LES ALIMENTS Transformation, Conservation et Qualité Nout, Hounhouigan, van Boekel Cover_Nout 19.02.2003 11:55 Uhr Seite 1 L’aliment est un besoin fondamental pour la vie ! L’agriculture, l’élevage et la pêche fournissent à l’homme une variété de produits qui doivent être conservés pour être consommés sur une plus longue période. Le développement des métho- LES ALIMENTS des de conservation a contribué à la production d’aliments au niveau mondial, au point qu’aujourd’hui, on estime que la production alimentaire mondiale est suffisante pour nourrir toute l’humanité. Cependant, il existe de grandes disparités en matière de disponibilité alimentaire, en particulier en Afrique au Sud du Sahara où la précarité alimentaire, l’augmentation galopante de la population et l’urbanisa- tion effrénée font craindre le pire pour le futur. Différentes stratégies ont été mises en œuvre pour remédier à cette situation, notamment l’augmentation de la production agricole à travers des paquets techno- logiques plus productifs. Cependant, la sécurité alimentaire ne peut être garantie uniquement par l’augmentation de la production. Les efforts consentis peuvent donc être annihilés si l’accent n’est pas également mis sur la réduction des pertes post-récolte de manière à s’assurer qu’ à terme, l’intégralité de la production se retrouve sur la table des consommateurs, à l’état frais ou transformé. La transformation et la conservation des produits alimentaires nécessitent des opérations destinées à leur assurer une bonne qualité en les rendant attractifs, comestibles, délicieux et nutritifs pour le consommateur. Le stockage, la distribution et le commerce des aliments nécessitent que ceux-ci aient une durée de vie com- merciale relativement longue et soient d’une bonne innocuité pour les consomma- teurs. La qualité de l’aliment s’apprécie à travers tous ces facteurs. Par conséquent, elle est essentielle aussi bien pour le producteur que pour le consommateur. Il est alors important de développer des savoir-faire technologiques et des infra- structures adéquats pour satisfaire la demande d’aliments de bonne qualité. Dans le contexte du continent africain qui doit aujourd’hui, plus que par le passé, faire face à une crise d’identité culturelle alimentaire, du fait de la mondialisation, cette nécessité de développement technologique revêt une importance toute particulière. Ce livre aborde les bases théoriques, les principes, les applications pratiques des opérations unitaires de transformation alimentaire, les méthodes d’optimisation Transformation, et de conservation, d’analyse et de maîtrise de la qualité. Il aborde également les questions liées à certaines technologies comme celles des céréales, des racines Conservation et Qualité et tubercules, des fruits et légumes, etc., spécifiques au contexte africain. Ce livre est une source essentielle de connaissance et d’exercices pour les étudiants en science et technologie des aliments au niveau des universités et des écoles de formation professionnelle. Sa conception sous forme compacte et intégrée de type « tout en un » en fera une référence indispensable pour les pro- fessionnels de l’agroalimentaire. Par Robert Nout Joseph D. Hounhouigan Tiny van Boekel ISBN 90-5782-124-9 Backhuys Publishers Nout_Vorspann 19.02.2003 11:26 Uhr Seite 1 LES ALIMENTS Transformation, Conservation et Qualité Par Robert Nout Joseph D. Hounhouigan Tiny van Boekel Backhuys Publishers Nout_Vorspann 19.02.2003 11:26 Uhr Seite 2 Photos de page de couverture: En haut à gauche: Conditionnement de concentré de jus de passiflore à l'échelle industrielle (Photo: Robert Nout) En haut à droite: Opération de garification (cuisson du gari) sur un foyer amélioré (Photo: Joseph Hounhouigan) En bas à droite: Plat de crêpe à base de farine d'igname, de manioc et d'oeuf (Photo: Joseph Hounhouigan) Conception et rédaction: Joseph D. HOUNHOUIGAN , Dr.ir. Maître de Conférence Biochimie & Technologie Alimentaires Faculté des Sciences Agronomiques Université d' Abomey-Calavi République du Bénin Robert NOUT , Dr.ir. Professeur Associé Microbiologie Alimentaire Université de Wageningen Pays-Bas Tiny VAN BOEKEL, Dr.ir. Professeur Conception de Produit & Gestion de Qualité Université de Wageningen Pays-Bas Produced by Margraf Publishers GmbH © 2003 Backhuys Publishers, Leiden, The Netherlands Co-publication with „Le Centre technique de coopération agricole et rurale“ (CTA), Wageningen, The Netherlands All rights reserved. No part of this book may be translated or reproduced in any form by print, photoprint, microfilm, or any other means without prior written permission from the publishers, Backhuys Publishers, P.O. Box 321, 2300 AH Leiden, The Netherlands. Printed in Germany ISBN 90-5782-124-9 Nout_Vorspann 19.02.2003 11:26 Uhr Seite 3 Le Centre technique de coopération agricole et rurale (CTA) a été créé en 1983 dans le cadre de la Convention de Lomé entre les pays ACP (Pays d’Afrique, des Caraïbes et du Pacifique) et les États membres de l’Union européenne. Depuis 2000, il exerce ses activités dans le cadre de l'Accord de Cotonou ACP-CE. Le CTA a pour mission de développer et de fournir des services visant à amé- liorer l’accès à l’information en faveur du développement agricole et rural. Il cherche également à renforcer la capacité des pays ACP à produire, acquérir, échanger et utiliser des informations dans ce domaine. Les programmes du CTA s’articulent autour de quatre thèmes principaux : • améliorer la gestion de l’information et élaborer des stratégies de partenariat en vue de formuler et de mettre en œuvre des politiques de développement ; • promouvoir les contacts et l’échange d’expériences ; • fournir aux partenaires ACP des informations à leur demande ; • et renforcer leurs capacités à acquérir des informations et à les communiquer. CTA, Postbus 380, 6700 AJ Wageningen, Pays-Bas Nout_Vorspann 19.02.2003 11:26 Uhr Seite 4 Nout_Vorspann 19.02.2003 11:26 Uhr Seite 5 TABLE DES MATIÈRES Préface Liste des symboles 1. Composants principaux et propriétés des aliments . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 1.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 1.2. Les composants chimiques et leur importance technologique . . . . . . . . . . . . .3 1.3. Tables de composition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 2. Quelques facteurs de détérioration des aliments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 2.1. Les micro-organismes et leur comportement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 2.2. Les altérations d’origine microbienne: maladies et détérioration . . . . . . . . .21 2.3. Les altérations d’origine chimique et biochimique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32 2.4. Les arthropodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43 2.5. Les rongeurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48 2.6. La détérioration et la conservation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50 3. Génie des procédés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53 3.1. Les procédés et les opérations unitaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53 3.2. Le transfert de matière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54 3.3. Le transfert de chaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57 3.4. Le mélange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61 3.5. La séparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63 3.6. La réduction de taille . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70 3.7. L’emballage des aliments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74 4. Aspects de conservation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85 4.1. Les aspects de cinétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85 4.2. La conservation par la chaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90 4.3. La conservation par le froid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108 4.4. La conservation à sec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119 4.5. La conservation par l’addition de produits chimiques . . . . . . . . . . . . . . . . .132 4.6. La conservation à l’aide de micro-organismes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136 4.7. La conservation par la radiation ionisante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .138 5. Aspects de qualité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141 5.1. La qualité des aliments: généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141 5.2. La qualité physique: texture, propriétés colloïdales, rhéologie . . . . . . . . . .144 5.3. La qualité organoleptique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .165 5.4. Les conséquences nutritionnelles des traitements culinaires . . . . . . . . . . .171 5.5. L’analyse et la maîtrise de la qualité des aliments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .185 V Nout_Vorspann 19.02.2003 11:26 Uhr Seite 6 6. Technologie des produits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193 Produits d'origine végétale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193 6.1. Les céréales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193 6.2. La rizerie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .206 6.3. Les racines et tubercules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .211 6.4. Les produits oléagineux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .216 6.5. Les fruits et légumes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .225 6.6. La sucrerie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .231 6.7. Les boissons alcoolisées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .237 Produits d'origine animale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .239 6.8. La viande et le poisson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .239 6.9. Les produits laitiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .243 Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .251 Lexique terminologique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .257 Remerciements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .262 Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .263 VI Nout_Vorspann 19.02.2003 11:26 Uhr Seite 7 Préface L’aliment est un besoin fondamental pour la vie ! L’agriculture, l’élevage et la pêche fournissent à l’homme une variété de produits qui doivent être conservés pour être consommés sur une plus longue période. Le développement des méthodes de conser- vation a contribué à la production d’aliments au niveau mondial, au point qu’aujour- d’hui, on estime que la production alimentaire mondiale est suffisante pour nourrir toute l’humanité. Cependant, il existe de grandes disparités en matière de disponibi- lité alimentaire, en particulier en Afrique au Sud du Sahara où la précarité alimen- taire, l’augmentation galopante de la population et l’urbanisation effrénée font crain- dre le pire pour le futur. Différentes stratégies ont été mises en œuvre pour remédier à cette situation, notamment l’augmentation de la production agricole à travers des paquets technolo- giques plus productifs. Cependant, la sécurité alimentaire ne peut être garantie uni- quement par l’augmentation de la production. Les efforts consentis peuvent donc être annihilés si l’accent n’est pas également mis sur la réduction des pertes post-récolte de manière à s’assurer qu’ à terme, l’intégralité de la production se retrouve sur la table des consommateurs, à l’état frais ou transformé. La transformation et la conservation des produits alimentaires nécessitent des opérations destinées à leur assurer une bonne qualité en les rendant attractifs, comestibles, délicieux et nutritifs pour le consommateur. Le stockage, la distribution et le commerce des aliments nécessitent que ceux-ci aient une durée de vie commer- ciale relativement longue et soient d’une bonne innocuité pour les consommateurs. La qualité de l’aliment s’apprécie à travers tous ces facteurs. Par conséquent, elle est essentielle aussi bien pour le producteur que pour le consommateur. Il est alors important de développer des savoir-faire technologiques et des infra- structures adéquats pour satisfaire la demande d’aliments de bonne qualité. Dans le contexte du continent africain qui doit aujourd’hui, plus que par le passé, faire face à une crise d’identité culturelle alimentaire, du fait de la mondialisation, cette nécessi- té de développement technologique revêt une importance toute particulière. Ce livre aborde les bases théoriques, les principes, les applications pratiques des opérations unitaires de transformation alimentaire, les méthodes d’optimisation et de conservation, d’analyse et de maîtrise de la qualité. Il aborde également les questions liées à certaines technologies comme celles des céréales, des racines et tubercules, des fruits et légumes, etc., spécifiques au contexte africain. Ce livre est une source essentielle de connaissance et d’exercices pour les étudiants en science et technologie des aliments au niveau des universités et des écoles de for- mation professionnelle. Sa conception sous forme compacte et intégrée de type « tout en un » en fera une référence indispensable pour les professionnels de l’agroalimen- taire. VII Nout_Vorspann 19.02.2003 11:26 Uhr Seite 8 LISTE DES SYMBOLES aw activité de l’eau (-) A la constante de Hamaker (J) c concentration (mol.l-1) cch capacité de chaleur cs chaleur spécifique (J.kg-1.K-1) CV coefficient de variation (-) d distance (m) D temps de réduction décimale (min) dch chaleur de congélation (J.kg-1) Df diffusivité (m2 s-1) Ea l’énergie d’activation (J.mol-1) F temps de léthalité (min) Ff force frictionnelle (N) Fg force gravitationnelle (N) g accélération de gravité (m2 s-1) G module de rigidité (N m-2) Gl gradient de vitesse d’écoulement laminaire (s-1) h distance (m) H longueur (m) JB nombre de rencontres dues au mouvement Brownien (s-1) JG nombre de rencontres dues au mouvement laminaire (s-1) k constante de vitesse d’une reaction (mol l-1)1-n s-1) kB constante de Boltzmann (1.38×10-23 J K-1) kc transfert de la chaleur (W.m-2.K-1) k0 facteur pré-exponentiel (loi d’Arrhenius) ks constante de la loi de Fechner (-) LR liquides réfrigérants m masse (kg) MR machines réfrigérantes n ordre d’une réaction N nombre nD réduction décimale (-) nN nombre de répétitions (-) O l’aire, superficie (m2) P pression de vapeur (Pa) Q quantité de chaleur (J) Q10 kT+10/kT (-) r rayon d’une particule (m) R constante de gaz parfait (8.314 J.mol-1.K-1) rd nombre de dédoublement par unité de temps (s-1) s l’écart-type S intensité de stimulation (loi de Fechner) t la valeur t (statistique) t temps (s) T température (K, ou °C) t* temps de référence (s) VIII Nout_Vorspann 19.02.2003 11:26 Uhr Seite 9 T* température de réference (K, ou °C) tg le temps de génération microbiologique (s) V vitesse d’écoulement (m s-1) VA l'énergie d'attraction (J) VR l’énergie de répulsion (J) z la valeur z (°C) zi valence de l’electrolyte i Symboles grecs ε constante diélectrique εl déformation relative (-) γ déformation relative (-) η viscosité (Pa s, Ns m-2) ηE viscosité de traction (Pa s, Ns m-2) 1/κ distance caractéristique colloidale (nm) λ puissance de conductibilité (W.m-1.K-1) µ taux de croissance v vitesse d’une réaction ρ densité (kg m-3) σ contrainte de cisaillement (N m-2) σ0 contrainte de seuil (N m-2) ψd la charge électrique (V) IX Nout_Ch01 21.02.2003 9:13 Uhr Seite 1 COMPOSANTS PRINCIPAUX CHAPITRE 1 ET PROPRIÉTÉS DES ALIMENTS 1.1 Introduction La science alimentaire se définit comme une combinaison des sciences fondamentales et des sciences appliquées s’occupant des diverses étapes comprises entre la production primaire des ali- ments végétaux et animaux et la consommation des produits finis. L’homme a fait depuis très longtemps de nombreux efforts pour conserver ses produits agricoles. Par exemple, la bière Babylon- ienne date de 7000 avant J.C., et les Romains avaient des abattoirs en l’an 100 après J.C. Tout au long de son histoire, l’homme a été confronté à la nécessité de disposer de ressources alimentaires sous forme de réserves. On distingue cinq motivations : •D’abord sa préoccupation est de garantir sa survie pendant la période annuelle où la production agricole n’est pratiquement pas possible (la saison sèche en pays tropicaux et subtropi- caux, la saison froide en pays tempérés). Ce sont en premier lieu ses aliments de base que tout groupe humain a cherché à conserver : les céréales, les légumineuses, les racines et tubercules, ainsi que les viandes et les poissons. •En second lieu, l’homme a toujours cherché à disposer d’ali- ments variés, autant par nécessité biologique que par plaisir et aussi pour des raisons de sécurité : en étendant la gamme de produits comestibles, les populations réduisent leur dépendance et de ce fait le risque de famine. •Tous les aliments récoltés à certaines saisons (par exemple les fruits) ou de façon périodique (produits de pêche ou de chas- se) ont donné lieu à la mise au point de techniques de conser- vation en vue de leur stockage. Exemples : séchage à l’air libre ou à l’abri des oiseaux et insectes, fermentation, salage, fumage,..... Le souci de conserver la viande, en particulier le 1 Nout_Ch01 21.02.2003 9:13 Uhr Seite 2 Chap. 1 Composants principaux gros gibier obtenu par la chasse collective et le poisson pour et propriétés des aliments les consommer plus tard ou les exporter vers d’autres régions, est depuis des siècles une préoccupation