélérés ou rayonnement bêta pour des doses de 10MeV (Méga-électron-volt) ;

– les rayons X pour lesquels la dose autorisée a été fixée à 5MeV ;

– les rayons gamma utilisent le plus souvent comme source d’énergie le ⁶⁰Co ou le ¹³⁷Cs (DEN UIJL, 1992 ; RAHMAN, 1999). Ce type de rayonnement présente l’avantage, par rapport aux deux sources précédentes, d’avoir une capacité de pénétration de l’ordre du mètre. Pour le traitement des produits alimentaires, les doses autorisées se situent entre 2 et 10kGray.

L’ionisation entraîne une quasi-élimination des micro-organismes pathogè- nes pour l’être humain (y compris les formes sporulées) et n’altère en rien les propriétés nutritionnelles et les qualités organoleptiques des produits ionisés.

De plus, l’innocuité totale des aliments ionisés, notamment l’absence de radioactivité dans le produit traité, a été reconnue au plan international en 1997 (LANGLEY-DANYSZ, 1999 ; FARKAS, 2000).

La décontamination par ionisation présente pourtant trois inconvénients majeurs :

• L’ionisation nécessite la mise en place de structures (enveloppe en plomb, sas de sécurité…) présentant des règles de sécurité très contraignantes et donc très onéreuses. De plus, les coûts d’achat (le coût d’une station d’ionisation conçue pour traiter 5000 tonnes de produits par an est proche de 2.8 millions d’Euros) et d’entretien de l’accélérateur d’électrons pour le rayonnement bêta réduisent l’accessibilité à cette technologie (LANGLEY- DANYSZ, 1999).

• Au contact de l’oxygène de l’air, les traitements ionisants entraînent la formation de radicaux libres très réactifs pouvant provoquer l’oxydation ou l’hydroxylation de certaines huiles essentielles et composés aromatiques le plus souvent responsables des qualités organoleptiques des épices.

Cependant, le faible niveau d’hydratation des poudres limite très fortement la formation de ces radicaux libres. FARAG-ZALED et ses collaborateurs (1996) ont montré que l’irradiation gamma entraînait des pertes au niveau des composés aromatiques tels que l'anéthol, le méchavicol et l'anise- aldéhyde dans l'anis, et le béta-pinène et le cinéol dans le poivre noir. Tou- tefois, l’oxydation des acides gras insaturés contenus dans les poudres ionisées est souvent enregistrée et elle se traduit par une odeur de rancissement ; une diminution de la teneur en vitamines et une dégrada- tion protéique sont également observées dans certains cas (DEN UIJL, 1992 ; ENAM et al., 1995 ; LANGLEY-DANYSZ, 1999).

• Malgré son efficacité démontrée, l’irradiation se heurte à la réticence des consommateurs qui ne voit qu’une technique compliquée et abstraite faisant intervenir l’énergie nucléaire. Face à cette barrière psychologique et

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l’obligation d’étiquetage (décret 2001-1097), les fabricants d’aliments pulvé- rulents notamment d’épices et d’aromates ont préféré opter pour d’autres techniques ce qui limite aujourd’hui l’utilisation de l’irradiation à la déconta- mination de certains produits alimentaires (céréales, fruits et légumes frais, viandes, poissons…) et du matériel médical et chirurgical (MINET et SØREN- SEN, 1990 ; DEN UIJL, 1992 ; FIESS, 1994 ; RAHMAN, 1999 ; FARKAS, 2000).

1.2.1.3 Les pressions hydrostatiques

L’utilisation des hautes pressions hydrostatiques dans l’industrie agroalimentaire se présente actuellement comme une alternative prometteuse à la pasteurisation à la chaleur. En effet, l’utilisation de ce procédé permet d’obtenir l’inactivation à froid des micro-organismes contenus dans les aliments.

Dans ce procédé, la mort cellulaire a lieu lors du maintien du produit à hautes pressions (entre 5000 et 9000 bars) et l’efficacité de la décontamination est fonction du barème temps/pression (PERRIER-CORNET et al., 1995 ; HAYERT et al., 1997). L’effet des hautes pressions est combiné avec celui de la température et cela se traduit par :

– une dénaturation des protéines qui peut être représentée sur un diagramme (Hawlet, 1971) présentant une forme pseudo-elliptique semblable en certains points au diagramme pression-température d’inactivation des micro-organismes (figure 1) ;

Figure 1

Diagramme Pression-Température de dénaturation des protéines (adapté de Hawley, 1971). I, III, IV et VI correspondent aux différents états solides de la glace Pressure-Temperature diagram of proteins denaturation (adapted from Hawley,

1971). I, III, IV and VI are the different crystal structures of ice P (MPa)

DÉNATURÉ

NATIVE GLACE

VI

IV III

I 800

600

400

200

0 T (°C)

– 20 20

100 250 350 400 MPa

40

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– une diminution de la fluidité membranaire résultant de la transition de phase des phospholipides (BENEY et GERVAIS, 2001) ;

– une perméabilisation des membranes ;

– une stabilisation des structures secondaires des ADN et des ARN caracté- risée par une diminution de l’efficacité de réplication, de la transcription et de la traduction.

