Décontamination des poudres alimentaires : revue

SCIENCES DES ALIMENTS, 23(2003) 367-394

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REVUE BIBLIOGRAPHIQUE

REVIEW

Décontamination des poudres alimentaires :revue bibliographique et nouvelles perspectives

F. Fine

1,2

et P. Gervais

1

*

RÉSUMÉ

Les produits pulvérulents sont largement représentés dans les différentesfilières alimentaires et leurs qualités microbiologiques et organoleptiquesfont l’objet de la plus grande attention de la part des industriels. La faibleactivité de l’eau des poudres alimentaires contribuent à sélectionner uneflore résistante et notamment une majorité de formes sporulées. La décon-tamination par irradiation ayant été abandonnée pour des raisons d’imagede marque, de nombreux traitements thermiques et athermiques ont étédéveloppés. L’efficacité décontaminante de ces traitements se faisant leplus souvent au détriment de la qualité du produit, de nouveaux procédésinnovants (lumière pulsée, traitements thermiques de type HTST…) ont vu lejour et devraient prochainement être utilisés industriellement.

Mots-clés :

poudre alimentaire, produit pulvérulent, décontamination microbiologique,procédé.

SUMMARY

Microbial decontamination of food powders: bibliographic review andnew prospects

Pulverulent products are widely represented in food-industries that is whytheir 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 rangeof thermic and athermic processes were developed. The bactericidal effectof 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 : [email protected]

4-DECONTAMINATION (367-394) Page 367 Jeudi, 30. octobre 2003 7:06 19C

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368 Sci. Aliments 23(3), 2003 F. Fine, P. Gervais

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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 largementreprésentés dans l’industrie agroalimentaire, c’est pourquoi leur stabilité micro-biologique est depuis longtemps étudiée. Du fait des exigences de qualité tou-jours croissantes de la part du consommateur, l’innocuité de produits tels quele lait en poudre, la farine, les épices, les ovoproduits, les poudres d’algues etles carraghénanes fait l’objet d’une grande attention de la part des industriels.De plus, les nouvelles tendances alimentaires et notamment l’engouement pourles plats ethniques, aux goûts relevés, ont contribué à l’explosion du marchédes épices et des aromates au cours de la dernière décennie (L

ANGLEY

-D

ANYSZ

,1999).

L’objectif de cet article est de caractériser la microflore rencontrée sur lesproduits pulvérulents, de présenter les différents principes de destruction desmicro-organismes secs et de réaliser une synthèse bibliographique de l’ensem-ble des techniques de décontamination des poudres alimentaires. Les principesdes nouveaux procédés actuellement en cours de développement, notammentla Détente Instantanée Contrôlée (DIC), la lumière pulsée ainsi que le systèmebreveté 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 sontsusceptibles de subir une contamination microbienne. Il a été montré qu’uneépice qui se développe à proximité ou au contact du sol (basilic, poivre noir,thym…), présente une charge microbienne beaucoup plus importante par rap-port aux épices éloignées du sol (girofle, fleur de muscadier…). D’autres pou-dres telles que le lait déshydraté peuvent subir des contaminationsmicrobiennes tout au long du procédé de fabrication (D

EN

U

IJL

, 1992 ; V

ÖLKER

et al

., 1998).

Le sol, le climat, les conditions de culture, de récolte, de séchage et destockage affectent la charge microbienne des produits pulvérulents qui peutvarier d’une centaine à plusieurs millions de germes par gramme. C’estpourquoi, 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 sécheurmoderne, un nettoyage à l’eau propre et un emballage hygiénique permettentde réduire en général la charge microbienne de 2 log sans altérer la qualitéorganoleptique du produit. Les produits pulvérulents résultant d’un procédé defabrication tels que le lait en poudre et les ovoproduits sont des produitsmicrobiologiquement stables tant qu’ils demeurent à l’état sec, par consé-quent les conditions de stockage de ces produits sont prépondérantes pourassurer une bonne conservation (E

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AIROUTI

, 1989 ; D

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IJL

, 1992 ; M

ODLICH

et W

EBER

, 1993 ; F

ARAG

Z

ALED

et al

., 1996 ; V

ÖLKER

et al

., 1998 ; F

ARKAS

, 2000).