de bien des peuples. •Par ailleurs, l’homme a peu à peu élaboré des méthodes de préparation qui rendent l’aliment consommable, plus digesti- ble ou de meilleur goût. Il a ainsi pu utiliser des espèces ou variétés inconsommables en l’état en faisant disparaître les composés toxiques : par exemple les variétés amères de manioc dont l’acide cyanhydrique est éliminé par rouissage, la pomme de terre dont les alcaloïdes sont détruits au cours du trempage associé à une fermentation. Les différents modes de cuisson mis au point par l’homme permettent par- fois une augmentation de la digestibilité par la gélatinisation de l’amidon ou la dénaturation des protéines. •La saveur, la texture et l’appétence des aliments sont aussi le plus souvent améliorées par la cuisson et on peut constater que tous les groupes humains connus pratiquent la cuisson sur le feu. Le début du développement de la science alimentaire était stimu- lé par la nécessité de conserver les aliments. En 1810, Nicolas Appert a décrit la conservation des aliments dans des bocaux en verre à l’aide de la chaleur. Beaucoup plus tard en 1860, c’était Louis Pasteur qui a découvert un nombre d’espèces de micro-orga- nismes et leur importance par rapport à la détérioration et la fer- mentation des aliments. Le développement de nouveaux produits industriels a commencé par Mège Mouriés en 1869 avec l’inven- tion de la margarine comme substitut économique du beurre. L’étude des micro-organismes a été facilité par l’invention de la coloration de Gram par le Prof. Gram (1884) et le développement des techniques stériles par Robert Koch. On peut positionner la science alimentaire au centre de nom- breuses sciences fondamentales et appliquées, tout comme un sys- tème solaire dont la science alimentaire représenterait le centre. Ce livre traite des aliments, leur transformation, conservation et qualité. Par ordre de présentation la composition des aliments et leurs ingrédients primaires seront traités dans la chapitre 1, suivie dans la chapitre 2 par les facteurs de détérioration. Avant la dis- cussion sur la conservation (chapitre 4), on traitera de quelques méthodes de transformation (chapitre 3). Tout au long de la chaîne de production depuis la matière première jusqu’au produit fini, la qualité des produits et la sécurité hygiénique sont essentielles. On abordera les aspects de qualité dans la chapitre 5. Dans le contex- te tropical, quelques exemples des procédés de transformation de produits spécifiques seront discutés dans la chapitre 6. Un certain nombre de livres plus spécialisés sont présentés dans la bibliogra- phie. Enfin, le lexique terminologique présente, par ordre alphabé- tique, quelques termes et notions importantes. 2 Nout_Ch01 21.02.2003 9:13 Uhr Seite 3 1.2 1.2 Les composants chimiques Les composants chimiques et leur importance technologique 1.2.1 L’eau La teneur en eau des produits alimentaires joue un rôle détermi- nant durant leur conservation. En effet, les micro-organismes ne peuvent pas se multiplier en absence d’eau. La teneur en eau disponible est un facteur primordial ; il représente l’activité (chi- mique) de l’eau, ou aw. On peut déterminer l’activité de l’eau aw par la formule suivante : PH O aliment a 2 w = (1.1) PH O pure 2 dans laquelle P signifie la pression de vapeur. La définition pour les solutions idéales est : nnoombbrere d dee sm moleosle ds ed el’ ela'euau aw = (1.2) nomnobmreb rdee ds em moloeles sd ed el' el’aeuau+ + n noommbbrree d dees molleess des substances en sollutiioonn L’activité de l’eau (aw) de aw aliments certains aliments est pré- 1 eau senté au tableau 1.2.1. 0,99 fruits, légumes, lait Tableau 1.2.1 En effet, une partie de 0,95 pain, viandes aw de certains l’eau contenue dans le pro- 0,94 fromages aliments 0,90 jambon duit alimentaire n’est pas 0,85 charcuterie, fromages secs disponible pour des réac- 0,80 gâteaux, confitures tions. En réduisant la 0,75 poisson salé teneur en eau disponible, 0,70 céréales sèches 0,65 fruits secs c’est-à-dire en abaissant 0,12 lait en poudre son aw, on améliore la sta- bilité microbienne du pro- duit. Pour ce faire, on peut procéder de deux façons : soit éliminer une partie de l’eau libre par séchage ou déshydratation ou concen- tration, soit augmenter la teneur en solutés en ajoutant du sel, du sucre, etc. (cf. l’équation 1.2). Par ailleurs, il faut remarquer que la teneur en eau d’un ali- ment (%) et l’activité de l’eau du même aliment ne sont pas liées directement, comme l'illustre le tableau 1.2.2. produit teneur en eau (%) activité de l’eau (aw) lait 87 0,994 viande fraîche 65 0,985 fruits frais 90 0,97 Tableau 1.2.2 pain 40 0,96 La teneur en eau et confiture 35 0,86 l’activité de l’eau de margarine 16 0,99 certains aliments farine de blé 15 0,75 macaroni 10 0,45 lait en poudre 3 0,12 3 Nout_Ch01 21.02.2003 9:13 Uhr Seite 4 Chap. 1 Composants principaux Dans la figure 1.2.1 une isotherme de sorption est donnée pour et propriétés des aliments un aliment ayant une faible teneur en eau. ´ Figure 1.2.1 Isotherme de sorption d’un produit avec une faible teneur en eau Les courbes d’adsorption et de désorption (processus de sécha- ge) ne suivent pas la même allure; ce phénomène est appelé “hys- térésis”. Pendant le séchage les capillaires se ferment, pour les re-ouvrir, il faut une pression partielle de l’eau plus élevée. On distingue trois régions de comportement de l’eau dans les cour- bes de sorption. Pendant l’adsorption Vitesse d’humidité, la surface relative Croissance des bactéries du produit est couverte par une couche mono- 0 moléculaire (Région A: Croissance des moisissures l’eau liée). La région B correspond à l’eau 0 nécessaire pour for- Action des enzymes mer une échelle d’ hydratation. L’eau de Figure 1.2.2 0 la région C se met L’influence de dans les capillaires ou l’activité de l’eau sur Dégradation de vlait avmitainmei nCe C quelques réactions est libre. dans les aliments 0 Généralement l’eau Réaction de Maillard est mobile sauf dans la région A. Dans la figure 1.2.2 0 on peut voir l’influen- Autoxydation des ce de l’activité de l’eau lipides sur quelques réac- tions d’importance 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 pour la détérioration a des aliments. w 4 Nout_Ch01 21.02.2003 9:13 Uhr Seite 5 1.2 1.2.2 Les Protides Les composants Les protides sont des polymères composés de divers acides aminés. chimiques Les acides aminés (Fig. 1.2.3) sont couplés par des liaisons pepti- diques, en formant des polypeptides. Les acides aminés les plus importants sont présentés au tableau 1.2.3. Figure 1.2.3 Les protides se trouvent dans la plupart Formule générale des aci- des aliments en taux très divers. Dans les des aminés produits d’origine végétale, les protides se Tableau 1.2.3 Les acides aminés présentent comme une source de nutriments de réserve dans le cyto- plasme des cellules. Dans les viandes et les poissons, on trouve les protides surtout dans les muscles. Du point de vue de la nutrition humaine, les protides sont une source essentielle d’acides aminés. Le tableau 1.2.4 donne la teneur en protides de quelques aliments. Poisson sec 45,0 Haricots 22,0 Tableau 1.2.4 Poisson frais 19,0 Mil 11,0 La teneur en Viande 17,0 Riz 8,0 protides de Lait 3,5 Manioc 1,5 quelques aliments Arachide 27,0 (% poids frais) 5 Nout_Ch01 21.02.2003 9:13 Uhr Seite 6 Chap. 1 Composants principaux Quelques propriétés des protides d’importance dans le cadre de et propriétés des aliments la transformation sont : •Solubilité dans l’eau : elle est influencée par la salinité et le pH. En principe, la solubilité augmente la valeur nutritive. En addition, les protides solubilisés influencent le comporte- ment physico-chimique des aliments. •Coagulation : elle est provoquée par la chaleur (dénatura- tion), la salinité et la présence de diverses enzymes. La coagulation est d’importance par exemple pour la fabrication du fromage qui est constituée de caséine coagulée. •Décomposition par hydrolyse : quand les protides sont hydro- lysés, les peptides et les acides aminés formés auront une plus forte solubilité dans l’eau. Ceci augmente la valeur nutritive et la saveur des produits peut être améliorée par certains acides aminés libres. •Les réactions de Maillard se réalisent entre les groupes ami- nés des protides, peptides, acides aminés, et les sucres réduc- teurs. L’importance de ces réactions est la formation des sub- stances de couleur et de goût, mais aussi la perte de valeur nutritive. Il est également recommandé de consulter le lexique terminologique. 1.2.3 Les lipides Du point de vue chimique, la plupart des lipides sont des glycérides des acides gras. Les glycérides se présentent souvent comme des triglycérides (Figure 1.2.4). Les lipides sont importants dans la nutrition comme une source d’énergie et d’acides gras essentiels. Il y a des acides gras insaturés et des acides gras saturés. Les acides gras insaturés sont sensibles à l’oxydation. Le taux des lipides peut varier; par exemple le manioc est très pauvre (1-2%) en lipides, tan- dis que les arachides contiennent environ 45% de leur poids sous forme d’huile. Figure 1.2.4 Formules du glycérol et d’un triglycéride Quelques propriétés générales des lipides d’importance sont : •Qu’elles sont hydrophobes (non-miscibles avec l’eau), et ont la capacité de former des émulsions avec la phase aqueuse; •On peut extraire les lipides des aliments en utilisant des sol- vants organiques; les lipides eux-mêmes sont des solvants pour certaines vitamines; •Leur poids spécifique est inférieur au P.S. de l’eau, causant la flottation des lipides à la surface de l’eau (par exemple l’écré- mage du lait est causé par la différence de poids spécifique); 6 Nout_Ch01 21.02.2003 9:13 Uhr Seite 7 1.2 •Leur point de fusion dépend de la composition des acides gras Les composants présents dans les glycérides : le point de fusion est d'autant chimiques plus bas que la chaîne de carbone des acides gras est plus courte. Mais surtout, le point de fusion est d'autant plus bas qu'il y a de liaisons insaturées par acide gras. Cette relation est montrée dans le Tableau 1.2.5. acide gras formule : C H COOH nombre de liaisons point de fusion (°C) Tableau 1.2.5 ↓ ↓ insaturées Relation entre le point de fusion et le stéarique 17 35 0 +69 nombre de liaisons oléique 17 33 1 +14 insaturées des linoléique 17 31 2 -5 triglycérides linolénique 17 29 3 -11 En addition des lipides il y a d’autres matières grasses comme par exemple la lécithine, qui est un phospholipide. La lécithine a une grande importance technologique; elle est utilisée comme pro- duit de stabilisation des émulsions. La détérioration des matières grasses peut avoir lieu de 2 manières : •Par l'hydrolyse causée par des enzymes (lipases) : les acides gras libres formés sont assez volatiles et causent une odeur de ranci- dité, •Par oxydation catalysée par des enzymes (par exemple les lypoxygénases) ou des traces de métaux (par exemple Cu, Fe); les cétones et les aldéhydes formés causent une odeur piquan- te. On peut éviter ou freiner l’oxydation par l’addition des pro- duits antioxydants. Ce thème est traité dans le chapitre 2. 1.2.4 Les saccharides Les saccharides sont très répandus dans les produits d’origine végé- tale; les produits d’origine animale contiennent de faibles taux de saccharides. Figure 1.2.5 Structures de base de quelques saccharides 7 Nout_Ch01 21.02.2003 9:13 Uhr Seite 8 Chap. 1 Composants principaux Du point de vue chimique , les saccharides sont composés de C, et propriétés des aliments H et O. Les unités les plus petites sont les monosaccharides, dont les plus importants sont le glucose, le galactose, et le fructose. La figure 1.2.5 présente quelques exemples. Couplés, 2 monosaccha- rides constituent un disaccharide. Les disaccharides les plus importants sont le saccharose, le lactose et le maltose. Ainsi, on connaît les trisaccharides, les tétrasaccharides, etc. Les molécules les plus grandes sont les polysaccharides conte- nant quelques centaines d’ unités de monosaccharides. Les poly- saccharides les plus importants sont l’amidon (dont l’amylose et l’amylopectine), le glycogène, la cellulose, l’agar-agar, les gommes et les matières pectineuses. Du point de vue technologique, l’importance des saccharides est énorme. Comme les polysaccharides ont leurs fonctions de fibres (par exemple la cellulose et les matières pectineuses) qui donnent la ferme- té aux tissus végétaux, leur décomposition changera la texture des pro- duits. En plus, l’amidon et le glycogène ont une fonction de réserve de saccharides. L’amidon peut être gélatinisé par la chaleur en présence de l’eau. L’amidon est une nourriture très importante pour les populations du monde entier. L’amidon peut être décomposé par l’action des enzy- mes pour la fabrication de maltose et de glu- saccharine 550,00 fructose 1,15 cose, que l’on peut transformer en plusieurs Tableau 1.2.6 produits importants. Goût sucré relatif à saccharose 1,00 chaque substance glucose 0,65 Les di- et monosaccharides ont des pro- galactose 0,60 priétés très importantes qui déterminent la maltose 0,46 lactose 0,30 qualité des produits alimentaires. Par exem- ple, ils ont un goût sucré. Ce pouvoir édulco- rant varie selon les saccharides, comme l’illustre le tableau 1.2.6. En plus, les saccharides sont caramélisés en présence de la cha- leur et de l’acide. Cette réaction influence la couleur et le goût. Ensuite, les saccharides peuvent être fermentés par les micro- organismes. La fermentation peut être indésirable dans certains cas : on la considère comme une détérioration. Mais on connaît aussi des fermentations désirables (la fermentation alcoolique du vin, de la bière et du dolo, la fermentation lactique du yaourt et du fromage) pour lesquelles le glucose, le maltose et le lactose sont des ingrédients indispensables. Autres produits édulcorants : Figure 1.2.6 Pour les applications diététiques on utilise Formule de la des produits édulcorants de base non-saccha- saccharine ride parce qu’ils ne représentent pas d’éner- gie métabolisable. Quelques exemples de ces produits sont la saccharine et la thaumatine. La saccharine (acide benzoïque-o-sulfi- mide; Figure 1.2.6) est très utilisée dans les régimes diabétiques. La thaumatine est un protide/peptide d’origine végétale, que l’on peut produire aussi par voie biotechnologique. 8 Nout_Ch01 21.02.2003 9:13 Uhr Seite 9 1.3 1.2.5 Les Minéraux Tables de composition Les minéraux se trouvent soit sous la forme inorganique comme des sels (par exemple dans l’eau potable et dans le lait), soit sous la forme organique comme constituants de complexes organiques (par exemple le magnésium se trouve dans la chlorophylle, le fer dans l’hémoglobine, le cuivre dans le sang des mollusques, le phosphore dans le phytate, le soufre dans quelques acides aminés, le calcium et le phosphate dans la caséine.) 1.2.6 Les Vitamines Les vitamines sont des micro-nutriments indispensables pour le métabolisme humain. On les distingue par leur solubilité soit dans l’eau (la vitamine C, et celles du complexe-B), soit dans les lipides (les vitamines A, D, E, et K). En général, les vitamines sont sensi- bles à la chaleur, à l’oxydation et à la lumière. 1.2.7 Les Enzymes La plupart des aliments frais d’ origine végétale ou animale contien- nent une multitude d’enzymes. Ce sont des protides que l’on peut définir comme biocatalyseurs des réactions du métabolisme. Les enzymes ont une action spécifique. Souvent, ils sont thermolabiles. Quelques exemples sont les amylases (décomposant l’amidon), les protéinases (décomposant les protides), les lipases (décomposant les lipides), et les oxydases (catalysant les réactions d’oxydation). 1.2.8 Divers Composants Selon l’origine du produit, il y a une multitude de composants chi- miques qui se présentent à des taux faibles mais qui peuvent don- ner des propriétés caractéristiques. Quelques exemples sont les acides organiques, les colorants, les huiles essentielles et les com- posants d’odeur et de la saveur. 1.3 Tables de composition Du point de vue de la nutrition, la connaissance de la composition des aliments et leurs ingrédients est très importante. On fait la distinction entre les macro-nutriments et les micro-nutriments. Les macro-nutriments comprennent les protéines, les lipides et les saccharides ou glucides, tandis que les micro-nutriments sont les sels minéraux, les vitamines et d’autres composants de teneur faible mais importants pour la santé du consommateur. Du point de vue de la technologie des transformations, la connaissance de la composition est essentielle pour mieux ajuster les conditions de transformation aux sensibilités des composants. Par exemple, plusieurs vitamines sont perdues aisément par des traitements à l’eau, ou par chauffage. 