La décontamination par hautes pressions présente deux avantages majeurs : les quantités d’énergie mises en jeu sont relativement faibles mais surtout ces traitements permettent de préserver les qualités nutritionnelles et sensorielles des aliments. Par contre, les niveaux de destruction obtenus par hautes pressions sur des produits pulvérulents se limitent à 1log du fait de leur très faible teneur en eau. Le coût des installations de décontamination par hautes pressions limite également leur développement.

1.2.1.4 Les UV

L’utilisation de la lumière UV pour la décontamination microbiologique est basée sur l’endommagement des acides nucléiques des micro-organismes résultant de la production de radicaux libres. Les UVA (320 nm-visible) n’atta- quent pas directement l’ADN mais ils induisent la production de radicaux libres qui peuvent à leur tour endommager l’ADN. Les UVB (290-320nm) agissent directement sur l’ADN en créant des lésions qui modifient le message généti- que responsable du bon fonctionnement des cellules (RAHMAN, 1999).

Les UV présentent une faible capacité de pénétration dans les produits pul- vérulents (environ 1 µm) ce qui limite la destruction aux micro-organismes uni- quement situés en périphérie du produit. D’autre part, les UV et les radicaux libres qui en résultent, provoquent souvent l’oxydation de certains composés aromatiques (TULEY, 1991 ; FARKAS, 2000).

1.2.2 Traitements thermiques

Le traitement thermique constitue l’alternative la plus utilisée qui permet aux producteurs de pulvérulents alimentaires de s’affranchir de l’étiquetage systé- matique relatif aux traitements ionisants qui effraient le consommateur. De plus, les traitements thermiques permettent également de réduire les activités enzy- matiques responsables de nombreuses dégradations dans les aliments : les activités lipase et peroxydase sont le plus souvent utilisées comme indicateur.

Dans certains cas, le traitement améliore même la saveur du produit en favori- sant la libération de l'anise-aldéhyde dans le fenouil, l'anéthol dans l'anis et le béta-pinène dans le poivre noir (DEN UIJL, 1992 ; MÜLLER et THEOBALD, 1995 ; FARAG ZALED et al., 1996 ).

Toutefois, lors d’un traitement thermique, une température trop élevée ou maintenue trop longtemps entraîne des modifications de la couleur et la perte d’une partie des composés volatils responsables de la saveur de ces produits.

À l’inverse, un chauffage à une température trop basse ne permet pas d’élimi- ner les micro-organismes de façon satisfaisante. C’est pourquoi, chercheurs et industriels tentent d’optimiser le barème temps/température pour minimiser l’exposition des aliments à la chaleur (MARERO et al., 1986 ; INGLIS et LARK, 1996 ; HEGENBART, 1996 ; LANGLEY-DANYSZ, 1999).

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À la différence d’un milieu hydraté dans lequel le transfert thermique est véhiculé par l’eau, la chaleur dans un milieu pulvérulent sec se transmet par le biais de l’air et par conduction entre les particules de poudre. L’air est un milieu plus facile à chauffer mais aussi plus facile à refroidir que l’eau. Dans un milieu aérien, la destruction d’un micro-organisme nécessitera plus d’énergie que dans un milieu aqueux qui conserve mieux la chaleur.

1.2.2.1 Principe

De nombreux auteurs attribuent les effets létaux d’un stress thermique à la dénaturation des protéines, des membranes et de plusieurs organites cellulaires (HOBBS et al., 1971 ; LEPOCK et al., 1993 ; WEBSTER et WASTON, 1993 ; RAM- BOURG et al., 1994 ; BISCHOF et al., 1995). Chez Saccharomyces cerevisiae, une condensation du nucléole avec condensation du matériel périphérique a été observée après un choc thermique par WEBSTER et WATSON (1993). La formation de granules cytoplasmiques (résultat d’une dénaturation des protéines cytoplasmiques due à l’élévation de la température) et de particules électro-denses dans la matrice mitochondriale a également été observée.

Même si les températures induisent des altérations de différentes structures de la cellule et des composants biochimiques, la perte de l’intégrité membranaire serait la principale cause de mort cellulaire pendant le stress thermique (GERSHFELD et MURAYAMA, 1988 ; BISCHOF et al., 1995). Cette perte de l’intégrité membranaire est le résultat d’une perméabilisation de la membrane (BISCHOF et al., 1995), d’une dénaturation des protéines membranaires (LEPOCK et al., 1993), d’une vésiculation de la membrane (MOUSSA et al., 1977), et d’une lyse cellulaire (GERSHFELD et MURAYAMA, 1988). Lors d’un choc thermique, la diminution du volume cellulaire liée à la perméabilisation de la membrane serait la consé- quence de la mort cellulaire (GERVAIS et MARTINEZDE MARANÕN, 1995 ; MARTINEZ DE MARANÕN, 1997).

DAUDIN et CERF (1977) attribuent la destruction des spores lors d’un choc thermique à des ruptures mécaniques au niveau des différentes enveloppes notamment la tunique constituée de protéines et le cortex formé par des pepti- doglycanes qui présentent des coefficients de dilatation très différents.