La localisation géographique des zones de production et la faible activité del’eau des poudres alimentaires font que la plupart des germes présents sontthermotolérants et xérophiles ce qui rend encore plus difficile leur élimination.En effet, les micro-organismes présents sur les poudres subissent un premierstress osmotique qui a pour conséquence d’augmenter leur thermotolérance(T

ROLLMO

et al

., 1988 ; A

GAB

et C

OLLINS

, 1992 ; J

ØRGENSEN

et

al

., 1995 ; M

ARTI-NEZ

DE

M

ARANÕN

, 1997, M

ANAS

et 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

(M

ODLICH

et W

EBER

, 1993 ; F

ARKAS

, 2000).

Salmonella

est présente dans 8 % des échantillons de poivre (T

ULEY

, 1991). De nombreu-ses moisissures, essentiellement des

Aspergillus

(

Aspergillus

flavus

fait partiedes contaminants principaux du poivre noir) et des

Penicillium

, ainsi que

Clos-tridium perfringens

(10-100/gramme) constituent le reste des contaminantsprincipaux des poudres (E

NAM

et al.

, 1995). Des souches de

Staphylococcusaureus

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(E

L

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AIROUTI

, 1989 ; R

IZVI

, 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 afinde prévenir ou de retarder la croissance des micro-organismes (

tableau 1

). Lesconstituants des huiles essentielles sont actifs contre une large gamme de bac-téries, levures et champignons. La similitude structurale des huiles essentiellesavec les phénols suggèrent que leur action sur la croissance des micro-organis-mes se fait par le même mécanisme : les phénols altèrent la perméabilité mem-branaire des bactéries et interfèrent avec les systèmes de transport ionique, letransport 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. (W

EISER

et al

.,1971 ; F

ARKAS

, 2000).


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Tableau 1

Principaux composés anti-microbiens présents dans les épices(d’après F

ARKAS

, 2000)

Table 1

Major antimicrobials present in some spices (F

ARKAS

, 2000)

L’utilisation de ces ingrédients dans les produits cuits (plats préparés, char-cuteries cuites…) ne pose aucun problème puisque la quasi-totalité de leurcharge microbienne est détruite par la chaleur de cuisson. Par contre, pour lesproduits prêts à consommer sans traitement thermique (fromages frais aux épi-ces, salaisons crues…), les poudres entrant dans la fabrication doivent êtredébarrassées de leur charge microbienne afin d’éviter l'altération prématuréed'un produit ou menacer la santé du consommateur. Le

tableau 2

reprend lesrecommandations du Syndicat National des Fabricants de Plats cuisinés(SYNAFAP) au niveau de la qualité microbiologique des épices (M

INET

et S

ØREN-SEN

1990, F

IESS

, 1994 ; V

ÖLKER

et al

., 1998 ; L

ANGLEY

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ANYSZ

, 1999 ; F

ARKAS

,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

F

IESS

, 1994)

Table 2

SYNAFAP norms for microbial quality of spices (F

IESS

, 1994)

1.1.3 La résistance aux stress des micro-organismes secs

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

M

URRELL

et S

COTT

(1966) puis C

ORRY

(1971) ont rapporté que la résistancethermique des spores et des formes végétatives est plus importante dans desmilieux pauvres en eau. Le même phénomène de résistance microbienne suiteà un stress osmotique a été rapporté par K

NORR et ses collaborateurs (1992)puis par OXEN et KNORR (1993) lors de traitement par hautes pressions. Laréduction décimale d’une population de Rhodotorula rubra est supérieure à 7après un traitement à 400MPa (15 min à 25 °C) à une aw proche de 1, alorsqu’elle n’est plus que de 2,5 dans un milieu à aw = 0,94 (50 % saccharose) etquasiment nulle dans un milieu à aw = 0,91 (55 % saccharose ou 13 % NaCl).

Le stress osmotique subi par les microrganismes lors de la contaminationdes produits pulvérulents a pour effet une augmentation de la thermotolérancedes 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 lateneur 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 desolvants formant des liaisons hydrogènes tels que le glycérol ou le formamide,la flexibilité conformationnelle des enzymes était réduite. Or, la dénaturationthermique des enzymes nécessite une importante mobilité conformationnelle etdonc 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 levuressoumises à une augmentation de la température et disparaît aussi rapidementlorsque celle-ci revient à la valeur initiale. Il semblerait que cette molécule aitune action protectrice de la structure des membranes cellulaires et de certainesprotéines (CROWE et al., 1984 ; IWAHASHI et al., 1991). En augmentant la structu-ration de l’eau intracellulaire, le tréhalose préserve les protéines et les membra-nes d’une dénaturation thermique en renforçant les liaisons hydrogènes.