9 Nout_Ch01 21.02.2003 9:13 Uhr Seite 10 Chap. 1 Composants principaux La documentation professionnelle fournit des « tables de com- et propriétés des aliments position » qui offrent l’information sur les macro- et micro-nutri- ments. Dans ces tables, les aliments sont groupés selon leur origi- ne (les céréales, les fruits, les poissons, etc.). En général on distingue la « composition approximative » qui spécifie les pourcentages d’eau, de protéines, de saccharides, et les Composition pour 100g de portion consommable No. Nom Nom scientifique Eau Ener- Pro- Lipi- Saccha- Cendres % gie téi- des rides (g) (g) (kJ) nes (g) (g) Céréales 1 Maïs, blanc, sec Zea mays 10 1722 10.7 4.1 83 3.1 2 Petit Mil, graines Pennisetum 11 1731 9.0 5.0 83 2.1 typhoides 3 Sorgho, graines Sorghum bicolor 12 1647 15.0 3.2 76 2.6 Racines, tubercules et fruits amylacées 4 Manioc, fermenté, Manihot 14 1605 1.2 0.4 94 2.1 séché utilissima 5 Plantain frite Musa spp. 35 1126 1.5 9.2 48 - (Alloco) 6 Igname épluchée, Dioscorea 76 1559 7.3 0.6 86 4.0 fraîche rotundata Haricots 7 Niébé, frais, sec Vigna unguiculata 11 1430 23.1 1.4 61 3.3 8 Soja, frais, sec Glycine max 10 1693 33.7 17.9 34 5.0 Noix et Graines 9 Noix Bambara, Voandzeia 8 1442 21.1 6.5 53 3.8 fraîche subterranea 10 Noix de cajou Anacardium 6 2299 18.6 43.7 29 2.5 torréfiée occidentale 11 Noix de coco, Cocos nucifera 42 1622 3.2 36.0 4 1.0 mûre, fraîche 12 Cacahouète Arachis hypogaea 2 2487 23.2 50.9 22 2.4 (Arachide) torréfiée, sèchée 13 Graines de melon, Cucumeropsis 5 2370 28.4 52 8 3.6 sèchées edulis Légumes 14 Feuilles de Adansonia 10 1150 14.6 2.8 48 9.6 baobab séchées digitata 15 Concombre, frais Cucumis sativus 95 63 0.8 0.1 3 0.6 16 Oignon, frais Allium cepa 93 76 0.9 0 5 - 17 Tomate, mûre, Lycopersicon 94 88 1.0 0.2 5 0.5 fraîche esculentum Fruits 18 Mangue, mûre Mangifera indica 81 255 0.9 0.2 16 1.6 19 Goyave, mûre Psidium guajava 82 675 1.1 0.4 16 0.6 20 Papaye, mûre Carica papaya 85 134 4.1 0.6 9 3.9 Laits 21 Lait de vache 88 301 3.4 3.8 5 0.8 zébu 22 Lait en poudre 3 2051 26.3 26.3 39 5.6 non-écrémé 10 Nout_Ch01 21.02.2003 9:13 Uhr Seite 11 1.3 valeurs énergétiques, et la composition plus spécifique en miné- Tables de composition raux, vitamines, acides aminés, etc. Ici, nous présenterons quelques exemples représentatives des aliments de l’Afrique de l’Ouest qui ont été reproduits (avec per- mission) à partir des tables de Oguntona & Akinyele (1995), Cf. la bibliographie. No. Ca Fe P K Na (Pro) Vit. B1 Vit. Vit. Vit. Niacin Vit. C Vit. A B2 B6 B12 mg mg mg mg mg µg mg mg mg µg mg mg µg µg Céréales 1 60 2.5 300 400 50 - 0.38 0.11 - - 2.0 11.4 2 50 9.0 350 310 10 - 0.31 0.04 - - 4.6 0 3 26 10.6 330 - - 10 0.3 0.2 - - 3.3 0 Racines, tubercules et fruits amylacés 4 45.0 1.6 79.0 - - 0 0.08 0.03 - 1.0 - 0 5 6.0 0.8 66.0 610 3.0 120 0.11 0.02 1.0 0 0.6 12 6 10.4 0.6 41.2 - - 80 0.09 0.03 - 0.5 - - Haricots 7 101 7.6 383 - - 70 0.8 0.2 - - 2.5 1 8 183 6.1 541 - - 55 0.7 0.3 - - 2.0 - Noix et Graines 9 90 4.0 7.6 - - 30 0.3 0.1 - - 2.1 1.0 10 53 10.3 535 - - - 0.5 0.3 - - 1.7 0 11 13 2.1 94 440 17 0 0.03 0.02 0.04 0 0.3 2.0 12 42 - 354 - - - 0.5 0.1 - - 15.3 0 13 53 7.4 - - - - 0.1 0.1 - - 1.4 - Légumes 14 2940 - 53.4 149 - - 0.5 1.2 - - - 187 15 13 0.5 30 123 4.0 0 0.02 0.01 0.04 0 0.3 14 16 21 0.3 30 140 10 0 0.03 0.05 0.1 0 0.2 10 17 29 1.7 62 - - 1040 0.05 0.04 - - 0.7 50 Fruits 18 20 1.8 40 - - - - - - - - - 19 24 1.3 31 50 1.4 290 0.06 0.05 0.14 0 1.3 326 20 16 0.4 7.4 220 4 300 0.04 0.03 0.02 0 0.4 112 Laits 21 63 0.9 - 32 - - - - - - - - 22 1020 0.4 740 1270 290 170 1.1 0.23 2.0 0.6 40 - 11 Nout_Ch01 21.02.2003 9:13 Uhr Seite 12 Chap. 1 Composants principaux et propriétés des aliments No. Nom Nom scientifique Eau Ener- Pro- Lipi- Saccha- Cendres % gie téi- des rides (g) (g) (kJ) nes (g) (g) Viandes, Oeufs, Poissons 23 Viande de boeuf, 63 991 18.2 17.7 0 1.0 moitié grasse 24 Viande de chèvre, 68 711 18.0 11.0 0 1.1 moitié grasse 25 Poulet 72 610 20.5 6.5 0 1.0 26 Oeuf, de poule, 79 585 11.8 9.6 1 1.0 frais 27 Poisson fumé 5 (264)4 (7g0).4 (1g0).2 0 16.4 Condiments 28 Néré, fermenté Parkia biglobosa 14 1859 38.5 31.2 24 - (dawadawa, afitin, soumbala, nététou) Huiles et graisses 29 Huile d'arachide Arachis hypogaea 0 3695 0 99.9 0 0 30 Margarine 16 3000 0.1 81.0 0 - 31 Huile de palme Elaeis guineensis 1 3658 0 98.9 0 0.1 rouge Boissons 32 Bière lager en 94 120 0.2 0 2 (alc) 3.2 bouteille 33 Limonade 92 - 0 - 14 2.8 gazeuse (Coca- Cola) Divers 34 Sucre raffiné Saccharum 0 1567 0 0 100 0 officinarum - : données non mentionnées 12 Nout_Ch01 21.02.2003 9:13 Uhr Seite 13 1.3 Tables de composition No. Ca Fe P K Na (Pro) Vit. B1 Vit. Vit. Vit. Niacin Vit. C Vit. A B2 B6 B12 mg mg mg mg mg µg mg mg mg µg mg mg Viandes, Oeufs, Poissons 23 11 3.6 194 - - - - - - - - - 24 11 2.3 150 - - 0 0.17 0.32 - - 5.6 - 25 10 1.1 206 - - - - - - - - - 26 45 2.6 200 150 150 650 0.1 0.3 0.15 1.7 0.3 0 27 1696 25 284 107 54 - - - - - - - Condiments 28 310 - 260 550 250 - 1.4 1.3 - - - 5.2 Huiles et graisses 29 - - - - - - - - - - - - 30 4 0 - - - 3000 0 0 - - 0 0 U.I. 31 0 0 0 0 0 20,000 0 0 0 0 0 0 U.I. Boissons 32 4 - 12 34 4 0 - 0.02 0.02 0.14 0.33 0 33 - - - - - - - - - - - - Divers 34 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (U.I.) : unités internationales. 13 Nout_Ch01 21.02.2003 9:13 Uhr Seite 14 14 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 15 QUELQUES FACTEURS DE CHAPITRE 2 DÉTÉRIORATION DES ALIMENTS 2.1 Les micro-organismes et leur comportement 2.1.1 Classification des micro-organismes importants dans l’industrie alimentaire Les micro-organismes jouent un rôle fondamental dans la nature, participant aux cycles des éléments chimiques et entretenant des relations nombreuses et variées avec les autres êtres vivants. Certaines de ces relations se manifestent au niveau du tube diges- tif et influencent directement les processus de digestion. La matiè- re alimentaire brute est également le siège de développements et d’activités microbiennes diverses. Au cours des traitements et transformations technologiques, l’homme s’efforce de maîtriser et de contrôler ces activités et parfois de les utiliser. Un micro-organisme est un organisme vivant, le plus souvent végétal, que l’on peut seulement observer à l’aide d’un microscope (voir lexique). Les micro-organismes peuvent être classés en cinq groupes majeurs : les virus dépourvus de structure cellulaire, les protozoaires qui sont de structure unicellulaire, les bactéries, les levures et les champignons ou moisissures. Les trois derniers groupes sont importants en sciences alimentaires. Quelques carac- téristiques de ces trois groupes sont présentées au tableau 2.1.1. Bactéries forme : coques, bâtons, ou spirales grandeur : 1 à 3 µm (1 µm = 10 -3 mm), le plus souvent unicellulaires. Tableau 2.1.1 Levures forme : ovoïde, Caractéristiques grandeur : ≈10 µm, distinctives des grand pouvoir de fermentation des saccharides en alcool et bactéries, des levures dioxyde de carbone, et des champignons le plus souvent unicellulaires. Champignons forme : mycélium multicellulaire, grandeur d’une cellule : ≈ 20 µm. Les bactéries sont des organismes unicellulaires de type primi- tif (cellule procaryote), alors que les levures et les champignons ont dans leurs cellules des structures comparables à celles des cel- lules animales (cellule eucaryote). 15 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 16 Chap. 2 Quelques facteurs de 2.1.1.1 Les bactéries détérioration des aliments On distingue les bactéries par quelques propriétés morpholo- giques comme la forme des cellules, la structure de l’enveloppe autour de la cellule et leurs propriétés métaboliques et génétiques. La cellule bactérienne présente différentes formes dont les plus courantes sont la coque (Figure 2.1.1) (par exemple : strepto- Figure 2.1.1 coque) et le bacille (ou bâton), voir Les bactéries figure 2.1.2. Ses dimensions sphériques (coques) se varient de 0,2 à une dizaine de présentent en divers µm. La cellule bactérienne est groupements limitée par une membrane cyto- plasmique et par une enveloppe de structure variable selon les espè- ces. La nature chimique de cette enveloppe permet de classer les bactéries en deux groupes, Gram+ et Gram–, à l’aide d’une coloration Figure 2.1.2 simple (la coloration de Gram, Les bactéries de forme bâton et spirale voir aussi le lexique). Il est difficile de donner des notions générales sur la physiolo- gie des bactéries, parce qu’il exis- te une grande diversité de types trophiques et respiratoires. Les bactéries intéressantes pour la microbiologie alimentaire sont hétérotrophes : ça veut dire qu’el- les nécessitent la présence d’un substrat organique. Certaines espèces sont saprophytes, vivant librement dans la nature ; d’au- tres sont des commensales de l’homme ou des animaux et enfin d’autres sont des parasites ou possèdent un pouvoir pathogène ou toxique. Selon les espèces, les bactéries sont aérobies ou anaérobies et ceci d’une manière stricte ou facultative. Les aérobies ont besoin d’oxygène pour vivre. Les anaérobies sont détruits par l’oxygène; ils ne peuvent vivre qu’en absence d’oxygène et pour les anaéro- Bactéries Exemples 1. Coques : souvent Gram-positif, Staphylococcus, ne forment jamais de spores, Streptococcus, Tableau 2.1.2 de types aérobies ou anaérobies Diplococcus Quelques groupes 2. Bâtons : de bactéries a) non-sporulés : importantes dans - Gram-positif, Lactobacillus (“bactérie du lait”), l’industrie alimentaire - Gram-négatif Escherichia coli, Salmonella b) sporulés : toujours Gram-positif : - aérobie, Bacillus, - anaérobie Clostridium 16 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 17 2.1 bies facultatifs, l’oxygène n’a pas d’influence sur leur vie. Le Les micro-organismes tableau 2.1.2 présente quelques exemples de bactéries. et leur comportement Dans des conditions défavorables, certaines espèces formeront une spore bactérienne : partie de la cellule Membrane qui est formée dans certaines circonstances Noyau cellulaire et qui est assez résistante à la chaleur. Quand, après un traitement à la chaleur, la Paroi spore survit, elle peut se développer en une cellulaire Figure 2.1.3 nouvelle cellule. La structure Les cellules peuvent avoir une mobilité cellulaire des active grâce à l’existence d’un système levures Vacuole ciliaire ; un ou plusieurs cils à position polaire ou périphérique. Ribo- Réticulum 2.1.1.2 Levures somes Mitochondrie endoplasmique Les levures ne sont pas classifiées comme les bactéries, mais selon l’assimilation et la fermentation des saccharides. Beaucoup d’espèces de levures ont un pouvoir caracté- ristique de fermentation. Exemples de levu- res : Saccharomyces, Candida. La structure cellulaire est présentée sur la figure 2.1.3. La plupart des levures se multiplient par Figure 2.1.4 bourgeonnement (Figure 2.1.4) tandis que Des levures se certaines se divisent comme les bactéries multipliant par formation des (par exemple les Schizosaccharomyces). bourgeons 2.1.1.3 Champignons Il y a une distinction très compliquée selon les caractéristiques de morphologie, de mul- tiplication, etc. Des exemples de quelques champignons très répandus sont Penicillium, Aspergillus, Fusarium et les Mucorales. La Conidies figure 2.1.5 montre la structu- Figure 2.1.5 re du mycélium de Penicillium Phialides Mycélium du comme micro-organisme mul- champignon ticellulaire. Penicillium sp. se multipliant par Conidiophore formation des chaînes de conidies Mycélium par les conidiophores 17 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 18 Chap. 2 Quelques facteurs de 2.1.2 La croissance des bactéries détérioration des aliments Une culture microbienne se multiplie selon des phases de latence, d’accélération, de croissance exponen- tielle, etc. comme pré- sentées par la figure Figure 2.1.6 Les phases de 2.1.6. Une division croissance d’une binaire correspond à culture un cycle de division microbienne cellulaire. La durée totale d’un cycle de division cellulaire est appelée le temps de génération tg. t = 0 → N0 cellules t = t g → 2N0 t = 2tg → 4N0 t = 3tg → 8N0 t = n ⋅ t nN N n g →22n 0 → t = 2 ⋅ N0 Si rd = le nombre de dédoublements par unité de temps : 1 N = rd ⋅ t et rd = (2.1) t g t t N = 2r ⋅t t N t d ⋅ N g N t t g 0 = 2 ⋅ 0 → = 2 N0 N ln t = t ⋅ ln 2 N0 tg N ln t N = µ ⋅ t → t = e µ⋅t N0 N0 1 µ = taux de croissance = ⋅ ln 2 = rd ⋅ ln 2 = 0,693r t d g 1200 8 Cette équation est valable seulement tg=1 h 7 1000 pour la phase expo- 6 nentielle ! La figure 800 2.1.7 présente la Figure 2.1.7 5 Déroulement croissance exponen- linéaire et 600 4 tielle. logarithmique de la phase exponentielle 3 400 2 200 1 0 0 0 2 4 6 8 10 Temps (h) 18 Nombre de cellules, Nt/N0 Phase de latence Phase d’ accélération Phase exponentielle Phase de ralentissement Phase stationnaire Phase de déclin Ln du nombre de cellules Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 19 2.1 2.1.3 Facteurs influençant la multiplication des Les micro-organismes micro-organismes et leur comportement Les micro-organismes présentent une variété étonnante de types métaboliques. Pour leur vie (entretien ou maintenance), pour leur développement (croissance et multiplication), pour l’expression de leurs propriétés (mobilité, luminance....), ils ont besoin d’énergie et d’éléments nutritifs. Le catabolisme est l’ensemble des réac- tions qui permettent la récupération d’énergie biologiquement uti- lisable et la production de métabolites de base à partir de nutri- ments. L’anabolisme est l’ensemble des réactions qui permettent les synthèses cellulaires à partir des métabolites de base et d’élé- ments du milieu. La plupart des modifications des aliments sont liées à ces mécanismes. 2.1.3.1 Présence de substances nutritives Pour qu’un micro-organisme se développe, il doit trouver dans le milieu tous les éléments nécessaires à ses synthèses et les condi- tions psychochimiques favorables. Presque tous les micro-organis- mes intéressants pour l’alimentation sont hétérotrophes. Ça veut dire qu’ils ont un besoin obligatoire d’une et parfois de plusieurs substances organiques, qui servent comme source d’énergie. Les élé- ments nécessaires sont C, H, O, N en quantité importante, P et S en quantité plus faible et enfin des éléments en quantité très faible, les sels minéraux et oligo-éléments (Ca, Co, Mg, Mn, Na, K, ....). 2.1.3.2 Présence de l’eau Les conditions optimales de survie et de développement d’un micro-organisme nécessitent un milieu contenant une certaine quantité d’eau libre. Cette exigence varie selon les espèces. Les ali- ments peuvent être classés selon leur activité de l’eau (aw) qui est le rapport entre la pression de vapeur de la solution (milieu, ali- ment) et celle de l’eau pure. Le tableau 2.1.3 montre la différence entre le taux d’humidité et l’aw. Les aliments hygroscopiques (lexique) ont un fort pouvoir d’incorporation de l’eau. Par consé- quent, ils auront la même aw que les aliments moins hygrosco- piques. Les activités de l’eau compatibles avec la vie et le dévelop- pement microbien varient de 0,6 à 1. Les espèces pouvant se déve- lopper dans des produits à faible aw sont appelées xérophiles; cel- les résistant à une forte concentration en sucre ou en sel sont respectivement appelées osmophiles et halophiles (Tableau 2.1.4). Tableau 2.1.3 (gauche) Produit Eau (%) aw Qui peut survivre ? Teneur en eau (%) de quelques aliments qui ont Oeuf en poudre 10 0,95 Champignons + Levures + Bactéries une aw de 0,70 Farine de froment 13 0,90 Champignons + Levures Légumes séchés 14-18 0,80 Champignons Tableau 2.1.4 (droite) Amidon 18 0,75 Xérophiles, halophiles ou osmophiles Influence de l’aw sur la vie Fruits séchés 25 0,70 Limite de sécurité pour la conservation microbienne 19 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 20 Chap. 2 Quelques facteurs de 2.1.3.3 Température détérioration des aliments On distingue différentes catégories de micro-organismes selon leur optimum de croissance en fonction de la température : Psychrophiles : -5 à +15 °C, Mésophiles : +15 à +40 °C, Thermophiles : +40 à +55 °C. Selon la température, le dédoublement sera plus rapide comme Tableau 2.1.5 (gauche) le montre le tableau 2.1.5 où l’on a observé la croissance dans le Temps de dédoublement lait cru. Le tableau 2.1.6 indique la croissance bactérienne dans le (tg) en fonction de la lait cru après 24 h, en fonction de la température. température Tableau 2.1.6 (droite) Température 7º C 20º C Température (º C) N24 h Croissance bactérienne Streptococcus ≥ 12 h 1,3 h 4 2 500 en 24h en fonction de la Pseudomonas 4 h 1,3 h 10 12 000 température (N0 = 2 000) Escherichia coli ≥ 6 h 1,1 h 20 500 000 35 2 500 000 Il ne faut pas confondre micro-organisme thermophile et thermorésistant. La thermorésistance est l’aptitude à résister à un traitement thermique alors que la thermophilie est son aptitude à se développer à haute température. Quelques groupes de bactéries forment des spores ; les spores à faible résistance comme celles de Clostridium botulinum type E résistent 10 minutes à 90 °C ; les spores à haute thermorésistance peuvent résister 45 minutes à 120 °C. Quelques exemples sont données dans le tableau 2.1.7. Groupe de micro-organismes Combinaison temps/température mortelle pour 1 million de germes à pH = 6,5 La plupart des levures, des champignons et des bactéries . . . . . . . 10 min/63 °C pathogènes N.S. . . . . . . . ou 3 min/70 °C Tableau 2.1.7 Toutes les levures, les champignons Thermorésistance et les bactéries N.S. . . . . .10 min/80 °C de quelques Bactéries S. peu résistantes . . . . . . . 30 min/110 °C ou 5 min/120 °C micro-organismes Bactéries S. résistantes, dans quelques aliments. . . . . . . . .45 min/120 °C Bactéries S. les plus résistantes, se trouvant dans le sol. . . . . . . . . 15 min/155 °C (S. = Sporulées, N.S. = Non Sporulées) 2.1.3.4 Le pH Le comportement des micro-organismes par rapport au pH est variable (Tableau 2.1.8). On appelle acidophiles les micro-organis- mes dont le pH optimum se situe au-dessous de 5,5 mais, en indus- trie alimentaire, on a l’habitude de classer les micro-organismes entre ceux qui peuvent se développer au-dessus et au-dessous de pH 4,5. Le pH 4,5 permet de séparer les aliments en deux groupes par rapport à leur aptitude à permettre la croissance des princi- pales bactéries pathogènes. Au dessous de ce pH les risques sani- taires sont minimes. 