MAGER et DE KRUIJFF (1995) présentent la dénaturation des protéines aux températures élevées comme le premier inducteur de la réponse cellulaire à un choc thermique. En plus de servir comme premier signal pour la synthèse de HSP, les protéines thermolabiles et nécessaires à la survie des cellules sont beaucoup plus stables dans les cellules thermotolérantes. La dénaturation de ces protéines critiques induirait la mort cellulaire (LEPOCK et al., 1993).

En plus de la dénaturation de certaines protéines, HOBBS et ses collaborateurs (1971) ont mis en évidence, à la suite d’un stress thermique, une dégrada- tion de l’ARN ribosomial ce qui entraîne une altération des fonctions métaboliques des cellules.

1.2.2.2 Influence de la cinétique d’application de la chaleur

Un autre paramètre important de la destruction microbienne par traitement thermique est la cinétique d’augmentation de la température. Les travaux de MARTINEZ DE MARANÕN (1997) ont montré que les cellules soumises à une

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augmentation lente de la température (rampe thermique) sont plus résistantes que celles soumises à un choc thermique (augmentation instantanée de la tem- pérature).

De plus, l’énergie d’activation nécessaire pour tuer les micro-organismes est beaucoup plus importante que l’énergie d’activation de la plupart des réactions chimiques. Cette différence indique que les décontaminations à hautes tempé- ratures pendant des temps très courts (traitements HTST) produiront, pour une décontamination équivalente, moins de modifications chimiques au niveau du produit que les décontaminations à basses températures pendant des périodes de temps plus longues (DEN UIJL, 1992 ; BROWN, 1994 ; VÖLKER et al., 1998 ; MANN et al., 2001).

1.2.2.3 Influence de l’activité de l’eau sur la décontamination thermique

L’influence de l’activité de l’eau sur les micro-organismes est complexe, parce qu’elle se combine à des facteurs intrinsèques et extrinsèques qui varient en fonction du type d’aliment et des micro-organismes considérés (ALDERTON et SNELL, 1970). Parmi les facteurs intrinsèques citons : le potentiel nutritif, le pH et les composés antimicrobiens (SO₂, nitrates, nitrites,…). Tandis que les facteurs extrinsèques englobent la température, l’oxygène, les traitements chimiques et les irradiations (BASSAL, 1993). La figure 2 montre que D, temps nécessaire pour réduire la population microbienne au dixième de sa valeur initiale, passe par un maximum pour des activités de l’eau comprises entre 0,2 et 0,4, et des températures voisines de 110-120 °C (MURREL et SCOTT, 1966 ; LAROCHE et GERVAIS, 2003). Des résultats similaires ont été obtenus par ANGE- LOTTI et ses collaborateurs (1968) et par PFEIFFER (1992) (cité par BÜLTERMANN, 1997) pour les spores de Bacillus subtilis. D’autre part, CORRY (1975) a constaté que la résistance thermique des formes végétatives des bactéries, en particulier Salmonella typhimurum, est maximale pour des a_W comprises entre 0 et 0,2 pour des températures entre 125 et 160 °C, puis cette résistance diminue avec l’augmentation de l’a_W.

1.2.2.4 Effets défavorables du traitement thermique

1.2.2.4.1 Réaction de Maillard

L’ensemble des traitements thermiques s’accompagne d’un brunissement non-enzymatique des produits résultant de la réaction de Maillard. Ce sont des réactions entre des sucres réducteurs (glucose, lactose…) et les groupements amines des acides aminés des protéines. Ces réactions produisent des pig- ments colorés (les mélanoïdes) et des substances volatiles (arômes), qui sont recherchés en panification et en biscuiterie, tandis qu’on essaye de les éviter durant le séchage du lait ou la décontamination des épices. Dans les produits secs, la cinétique optimale de la réaction a été observée pour des a_W comprises entre 0,3 et 0,7 selon le produit (BIMBENET, 1969 ; EICHNER, 1975). La cinéti- que de la réaction est considérée comme étant du premier ordre (figure 3).

(13)

Figure 2

Effet de la température de traitement à différentes valeurs d’a_Wsur la vitesse de destruction thermique des spores de Bacillus stearothermophilus

(d’après MURRELL et SCOTT, 1966)

Treatment temperature effect, at different a_W values, on thermic destruction rate of Bacillus stearothermophilus (MURRELL and SCOTT, 1996)

Figure 3

Cinétique de certaines réactions biochimiques en fonction de l’a_W (d’après LABUZA, 1975)

Kinetics of several biochemical reactions as a function of a_W (LABUZA, 1975) 3

2

100 °C

110 °C

120 °C 1

Log D (min)

0

– 1

0,2 0,4

a_W

0,6 0,8 1,0

Non-enzymatic browning

Enzymatic hydrolysis Lipid oxydation

Relative foods degradation rates

Enzyme

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 a_W

(14)

1.2.2.4.2 Diminution des valeurs organoleptique et nutritionnelle

Outre la modification de couleur associée au traitement thermique (brunissement non-enzymatique et oxydation des lipides), une volatilisation des arômes est souvent observée. Au niveau des épices et des herbes aromatiques, cette perte peut être quantifiée en dosant le taux d’huile essentielle caractéristique du type de produit. Le tableau 4 présente les changements du contenu de certaines huiles volatiles du poivre noir après traitement thermique (FARAG-ZALED et al., 1996).