Outre le tréhalose, la cellule synthétise également une grande quantité depolyalcools 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 poudresprésentent une teneur en eau intracellulaire proche de celle des spores et cor-respondant à une aW de 0,7-0,8 (ALGIE, 1984 ; MARQUIS, 1998). À l’état sec, lacomposition du milieu intracellulaire des spores et des cellules végétatives estsans doute relativement proche. De plus, la faible résistance au transfert thermi-que représentée par la paroi de la spore peut laisser penser que la destructiondes 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 procédésde décontamination athermiques (fumigation, irradiation…) semblent plusappropriés que les procédés travaillant avec une chaleur humide ou sous pres-sion 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'oxyded'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 oul’inactivation des micro-organismes. Ces composés permettent une réductionde la flore aérobie de 1 à 4log pour des concentrations variant entre 400 et1000 mg/L (FARKAS, 2000).

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

– production de composés mutagènes et carcinogènes : éthylène glycol(résulte de l’hydrolyse de l’oxyde d’éthylène), chloro-2 éthanol (se formepar réaction entre l’oxyde d’éthylène et les chlorures minéraux contenusdans 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 prévenirtout problème de toxicité, il est indispensable de veiller à l’absence dechloro-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 organolepti-que 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 functionof preservation time (MURAZ and CHAIGNEAU, 1985)

La fumigation à l’ozone a également été envisagée puisque ce composépermet, 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 mutagèneou 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 placede règles de sécurité draconiennes (FARKAS, 2000).

1.2.1.2 Ionisation

L’irradiation (ou ionisation) est une technique physique utilisant une énergiede 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 desmembranes et des acides nucléiques des micro-organismes tout en conservant(aux doses autorisées) l’intégrité des atomes constituants les molécules de pro-duits vivants (FIESS, 1994 ; LANGLEY-DANYSZ, 1999).

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

– les faisceaux d’électrons accélérés ou rayonnement bêta pour des dosesde 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’énergiele 60Co ou le 137Cs (DEN UIJL, 1992 ; RAHMAN, 1999). Ce type de rayonne-ment présente l’avantage, par rapport aux deux sources précédentes,d’avoir une capacité de pénétration de l’ordre du mètre. Pour le traitementdes produits alimentaires, les doses autorisées se situent entre 2 et10kGray.

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 lespropriétés nutritionnelles et les qualités organoleptiques des produits ionisés.De plus, l’innocuité totale des aliments ionisés, notamment l’absence deradioactivité dans le produit traité, a été reconnue au plan international en 1997(LANGLEY-DANYSZ, 1999 ; FARKAS, 2000).

La décontamination par ionisation présente pourtant trois inconvénientsmajeurs :

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

• Au contact de l’oxygène de l’air, les traitements ionisants entraînent la for-mation de radicaux libres très réactifs pouvant provoquer l’oxydation oul’hydroxylation de certaines huiles essentielles et composés aromatiquesle plus souvent responsables des qualités organoleptiques des épices.Cependant, le faible niveau d’hydratation des poudres limite très fortementla formation de ces radicaux libres. FARAG-ZALED et ses collaborateurs(1996) ont montré que l’irradiation gamma entraînait des pertes au niveaudes 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 poudresionisées est souvent enregistrée et elle se traduit par une odeur derancissement ; 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 desconsommateurs qui ne voit qu’une technique compliquée et abstraite faisantintervenir 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’autrestechniques 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 agroali-mentaire se présente actuellement comme une alternative prometteuse à lapasteurisation à la chaleur. En effet, l’utilisation de ce procédé permet d’obtenirl’inactivation à froid des micro-organismes contenus dans les aliments.

Dans ce procédé, la mort cellulaire a lieu lors du maintien du produit à hau-tes pressions (entre 5000 et 9000 bars) et l’efficacité de la décontamination estfonction 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 etcela se traduit par :

– une dénaturation des protéines qui peut être représentée sur un dia-gramme (Hawlet, 1971) présentant une forme pseudo-elliptique semblableen certains points au diagramme pression-température d’inactivation desmicro-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

GLACEVI

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 dephase 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 etde la traduction.