20 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 21 2.2 Les altérations d’origine pH Valeurs importantes pour l’industrie alimentaire microbienne 6,0 - 7,5 tous les micro-organismes survivent, c’est le pH de la plupart des aliments. 4,5 - 6,0 seulement les micro-organismes acidotolérants survivent, c’est le pH de beaucoup de fruits. 2,2 - 4,5 activité et survie des micro-organismes sont très limitées; concentré de Tableau 2.1.8 fruits (citrons) Importance du pH pour la conservation des aliments 2.2 Les altérations d’origine microbienne : maladies et détérioration La plupart des produits alimentaires contiennent des micro-orga- nismes, exceptés quelques rares produits alimentaires qui sont naturellement stériles (comme par exemple le contenu des oeufs frais.) Les légumes et les fruits sont porteurs de germes normale- ment présents dans le sol, l’air ou l’eau. Les viandes contiennent des germes initialement présents chez l’animal ou qui sont intro- duits au cours des différentes opérations de préparation. Certains de ces micro-organismes sont néfastes à la qualité de l’aliment, d’autres au contraire sont indispensables parce qu’ils participent à l’élaboration de l’aliment. Il existe un certain nombre dont la présence ou la prolifération dans l’aliment peut avoir des consé- quences plus ou moins graves pour le consommateur. Les micro-organismes peuvent être les causes des maladies. L’aliment peut être porteur de quelques germes pathogènes, qui vont se multiplier dans le corps humain et causer des maladies (fièvre typhoïde, choléra, dysenterie). L’aliment peut être le milieu où se multiplient une grande quantité de micro-organismes qui, après, sont consommés avec l’aliment (intoxination alimentaire paratyphoïde). L’aliment peut être le milieu de multiplication de micro-organismes, qui sécrètent des substances toxiques (botulis- me ; intoxination par les staphylocoques). 2.2.1 Les différentes catégories de maladies liées à la consommation des aliments Les maladies infectieuses : sont dues à la prolifération du germe au détriment du tissu de l’hôte. Les toxi-infections : les germes (106 – 109) produisent des substan- ces toxiques spécifiques dont le pouvoir toxique dépend de la char- ge microbienne. Les intoxinations : sont dues à des exotoxines produites par les micro-organismes; dans ces cas, la présence des germes eux- mêmes dans l’organisme de l’ hôte n’est pas indispensable. 21 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 22 Chap. 2 Quelques facteurs de 2.2.2 Les principaux micro-organismes pathogènes détérioration des aliments d’origine alimentaire 2.2.2.1 Type : maladie infectieuse Campylobacter Maladie : diarrhée dont la durée moyenne est de 2 – 3 jours. jejuni Sources : aliments d’origine animale (lait, volaille, viande). Caractéristiques : Tmin Tmax Topt pHcroissance aw 30 ºC 45 ºC 42 ºC 5,0 - 8,0 très sensible à la dessiccation Valeur de D et z : 4,5 min (50º C), 6 – 8 ºC Maladie infectieuse : dose infectieuse > 5 x 102 cellules vivantes 2.2.2.2 Type : maladie infectueuse (Listériose). Listeria Maladie : elle provoque la méningite et aussi dans certains cas monocytogenes une septicémie périnatale. Sources : le germe est transmis par les aliments tels que le lait cru, les produits laitiers non ou mal pasteurisés, les viandes et les poissons. Caractéristiques : Tmin Tmax Topt pHcroissance aw - min 0 ºC 45 ºC 30 ºC 5 - 9 survit dans les conditions sèches Valeur D : 17 s (64 °C), 8 s (68º C) Valeur de z : 6,6 ºC 2.2.2.3 Type : maladie infectueuse Mycobacterium Maladie : la tuberculose. tuberculosis Sources : elle est transmise surtout par le lait cru (sécrétion des malades). Caractéristiques : Mycobacterium tuberculosis est inactivée par la pasteurisation. Valeur de D : 15 min (60 ºC) Valeur de z : 6 °C 2.2.2.4 Type : maladie infectueuse appelée shigellose. Shigella Maladie : elle se manifeste par la dysenterie, la diarrhée et la fièvre. Ses symptômes apparaissent après 10 h. Sources : elle est couramment transmise par les aliments crus tels que les légumes et les salades. 22 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 23 2.2 Les altérations d’origine Caractéristiques : microbienne Tmin Tmax Topt 5 ºC 45 ºC 37 ºC Type : toxi-infection et intoxination. 2.2.2.5 Maladie : diarrhée abondante après 10 h (toxi-infection) ou Bacillus cereus vomissements très violents après 30 min – 5 h (intoxination). Sources : B. cereus est transmise par les produits à base de viande et de volaille, les puddings et les mets à base de riz cuit à l’avance. Caractéristiques : Tmin Tmax Topt pHcroissance aw min 10 ºC 40 ºC 30 ºC 5 - 9 0.91 – 0.95 Bacillus cereus produit deux types de toxines : l’entérotoxine protéique (facteur diarrhéique) et la toxine polypeptidique (facteur émétique). Valeur D : 0,04 min (121 ºC, pH 6,8) Valeur de z : 9 – 10º C Toxi-infection : dose infectieuse > 108 cellules vivantes. Type : toxi-infection et intoxination. 2.2.2.6 Maladie : diarrhée, nausée, vomissement; les symptômes Clostridium apparaissent après 8 – 24 h. perfringens Sources : les aliments d’origine animale (viandes, poisson). Caractéristiques : Tmin Tmax Topt pHcroissance aw min 15 ºC 50 ºC 40 °C 5,8 - 8,0 0.93 - anaérobie strict! - le nombre de bactéries végétatives diminue dans les aliments réfrigérés ou congelés. - Valeur de D : 10 min (115 ºC). - La toxine de Clostridium perfringens n’est pas thermostable. Toxi-infection : dose minimale > 108 cellules vivantes tg = 40 min. Type : toxi-infections. 2.2.2.7 Maladie : on distingue des différents types pathogènes : Escherichia coli entéropathogène EPEC : E.coli entéropathogène, ETEC : E.coli entérotoxique (responsable de gastro-entérite et 23 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 24 Chap. 2 Quelques facteurs de de la “diarrhée des voyageurs” (dose minimale > 108 cellules détérioration des aliments vivantes), EIEC : E.coli entéro-invasive, EHEC : E.coli entérohémorragique (notamment E.coli O157 : H7) Sources : elle est transmise par les aliments tels que les vian- des mal cuites, les produits laitiers crus et les pâtisseries. Caractéristiques : Tmin Tmax Topt pHcroissance 10 °C 40 °C 37 °C 4,4 - 9,0 N.B. : E.coli et ses entérotoxines sont sensibles à la chaleur. 2.2.2.8 Type : toxi-infection (endotoxine) et maladie infectieuse. Salmonelles Maladie : gastro-entérite et fièvre intestinale par toxi-infection : les symptômes apparaissent après 12 - 24 h, et peuvent per- sister pendant plusieurs semaines. Dose minimale > 105 cel- lules vivantes. fièvre (para) typhoïde (maladie infectieuse) : symptômes : nausée, mal de tête, fièvre élevée et persistente (quelques semaines), malaise. Les symptômes apparaissent après 7 - 28 jours selon la dose d'infection. Causée par de fai- bles doses de Salmonella typhi et S.paratyphi. Sources : viandes, volailles, poissons, œufs, cycle d’infection par les eaux de surface et les effluents, les ustensiles, les mains! Caractéristiques : Tmin Tmax Topt pHcroissance aw min 5 °C 46 °C 37 °C 5 - 9 0,94 Endotoxine : thermostable Valeur D : 1,5 – 4,5 min (63 °C, pH 6,8) Valeur de z : 4 – 5 °C Toxi-infection : > 105/g tg : 25 min 2.2.2.9 Type : toxi-infection. Vibrio para- Maladie : elle provoque une gastro-entérite accompagnée de haemolyticus nausées et de vomissements. Les symptômes apparaissent après 72 h. C’est une maladie particulièrement grave chez les personnes atteintes de troubles hépatiques. Sources : elle est principalement transmise par les produits de la mer (poisson, crevettes, etc). 24 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 25 2.2 Caractéristiques : Les altérations d’origine microbienne Tmin Tmax Topt pHmin aw min 5 ºC 43 ºC 37 ºC 5 nécessite 3 -9 % NaCl tg : 12 min. 2.2.2.9 Remarque : Vibrio parahaemolyticus est une espèce halophile Vibrio que l’on trouve donc dans les produits salés. parahaemolyticus Maladie infectueuse : ≥ 105/g Type : toxi-infection. 2.2.2.10 Maladie : elle se manifeste par la gastro-entérite, la fièvre, la Yersinia méningite, la polyarthrite. Les signes cliniques disparaissent enterocolitica au bout de 48 h. Sources : le germe est transmis par les aliments crus, en parti- culier le lait et les produits laitiers, les viandes et les volailles. Caractéristiques : Yersinia enterocolitica est une espèce cryo- phile; elle est donc très sensible à la chaleur. Tmin Tmax pHcroissance 0 ºC 45 ºC 5 - 9 Dose de toxi-infection : > 109/g Type : intoxination (botulisme); il existe 8 sérotypes (A, B, C1, 2.2.2.11 C2, D, E, F, G). Clostridium Maladie : les toxines inhibent l’activation de l’acétylcholine au botulinum niveau des synapses neuro-musculaires, conduisant à des troubles nerveux, des vomissements, des crampes abdomina- les, des troubles respiratoires, la paralysie et la mort du sujet si aucun soin adéquat ne lui est apporté. Les symptômes apparaissent après 12 à 72 h. La botuline est un des poisons les plus violents connus. DL50 =10-8 – 10-9 g par kg de poids corporel. Sources : de nombreux aliments présentent de très grands risques de contamination, notamment les conserves qui subissent un traitement thermique insuffisant. C’est le cas des conserves de viande, de poisson et de légumes. Elle n’est cependant pas transmise par les aliments acides. Caractéristiques : Tmin Tmax Topt pHmin aw min A, B, C 10 °C 48 °C 4,6 0,94 B, E, F 3 °C 45 °C 5,0 0,97 Clostridium botulinum est une bactérie anaérobie stricte. 25 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 26 Chap. 2 Quelques facteurs de Valeur D : Type A et D : 1 min. 113 ºC détérioration des aliments Type C : 1 min. 100 ºC Type E : 1 min. 80 ºC 2.2.2.11 Clostridium Valeur de z : 7 – 12 ºC botulinum Stérilisation : 12 D Remarque : la germination des spores et la prolifération du germe peuvent être inhibées par addition de nitrite (agent conservateur) à des doses supérieures à 20 ppm. Les toxines sont aussi dénaturées par le chauffage à 80 ºC pendant 10 min, ou à 100 ºC pendant 5 s. 2.2.2.12 Type : intoxination Staphylococcus Maladie : gastro-entérite, vomissement; les symptômes sont aureus rapides (2 – 4 h) ; le rétablissement est rapide (1 – 2 jours). C’est une cause majeure d' intoxination alimentaire. Sources : les aliments à forte teneur en sel ou en sucre (froma- ge, viande, volaille et poisson séchés). S. aureus révèle une contamination après la transformation. Caractéristiques : Tmin Tmax Topt pHcroissance aw min 6º C 45 ºC 35º - 37 ºC 4 - 9 0,86 S. aureus produit plusieurs entérotoxines qui sont thermostables. Valeur D : 7 – 20 min (63 ºC, pH 6,8) Valeur de z : 5 – 5,1 ºC Intoxination : dose toxique 1 - 25 µg d'entérotoxine; ce niveau faut ≥ 106/g cellules vivantes. 2.2.2.13 Type : maladie virale Les virus Maladie : les virus transmis par les aliments provoquent des maladies telles que la diarrhée, l’hépatite et la poliomyélite. Les virus les plus importants sont Norwalk (NLV), rotavirus et hépatitis-A virus. Sources : ils sont transmis par divers types d’aliments tels que le lait, l’eau, les coquillages, les fruits et légumes. Caractéristiques : les virus ne peuvent pas croître dans les aliments; ils sont assez thermostables. Leur inactivation nécessite des températures > 70 ºC. Ils ne sont pas tous dénaturés par le séchage; ils sont résistants aux antibio- tiques; les maladies peuvent être provoquées par des dizai- nes de particules. 26 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 27 2.2 Ce sont les métabolites de divers champignons parasites et moi- Les altérations d’origine sissures. Elles sont produites lorsque des moisissures se microbienne développent sur des graines ou leurs tourteaux. Aflatoxines : Elles sont produites par certaines espèces de moi- 2.2.2.14 sissure telles que : Aspergillus flavus, Aspergillus parasiticus Les mycotoxines lorsque la moisissure se développe sur des graines oléagineu- ses, arachides notamment, ou dans des tourteaux. On distin- gue de nos jours 6 différents types d’aflatoxines : B1, B2, G1, G2, M1 et M2 (on trouve M1 et M2 dans le lait, ce sont des métabolites produits par la vache). L’aflatoxine est cancéri- gène et cause la dégradation du foie. La teneur maximale admise dans les aliments est de 10 ppb (µg/kg). Fumonisines : Elles sont produites par le développement de Fusarium moniliforme, surtout dans les produits d’origine tropicale, par exemple, le maïs. Selon leur structure chimique on connaît 6 types (A1, A2, B1, B2, B3, B4). Les fumonisines sont cytotoxiques et cancérigènes. Chez l’homme on a consta- té le cancer de l’oesophage, chez les chevaux la leuco-encé- phalomalacie fatale, et chez les porcs l’oedème pneumonaire. Comme les fumonisines sont solubles dans l’eau on a pu réduire la contamination du maïs par la mouture et l’extrac- tion en phase humide. Ochratoxine : C’est une mycotoxine produite par le développe- ment d’Aspergillus ochraceus et Penicillium cyclopium sur les céréales, les fèves, l’arachide. Elle cause la dégradation des reins et l’entéritis. Stérigmatocystine : Cette mycotoxine est produite par le déve- loppement d’Aspergillus versicolor, et Aspergillus flavus sur les graines de café et les grains de blé. Elle est cancérigène. Patuline : Elle est produite par le développement de moisissu- res du genre Aspergillus sur des pommes. Elle cause des œdè- mes et des hémorragies. 2.2.2.15 Conclusion Les maladies diarrhéiques constituent un des problèmes de santé les plus importants dans les pays en voie de développement. Elles conduisent souvent à : •une issue fatale, •une alimentation réduite, •la perte d’éléments nutritifs ou leur mauvaise absorption, •le déclenchement ou l’aggravation de la malnutrition. Le respect des règles d’hygiène dans chaque maillon de la chaîne de fabrication, l’entretien des locaux et du matériel dans un bon état de propreté, le respect des consignes de traitement (chauffa- ge, pasteurisation, stérilisation, etc.) et de conservation, sont indispensables pour sauvegarder la santé des consommateurs. 27 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 28 Chap. 2 Quelques facteurs de 2.2.3 Les altérations d’origine microbienne détérioration des aliments 2.2.3.1 Les principaux facteurs Les facteurs les plus importants qui influencent la croissance des micro-organismes dans les aliments sont : le pH, la température, l’aw et le potentiel d’oxydo-réduction. L’altération de l’aliment est perceptible à des taux supérieurs à 107 bactéries/g et 105 levures/g. La modification des glucides : La modification des glucides s’effec- tue de plusieurs façons : •l’hydrolyse des polysaccharides, ce qui affecte la texture du produit ; •les fermentations alcoolique, lactique, butyrique, gluconique, le cycle de Krebs, etc. •la formation des acides carboxyliques, d’alcools, de cétones, d’aldéhydes, des odeurs et des flaveurs. La modification des protéines : Elle s’effectue de diverses façons : •l’hydrolyse des protéines en peptides et acides aminés affec- tant ainsi la texture du produit ; •les réactions de décarboxylation conduisant à la formation d’amines ; •les réactions de désamination conduisant à la formation d’a- cides organiques + NH3. •“la fermentation putride” et la putréfaction résultant de ces différentes réactions. La modification des lipides : Elle est la résultante de deux types de réactions : •la lipolyse qui conduit à la libération des acides gras, •l’oxydation des lipides conduisant au phénomène de rancissement. 2.2.3.2 Les conséquences de la dégradation microbienne La dégradation des aliments par les micro-organismes entraîne successivement la modification de l’odeur, de la couleur, du goût et de l’aspect. Les odeurs : Elles sont variables selon la nature de la molécule qui en est responsable. Exemple : triméthylamine, mercaptan, dimé- thylsulfure, sulfure d’hydrogène, ammoniac, acide butyrique, dia- cétyle, rancissement. La couleur : L’altération des produits se caractérise souvent par l’apparition de zones colorées à la surface. Cette modification de couleur est essentiellement due à : •la synthèse de pigments, •la destruction ou la transformation de pigments naturels (carotène, myoglobine, polyphénols). 28 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 29 2.2 Les altérations d’origine Le goût : La modification du goût est caractérisée essentiellement microbienne par l’aigreur du produit. Aspect/structure/texture : La dégradation de ces trois caractères résulte de : •la modification de macromolécules (pectine, (hemi) cellulose, protéines), •la synthèse de macromolécules (exemple : dextrane). La valeur nutritionnelle : L’une des conséquences de l’altération d’origine microbienne des aliments est la modification de la valeur nutritionnelle pouvant conduire à son amélioration ou le plus sou- vent à sa perte. La valeur nutritionnelle est affectée par : •la réduction de la valeur calorique possible (négative), •la synthèse de molécules à activités biologiques (positive ou négative selon les cas), •la destruction des produits toxiques/antinutritionnels (positive), •la putréfaction (négative). Des exemples de dégradations d’origine microbienne des princi- paux types d’aliments sont donnés dans le tableau 2.2.1. 