Tableau 4

Changement du contenu de certaines huiles volatiles du poivre noir

après un traitement thermique de 15 minutes à 70 °C (d’après FARAG ZALED et al., 1996) Table 4

Changes of volatile oil constituents of black pepper after a thermic treatment at 70 °C for 15 minutes (FARAG ZALED et al., 1996)

D’autre part, du point de vue des nutritionnistes, les procédés thermiques se traduisent souvent par une perte de la valeur nutritionnelle des poudres, due à la disparition d’acides aminés essentiels (les résidus lysine des protéines se trouvent N-substitués ce qui évite l’hydrolyse de la protéine) ou de vitamines (C ou K) et à une baisse de la solubilité et de la digestibilité des protéines (CAYOT et TAINTURIER, 1997 ; AJANDOUZ et PUIGSERVER, 1999).

1.2.2.4.3 Apparition de composés toxiques

Les réactions de Maillard provoquées par les traitements thermiques engen- drent l’apparition de substances au fort pouvoir cancérigène : le 5-hydroxy- methyl-2-furfural et des amines hétérocycliques (VAN BOEKEL, 1998) ; ainsi que des composés allergiques appelés A.G.E. (Advanced Glycation End products) (CHUNGET CHAMPAGNE, 1999).

1.2.2.5 Traitements à la vapeur

Les traitements à la vapeur sont un moyen simple et efficace pour déconta- miner les aliments ; c’est pourquoi la plupart des industriels utilisent à l’heure actuelle de la vapeur saturée comme fluide décontaminant. L’efficacité de cette méthode dépend du type de micro-organismes, de la température de

Huiles volatiles Témoin

[%] Après traitement thermique [%]

α-pinène 6,30 15,70

β-pinène 19,60 41,60

Limonène 9,57 0,91

Terpénol 3,08 0,05

Thymol 0,777 0,04

Eugénol 2,95 0,04

(15)

chauffage, du temps d’exposition, du type de produit et de son état physique.

La vapeur saturée existe sous certaines conditions de pression et de tempéra- ture et peut se présenter sous trois formes différentes (figure 4).

Figure 4

Positionnement des trois types de vapeur sur un diagramme température-entropie de l’eau.

X : titre de la vapeur

Positioning of the three kinds of steam on water temperature-entropy diagram.

X: steam content

1.2.2.5.1 La vapeur saturée sèche

Cette vapeur saturée est exempte de particules d’eau c’est à dire que le titre de vapeur est égal à 1. En industrie, elle correspond à la vapeur idéale puisque sa chaleur latente est maximale et donc le transfert de chaleur au point d’utilisation sera optimal. De plus, il est préférable d’utiliser de la vapeur saturée sèche pour réduire au maximum l’humidité finale des produits traités et donc la durée de l’étape finale de séchage.

Ce type de vapeur est utilisé industriellement par la société Ramon Sabater (Espagne) qui propose une décontamination à la vapeur sèche à plus de 100 °C, pendant 3 ou 4 minutes, suivie d’une déshydratation immédiate à 6 % d’eau au maximum (FAVIER, 1995 ; LANGLEY-DANYSZ, 1999).

Les spores bactériennes sont plus résistantes à la chaleur sèche qu'à la chaleur humide. Par conséquent, des températures de traitement plus élevées sont nécessaires en vapeur sèche pour obtenir un même niveau de décontami- nation, entraînant une diminution de la qualité du produit traité (BROWN, 1994)

1.2.2.5.2 La vapeur saturée humide

Cette vapeur contient de fines gouttelettes d’eau en suspension (titre de vapeur inférieur à 1). La chaleur latente est inférieure à celle de la vapeur sèche (elle véhicule moins de chaleur, à masse de vapeur égale). L’eau peut se dépo- ser sur les surfaces de chauffe et représenter une résistance au transfert de

Température (°C)

374,15 °C

50 °C

Point critique

Mélange liquide-vapeur

= vapeur saturée humide (X < 1)

Courbe de saturation vapeur

= vapeur saturée humide (X = 1) Vapeur surchauffée

Entropie (kJ.kg^–1.K^–1) P = 221,29 bar

P = 0,123 bar

(16)

chaleur. Par contre, sa facilité de production et son faible coût motivent son utilisation à l’échelle industrielle.

L’ensemble des procédés utilisant de la vapeur saturée humide travaille à des températures comprises entre 60 et 130 °C selon la pression du système.

Les procédés Hosokawa Micron, Zellgerm et Olsa réalisent, avant l’injection de vapeur, une mise sous vide de la cuve dans laquelle les poudres à traiter sont brassées. D’autres procédés tels que Sterispice, Microcontrol et Micromaster travaillent à pression constante avec une vapeur saturée à 121 °C (MINET et SØRENSEN, 1990 ; FARKAS, 2000 ; RICHARD, 2000).

Les temps de traitement sont très variables en fonction du système utilisé.