La décontamination par hautes pressions présente deux avantagesmajeurs : les quantités d’énergie mises en jeu sont relativement faibles maissurtout ces traitements permettent de préserver les qualités nutritionnelles etsensorielles des aliments. Par contre, les niveaux de destruction obtenus parhautes pressions sur des produits pulvérulents se limitent à 1log du fait de leurtrès faible teneur en eau. Le coût des installations de décontamination par hau-tes pressions limite également leur développement.

1.2.1.4 Les UV

L’utilisation de la lumière UV pour la décontamination microbiologique estbasée sur l’endommagement des acides nucléiques des micro-organismesrésultant 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 libresqui peuvent à leur tour endommager l’ADN. Les UVB (290-320nm) agissentdirectement 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 radicauxlibres qui en résultent, provoquent souvent l’oxydation de certains composésaromatiques (TULEY, 1991 ; FARKAS, 2000).

1.2.2 Traitements thermiques

Le traitement thermique constitue l’alternative la plus utilisée qui permet auxproducteurs 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 : lesactivités 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 lebéta-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 oumaintenue trop longtemps entraîne des modifications de la couleur et la perted’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 etindustriels tentent d’optimiser le barème temps/température pour minimiserl’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 estvéhiculé par l’eau, la chaleur dans un milieu pulvérulent sec se transmet par lebiais de l’air et par conduction entre les particules de poudre. L’air est un milieuplus facile à chauffer mais aussi plus facile à refroidir que l’eau. Dans un milieuaérien, la destruction d’un micro-organisme nécessitera plus d’énergie quedans 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 ladénaturation 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, unecondensation du nucléole avec condensation du matériel périphérique a étéobservée après un choc thermique par WEBSTER et WATSON (1993). La formationde granules cytoplasmiques (résultat d’une dénaturation des protéines cyto-plasmiques due à l’élévation de la température) et de particules électro-densesdans la matrice mitochondriale a également été observée.

Même si les températures induisent des altérations de différentes structuresde la cellule et des composants biochimiques, la perte de l’intégrité membra-naire serait la principale cause de mort cellulaire pendant le stress thermique(GERSHFELD et MURAYAMA, 1988 ; BISCHOF et al., 1995). Cette perte de l’intégritémembranaire est le résultat d’une perméabilisation de la membrane (BISCHOF etal., 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 duvolume cellulaire liée à la perméabilisation de la membrane serait la consé-quence de la mort cellulaire (GERVAIS et MARTINEZ DE MARANÕN, 1995 ; MARTINEZDE MARANÕN, 1997).

DAUDIN et CERF (1977) attribuent la destruction des spores lors d’un chocthermique à des ruptures mécaniques au niveau des différentes enveloppesnotamment 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 auxtempératures élevées comme le premier inducteur de la réponse cellulaire à unchoc thermique. En plus de servir comme premier signal pour la synthèse deHSP, les protéines thermolabiles et nécessaires à la survie des cellules sontbeaucoup plus stables dans les cellules thermotolérantes. La dénaturation deces protéines critiques induirait la mort cellulaire (LEPOCK et al., 1993).

En plus de la dénaturation de certaines protéines, HOBBS et ses collabora-teurs (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 fonctionsmétaboliques des cellules.

1.2.2.2 Influence de la cinétique d’application de la chaleur

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


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

De plus, l’énergie d’activation nécessaire pour tuer les micro-organismes estbeaucoup plus importante que l’énergie d’activation de la plupart des réactionschimiques. Cette différence indique que les décontaminations à hautes tempé-ratures pendant des temps très courts (traitements HTST) produiront, pour unedécontamination équivalente, moins de modifications chimiques au niveau duproduit que les décontaminations à basses températures pendant des périodesde 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 varienten fonction du type d’aliment et des micro-organismes considérés (ALDERTON etSNELL, 1970). Parmi les facteurs intrinsèques citons : le potentiel nutritif, le pHet les composés antimicrobiens (SO2, nitrates, nitrites,…). Tandis que les fac-teurs extrinsèques englobent la température, l’oxygène, les traitements chimi-ques et les irradiations (BASSAL, 1993). La figure 2 montre que D, tempsnécessaire pour réduire la population microbienne au dixième de sa valeur ini-tiale, passe par un maximum pour des activités de l’eau comprises entre 0,2 et0,4, 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 constatéque la résistance thermique des formes végétatives des bactéries, en particulierSalmonella typhimurum, est maximale pour des aW comprises entre 0 et 0,2pour des températures entre 125 et 160 °C, puis cette résistance diminue avecl’augmentation de l’aW.