29 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 30 Chap. 2 Quelques facteurs de Tableau 2.2.1 détérioration des aliments Dégradation d’origine microbienne des principaux types d’aliments Aliment Type de dégradation Micro-organismes incriminés Beurre et Colorations Pseudomonas, Penicillium spp, Serratia marcescens matières Goût, odeurs Pseudomonas, Candida spp grasses Rancissement Pseudomonas fragi, P. fluorescens Bière Dépôts Levures Goûts divers Coliformes, levures “sauvages”, Pediococcus cerevisiae, Zymomonas spp Piqûre acétique Gluconobacter Piqûre lactique Lactobacillus spp Viscosité Lactobacillus brevis Charcuterie Acidification Bactéries lactiques Colorations Leuconostoc, Pseudomonas spp Moisissure Aspergillus, Penicillium spp Viscosité Leuconostoc, Streptococcus spp, levures Conserves Fermentation de type Bacillus gazogènes, Clostridium butyricum, Cl. perfringens, Cl. butyrique avec bombage thermosaccharolyticum “Flat sour” Bacilius coagulum, B. stearothermophilus Noircissement Clostridium nigrificans Putréfaction Clostridium putrefaciens, Cl. sporogenes Farine Fermentation Bacillus spp, Levures Moisissure Aspergillus, Penicillium spp, mucorales Fromages Gonflement butyrique Clostridium butyricum Goûts divers Bactéries protéolytiques, Bacillus polymyxa, Enterobacter aerogenes Viscosité Alcaligenes, Pseudomonas spp Fruits Anthracnose Colletotrichum lindemuthianum Moisissure Alternaria, Aspergillus, Penicillium spp Botrytis cinerea Pourriture molle Rhizopus nigricans Fruits secs Fermentation alcoolique Saccharomyces, Zygosaccharomyces spp et goût de levure Moisissure Aspergillus glaucus Jus de fruits et Mauvais goût et Byssochlamys, Rhizopus spp, levures sirops sucrés fermentation alcoolique Piqûre acétique Acetobacter, Gluconobacter spp Piqûre lactique Bactéries lactiques diverses Troubles et dépôts Levures Viscosité Leuconostoc spp Lait Colorations et goûts Pseudomonas syncynea, P. fluorescens divers Protéolyse Bacillus, Pseudomonas spp. Protéolyse avec gaz Coliformes, Clostridium spp. Sûrissement et Streptococcus lactis et autres bactéries lactiques coagulation Viscosité Alcaligenes viscosus, Leuconostoc, Streptococcus spp. 30 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 31 2.2 Les altérations d’origine microbienne Aliment Type de dégradation Micro-organismes incriminés Légumes Anthracnose Colletotrichum lindemuthianum Fermentation acide et Aspergillus, Fusarium, Trichoderma spp., Arthrobacter, viscosité Cellulomonas spp. Moisissure Botryris cinerea, Alternaria, Aspergillus, Fusarium, Penicillium, Peronospora, Phytophtora Pourriture molle Erwinia carotovora, Xanthomonas spp., Rhizopus spp., Sclerotia sclerotinium Oeufs Colorations diverses Proteus melanogenes, Pseudomonas, Rhodotorula spp., Serratia marcescens Moisissure Cladosporium, Penicillium, Sporotrichum spp. Pain Goût “crayeux” Endomycopsis fibuliger, Trichosporon spp. Moisissure Aspergillus niger et autres Aspergillus, mucorales, Penicillium spp. Viscosité Bacillus spp. Poisson Modification de couleur Achromobacter, Flavobacterium, Pseudomonas spp. Putréfaction Coliformes, Clostridium, Pseudomonas spp. Viandes Modification de couleur levures, Leuconostoc, Pseudomonas, Rhodotorula spp. et odeur Moisissure Aspergillus, Penicillium spp., mucorales, Sporotrichum carnis, Thamnidium elegans Putréfaction Clostridium protéolytiques, coliformes, Proteus spp. Sûrissement Bacillus cereus, Clostridium butyriques, bactéries lactiques Viscosité Bacillus, Pseudomonas spp., bactéries lactiques 31 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 32 Chap. 2 Quelques facteurs de 2.3 Les altérations d’origine chimique et biochimique détérioration des aliments 2.3.1 Les lipides 2.3.1.1 Oxydation Oxydation Les composants de la réaction : Les substrats de ces réactions chimique sont principalement les acides gras non saturés et l’oxygène. Lorsqu’ils sont libres, les acides gras non saturés s’oxydent en général plus vite que quand ils font partie de triglycérides ou de phospholipides. Mais c’est surtout le degré d’insaturation qui influence la vitesse d’oxydation. Mécanismes des réactions d’oxydation des lipides : On peut distinguer dans l’oxydation des lipides, quatre groupes de réac- tions : •Les réactions d’initiation : Elles donnent lieu à la formation de radicaux libres à partir d’acides gras non saturés ou de per- oxydes lipidiques (appelés aussi hydroperoxydes). Elles se déroulent en trois étapes successives qui sont montrées en figure 2.3.1, la forma- Fig. 2.3.1 + tion de l’oxygène sin- Oxydation des   A. O O O O lipides. gulet, la formation de A. Formation Oxygène triplet Oxygène singulet l’hydroperoxyde, et la d’oxygène singulet 3O 1 2 O2 formation de radical B. Formation H (Figure 2.3.2). d’hydroperoxide O H O B. Fig. 2.3.2 C + 1O2 - C - C = C C = C Formation de radicaux catalyseur Lipide non-saturé hydroperoxide ROOH ROO + H d’hydroperoxide •La propagation : La propagation est constituée par une chaî- ne de deux réactions présentées en figure 2.3.3. Ces réactions sont en général rapides, car les radicaux libres porteurs d’un électron non apparié sont très réactifs. La propagation abou- tit à une oxydation en per- oxydes des acides gras non Fig. 2.3.3 ROO  + RH ROOH + R saturés qui va de pair avec Réactions de R  + 3O2 ROO  propagation une consommation d’oxygè- Bilan: RH + 3O2 ROOH ne moléculaire. •L’arrêt : En même temps que les réactions d’initiation et de propagation, des réactions d’arrêt peuvent se produire et entraîner la disparition d’une certaine proportion de radicaux libres. •La décomposition de l’hydroperoxyde : Elle aboutit à la forma- tion de cétones et d’aldéhydes volatils. Les aldéhydes volatils qui se forment sont importants du point de vue pratique, en raison de leur odeur de rance. Certains d’entre eux (2-décé- nal, hexanal, par exemple) sont perceptibles à des concentra- tions très faibles, de l’ordre du microgramme par litre. 32 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 33 2.3 La figure 2.3.4 montre la formation de radicaux libres et des Les altérations d’origine peroxydes à partir de l’acide oléique, et la figure 2.3.5 le schéma chimique et biochimique général des réactions d’oxydation des lipides. Quelques Remarques : * La formation de l’oxygène singulet : elle s’effectue par diffé- rentes voies : •des réactions enzyma- tiques (lipoxygenase, peroxydase, xanthi- ne-oxydase); HO •la lumière (photo-oxy- CH3 dation); O •en présence de traces H de métaux (Fe2+, Cu2+) et d’acide CH ascorbique. * Les catalyseurs sont : HO Fe2+, Cu2+, Co2+, Ni2+ CH3 O (le changement de CH Fig. 2.3.4 valence le plus favo- La formation de HO rable est : 2↔3). radicaux libres CH3 et des peroxydes à partir de * L’auto-oxydation au O CH l’acide oléique cours de laquelle les peroxydes jouent le HO rôle de catalyseur. CH3 O CH O2 HO CH3 O ROO ROOH O2 ROO initiation RH R propagation  Fig. 2.3.5 Schéma général d’auto- RH oxydation ROOH RO aldéhydes polymères époxhiyddeess cétones alcools hydrocarbures alkyl-radicaux 33 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 34 Chap. 2 Quelques facteurs de Les moyens d’éviter ou de freiner l’oxydation : Pour un certain détérioration des aliments nombre d’aliments, notamment pour les aliments déshydratés et ceux à teneur moyenne en eau, il est nécessaire de recourir à des substances ou à des méthodes permettant de retarder l’oxydation des lipides au-delà du délai normal de vente. •Les antioxydants : Ces substances sont capables d’interromp- re la chaîne radiculaire : AH + ROO• → A • +ROOH AH + R• → A • +RH AH + RO• → A • +ROH Le radical A• qui se forme est relativement stable, et ne réagit pas avec les lipides. Il subit une réaction d’arrêt aboutissant à la formation de produits non radiculaires : A• + A• et A• + X• donnent des produits non radiculaires. Ces substances antioxydantes diminuent donc le nombre de radicaux libres; elles abaissent par conséquent la vitesse d’oxyda- tion. Selon leurs origines on distingue : * les antioxydants naturels : •tocophérol (vitamine E), •certains acides aminés, •acide ascorbique, •complexants de métaux; * les antioxydants synthétiques : •gallate de propyle, •BHA (butylhydroxyanisol), •BHT (butylhydroxytoluène). Leurs doses maximales sont fixées en fonction de leur degré de toxicité. •L’absence d’oxygène : Elle permet d’éviter la formation de l’oxygène singulet. Pour cela l’absence ou tout au moins le maintien d’une très basse teneur en oxygène dans l’at- mosphère entourant l’aliment est très important. Ainsi les aliments sont emballés sous vide ou sous atmosphère d’azote. •L’utilisation d’agents complexant les métaux : Ce sont des composés qui agissent en empêchant ou en diminuant la formation des radicaux libres en se complexant avec les catalyseurs (métaux). L’éthylène diamine tetra-acétate (EDTA) est un agent com- plexant très efficace, mais peu utilisé dans les aliments car il n’est généralement pas autorisé par la réglementation. L’acide citrique, au contraire, est employé très souvent. 34 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 35 2.3 •La déshydratation : L’activité catalytique des métaux dépend Les altérations d’origine en partie de l’activité de l’eau. Il est important de maintenir chimique et biochimique l’aw dans les aliments entre 0,1 et 0,4 ; le maintien d’une aw autour de 0,2 est idéal pour empêcher l’oxydation des lipides. L’influence de la température : Le rôle de la température dans l’oxydation des lipides est complexe. La vitesse d’oxydation aug- mente avec la température. En revanche une température élevée peut entraîner la formation d’antioxydants. Les conséquences de l’oxydation des lipides : Les conséquences des réactions d’oxydation se situent essentiellement à deux niveaux : •la perte de la qualité organoleptique : due d’une part à la for- mation de composés volatils d’odeur désagréable, et d’autre part à la perte de couleur. •la diminution de la valeur nutritionnelle : à cause d’une part de la perte d’activité vitaminique (l’oxydation des vitamines A et E et des caroténoïdes peut être due aussi à l’action des peroxydes au dépend des acides gras insaturés), et d’autre part de la perte d’acides gras essentiels. En général c’est le rancissement qui se manifeste le premier et rend l’aliment inconsommable avant que les autres aspects ne prennent de l’ampleur. Lipoxygénase Oxydation Elle est responsable de l’oxydation d’acides gras insaturés avec enzymatique formation d’hydroperoxydes et de radicaux. Elles sont aussi responsables de l’oxydation de certaines vitamines, protéines et acides aminés (CysSH, Tyr, His, Trp). Son activité entraîne la perte de la valeur nutritionnelle, la production d’odeur et d’a- rôme, la modification de couleur. Elle est surtout présente dans les légumes. 2.3.1.2. Hydrolyse enzymatique Les lipases (hydrolases) : Elles sont présentes dans les aliments, et sont aussi produites par les micro-organismes. Triglycérides → diglycérides, monoglycérides + acides gras Les produits de leurs activités en particulier les molécules d’a- cides gras en C4 – C12 qui sont partiellement solubles dans l’eau, conduisent au rancissement des aliments (goût du savon). 35          Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 36 Chap. 2 Quelques facteurs de 2.3.2 Les protéines détérioration des aliments 2.3.2.1 Réactions à chaud L’application de la chaleur sur les aliments au cours de traite- ments domestiques ou industriels influence la qualité des protéi- nes. Les réactions des protéines à chaud au cours de ces traite- ments culinaires domestiques ou industriels entraînent des modi- fications qui ont des effets favorables et défavorables. Parmi ces modifications on peut citer : •la dénaturation qui correspond à un ou à des changements de conformation : déploiement de la molécule globulaire et démasquage de résidus d’acides aminés entraînant une perte de la réactivité; •la réduction de la solubilité; la formation de précipités, de gels ou de pâtes; •l’amélioration de la digestibilité; •la perte de l’activité enzymatique; •la diminution du pouvoir toxique de facteurs antinutrition- nels et de toxines (inhibiteurs protéiques, lectines); •la réaction de Maillard en présence de sucres réducteurs conduisant à la formation de ponts covalents intra ou inter- moléculaires avec baisse de disponibilité de la lysine; •la désamination de l’asparagine et de la glutamine; •l’isomérisation de résidus d’acides aminés (L → D) : baisse de valeur nutritionnelle; •la formation de ponts covalents intra– ou intermoléculaires de nature isopeptidique (γ-glutamyl-ε-N-lysine) ou de type lysinoalanine : baisse de digestibilité; •des réactions entre molécules de cystéine avec : formation de ponts covalents -S-S-, désulfuration, •la formation de lanthionine, de lysinoalanine; •la formation de composés fortement mutagènes (par exemple au cours du grillage au feu); •la baisse de la digestibilité après un traitement thermique dur, surtout avec un traitement alcalin. 2.3.2.2 Protéinases (exo, endo hydrolases) La figure 2.3.6 montre la distinction entre des exo et endo hydro- lases. Les activités des protéinases affectent la texture et le goût des aliments. Elles sont cepen- Figure 2.3.6 endo dant utilisées en technologie L’action des polypeptides oligopeptides alimentaire (exemple:: la endo et exo coagulation du lait par la pré- hydrolases poly / oligopeptides e x o acides aminés sure) et aussi actives pendant le stockage (exemple : durant la maturation du fromage). Elles sont généralement inactivées par la chaleur (mais parfois très résistantes comme la plasmine dans le lait). 36 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 37 2.3 2.3.3 Les polysaccharides Les altérations d’origine Altérations causées par les hydrolases (polysaccharidases) chimique et biochimique Ce sont essentiellement les pectinases, les cellulases et les amyla- ses. Elles sont naturellement présent dans les aliments et sont aussi produites par les micro-organismes. Leurs activités influent sur la texture et le goût des aliments. 2.3.4 Le brunissement 2.3.4.1 Le brunissement non-enzymatique : La réaction de Maillard Généralités : C’est un ensemble très complexe de réactions abou- tissant, dans divers aliments, à la formation de pigments bruns ou noirs, à des modifications, favorables ou indésirables, de l’odeur et de la saveur et à la perte de la valeur nutritionnelle. La réaction a été décrite par Louis Maillard en 1912. Le brunissement non-enzymatique se manifeste lors des traite- ments technologiques ou de l’entreposage, de divers aliments dont voici quelques exemples : Figure 2.3.7 - Croûte de pain, biscuits, La réaction de Maillard (1). La condensation entre - Lait stérilisé, sucre réducteur et amine - Viande cuite, rôties - Pommes frites, - Café, O HO NH R - Chocolat, H - Jus de fruit, H OH + H2N R H OH - Bière. HO H HO H La réaction de Maillard est une H OH H OH réaction entre une fonction car- H OH H OH bonyle (aldéhydes, cétones, su- cres réducteurs) et une fonction OH OH amine (acides aminés, résidus de lysine dans les protéines). Mécanisme des réactions : Le mécanisme consiste en plusieurs réactions qui se déroulent en chaine. D’abord la condensation de Maillard ou formation de carbonylamine (Figure 2.3.7) qui met en Figure 2.3.8 La réaction de Maillard (2). jeu une fonction carbonyle libre et une fonction amine, suivi par la La formation de la base de formation de la base de Schiff (Figure 2.3.8), et le réarrangement Schiff d’Amadori (de Heyns) (Figure 2.3.9). Les produits d’Amadori HO sont relativement stables. NH R N R H Pendant les réactions 1 à 3 qui H OH H OH constituent la première phase, il n’y a pas encore de brunisse- HO H HO H + H2O ment. H OH H OH N.B. : comme l’indique la figure H OH H OH 2.3.15, le pH influence la pre- mière phase. En effet à bas pH, OH OH 37 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 38 Chap. 2 Quelques facteurs de la réaction 1 est inhibée, tandis que la réaction 2 est accélérée par détérioration des aliments les protons (H+). Ensuite, la dégradation du produit d’Amadori est fortement dépendante du pH : - à pH < 6 : elle conduit à la formation de réductones, d’aldéhy- Figure 2.3.9 des insaturés, de dicarbonyls insaturés, de 5-hydroxyméthyl- La réaction de furfural (HMF); Maillard (3). Le réar- rangement - à pH > 6 : elle conduit à des réductones, des furanones, des d’Amadori scissions hydroxyliques et aussi aux acides formique et acé- (de Heyns) tique qui entraînent l’abaissement du pH. Pendant la réaction sui- H vante, la dégradation de + N R H H NH R Strecker (Figure 2.3.10) N R les composés α-dicarboxy- H OH OH O lés résultant de la décom- HO H HO H HO H position des cétosamines H OH H OH H OH peuvent réagir avec un H OH H OH H OH acide aminé et entraîner la dégradation de ce der- OH OH OH nier. La réaction de α- forme énolique produit d'Amadori dicarboxyls avec un acide O aminé entraîne la produc- OH tion de CO2 + NH3 + nou- O H NH R veaux composés carbony- HO H + H HO 2N R H lés. Les réactions 4 + 5 H OH H OH H OH (Figures 2.3.10 et 2.3.11) H OH qui constituent la deuxiè- OH me phase de la réaction OH de Maillard conduisent à produit de Heyns la formation de composés très réactifs, d’odeurs et de saveur désirable ou indésirable et d’antioxydants. La condensation des composés carbonylés avec des amines (Figure 2.3.12) est la troisième et dernière phase de la réaction de Maillard. Cette étape qui constitue la réaction 6 conduit à la for- mation de polymères bruns appelés mélanoïdines. Enfin la figure 2.3.13 résume la réaction de Maillard. R1 R1 Figure 2.3.10 O La réaction de O H O 2N Maillard (4). O + OH + H2O Dégradation de + O N Strecker OH R2 R2 38 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 39 2.3 R1 R1 R Les altérations d’origine 1 chimique et biochimique