En effet, les procédés de Inglis et Lark, Hosokawa Micron et Microcontrol pro- posent un traitement de type HTST (High Temperature Short Time) avec des temps de maintien de quelques secondes. Zellgerm, Micromaster et Sterispice réalisent une décontamination efficace (2 à 4 log) pour des traitements variant de 1 à 10 minutes. Enfin, le procédé EVW s’adresse aux poudres alimentaires les moins fragiles puisque des traitements de 1 à 4 heures entre 60 et 100 °C sont effectués (MINET et SØRENSEN, 1990 ; WILLIAMS, 1993 ; FAVIER, 1995 ; FAR- KAS, 2000 ; RICHARD, 2000).

Étant donné la sensibilité des produits traités à la chaleur, une étape de refroidissement est en général indispensable pour ralentir les phénomènes de brunissement non-enzymatique liés à la réaction de Maillard. Ce refroidissement est réalisé à température ambiante dans le procédé Micromaster, par injection de CO₂ dans le procédé développé par INGLIS et LARK (1996) et par rupture du vide dans les procédés Zellgerm et Olsa (WILLIAMS, 1993 ; FAVIER, 1995 ; FARKAS, 2000).

Pour limiter les pertes d’huiles essentielles au niveau des herbes et des épi- ces, les industriels ont apporté diverses modifications à leurs procédés de décontamination. La technologie Sterispice implique l'encapsulation de l'épice avec une couverture protéique (environ 1 % de la masse traitée) avant l’étape de chauffage afin de prévenir les pertes d'arômes (cet ajout de protéines peut, d’une part, induire des problèmes d’allergènes et, il oblige d’autre part, le fabriquant à le mentionner sur l’emballage ce qui nuit à l’image du produit). La société « La Case aux Épices » a apporté une modification au procédé Hoso- kawa Micron pour récupérer une partie des huiles essentielles perdues par entraînement par la vapeur : à la fin du traitement, le mélange vapeur/huile est évacué dans un tube en verre à l’intérieur duquel la vapeur se liquéfie en se refroidissant. Le mélange eau/huile se sépare alors par densité. Les huiles essentielles sont ensuite réinjectées dans la cuve par atomisation et mélangées aux épices (MINET et SØRENSEN, 1990 ; RICHARD, 2000).

Afin d’éliminer l’humidité formée par condensation de la vapeur, les procé- dés Zellgerm et Micromaster se terminent par une étape de séchage des produits qui est coûteuse en énergie (WILLIAMS, 1993 ; FAVIER, 1995 ; FARKAS, 2000).

Au niveau de l’efficacité de ces procédés, les traitements HTST (Inglis et Lark, Hosokawa Micron et Microcontrol) semblent les mieux adaptés puisqu’ils associent des niveaux de décontamination élevés (dans la plupart des cas, au moins 4 log de destruction de la flore mésophile totale sont obtenus) à une limi- tation des pertes des qualités organoleptiques du produit (RICHARD, 2000).

(17)

1.2.2.5.3 La vapeur surchauffée

La vapeur surchauffée est une vapeur sèche chauffée au-dessus du point d’équilibre de la vapeur saturée. À une pression donnée, la température de la vapeur surchauffée est supérieure à la température d’ébullition ce qui permet de réduire la quantité de condensat sans diminuer l’efficacité de la stérilisation.

Toutefois, sa température est difficilement contrôlable, elle abandonne sa chaleur beaucoup plus lentement que la vapeur saturée et 40 à 50 °C supplémen- taires sont nécessaires dans les systèmes à vapeur surchauffée pour tuer le même nombre de spores par rapport à la vapeur saturée (BROWN, 1994).

Deux procédés principaux utilisant de la vapeur surchauffée sont actuellement utilisés industriellement :

– le procédé Micromaster qui réalise la stérilisation des poudres en les exposant soit à de la vapeur saturée (environ 121 °C) soit à de la vapeur surchauffée (environ 160 °C) en fonction de la charge microbienne du produit à traiter (WILLIAMS, 1993 ; FAVIER, 1995 ; FARKAS, 2000).

– le procédé Optimax qui est utilisé par le groupe British Pepper and Spice et qui correspond à un traitement HTST en continu (les temps d’exposition sont compris entre 5 secondes et 3 minutes à des températures variant entre 105 et 125 °C). Ce système permettrait, selon le fabriquant, de réduire les pathogènes et les autres contaminants des épices à des niveaux quasiment indétectables tout en conservant les critères extérieurs de qualité du produit (tableau 5) (LAVERS, 2001).

Tableau 5

Caractéristiques microbiologiques des poudres traités par le procédé thermique Optimax (d’après LAVERS, 2001)

Table 5

Microbiological characteristics of powders treated by Optimax thermic process (LAVERS, 2001)

1.2.2.6 Vapeur d’alcool

Des temps de séjour de quelques minutes dans une enceinte contenant de la vapeur d’alcool sous pression à une température proche de 100 °C permettent de réduire de 2 log la charge microbienne du poivre en grains. La vapeur d'alcool entraîne un effet antimicrobien, le plus souvent insuffisant, sur des graines entières mais ce type de traitement n'est pas envisageable avec des épices moulues ou en feuilles (FARKAS, 2000).