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 brunissementnon-enzymatique des produits résultant de la réaction de Maillard. Ce sont desréactions entre des sucres réducteurs (glucose, lactose…) et les groupementsamines des acides aminés des protéines. Ces réactions produisent des pig-ments colorés (les mélanoïdes) et des substances volatiles (arômes), qui sontrecherchés en panification et en biscuiterie, tandis qu’on essaye de les éviterdurant le séchage du lait ou la décontamination des épices. Dans les produitssecs, la cinétique optimale de la réaction a été observée pour des aW compri-ses 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).


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Figure 2

Effet de la température de traitement à différentes valeurs d’aW sur la vitessede destruction thermique des spores de Bacillus stearothermophilus

(d’après MURRELL et SCOTT, 1966)

Treatment temperature effect, at different aW values, on thermic destruction rateof Bacillus stearothermophilus (MURRELL and SCOTT, 1996)

Figure 3

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

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

3

2

100 °C

110 °C

120 °C

1Log D(min)

0

– 10,2 0,4

aW

0,6 0,8 1,0

Non-enzymatic browning

Enzymatic hydrolysis

Lipid oxydation

Relative foodsdegradation rates

Enzyme

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


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1.2.2.4.2 Diminution des valeurs organoleptique et nutritionnelle

Outre la modification de couleur associée au traitement thermique (brunisse-ment non-enzymatique et oxydation des lipides), une volatilisation des arômesest souvent observée. Au niveau des épices et des herbes aromatiques, cetteperte peut être quantifiée en dosant le taux d’huile essentielle caractéristique dutype de produit. Le tableau 4 présente les changements du contenu de certai-nes huiles volatiles du poivre noir après traitement thermique (FARAG-ZALED etal., 1996).

Tableau 4

Changement du contenu de certaines huiles volatiles du poivre noiraprès 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 treatmentat 70 °C for 15 minutes (FARAG ZALED et al., 1996)

D’autre part, du point de vue des nutritionnistes, les procédés thermiques setraduisent souvent par une perte de la valeur nutritionnelle des poudres, due àla disparition d’acides aminés essentiels (les résidus lysine des protéines setrouvent 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 quedes composés allergiques appelés A.G.E. (Advanced Glycation End products)(CHUNG ET 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’heureactuelle de la vapeur saturée comme fluide décontaminant. L’efficacité de cetteméthode 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


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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-entropiede 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 titrede vapeur est égal à 1. En industrie, elle correspond à la vapeur idéale puisquesa chaleur latente est maximale et donc le transfert de chaleur au point d’utili-sation sera optimal. De plus, il est préférable d’utiliser de la vapeur saturéesèche pour réduire au maximum l’humidité finale des produits traités et donc ladurée 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 de100 °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 lachaleur humide. Par conséquent, des températures de traitement plus élevéessont 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 devapeur 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


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

L’ensemble des procédés utilisant de la vapeur saturée humide travaille àdes températures comprises entre 60 et 130 °C selon la pression du système.Les procédés Hosokawa Micron, Zellgerm et Olsa réalisent, avant l’injection devapeur, une mise sous vide de la cuve dans laquelle les poudres à traiter sontbrassées. D’autres procédés tels que Sterispice, Microcontrol et Micromastertravaillent à pression constante avec une vapeur saturée à 121 °C (MINET etSØRENSEN, 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 destemps de maintien de quelques secondes. Zellgerm, Micromaster et Sterispiceréalisent une décontamination efficace (2 à 4 log) pour des traitements variantde 1 à 10 minutes. Enfin, le procédé EVW s’adresse aux poudres alimentairesles moins fragiles puisque des traitements de 1 à 4 heures entre 60 et 100 °Csont 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 derefroidissement est en général indispensable pour ralentir les phénomènes debrunissement non-enzymatique liés à la réaction de Maillard. Ce refroidisse-ment est réalisé à température ambiante dans le procédé Micromaster, parinjection de CO2 dans le procédé développé par INGLIS et LARK (1996) et parrupture 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 dedécontamination. La technologie Sterispice implique l'encapsulation de l'épiceavec une couverture protéique (environ 1 % de la masse traitée) avant l’étapede 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 fabri-quant à le mentionner sur l’emballage ce qui nuit à l’image du produit). Lasociété « La Case aux Épices » a apporté une modification au procédé Hoso-kawa Micron pour récupérer une partie des huiles essentielles perdues parentraînement par la vapeur : à la fin du traitement, le mélange vapeur/huile estévacué dans un tube en verre à l’intérieur duquel la vapeur se liquéfie en serefroidissant. Le mélange eau/huile se sépare alors par densité. Les huilesessentielles sont ensuite réinjectées dans la cuve par atomisation et mélangéesaux 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 pro-duits qui est coûteuse en énergie (WILLIAMS, 1993 ; FAVIER, 1995 ; FARKAS,2000).