O OH OH H O + CO2 + + O N N CH3 NH2 OH R2 R2 R2 Figure 2.3.11 La réaction de Maillard (5). Dégradation de Strecker R1 (suite) O + NH3 OH R2 R-NH2 + produits de cission/composés carbonylés Figure 2.3.12 condensation La réaction de Maillard (6). Condensation des compo- sés carbonylés avec des amines Polymères bruns: mélanoidines Réarrangement d’Amadori ou de Heyns Sucre réducteur + amine glycosylamine cétosamine/aldosamine Amine + composés réactifs polymérisation Réaction de Strecker mélanoidines CO2 + NH3 + aldéhydes volatils Les facteurs influençant la réaction de Maillard : Divers fac- Figure 2.3.13 Résumé de la teurs physiques ou chimiques affectent non seulement la vitesse mais réaction aussi la nature des réactions de brunissement non enzymatique : de Maillard •La nature des sucres réducteurs : Les pentoses, et notamment le ribose, sont les sucres réducteurs les plus réactifs; les hexoses (glucose, fructose) sont un peu moins réactifs, et les disaccharides réducteurs (lactose, maltose) encore moins. N.B. : le saccharose, qui ne possède pas de fonction réductrice libre, n’entraîne pas de brunissement non enzymatique, sauf dans les aliments acides, où il est progressivement hydrolysé 39 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 40 Chap. 2 Quelques facteurs de en glucose et fructose; en solution aqueuse neutre, il peut éga- détérioration des aliments lement être inverti, si toutefois la température dépasse 130 °C. •La température : Les étapes du brunissement non enzyma- tique sont des réactions chimiques normales. Leur énergie d’activation Ea est d’environ 100 kJ/mole et leur Q10 ≈ 3. •L’activité de l’eau, aw : L’influence de l’activité de l’eau sur la vitesse du brunissement non enzymatique dans la plupart des aliments peut être représen- Vitesse relative tée par la figure 2.3.14. La vitesse de brunissement passe par un maximum entre aw = 0,55 à 0,75. Les ali- ments déshydratés jusqu’au niveau de la couche monomo- Figure 2.3.14 L’influence de l’a léculaire d’eau sont les plus w sur le brunissement stables, à condition d’être non-enzymatique gardés à l’abri de l’humidité (emballage imperméable à la vapeur d’eau) et à une tem- 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 pérature modérée (25 ºC). a •Le pH : Les effets du pH w (Figure 2.3.15) sont com- plexes car chacune des réactions qui interviennent dans le brunissement présente son propre pH optimum : 6 à 8 pour la condensation de Maillard, Vitesse relative proche de 7 également pour le réarrangement d’Amadori, 5,5 pour la dégradation des cétosami- nes par énolisation. Fig. 2.3.15 L’influence du pH sur le D’autre part les milieux brunissement fortement acides ou alca- non-enzymatique lins catalysent la transfor- mation directe des sucres en composés carbonylés insaturés capables de se 6 7 8 9 pH polymériser. Conséquences et prévention de la réaction de Maillard : En résumé on peut dire que la réaction de Maillard affecte plusieurs aspects de la qualité des aliments, notamment : •la couleur, •l’odeur, l’arôme, la saveur, le goût, •la perte de la valeur nutritionnelle due principalement à son impact sur les protéines (diminution de lysine disponible, de la digestibilité et de la solubilité). •cependant elle forme des composés qui ont des propriétés antioxydantes. 40 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 41 2.3 Les moyens de prévenir le brunissement non enzymatique sont Les altérations d’origine relativement peu nombreux. Outre l’élimination des substrats, l’a- chimique et biochimique baissement du pH, la surveillance de la température et de l’humi- dité, l’addition d’agents inhibiteurs est un moyen efficace de pré- venir la réaction de Maillard. Le seul inhibiteur efficace du bru- nissement non enzymatique est, jusqu’à présent, l’anhydride sul- fureux, utilisé sous forme de gaz (SO2) ou de sels (NaHSO3). Les sulfites réagissent avec les composés carbonylés, les bases de Schiff, les composés insaturés, en donnant des sulfonates qui sont des produits stables. L’anhydride sulfureux et les sulfites sont utilisés dans : •le moût de raisin et le vin, •les fruits déshydratés, •les pulpes pour confiture, •les jus concentrés, •la purée déshydratée de pomme de terre, •les tranches de pommes de terre déshydratées. 2.3.4.2 Le brunissement enzymatique Définition : On appelle brunissement enzymatique la transforma- tion, enzymatique dans ses premières étapes, de composés phéno- liques en polymères colorés, le plus souvent bruns ou noirs. Les étapes de cette transformation sont présentées en figure 2.3.16. OH OH Hydroxylation Oxydation O enzymatique enzymatique OH O Non enzymatique Polymères colorés Fig. 2.3.16 R R R Le brunissement enzymatique Phénols Orthodiphénols Orthoquinones (incolores) (incolores) (colorés) Le brunissement enzymatique s’observe chez les fruits et légu- mes. Il pose des problèmes de couleur, en particulier lorsque les tissus sont malades ou endommagés (par traitement); dans les tis- sus intacts il n’y a pas de brunissement enzymatique, car les enzy- mes et leurs substrats sont séparés (compartiments distincts). Indésirables dans certains aliments comme les pommes, les poi- res, les abricots, les pêches, les bananes, les avocats, les pommes de terre, les champignons, le brunissement enzymatique est dési- rable dans d’autres aliments tels que les dattes, le thé, le cacao (et aussi dans le tabac). Il existe de nombreux substrats naturels, mono, di- ou polyphéno- liques, du brunissement enzymatique. Les pigments qui se forment par brunissement enzymatique sont désignés par le terme général 41 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 42 Chap. 2 Quelques facteurs de de mélanines. Leur teinte finale est brune ou noire, mais il existe des détérioration des aliments intermédiaires de couleurs diverses : rose, rouge, bleu-noir. Mécanisme : Comme il est montré à la figure 2.3.17, la premiè- re étape (hydroxylation) est catalysée par l’enzyme monophénola- se (crésolase). La deuxième étape (oxydation) est quant à elle cata- lysée par l’enzyme polyphénoloxydase (polyphénolase, catéchola- se). L’oxygène moléculaire est l’accepteur d’hydrogène. La vitesse de brunissement enzymatique est souvent limitée par la teneur en substrats (et non celle en enzyme). Le pH optimal de ses réactions se situe entre 5 et 7. OH O Fig. 2.3.17 OH O L’étape d’oxydation dans le 2 + O2 2 + 2 H2O brunissement enzymatique R R Prévention du brunissement enzymatique : Il existe de nom- breux moyens pour empêcher le brunissement enzymatique, mais pour des raisons de coût, de toxicité, de réglementation ou d’effets secondaires défavorables à la qualité, seuls certains d’entre eux sont utilisés en pratique, et sont mentionnés ci-après : - inactivation des enzymes par la chaleur (blanchiment, pas- teurisation), - addition de composés réducteurs : acide ascorbique, - immersion des fruits dans l’eau salée ou sucrée : limite l’accès de l’oxygène, - abaissement du pH (acide citrique), - enlèvement de l’oxygène par le vide, ou par N2, - addition d’anhydride sulfureux (SO2) ou de bisulfite : réaction avec les quinones, peut-être aussi avec l’enzyme. 42 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 43 2.4 2.4 Les arthropodes Les arthropodes 2.4.1 Introduction Distinction entre les insectes et les arachnides Les arthropodes constituent la plus grande classe et regroupe les animaux ayant un squelette extérieur et dur. Les arthropodes com- prennent les classes des insectes et des arachnides. Le tableau 2.4.1 donne quelques caractéristiques façilitant la distinction des classes, et le tableau 2.4.2 présente plusieurs insectes et mites importants. Les illustrations de l’anatomie, les métamorphoses et les espèces mentionnées au tableau 2.4.2 sont présentées sur les figures 2.4.1 – Tableau 2.4.1 2.4.12 qui sont mentionnées aussi dans les tableaux. Les Arthropodes Phylum Arthropoda (> 925 000 espèces) Classe Insecta (750 000 espèces) Arachnida (60 000 espèces) Anatomie composée de tête, poitrine, composée de prosoma (tête) queue; et opisthosoma (poitrine); 6 pattes 8 pattes Figure 2.4.1 Figure 2.4.2 Cycle de vie incomplet complet incomplet (métamorphose) (hemimetabola) (holometabola) oeuf - larve - image oeuf - larve oeuf - larve (6 ou 8 pattes) - image (adulte) - oeuf - chrysalide (pupa) (adulte; 8 pattes) - oeuf; image (adulte) - hypopus (forme très résistante, pro- oeuf duit lors de circonstances difficiles). Figure 2.4.3. Figure 2.4.4. Exemples sauterelle, cafard, escargots, papillons araignées, mites (< 1 mm) perçe-oreille, poux (larve : chenille), de feuille, punaise mouche (larve : vers), guêpes, abeilles, fourmis tête Figure 2.4.1 Anatomie d’un insecte poitrine tête queue Figure 2.4.2 Anatomie d’une araignée poitrine et queue 43 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 44 Chap. 2 Quelques facteurs de détérioration des aliments oeuf Figure 2.4.3 Métamorphose incomplète larve adulte oeuf larve adulte pupa Figure 2.4.4 Métamorphose complète Nom scientifique Nom vulgaire Remarques Figure Acarus siro Mite de farine 2.4.5 Anagasta kuehniella Teigne de 13-15 mm; on la trouve là où il y a 2.4.6 meunerie de la farine, l’insecte volant est le plus important. Les larves mangent le produit en laissant des traces gluantes Blatta orientalis Cafard oriental 2-5 cm; très actif, préfère les endroits 2.4.7 obscurs et humides Oryzaephilus surinamensis Petit coléoptère 2-3 mm; très actif 2.4.8 de commerce Sitophilus granarius Charançon < 4 mm 2.4.9 Stegobium paniceum Coléoptère l‘insecte le plus important dans les magasins 2.4.10 des biscottes de stockage des aliments emballés Tenebrio molitor Coléoptère 15 mm; larve 28 mm devient adulte 2.4.11 de farine après 2 ans; ils n’endommagent pas les aliments mais ce sont des indicateurs d’une hygiène inadéquate Tribolium confusum Coléoptère 3-4 mm; longévité 1.5 ans 2.4.12. de farine («confused flour beetle») Tableau 2.4.2 Quelques insectes impor- tants pendant le stockage des aliments 44 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 45 2.4 Les arthropodes teigne pupa larve Fig. 2.4.5 Fig. 2.4.6 abdomen de la larve Acarus siro Anagasta kuehniella (agrandi) Fig. 2.4.7 Fig. 2.4.8 Fig. 2.4.9 lus granarius Blatta orientalis (male) Oryzaephilus surinamensis Sitophi (adulte) (adulte) graines de blé adulte pupa larves Fig. 2.4.10 Stegobium paniceum Fig. 2.4.11 Fig. 2.4.12 (adulte) Tenebrio molitor Tribolium confusum (adulte) 45 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 46 Chap. 2 Quelques facteurs de 2.4.2 Contamination des aliments détérioration des aliments En principe la contamination commence par la présence des insec- tes adultes qui déposent leurs oeufs dans l’aliment. Le dépôt des œufs par les insectes a lieu déjà depuis la récolte. Ensuite, il se poursuit au cours du séchage au sol, du stockage mal protégé, etc. Mais les oiseaux amènent aussi les insectes. Les aliments les plus fréquemment attaqués par les insectes sont les céréales (farine, pain, produits de boulangerie) ainsi que les poissons séchés, fumés, etc. Les conditions favorables à la multiplication des insectes sont : •la présence de nutriments •la protection : endroit protégé et calme où la multiplication peut s’effectuer sans détection. Par exemple, les grands bateaux à cargo, les usines avec leurs coins mal nettoyés, etc. •la chaleur : dans l’usine et dans les appareils, la température est souvent de 8-10 ºC plus élevée que la température ambiante. •l’eau : sa disponibilité est essentielle pour la vie des insectes. Quelques exemples d’endroits où les insectes ou leurs larves peu- vent se multiplier facilement : •silos de stockage •les appareils à broyer, purifier, transporter •les plafonds •les installations pour le remplissage des sacs de farine •les conduites d’électricité 2.4.3 Dégâts Les dégâts causés par les insectes et les mites aux aliments et à la société sont de nature aussi bien hygiénique qu’ économique. Les dégâts hygiéniques sont surtout les maladies humaines. Les insectes jouent un rôle important comme vecteurs de germes sus- ceptibles de provoquer des maladies. Transmission biologique : l’insecte est hôte intermédiaire et infecte l’homme par piqûre (le paludisme, la fièvre jaune) Transmission mécanique : l’insecte sert seulement de moyen de transport; en particulier les mouches, cafards, guêpes. De petits nombres de Salmonella spp par exemple, transmis par les mouches, sont capables de causer des toxi-infections ali- mentaires. Les dégâts économiques sont causés par : •la perte des aliments, par exemple la perte de poids de pois- son fumé causé par le glouton des Dermestes spp (coléoptère à lard); •la perte de qualité et d’attractivité, par exemple quand les vers bougent dans la viande ou le poisson, ou quand le fro- mage est endommagé par les mites. 46 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 47 2.4 2.4.4 Quelques règles générales pour la lutte contre les Les arthropodes insectes dans les magasins de stockage •Pratiquez la propreté : tenez propres les lieux de travail et de stockage. Nettoyez efficacement, n’oubliez pas les “coins morts” qui sont souvent des nids de couvain. •Après le nettoyage, appliquez un traitement avec un insecti- cide pulvérisé. •Brûlez toutes les ordures qui sont le résultat du nettoyage. •Fermez bien toutes les jointures et fentes, après avoir nettoyé les endroits situés derrière ces fentes. •A condition que le magasin soit vide et que les aliments ne touchent pas le sol, les murs, et le plafond, appliquez un traitement avec un pulvérisant qui forme une mince couche toxique sur le sol et les murs. Répétez l’action quelques fois par an. •Fermez les fenêtres et toutes les autres ouvertures avec des moustiquaires. •Laissez le moins possible de restes d’aliments non couverts. Utilisez des boîtes que l’on peut bien fermer. Brûlez toutes les ordures. •Les matériaux d’emballage doivent être exempts d’insectes et d’oeufs. Il faut un contrôle fréquent. Une stérilisation (à la chaleur ou par fumigation) doit suivre chaque utilisation des sacs. Laver les sacs et les sécher au soleil ne suffit certaine- ment pas. •Chaque nouveau stock d’aliments doit être bien contrôlé pour infestation. En cas de nécessité, désinfecter par fumigation. On peut aussi lutter par fumigation contre des attaques dans les parties où sont stockés les aliments. La fumigation est le travail d’un expert. On utilise par exem- ple l’acide cyanhydrique, l’oxyde d’éthylène, le bromure de DANGER méthyle, le chlorure de méthallyl, la chloropicrine. •Si possible, éliminer des stocks les insectes tués, les restes d’insectes, les excréments, etc. ; afin d’améliorer la qualité. En cas d’aliments précieux ou sensibles : •Appliquez pour les portes un système avec sas. Des deux por- tes, il y en a toujours une qui est fermée. Comme cela, on minimise l’entrée d’insectes. On traite le sas une fois par jour avec de l’insecticide. Lutte directe : de façon mécanique : suspendez des papiers tue-mouches (papiers collants); établissez des pièges à mouches (appât toxique). de façon chimique : si l’aliment peut le supporter (qualité, odeur, etc), pulvérisation de pyrèthre en kérosène. 47 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 48 Chap. 2 Quelques facteurs de 2.5 Les rongeurs détérioration des aliments 2.5.1 Introduction Les rongeurs préfèrent les mêmes conditions de vie que les insectes : •protection et calme •nourriture •chaleur Les magasins de stockage, les (super) marchés, les hôtels, etc. sont en principe des lieux idéaux pour la multiplication des rongeurs. Depuis longtemps, l’homme essaye de limiter la compagnie des rongeurs. Les anciens Egyptiens adoptaient le chat comme un ani- mal sacré... Les chasseurs professionnels de rongeurs étaient très impor- tants pendant le Moyen Age, mais le sont aussi de nos jours dans les méga cités (Inde, Amérique du Sud …) Le tableau 2.5.1 montre les rongeurs les plus importants pour l’industrie alimentaire : ce sont essentiellement les rats et les sou- ris. En principe les rongeurs sont intelligents et difficiles à attra- per. On peut améliorer le taux de succès de la chasse par la connaissance des habitudes des animaux, et spécialement leurs sentiers. Ces sentiers peuvent être reconnus par les traces noirs ou bruns de poils et de saleté. D’autres critères de distinction sont par exemple s’ils sont capables de grimper et nager, et la forme de Tableau 2.5.1 leurs excréments (crottes dispersées ou en groupe ; forme des crot- Quelques rongeurs tes), s’ils sont herbivores ou omnivores, et les traces des sentiers. importants Nom scientifique Nom vulgaire Caractéristiques Réproduction Rattus norvegicus Rat brun ou petits yeux, vision mauvaise, maturité sexuelle à 3-4 mois, Rat de Norvège nocturne, rez-de-chaussée 5-10 petits par mise bas Rattus rattus Rat de navire ou grimpeur agile, très répandu 200 rats par an par couple Rat de toit dans les régions tropicales Mus musculus Souris domestique plus petite que les rats, maturité après 2 mois; rayon d’activité 3-5 mètres 10 petits par accouchement; du nid 2000 par an par couple 2.5.2 Dégats 2.5.2.1 Dégats hygiéniques Les rats servent comme vecteur déposant les bactéries pathogènes comme Salmonella paratyphii. Les épidémies paratyphoïdes en particulier sont associées aux aliments « prêts à utiliser » : poisson fumé, saucisse de foie, etc. parce qu’ils ne reçoivent plus de traite- ment de chaleur. 2.5.2.2 Dégâts matériels Les dommages matériels sont considérables : •aux stocks (les dégâts peuvent être considérables). Un rat consomme 25 grammes par 24 heures. 