Micro-organismes Charge microbienne (UFC/g)

Coliformes < 10

Escherichia coli < 10

Bacillus cereus < 100

Clostridium perfringens < 100

Levures et moisissures < 100

Salmonella Absence dans 25 g

(18)

1.2.2.7 Chauffage ohmique

Pour un mélange solide-liquide, le chauffage ohmique est une méthode innovante qui permet de s'affranchir des problèmes de transfert thermique et notamment de surchauffe de la phase liquide, en réalisant un passage direct de courant électrique à travers un flux continu de produit. La diffusion de la chaleur à l'intérieur du produit est plus rapide et plus uniforme ce qui évite la destruction des arômes et des nutriments ainsi que l'endommagement des particules solides (WILLIAMS, 1993 ; HEGENBART, 1996).

Sur le principe, l'effet thermique des chauffeurs ohmiques est semblable à celui des micro-ondes, pour lesquelles l'énergie électrique est transformée en énergie thermique à l'intérieur du produit. Par contre, à l'inverse des micro- ondes, la profondeur de diffusion est virtuellement illimitée. Le taux de diffusion de la chaleur au centre de la particule dépend plus de la conductivité électrique du produit que de sa taille. Avec un rendement énergétique voisin de 90 %, le coût énergétique de ces unités est comparable à celui des systèmes de chauffage conventionnels. Toutefois, le refroidissement des produits traités est relativement lent comparé aux systèmes de chauffage classiques (TULEY, 1991 ; WILLIAMS, 1993 ; HEGENBART, 1996).

Sur le principe du chauffage ohmique, trois types de procédés ont été développés :

– les procédés REVE^ et Sterigran^ (développé par la société ETIA) sont basés sur le principe du tube à passage de courant monté sur un système vibrant qui permet de créer un flux ascensionnel de poudre de type piston.

Cette technologie permet d’atteindre des températures de traitement jusqu’à 250 °C pour des temps de séjour variant de 5 minutes à 1 heure. À l’échelle industrielle, ce type d’appareil permet des débits de traitement allant jusqu’à 2 tonnes à l’heure. L’efficacité du procédé REVE^ est pré- sentée dans le tableau 6 ;

– le procédé Spirajoule^ (développé par la société ETIA) réalise également une thermisation en continu par effet Joule avec un entraînement des poudres par une vis d’Archimède. Par rapport aux deux procédés précédents, les débits de poudre traitée atteignent 10 tonnes à l’heure avec des tem- pératures ne dépassant pas les 150 °C et des temps de séjour de 20 minutes maximum.

Ces procédés possèdent une meilleure image que les traitements de décon- tamination chimiques ou ionisants, par contre leur coût d’achat, les phénomè- nes de mottage et surtout la modification des propriétés organoleptiques des poudres traitées nuisent au développement de ces technologies.

(19)

Tableau 6

Résultats d’essais de décontamination de produits déshydratés avec l’installation Revtech (d’après GATTEGNO, 2000)

ND : non déterminé Table 6

Results of decontamination attempts for dehydrated products with Revtech® process (GATTEGNO, 2000)

ND : undetermined

1.2.2.8 Micro-ondes et hautes fréquences

Comme dans tous les traitements thermiques, l’effet des traitements par hautes fréquences et micro-ondes (fréquence : 10⁸ à 10¹¹ Hz) est basée sur la dénaturation des protéines du micro-organisme sous l’influence de la tempéra- ture. Ce procédé, qui nécessite une teneur en eau minimale de 10 %, permet de réduire la charge microbienne à moins de 10⁴ germes/gramme pour des trai- tements de 75 secondes à 100-120 °C. Le tableau 7 présente quelques valeurs de destruction obtenues avec un pilote micro-ondes.

Le fait que ce type de chauffage ne fasse pas intervenir la conduction, permet au centre du produit de chauffer plus rapidement ce qui se traduit par un chauffage plus homogène, des temps de résidence plus courts et une dégrada- tion thermique du produit plus faible. De plus, le rendement énergétique de ce type d’installation est proche de 65 % (WILLIAMS, 1993 ; THOSTENSON et CHOU, 1999).

Le problème principal des systèmes de chauffage par micro-ondes est l'hétérogénéité du chauffage du fait des propriétés diélectriques du produit qui peuvent varier considérablement et qui sont fonction de la température. De plus, les traitements aux hautes fréquences et aux micro-ondes n'ont qu'une faible utilité parce que le chauffage diélectrique est sérieusement gêné par la faible humidité de la matière première entraînant un chauffage très inégal et des changements importants au niveau des qualités sensorielles : une perte d’environ 15 % du contenu en huiles essentielles est obtenue lors d’un traitement de 1,5 minutes à 100-120 °C. Enfin, l’industrialisation de cette technique est ren- due difficile par l’absence de magnétrons et de klystrons de taille industrielle (WILLIAMS, 1993 ; TISNE, 1999 ; FARKAS, 2000).