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


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1.2.2.5.3 La vapeur surchauffée

La vapeur surchauffée est une vapeur sèche chauffée au-dessus du pointd’équilibre de la vapeur saturée. À une pression donnée, la température de lavapeur surchauffée est supérieure à la température d’ébullition ce qui permetde réduire la quantité de condensat sans diminuer l’efficacité de la stérilisation.Toutefois, sa température est difficilement contrôlable, elle abandonne sa cha-leur beaucoup plus lentement que la vapeur saturée et 40 à 50 °C supplémen-taires sont nécessaires dans les systèmes à vapeur surchauffée pour tuer lemême nombre de spores par rapport à la vapeur saturée (BROWN, 1994).

Deux procédés principaux utilisant de la vapeur surchauffée sont actuelle-ment utilisés industriellement :

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

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

Tableau 5

Caractéristiques microbiologiques des poudres traitéspar 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 dela vapeur d’alcool sous pression à une température proche de 100 °C permet-tent de réduire de 2 log la charge microbienne du poivre en grains. La vapeurd'alcool entraîne un effet antimicrobien, le plus souvent insuffisant, sur desgraines entières mais ce type de traitement n'est pas envisageable avec desépices 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


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1.2.2.7 Chauffage ohmique

Pour un mélange solide-liquide, le chauffage ohmique est une méthodeinnovante qui permet de s'affranchir des problèmes de transfert thermique etnotamment de surchauffe de la phase liquide, en réalisant un passage direct decourant électrique à travers un flux continu de produit. La diffusion de la chaleurà l'intérieur du produit est plus rapide et plus uniforme ce qui évite la destruc-tion des arômes et des nutriments ainsi que l'endommagement des particulessolides (WILLIAMS, 1993 ; HEGENBART, 1996).

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

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

– les procédés REVE et Sterigran (développé par la société ETIA) sontbasés sur le principe du tube à passage de courant monté sur un systèmevibrant qui permet de créer un flux ascensionnel de poudre de type piston.Cette technologie permet d’atteindre des températures de traitementjusqu’à 250 °C pour des temps de séjour variant de 5 minutes à 1 heure. Àl’échelle industrielle, ce type d’appareil permet des débits de traitementallant 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 égalementune thermisation en continu par effet Joule avec un entraînement des pou-dres 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 de20 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 despoudres traitées nuisent au développement de ces technologies.


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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 parhautes fréquences et micro-ondes (fréquence : 108 à 1011 Hz) est basée sur ladénaturation des protéines du micro-organisme sous l’influence de la tempéra-ture. Ce procédé, qui nécessite une teneur en eau minimale de 10 %, permetde 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 valeursde destruction obtenues avec un pilote micro-ondes.

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

Le problème principal des systèmes de chauffage par micro-ondes estl'hétérogénéité du chauffage du fait des propriétés diélectriques du produit quipeuvent varier considérablement et qui sont fonction de la température. Deplus, les traitements aux hautes fréquences et aux micro-ondes n'ont qu'unefaible utilité parce que le chauffage diélectrique est sérieusement gêné par lafaible humidité de la matière première entraînant un chauffage très inégal et deschangements importants au niveau des qualités sensorielles : une perte d’envi-ron 15 % du contenu en huiles essentielles est obtenue lors d’un traitement de1,5 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-organismesOrigan 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 décontaminationdes poudres par micro-ondes (d’après TISNE, 1999)

FMT : flore mésophile totale, LM : levures-moisissures

Table 7

Example of time/temperature couples allowing powders decontaminationby 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 contraintephysique et d’un stress thermique ont été développés à l’échelle industrielle.