48 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 49 2.5 •aux objets durs : La raison pour laquelle les rats et les souris Les rongeurs rongent est que les dents rongeantes continuent à croître toute la vie. Le fait de ronger permet à ces animaux de les maintenir dans les limites convenables. Exemples : un tuyau d’eau en fer rongé peut causer un dom- mage d’inondation ou de court-circuit; fil électrique rongé; incendie; emballage rongé. 2.5.3 La Lutte Les rongeurs sont attirés à l’usine ou au magasin par exemple par : •la démolition des bâtiments du voisinage •les tas d’ordures •le gaspillage (et le manque de nettoyage) d’aliments aux lieux de livraison Comment peuvent-ils entrer dans l’usine ou le magasin ? •par les murs troués pour le passage de l’eau et de l’électricité •par les systèmes de transport du plafond •par les écoulements non-couverts •par les portes ouvertes •au-dessous des portes fermées Où est-ce qu’ils élisent domicile? •dans les endroits peu utilisés et remplis de “choses diverses”… •dans les magasins de stockage où les produits sont emballés de manière à créer des espaces protégés •dans les chambres où sont stockés des emballages et des ali- ments, offrant ainsi la protection et la nourriture. La lutte permanente commence avec le bon ménage : nettoyage et inspection fréquentes, stockage de telle façon qu’on peut faire l’inspection et le nettoyage tout autour des palettes chargées de produits. En outre, il est souvent nécessaire d’appliquer des produits toxiques, en utilisant des appâts toxiques. Pour bien effectuer cela, les point suivants sont importants : •changer le moins possible les environs du nid pendant l’ap- plication de l’appât toxique. •mettre les appâts toxiques sur les sentiers, le plus près possi- ble du nid et en quantité suffisante afin que les rongeurs puissent manger tranquillement sans se battre. •organiser la lutte sur une superficie la plus étendue possible, de préférence en coopération avec d’autres entrepreneurs. De cette façon, cela durera plus longtemps avant que le territoi- re désert ne soit à nouveau occupé par des successeurs. •pièges et cages : les mettre sur les sentiers, la porte ouverte, chargés d’appâts, pendant quelques jours. Quand on est sûr que les rongeurs mangent les appâts, on met les pièges en action. 49 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 50 Chap. 2 Quelques facteurs de Défense permanente : détérioration des aliments - fermer tous les trous : réparer les vitres cassées, poser des grilles sur les tuyaux d’écoulement d’eau sale et d’égout. - écarter les ordures : les brûler ou utiliser des poubelles bien fermées. 2.6 La détérioration et la conservation 2.6.1 La détérioration Les exigences formulées vis à vis de la qualité des aliments sont que : •la composition et la structure doivent être de bonne qualité, et •ils ne doivent pas nuire à la santé. Les facteurs Les facteurs de détérioration présentés dans les sections 2.1 - 2.5 de détérioration risquent - indirectement ou directement – de conduire à une qua- lité inadéquate, ou même à des nuisances causées par les ali- ments. Cette détérioration peut se manifester à des niveaux diffé- rents, comme suit : Une mauvaise •Les matières de base (les ingrédients) peuvent être insuppor- qualité d’origine tables (par exemple, les glands sont amers), ou même nuisi- bles à la santé (par exemple des champignons toxiques, ou des germes pathogènes présents dans le lait cru). •De la même façon, les contaminations des matières de base sont insupportables (par exemple, du sable dans la farine) ou même nuisibles (des résidus de pesticides, ou des morceaux de verre). La mauvaise Par exemple un goût indésirable causé par de mauvais traite- qualité résultant ments peut être insupportable ; de même l’ajout d’une concentra- du procédé de tion trop élevée de produits chimiques toxiques, ou l’introduction transformation des germes pathogènes pendant des traitements non-hygiéniques peuvent constituer un risque pour la santé. La mauvaise qualité se manifestant pendant le stockage peut causer •L’inappétence (une détérioration perceptible avec les sens, par exemple, la putréfaction, la fermentation, l’aigreur, ou la présence des moisissures). Ces aliments mal acceptés ne sont pas nécessairement nuisibles à la santé ). •La nuisance (la situation la plus dangereuse est une détério- ration nuisible qui n’est pas accompagnée d’un mauvais goût ou d’une mauvaise odeur). Tandis que la qualité et la salubrité des matières premières est d’une grande importance, la technologie alimentaire est orientée de manière à éviter les détériorations pendant les procédés de transformation, la conservation, le stockage et la distribution des aliments. 50 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 51 2.6 2.6.2 La conservation La détérioration Le but de la conservation est d’améliorer la durabilité ou de pro- et la conservation longer la période possible de garde (voir aussi lexique). Si on veut pouvoir limiter ou supprimer les mécanismes de dégradation des aliments, on doit donc jouer sur les facteurs qui y contribuent directement ou indirectement, par exemple à travers un dévelop- pement microbien : la température, le pH, l’activité de l’eau et l’oxygène. De façon empirique, toutes les techniques élaborées par l’homme depuis des millénaires influent sur ces mêmes facteurs en vue de la conservation des aliments. Quelques principes impor- Tableau 2.6.1 Facteurs et procédés de tants de conservation sont résumés dans le tableau 2.6.1. conservation Facteur Niveau Procédés température élevée pasteurisation, stérilisation, cuisson, blanchiment basse réfrigération, congélation aw bas séchage, confisage, lyophilisation, concentration, salage pH bas acidification par fermentation ou addition de produits acides (vinaigre etc.) potentiel d’oxydo-réduction bas emballage ou stockage sous vide ou sans oxygène stabilisation par additifs alcool, produits chimiques de conservation, antibiotiques, bactériostatiques substances de la fumée (phénols) ou bactéricides, ou par compétition microbiologique pression élevée UHP (conservation par pression hydrostatique ultra élevée) charge électrique variable conservation par champ électrique à impulsions Les méthodes visent en général à éviter la détérioration micro- bienne qui est la plus importante. On peut tuer tous les micro- organismes ou éviter que les micro-organismes vivants puissent se multiplier. Tous les micro-organismes sont tués par stérilisation (normale- ment 15 min à 121 °C). Au cours du procédé, on essaie d’éviter que les aliments soient changés. Après une stérilisation il faut proté- ger l’aliment contre une ré-infection. Tous les micro-organismes ne sont pas tués pendant la pasteurisation, mais au moins les germes pathogènes le sont. Souvent, il faut garder l’aliment dans un réfri- gérateur après traitement, parce que les spores qui sont aussi capables de détériorer l’aliment, ne sont pas détruites. Une autre méthode est de ne pas tuer tous les micro-organis- mes, mais de changer l’aliment plus ou moins, de façon telle que les germes ne se multiplient plus. (Bactériostatique : le micro- organisme ne meurt pas, mais il ne se multiplie plus ; bactéricide : le micro-organisme est tué); parfois, on protège un aliment contre la ré-infection. Il y a une grande variété de combinaisons des méthodes décri- tes. Il faut remarquer que la prévention d’une infection micro- bienne est très importante. Souvent des mesures préventives par une pratique hygiénique (désinfection, nettoyage) peuvent être efficaces. 51 Nout_Ch02 19.02.2003 11:29 Uhr Seite 52 52 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 53 CHAPITRE 3 GÉNIE DES PROCÉDÉS 3.1 Les procédés et les opérations unitaires Les traitements de transformation (les Opérations Unitaires) des Figure 3.1.1 matières premières visent à obtenir des produits désirables et Diagramme technolo- d’augmenter la durée de conservation. L’ensemble des traitements gique et Opérations dans l’usine constitue le schéma de fabrication ou le diagramme Unitaires technologique (flow sheet). On peut diviser les opérations uni- taires en quelques groupes fon- Diagramme Technologique Opérations Unitaires damentaux : Grain de maïs transfert de •Le transfert de matières. matière •Le transfert de chaleur. Eau Lavage •Le mélange de matières. Eau de lavage séparation •La séparation de matières. •La réduction de la taille des Broyage réduction de taille matières. •L’agrandissement de la Farine Eau taille des matières. •L’emballage. Mélange mélange La figure 3.1.1 présente le dia- Pâte agrandissement de gramme technologique d’un dimension procédé hypothétique de pro- duction d’une boisson à base de Fermentation transfert de chaleur maïs fermenté. Dans ce dia- Eau et de matière gramme on trouve aussi les Cuisson transfert de chaleur opérations unitaires les plus importantes. Refroidissement transfert de chaleur En théorie, le nombre de traitements est assez petit; en Emballage emballage pratique, on a développé une grande variété d’appareils spé- Boisson cialisés, dépendant des pro- prêt a consommer duits. 53 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 54 Chap. 3 Génie des procédés 3.2 Le transfert de matière Le transfert (ou le transport) de matière est d’une grande impor- tance dans les procédés, la distribution, etc. Ce transport consti- tue la connexion entre les opérations unitaires. Selon leurs pro- priétés, on utilise différents appareils pour le transfert des solides, des liquides ou des gaz. 3.2.1 Transfert des matières solides Le transport des matières solides peut être effectué par charges (d’une façon discontinue) ou d’une façon continue (un courant de matière sans interruption). Pour le transport discontinu on utilise : •des chariots, •des élévateurs, •des grues, •des palans, etc. Figure 3.2.1 Pour le transport continu, on utilise par exemple : Ruban roulant •le ruban roulant (Figures 3.2.1 et 3.2.2.), •les transporteurs à chaîne (Figure 3.2.3), •les transporteurs à vis (Figure 3.2.4), rotation sens du produit •les rigoles secouantes ou vibrantes (Figure 3.2.5), retour du ruban •les élévateurs (Figure 3.2.6), •le transport pneumatique (Figure 3.2.7), ou rouleaux de •le transport hydraulique transport sens du produit sens des rubans sens du transport Figure 3.2.2 Profils des rubans (vue d'en haut) godets de transport roue dentée Figure 3.2.3 Transporteur à chaîne rigole de transport chaîne 54 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 55 3.2 Le transfert de matière Figure 3.2.4 Transporteur à vis réservoir de poudre à transporter L’excentrique transforme la rota- tion en vibration rigole vibration sens du transport moteur Figure 3.2.5 Rigole secouante barres flexibles de base stable suspension décharge du produit élevé Figure 3.2.6 Élévateur système de transport à godets en chaîne grille permettant la décharge d'un camion 55 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 56 Chap. 3 Génie des procédés cyclones mélange de poudre et d'air Figure 3.2.7 Transport sens de l'air pneumatique résidu de poudre poudre en poudre vrac pompe à air 3.2.2 Transfert des liquides ou gaz En raison de leur nature, les liquides et les gaz sont transportés par le courant à travers des tuyaux, des rigoles, des cuves, etc. Les courants sont créés par des pompes, soit de façon mécanique, soit par des gradients de pression. Pompes non-mécaniques : En principe les liquides et les gaz peuvent être transportés par dif- férence de pression hydrostatique ou par différence de pression de gaz. Le siphon (Figure 3.2.8) est un exemple de l’utilisation de ce principe. Figure 3.2.8 Siphon Pompes mécaniques : ∆ P ∆ P = pression On distingue différents systèmes : hydrostatique •les pompes à piston (Figure 3.2.9), •les pompes à rotation (Figures Figure 3.2.8. Syph 3.2.10 et 3.2.11), ∆ P = pression hyd •les pompes à force centrifuge (Figure 3.2.12 et 3.2.13), •ainsi que les propulseurs (Figure 3.2.14). Figure 3.2.9 Pompe à piston Figure 3.2.10 Pompe à rotation Figure 3.2.11 Principe d’une pompe à lobes 56 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 57 3.3 Le transfert de chaleur Chambre spiralisée Figure 3.2.12 ventilateur sens de la rotation Pompe à force centrifuge Figure 3.2.13 Principe du courant dans une pompe à force centrifuge sseennsse d de el ar orotatattiioonn sseennss ddue t rtarannspsoprotrt Figure 3.2.14 opulseur sens deu transport Propulseur pr 3.3 Le transfert de chaleur Le transfert ou transport de chaleur est très important pour le chauffage (transfert de chaleur à l’intérieur du produit), le refroi- dissement (transfert de chaleur du produit vers l'environnement) mais aussi pendant le stockage (quand on désire maintenir une température constante dans un produit inert, il faut éviter le transfert de chaleur). Par conséquent, dans certains cas on désire améliorer ou minimaliser ce transfert, comme l’illustre le schéma ci-dessous : chauffage améliorer Transfert de chaleur refroidissement diminuer isoler Pour le chauffage, le moyen le plus utilisé est la vapeur d’eau satu- rée. Le tableau 3.3.1 montre la relation entre la pression de vapeur saturée et sa température. Le transfert de chaleur s'effectue toujours des zones de tempé- rature élevée aux zones de température basse. On distingue 3 dif- férents mécanismes de transfert : •la conduction (surtout dans les matières solides), •la convection (dans les liquides et les gaz) ou •la radiation (ondes électromagnétiques, surtout à travers les gaz). 57 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 58 Chap. 3 Génie des procédés T P 3.3.1 Matières solides 50 0,12578 Comme indiqué ci-dessus, le transfert de cha- 60 0,2031 leur dans les matières solides est principale- 70 0,3177 80 0,4829 ment par conduction. Toute matière est carac- Tableau 3.3.1 90 0,7149 térisée par sa puissance de conductibilité λ Relation entre la 100 1,0332 (lambda) [W.m-1.K-1]. Plus la conductibilité est température T (°C) 110 1,4609 élevée, plus rapide sera le chauffage ou le refroi- et la pression abso- 115 1,7239 lue P (atm) de 120 2,0245 dissement d'une matière. Le tableau 3.3.2. pré- vapeur saturée 125 2,3666 sente la conductibilité de quelques matériaux 130 2,7544 couramment utilisés. 140 3,635 La figure 3.3.1. illustre une situation de transfert de chaleur d’une zone à température élevée (T1) vers une zone à température moins élevée (T2). La dis- tance entre les zones est d. La différence de températures est ∆T. On définit maintenant le coefficient de transfert de la chaleur kc = λ [W.m-2.K-1]. d matière λ k facilite le calcul de transfert de cuivre 349 chaleur à travers une superficie don- Tableau 3.3.2 aluminium 349 née, d représente la distance, ou l'é- Conductibilité acier inoxydable 17,5 paisseur de la matière. (λ [W.m-1.K-1]) de eau 0,6 quelques matières bois 0,26 - 0,35 Par exemple, prenons un rectangle liège 0,035 de cuivre de hauteur 15 cm, de largeur air 0,026 10 cm, et d’épaisseur 5 mm comme illustré sur la figure 3.3.2. Ce rectangle Figure 3.3.1 La conduction de peut être une partie d'une boîte de chaleur par les conserve, ou une paroi d'une chambre matières solides est T 1 - T2 = T climatisée. causée par la diffé- Du côté A, la température est de rence de températu- T 1 T 2 res T1 et T2 aux 30 °C. Du côté B, la température est de d endroits séparés 20 °C. Combien d’énergie passera à d'une distance d travers ce rectangle par heure? kc = λ / d = 349 / 0,005 = 69.800 W.m-2.K-1 superficie 10 x 15 cm2 = 150 cm2 = 0,015 m2 La quantité d’énergie par heure = Q = 69.800 * 0,015 = 1047 W ∆ T = 10 °C, soit au total B Figure 3.3.2 20°C 10 * 1047 * 3,5993 = 37684 kJ Plaquette en cuivre séparant les endroits A et B 10 cm à 30 ºC et à 20 ºC, respectivement Épaisseur d = 5 mm A 30°C 58 15 cm Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 59 3.3 3.3.2 Transfert de chaleur à un liquide ou un gaz coulant Le transfert de chaleur Quand on veut par exemple calculer le passage de la chaleur dans une boîte de sirop qui se trouve dans la vapeur, il faut compter avec le transfert de la chaleur de la vapeur à la paroi de la boîte, le passage au travers de la paroi de la boîte, le transfert de la paroi au Paroi de sirop et ensuite le passage dans le la boîte Vapeur Sirop sirop. La situation est illustrée sur Figure 3.3.3 T1 λ la figure 3.3.3. Modèle d'une paroi T α 2 de boîte de conser- Dans ce cas, on a besoin du coef- 1 ve remplie de sirop, ficient de transfert de la chaleur kc α se trouvant dans la 2 [W.m-2.K-1] d'un gaz ou d’un liquide vapeur d vers une matière solide. Calculons le transfert de chaleur avec les données suivantes : kc1 (vapeur → paroi) = 5815 W.m-2.K-1 T1 vapeur = 120 °C λ (acier inoxydable) = 17,5 W.m-1.K-1 d = 1 mm kc2 (paroi → sirop) = 290 W.m-2.K-1 T2 sirop = 70 °C Le coefficient de transfert ktotal est calculé selon la formule suivante : 1 1 d 1 1 1 0,001 1 = + + → = + + = 0,0001719 + 0,000057 + 0,0034 = 0,00367 ktotal kc1 λ kc2 ktotal 5815 17,5 290 Maintenant, on connaît le coefficient de transfert total de chaleur ktotal = 1 / 0,00367 = 271,96 W.m-2.K-1 Ensuite on substitue les données connues : T1 - T2 = 50 °C = ∆T Disons que la superficie de la boîte = 0,050 m2 (un exemple du calcul est présenté ci-dessous) Prenons une période de 5 minutes = 0,0835 heure Dans ce cas, le transfert total de chaleur sera : Q = 271,96 * 50 * 0,050 * 0,0835 = 56,77 * 3,5993 = 204,330 J La capacité de chaleur (cch) est définie comme la quantité d’énergie nécessaire pour une augmentation de température d’un degré Celcius °C [J. kg-1.K-1]. Quand c sirop = 6000 J.kg-1.K-1 et la boîte contient 850g de sirop, la température du sirop sera augmentée de 204330 / 6000 * 0,85 = 40,06 °C, jusqu’à (70 + 40,06) = 110,06 °C. On connaît deux types de courant de liquide ou de gaz : •Laminaire (par couches), et •Turbulent (tourbillonant). 