Micro-organismes Origan Thym Champignons

déshydratés Poivres Avant Après Avant Après Avant Après Avant Après Aérobies mésophiles 2.6.10⁵ 350 1.10⁵ 5.10³ 1.8.10⁷ 5.10³ 1.10⁷ 500

Coliformes 4500 <10 8800 <10 9.2.10⁴ <100 ND ND

Levures 100 <10 1200 <10 1200 <10 <10

Moisissures 2000 <10 4000 <10 4000 <10 <10

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Tableau 7

Exemples de barèmes temps/température permettant une décontamination des poudres par micro-ondes (d’après TISNE, 1999)

FMT : flore mésophile totale, LM : levures-moisissures Table 7

Example of time/temperature couples allowing powders decontamination by microwaves (TISNE, 1999)

FMT : total mesophilic flora, LM : yeasts and moulds

1.2.3 Traitements combinés

Les traitements combinés associant les effets décontaminants d’une contrainte physique et d’un stress thermique ont été développés à l’échelle industrielle.

Les procédés Masterspice et Werner & Pfeiderer consistent à réaliser une extrusion en utilisant une double hélice chauffant à hautes températures (environ 140 °C) et provoquant un cisaillement important. Ce cisaillement permet de travailler à des pressions élevées comprises entre 25 et 120 bars. Le haut degré de cisaillement et l'action abrasive du mélange épice/céréale, combinés à un choc thermique, facilitent l'élimination des spores bactériennes qui subissent de graves dommages structuraux. Grâce à des temps de traitement de quelques secondes, une réduction de 4 à 7 log de la charge microbienne peut être obtenue. Outre une modification visuelle de certaines épices, les huiles essentielles sont protégées par un ajout d’amidon ou de céréales (la gélatinisation des céréales permet d'encapsuler le matériel aromatique ce qui minimise les pertes en composés volatils), par une atmosphère azotée et par un refroidissement après le traitement (GRY et al., 1984 ; TULEY, 1991 ; DEN UIJL, 1992 ; WILLIAMS, 1993 ; FARKAS, 2000).

Traitement Grains Poudres Farine Fruits secs

1,5 à 3 min à 110 °C

1 à 3 log FMT 2 à 3 log E.coli destruction LM 1 log spores

mésophiles 1 log spores thermophiles

1,5 à 4 min entre 100 et 110 °C

2 log FMT destruction LM et

coliformes 0,8 log spores mésophiles

0,8 log spores thermophiles

2 min à 70 °C

1 log FMT 1 log coliformes

1 log LM destruction coliformes fécaux

7 min à 75 °C

2log FMT destruction moisissures

(21)

1.3 Traitements innovants en cours de développement:

1.3.1 Détente Instantanée Contrôlée (D.I.C.)

Le procédé DIC (Détente Instantanée Contrôlée) consiste à soumettre le produit pulvérulent à un traitement thermique pouvant atteindre 200 °C sous une pression inférieure à 20 bars en quelques dizaines de secondes, puis à le refroidir très rapidement par son passage à une pression comprise entre le vide et la pression atmosphérique. Ce refroidissement rapide entraîne une évapora- tion instantanée de l’eau contenue dans le produit. L’autovaporisation de l’eau contenue dans les micro-organismes provoque l’éclatement des cellules bacté- riennes. Le traitement se termine généralement par un séchage du produit (TJOMB, 2000).

Ce procédé efficace sur le poivre en grains permet de réduire la flore méso- phile totale à moins de 100 germes par gramme. Au niveau du traitement des herbes aromatiques, la DIC entraîne la perte de leurs propriétés sensorielles du fait de l’évaporation au moment du refroidissement. De plus, l’efficacité de ce procédé pour la décontamination des spores reste encore à démontrer.

1.3.2 Lumière pulsée

À l’image des traitements thermiques HTST (High Temperature Short Time), les industriels ont eu l’idée d’appliquer des flashs lumineux de très courte durée et de très forte intensité afin de tuer les microorganismes et de limiter ces phé- nomènes d’oxydation : c’est le principe de la lumière pulsée. La technologie de la lumière pulsée est un procédé breveté, déposé sous le nom de PureBright^, par la société PurePulse (San Diego, Californie). Elle a été développée en France notamment sous le nom OneShot^ par la société Solsys (Marseille). Le système se compose d’une alimentation électrique, d’un condensateur et d’une lampe à enveloppe en quartz contenant du xénon. La lampe à xénon émet des flashs de lumière, d’une durée de 10^-6 à 10^-1 seconde et d’une longueur d’onde comprise entre 200nm dans l’ultraviolet et 1mm dans le proche infra-rouge.

La plupart des auteurs expliquent l’action décontaminante de la lumière par l’effet mutagène des UV (DUNN, 1996 ; MAC GREGOR et al., 1998 ; ROWAN et al.

1998 ; MIMOUNI, 2000). Toutefois, des observations réalisées sur des spores d’Aspergillus niger par WECKHOF et ses collaborateurs (2000) proposent un effet thermique de la lumière pulsée se traduisant par une rupture de la membrane et des parois du micro-organisme. Dans les aliments « transparents », l'effet se propage aussi profondément que la lumière et n'est efficace que sur la surface exposée du produit.

Cette technique diminue la charge microbienne jusqu’à 6 log et augmente la durée de conservation des produits sans altérer leurs propriétés nutritionnelles.