Les procédés Masterspice et Werner & Pfeiderer consistent à réaliser uneextrusion en utilisant une double hélice chauffant à hautes températures (envi-ron 140 °C) et provoquant un cisaillement important. Ce cisaillement permet detravailler à des pressions élevées comprises entre 25 et 120 bars. Le haut degréde cisaillement et l'action abrasive du mélange épice/céréale, combinés à unchoc thermique, facilitent l'élimination des spores bactériennes qui subissentde graves dommages structuraux. Grâce à des temps de traitement de quel-ques secondes, une réduction de 4 à 7 log de la charge microbienne peut êtreobtenue. Outre une modification visuelle de certaines épices, les huiles essen-tielles sont protégées par un ajout d’amidon ou de céréales (la gélatinisationdes céréales permet d'encapsuler le matériel aromatique ce qui minimise lespertes en composés volatils), par une atmosphère azotée et par un refroidisse-ment 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 minà 110 °C

1 à 3 log FMT2 à 3 log E.colidestruction LM

1 log spores mésophiles1 log spores thermophiles

1,5 à 4 min entre 100et 110 °C

2 log FMTdestruction LM et

coliformes0,8 log spores mésophiles

0,8 log spores thermophiles

2 min à 70 °C

1 log FMT1 log coliformes

1 log LMdestruction

coliformes fécaux

7 min à 75 °C2log FMT

destruction moisissures


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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 leproduit pulvérulent à un traitement thermique pouvant atteindre 200 °C sousune pression inférieure à 20 bars en quelques dizaines de secondes, puis à lerefroidir très rapidement par son passage à une pression comprise entre le videet la pression atmosphérique. Ce refroidissement rapide entraîne une évapora-tion instantanée de l’eau contenue dans le produit. L’autovaporisation de l’eaucontenue 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 desherbes aromatiques, la DIC entraîne la perte de leurs propriétés sensorielles dufait de l’évaporation au moment du refroidissement. De plus, l’efficacité de ceprocédé 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 duréeet 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 dela lumière pulsée est un procédé breveté, déposé sous le nom de PureBright,par la société PurePulse (San Diego, Californie). Elle a été développée enFrance notamment sous le nom OneShot par la société Solsys (Marseille). Lesystème se compose d’une alimentation électrique, d’un condensateur et d’unelampe à enveloppe en quartz contenant du xénon. La lampe à xénon émet desflashs de lumière, d’une durée de 10-6 à 10-1 seconde et d’une longueur d’ondecomprise entre 200nm dans l’ultraviolet et 1mm dans le proche infra-rouge.

La plupart des auteurs expliquent l’action décontaminante de la lumière parl’effet mutagène des UV (DUNN, 1996 ; MAC GREGOR et al., 1998 ; ROWAN et al.1998 ; MIMOUNI, 2000). Toutefois, des observations réalisées sur des sporesd’Aspergillus niger par WECKHOF et ses collaborateurs (2000) proposent un effetthermique de la lumière pulsée se traduisant par une rupture de la membrane etdes parois du micro-organisme. Dans les aliments « transparents », l'effet sepropage aussi profondément que la lumière et n'est efficace que sur la surfaceexposée du produit.

Cette technique diminue la charge microbienne jusqu’à 6 log et augmente ladurée de conservation des produits sans altérer leurs propriétés nutritionnelles.Les traitements par lumière-pulsée se sont révélés très efficaces pour l’inactiva-tion des bactéries (végétatives et sporulées), les protozoaires et les virus dansles produits pharmaceutiques (notamment les solutions ophtalmiques, les déri-vés de plasma sanguin, les vaccins…), le matériel médical, les emballages (enpolyéthylène, polypropylène…), et les produits alimentaires (notamment lesviandes, les œufs, le pain, les légumes et les fruits) (DUNN, 1996, MIMOUNI,2000 ; WECKHOF, 2000 ; ROBERTS et HOPE, 2003). Également très utilisée pour la


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décontamination de l’eau destinée à la consommation humaine, l’application decette technologie aux poudres alimentaires dépend de la capacité à exposerl’ensemble de la surface de chaque particule de poudre au pulse de lumière. Enoutre, la dégradation du produit liée au traitement est dépendante de sa couleuret 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 compréhensiondes mécanismes cellulaires mis en jeu lors des perturbations physiques dumilieu externe (pression osmotique, pression hydrostatique, pH, tempéra-ture…).