Les traitements par lumière-pulsée se sont révélés très efficaces pour l’inactivation des bactéries (végétatives et sporulées), les protozoaires et les virus dans les produits pharmaceutiques (notamment les solutions ophtalmiques, les déri- vés de plasma sanguin, les vaccins…), le matériel médical, les emballages (en polyéthylène, polypropylène…), et les produits alimentaires (notamment les viandes, les œufs, le pain, les légumes et les fruits) (DUNN, 1996, MIMOUNI, 2000 ; WECKHOF, 2000 ; ROBERTS et HOPE, 2003). Également très utilisée pour la

(22)

décontamination de l’eau destinée à la consommation humaine, l’application de cette technologie aux poudres alimentaires dépend de la capacité à exposer l’ensemble de la surface de chaque particule de poudre au pulse de lumière. En outre, la dégradation du produit liée au traitement est dépendante de sa couleur et de sa composition (HEGENBART, 1996 ; CARIOU, 2000 ; COHEN-MAUREL, 2000).

1.3.3 Applications de chocs thermiques successifs (brevet WO/02071853) Les travaux du laboratoire de Génie des Procédés Alimentaires et Biotech- nologiques de l’Université de Bourgogne sont orientés vers la compréhension des mécanismes cellulaires mis en jeu lors des perturbations physiques du milieu externe (pression osmotique, pression hydrostatique, pH, tempéra- ture…).

La cellule est considérée comme un système physique soumis à des entrées statiques (échelons ou chocs) ou dynamiques (rampes) de ces grandeurs physiques. Les variables de sortie étudiées sont la viabilité cellulaire, la modification du volume cellulaire (qui est l’image des transferts de masse transmembranai- res) et de l’état de la membrane plasmique.

Les résultats obtenus depuis 10 ans montrent l’importance de la cinétique d’application de la perturbation thermique ou osmotique notamment sur les levures et les bactéries. La rapidité d’application du stress provoque la mort cellulaire pour des intensités relativement faibles de la température ou de la pression osmotique. Pour ces grandeurs, les travaux montrent que l’effet d’un choc rapide entraîne des dommages irréversibles à la membrane cellulaire (per- méabilisation) et donc la mort cellulaire.

La réalisation de chocs thermiques (durée autour de la seconde) provoque la mort cellulaire pour des augmentations relativement faibles de température (entre 25 °C et 50 °C) accompagnée d’une variation de volume cellulaire.

L’acquisition de la thermotolérance se fait par un maintien de quelques minutes dans la zone 40 °C-50 °C, soit par une adaptation de la structure membranaire, soit par une réponse active de la cellule (synthèse de protéines de stress…) (POIRIER et al., 1999 ; MARTINEZ DE MARANÕN et al., 1999 ; BENEY et al., 2000 ; TOURDOT-MARÉCHAL et al., 2000).

Notre équipe a eu l’idée d’appliquer ces travaux à la destruction par voie thermique des micro-organismes secs en déposant et développant un brevet sur la décontamination des produits pulvérulents (GERVAIS et al., 2002). Ce brevet repose sur l’application de stress thermiques ultracourts (de l’ordre de quelques secondes) à des températures élevées (entre 200 et 600 °C) suivis d’un refroidissement instantané au moyen d’un gaz froid. Suivant l’activité de l’eau du produit traité, la destruction de la flore mésophile totale contenue dans le poivre en grains (fourni par le groupe Unilever Bestfoods, division Amora-Maille) est comprise entre 3 et 5 log. De plus, après le traitement, les quantités rési- duelles de levures, de moisissures et d’entérobactéries sont inférieures à 50 par gramme. En outre, les qualités organoleptiques du produit traité ne sont pas altérées (l’apparence visuelle et la teneur en huiles essentielles du poivre traité demeurent inchangées).

(23)

2 – CONCLUSION

Depuis de nombreuses années, la décontamination microbiologique des poudres alimentaires pose, des problèmes aux industriels désireux de fournir des produits d’une qualité irréprochable. En effet, la résistance naturelle de la microflore présente, combinée à la relative fragilité des poudres alimentaires, oblige les industriels à réaliser un compromis entre décontamination microbiologique et qualités organoleptiques.

Malgré une innocuité et une efficacité démontrées, la technologie de l’ionisation ne se développe pas devant la réticence des consommateurs.

Toute une gamme de traitements thermiques et athermiques a donc été développée mais leur efficacité ne satisfait pas jusqu’à présent les industriels.

Scientifiques et fabricants de matériels sont toujours à la recherche d’un traitement universel permettant de décontaminer l’ensemble des produits pulvéru- lents.

En cours de développement, les procédés innovants que sont la D.I.C et la lumière pulsée ainsi que le traitement HTST visent à obtenir une décontamina- tion efficace associée à une préservation des qualités intrinsèques du produit.

La compréhension des mécanismes cellulaires mis en jeu lors des perturbations physiques du milieu externe notamment l’influence de l’a_w sur la résistance accrue des microbes en milieu sec, devrait permettre d’accélérer le développe- ment de ces différents procédés.

REMERCIEMENTS

Les auteurs tiennent à remercier l’A.N.R.T. (Association Nationale de la Recherche Technique) et le groupe Unilever Bestfoods pour leur soutien financier.

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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