La cellule est considérée comme un système physique soumis à des entréesstatiques (échelons ou chocs) ou dynamiques (rampes) de ces grandeurs physi-ques. Les variables de sortie étudiées sont la viabilité cellulaire, la modificationdu 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 cinétiqued’application de la perturbation thermique ou osmotique notamment sur leslevures et les bactéries. La rapidité d’application du stress provoque la mortcellulaire pour des intensités relativement faibles de la température ou de lapression osmotique. Pour ces grandeurs, les travaux montrent que l’effet d’unchoc 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 lamort 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 minutesdans 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 voiethermique des micro-organismes secs en déposant et développant un brevetsur la décontamination des produits pulvérulents (GERVAIS et al., 2002). Ce bre-vet repose sur l’application de stress thermiques ultracourts (de l’ordre de quel-ques secondes) à des températures élevées (entre 200 et 600 °C) suivis d’unrefroidissement instantané au moyen d’un gaz froid. Suivant l’activité de l’eaudu produit traité, la destruction de la flore mésophile totale contenue dans lepoivre 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 pargramme. En outre, les qualités organoleptiques du produit traité ne sont pasaltérées (l’apparence visuelle et la teneur en huiles essentielles du poivre traitédemeurent inchangées).


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2 – CONCLUSION

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

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

Toute une gamme de traitements thermiques et athermiques a donc étédéveloppée mais leur efficacité ne satisfait pas jusqu’à présent les industriels.Scientifiques et fabricants de matériels sont toujours à la recherche d’un traite-ment universel permettant de décontaminer l’ensemble des produits pulvéru-lents.

En cours de développement, les procédés innovants que sont la D.I.C et lalumière 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 perturbationsphysiques du milieu externe notamment l’influence de l’aw sur la résistanceaccrue 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 laRecherche Technique) et le groupe Unilever Bestfoods pour leur soutien financier.

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LA NOUVELLE RÉFÉRENCE DE VOTRE FILIÈRE !

Cet ouvrage permet un examen complet et systématique desétapes de la gestion des matières premières dans l’industrielaitière (et plus généralement alimentaire) : collecte, récep-tion, traitements, conditionnement et sortie en produitsfinis. Il vise à optimiser les pratiques mises en œuvre, accor-dant les connaissances d’ordres scientifique et technolo-gique aux exigences imposées par une gestion performantedes matières, dont il rappelle le principe fondamental :réduire les coûts, évaluer et améliorer le contrôle des flux.

Conçu à l’usage des responsables, technologues, ingénieursou gestionnaires, il propose successivement :

– une définition critique des concepts essentiels : bilan,pertes, ratios, coûts matières ;

– un inventaire des méthodes de base : statistique, échantillonnage, métrologie ;

– un rappel des principales caractéristiques physiques du lait et des produits laitiers ;

– la description des méthodes de mesure quantitatives et analytiques permettant de suivreles réceptions, les flux et les sorties avec leurs limites d’incertitude ;

– la présentation des moyens informatiques adaptés à une gestion efficace ;

– une série d’applications concrètes pour chaque atelier ou produit, précisant les missionsdévolues aux responsables ;

– les divers aspects, tant réglementaires qu’économiques, des entrées et des sorties de matières et de produits ;

– un recoupement des pertes avec les rejets et les effluents.

La gestion matières dans l’industrie laitière bénéficie de la double expérience profession-nelle de son coordonnateur, consultant en entreprises et intervenant à l’Institut supérieurd’industrie et d’économie laitières. Hubert Pointurier a lui-même rédigé plusieurs cha-pitres et orchestré les connaissances des autres auteurs issus de disciplines diversifiées,réalisant un outil actualisé sans équivalent.

416 p., 16 x 24 cm, relié, 2003, Éditions Tec & Doc, collection STAA, ISBN : 2-7430-0616-1, 100 €

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Décontamination des poudres alimentaires : revue