59 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 60 Chap. 3 Génie des procédés Le coefficient kc varie beaucoup selon le type de courant; par exemple quand on a un courant turbulent, kc peut être 200 fois plus grand qu’avec un courant laminaire (toute chose étant constante par ailleurs). Quelques exemples sont donnés au tableau 3.3.3. On utilise beau- liquide ou gaz courant coup d’appareils Tableau 3.3.3 laminaire turbulent dans lesquels on Transfert de chaleur air courant/paroi 11,6 116,3 chauffe ou refroi- (k [W.m-2.K-1]) des eau courante/paroi 581,5 5815 liquides ou gaz sur eau bouillante/paroi 2326 6978 dit un liquide ou une surface solide vapeur condensante/paroi 5815 17445 un gaz courant à l’aide d’un autre liquide ou gaz. Ces appareils sont appelés échangeurs de chaleur. On les rencontrera dans le prochaine section. Comment calculer la A superficie d'une boîte ? Une boîte de conserve est composée d'un corps cylin- couvercle C Figure 3.3.4 drique, un fond et un cou- Calcul de superficie B vercle (Figure 3.3.4.). Le d'une boîte de corps B corps cylindrique est, en conserve fond effet, un rectangle. Alors, on calcule le total des A superficies des deux cer- cles identiques et un rec- A tangle, par exemple : couvercle (= fond) : diamètre = A rayon = 0,5 A superficie = π 0,25 A2 circonférence = π A corps cylindrique (= rectangle) : C = circonférence couvercle = π A superficie = π AB superficie totale = 2 (π 0,25 A2) + π A B = π A (0,5 A + B) Alors .... une boîte de diamètre de 10 cm et de hauteur de 11 cm aura une superficie de 0,050 m2 (résultat arrondi) 60 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 61 3.4 3.4 Le mélange Le mélange 3.4.1 Matières sèches en poudre On rencontre les poudres rarement dans l’industrie alimentaire, sauf quelques exemples comme le lait en poudre, les farines, le mélange de thé, le potage sec, ou les concentrés de vitamines. En principe, il existe 2 types de mélangeurs : •les mélangeurs à rotation (Figure 3.4.1), dans lesquels les poudres sont mélangées par le mouvement du vaisseau; •les mélangeurs stationnaires avec vis rotative (Figure 3.4.2); dans ce cas le vaisseau est stationnaire et les poudres sont mélangées par la vis. Figure 3.4.1 Mélangeurs à rotation 3.4.2 Deux ou plus de deux matières, dont au moins un liquide ou un gaz Cette situation est très répandue et donc très importante. L'opération de mélanger peut avoir divers buts : Figure 3.4.2 •Moyen pour divers traitements : Mélangeur avec vis dissoudre, extraire, distiller, rotative sécher. •Améliorer le transfert de chaleur. •Accélérer les réactions chimiques. •Préparation d’émulsions, pâtes, etc. Le mélange de diverses matières peut être réalisé par deux principes : 3.4.2.1 Par courant : •injection d'un ingrédient, causant une turbulence (Figure 3.4.3), •dans les pompes et les propulseurs, où on combine le transport et le mélange, •atomisation (Figure 3.4.4) ce qui résulte en un brouillard ou aérosol de gouttes de liquide dispersées en phase gazeuse 61 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 62 Chap. 3 Génie des procédés 3.4.2.2 Par agitateurs : Le mélange par agitateur est utilisé quand on fait la production en charges, et quand les ingrédients ne sont pas endommagés par l'a- gitation. On distingue plusieurs types d'appareils qui sont souvent assez spécifiques pour certains produits : •divers types d’agitateurs (Figure 3.4.5), comme utilisés dans les fermenteurs et autres réacteurs; •des pétrisseurs (Figure 3.4.6), par exemple pour les pâtes de boulangerie; •des agitateurs à hélice (Figure 3.4.7) : on les utilise pour divers buts ; •des agitateurs à turbine (Figure 3.4.8), pour renforcer l'effet des agitateurs montrés sur la figure 3.4.5; •des vibreurs (Figure 3.4.9), très efficaces ; et quand même, ils ne causent pas beaucoup de dommage mécanique aux ingré- dients. Note : L’opération de mélanger se combine souvent avec le transport et/ou la réduction de la taille de matières. courant du liquide liquide Figure 3.4.3 Mélange par injection ← air sporues-s ipornession Figure 3.4.4 injecteur Atomisation (droite) Figure 3.4.5 Agitateurs remueur Figure 3.4.6 Pétrisseur (droite) 62 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 63 3.5 La séparation sens de rotation Figure 3.4.7 Agitateur à hélice (gauche) sens du courant du liquide Figure 3.4.8 Agitateur à turbine Figure 3.4.9 Vibreurs 3.5 La séparation Comme le mélange, la séparation est une opération très impor- tante dans les procédés de transformation et de conservation ali- mentaire. Le tableau 3.5.1. résume les catégories de séparations des phases gazeuses, liquides ou solides. Ensuite le tableau 3.5.2. présente un certain nombre d'exemples pratiques d'opérations de séparation. Dans cette section, on fera la distinction entre les séparations mécaniques et les séparations faites par transfert de chaleur. gaz liquide solide gaz condensation liquide sédimentation centrifugation séparation par membrane distillation solide sédimentation sédimentation tamisage filtration sédimentation Tableau 3.5.1 centrifugation pneumatique Catégories de pressage séparations des séparation par membrane phases évaporation concentration séchage cristallisation 63 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 64 Chap. 3 Génie des procédés Tableau 3.5.2 Techniques de séparation et d’extraction Opération Produit concerné Objectif Type d’équipement égrenage, céréales en épi (maïs, riz, détacher les grains de l’épi, séparer battage au gourdin, battage mil, sorgho); légumineuses les grains des gousses égreneuses et batteuses en gousses manuelles ou à moteur décorticage mil et sorgho : systématique enlever le péricarpe du grain pilon et mortier (sur grains maïs : parfois (cellulosique dur) secs ou humides), riz : avec ou sans étuvage décortiqueuse à meules, à préalable cylindre métallique ou à café, cacao, etc. rouleau de caoutchouc broyage, fruits, grains céréales, réduire la pulpe ou le grain (sec ou pilon et mortier dépulpage légumineuses, café, cacao; humide) en particules plus ou moins broyeurs ou moulins : fines pour en faciliter la préparation - à meules ultérieure; - à marteaux obtenir semoule, farine, pâte, etc.; dépulpeur à fruits jus, sauce, nectar; canne à sucre écraser la tige de la canne pour en moulin à canne à cylindres extraire le jus verticaux ou horizontaux râpage racines, tubercules, noix de réduire la pulpe en petits morceaux râpe manuelle (plaque coco, betteraves à sucre afin de faciliter un traitement ulté- trouée); râpe mécanique rieur, comme séchage, extraction, fermentation, etc. pressage graines et fruits oléagineux exercer une pression sur le produit presse à poids, presse à (arachide, coton, tournesol, pour en extraire le liquide (aqueux ou vis, presse hydraulique palme, etc.), en transfor- huileux) mation secondaire manioc, fromage, etc. filtration tous produits liquides, par séparer les particules solides d’un filtre en toile, cellulose, exemple jus de fruits, de liquide en le faisant passer au sable. charbon actif, etc. canne, vinaigre, etc. travers d’un filtre diffusion sucre de betterave (solvant extraire un produit (sucre, huile) d’un diffuseur = eau),huile de soja, solide en le mettant en contact avec d’arachide, de colza, etc. un liquide (un solvant) (solvant = hexane) centrifuga- lait/crème, jus séparer deux composants d’un produit centrifugeuse tion d’agrumes/huiles essentiel- grâce à leur différence de densité en les, cristaux de sucre, etc. les soumettant à une force centrifuge distillation à partir de jus alcoolisé extraire les composants les plus alambic, (vin, chicha, jus de canne, volatiles (alcool, huiles essentielles) colonne de distillation eau de vie, rhum, saké) d’un liquide en le chauffant: évapora- huiles essentielles de jus tion des composants plus volatiles de fruits (agrumes, etc.) que l’eau et condensation décanta- amidon de manioc, eaux séparation des composants de densi- bassin de décantation tion, sédi- usées, jus de canne tés différentes selon leur vitesse de mentation décantation dans un fluide (air, eau,.. .) grâce à leur sédimentation tamisage farines, semoules, etc.; séparation de particules en fonction tamis en tôle perforée ou pulpe de fruits de leur taille au moyen d’un tamis à grillagée maille plus ou moins serrée épluchage manioc; divers racines et ôter l‘écorce flexible enveloppant la manuel : machette, couteau tubercules; fruits et racine ou le fruit par action méca- éplucheur; éplucheuse légumes nique motorisée à friction ou à abrasion 64 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 65 3.5 3.5.1 Séparation mécanique La séparation 3.5.1.1 Tamisage (séparation solide-solide selon la grandeur des particules, gran- deur minimale 50 µm). à rotation : tamis cylindrique (Figure 3.5.1), tamis plats : mouvement soit horizontal (Figure 3.5.2), soit ver- tical. Entrée du mélange Figure 3.5.1 Tamis cylindrique Grande taille Petite taille Placement du mélange Sens du mouvement Grande taille du tamis Figure 3.5.2 Tamis plat horizontal Petite taille 3.5.1.2 Sédimentation Séparation des particules solide-solide selon la grandeur des par- ticules ou selon le poids spécifique : •hydraulique (hydrocyclone) (Figure 3.5.3), les particules soli- des sortent par le purgeur et l'eau sort par le débordement; •hydraulique (Figure 3.5.4) : les particules solides sortent sous forme de suspension concentrée par le fond et l'eau par le débordement; •pneumatique (vanneuse) (Figure 3.5.5) : l'air emporte les par- ticules légères le plus loin possible; •chambres à poussière (Figure 3.5.6) : la poussière se dépose dans le fond 65 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 66 Chap. 3 Génie des procédés •séparation pneumatique par critériums extérieurs (Figure 3.5.7) ; par exemple les grains de café verts sont reconnus par un capteur photoélectrique et séparés des grains mûrs par un jet d'air. Figure 3.5.3 Hydrocyclone apport alimentation débor- dement purgeur débordement Figure 3.5.4 Réservoir à sédimentation Suspension concentrée Figure 3.5.5 Vanneuse Figure 3.5.6 Chambres à poussière alimentation Transporteur à vibration Capteur photoélectrique Échantillon témoin Figure 3.5.7 Classification Air sous pression pneumatique 66 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 67 3.5 3.5.1.3 Filtration (séparation solide-liquide à l’aide d’un milieu La séparation de filtration poreux) On adapte la porosité du milieu de filtration à la grandeur des par- ticules qu’on veut filtrer. On peut filtrer en utilisant : •la pression, •la force de gravité (filtre en papier dans un entonnoir), •le vide (Figure 3.5.8) : les particules solides sont aspirées sur la superficie du filtre. Le liquide traverse le filtre, entre les sections 1-5 et est évacué par les décharges B (centre). La matière solide est lavée au niveau des sections 7-8, pressée pour enlever l'eau de lavage, et enlevée par le racloir. Sectio ge presse n d lav a e sé e ch Figure 3.5.8 Filtre à vide racloir co ation de la remueur Form 3.5.1.4 Centrifugation En créant des forces centrifuges, on accélère la sédimentation des particules solides. En fait, il ne s’agit pas d’une vraie méthode de séparation; on utilise la centrifugation (Figure 3.5.9) pour accélé- rer par exemple la filtration et la sédimentation. Cependant, c'est une technique que l'on utilise fréquemment dans l'industrie ali- mentaire. 3.5.1.5 Pressage (séparation liquide-solide) Quand on a beaucoup de solide et peu de liquide, la pression peut être avantageuse. Par exemple on utilise la pression pour l'extrac- tion des jus de pommes et d’autres fruits. Quand on applique des pressions élevées, une déformation des cellules peut avoir lieu; dans ce cas on sépare le contenu des cellules des parois cellulaires. 67 Section d uche ag e Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 68 Chap. 3 Génie des procédés Figure 3.5.9 Centrifugeuse hermétique 10. Couvercle 14. Boîte de vitesse 11. Cyclone à décharge du sédiment 15. Système d’eau d’opération 12. Moteur 16. Essieu creux 13. Frein 3.5.1.6 Séparation par membrane La technologie de séparation par membrane est appliquée au niveau moléculaire ou ionaire. Osmose inverse (OI) : La concentration des solutions par l'enlèvement d'eau. Nano-Filtration (NF) : La concentration des substances organiques par l'enlèvement partiel des ions monovalents comme Na+ ou Cl- (déminérali- sation partielle). Ultra-Filtration (UF) : La concentration des grandes molécules et macromolécules. Micro-Filtration (MF) : Enlèvement des bactéries, séparation des macromolécules. Quelques applications dans l'industrie laitière sont groupées dans le tableau 3.5.3. 68 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 69 3.5 La séparation Tableau 3.5.3 Application de la séparation par membrane dans l'industrie laitière Taille de matière [µm] 0,0001 0,001 0,01 0,1 1,0 10 100 Masse moléculaire [D] 100 1000 10.000 100.000 500.000 Caractéristiques des particules ionique moléculaire macro-moléculaire cellulaire + microparticulaire ions protides du petit lait globules des levures, Composants du lait lipides champignons sels micelles de caséine bactéries lactose vitamines aggrégats des protides du petit lait, résidus de fromage Procédé de séparation OI UF Filtration traditionnelle NF MF 3.5.2 Méthodes de séparation à l’aide de transfert de chaleur 3.5.2.1 Évaporation et concentration (séparation solide dissout du solvant liquide) Par exemple, pour la fabrication du lait concentré, et la purée de tomates. 3.5.2.2 Séchage (séparation solide-liquide) Le but du séchage est d'obtenir la matière solide pour avoir une plus longue durée de conservation et des produits qui sont plus faciles à emballer, avec un transport bon marché. Le séchage sera traité plus en détail au chapitre 4.4. 3.5.2.3 Cristallisation (séparation solide-liquide par retrait de chaleur) C'est rarement appliqué dans l’industrie alimentaire, sauf la sucrerie (cf. chapitre 6.6.) 3.5.2.4 Distillation (séparation liquide-liquide) La distillation ne sera pas traitée en détail. On l'applique pour la purification des substances volatiles comme les arômes, les alcools, etc. 3.5.2.5 Condensation (séparation gaz-gaz) La condensation ne sera pas traitée en détail. Comme la dis- tillation, on l'applique pour la purification des substances volatiles comme les arômes, etc. 3.5.2.6 Extraction (Séparation d’une matière bien soluble d’une matière peu soluble à l’aide d’un solvant) C'est une opération appliquée pour la préparation de l'extrait de café, pour l'extraction d’huile d'arachide ou de palme (cha- pitre 6.4), et pour l'extraction de sucre à partir des cannes (chapitre 6.6). 69 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 70 Chap. 3 Génie des procédés 3.6 La réduction de taille La plupart des aliments et des ingrédients alimentaires sont hété- rogènes et contiennent des particules de tailles diverses. La réduc- tion de taille des matières est pratiquée pour de nombreuses rai- sons. Par exemple : •les dimensions de la matière ne conviennent pas à la consommation •pour obtenir un produit homogène, on le réduit en petits morceaux ou en pâte ou en émulsion •pour mieux mélanger avec d'autres ingrédients •pour mieux faire l'extraction, etc. etc. En fait, moudre c’est réduire le produit entier sans séparation de certaines parties. Le tableau 3.6.1 présente divers appareils que l'on utilise pour la réduction de taille. Leurs effets sur la matière peuvent varier selon qu’il s’agit de couper, de frapper, de tirer, etc. en fonction de la nature physique des matières à réduire. Les diverses figures 3.6.1 - 3.6.11 sont résumées dans ce tableau : Type de machine Figure Type d’action Type de produits coupeuse 3.6.1 matière fraîche hachoir 3.6.2 couper humidité élevée râpeuse 3.6.3 (manioc, betteraves, légumes, fruits) moulin frappant 3.6.4 frapper produits plus ou moins secs Tableau 3.6.1 moulin à marteaux 3.6.5 (grain de blé, graine d’arachide) Divers appareils frapper de réduction de produits fibreux désintégrateur 3.6.6 déchirer matières (canne à sucre) tirer moulin “attrition“ 3.6.7 broyer souvent des pâtes meules 3.6.8 moudre très (masse de chocolat) kollergang 3.6.9 finement broyer graines d’huile rouleaux (cylindres) 3.6.10 presser graines de cacao pression lait homogénéisateur 3.6.11 hydraulique émulsions Figure 3.6.3 Râpeuse 70 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 71 3.6 La réduction de taille eennttrrééee dduu pprroodduuitit Figure 3.6.1 Coupeuse ccoouutteeaauuxx ssttaattiioonnnnaaiirreess ccoouutteeaauuxx rroottaattooiirreess tamis Figure 3.6.2 Hachoir sosrtoiert ideu d pur opdruoidt ufiint fin Figure 3.6.1 Figure 3.6.2 entrée du produit frappeuses stationnaires flexibles Figure 3.6.4 Moulin frappant sens de la rotation frappeuse rotatoire tamis sortie du produit fin 71 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 72 Chap. 3 Génie des procédés Figure 3.6.5 Moulin à marteaux Figure 3.6.6 Désintégrateur Figure 3.6.7 Moulin « attrition » Figure 3.6.7 entrée Figure 3.6.8 Meules sortie 72 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 73 3.6 La réduction de taille Figure 3.6.10 Moulin à cylindres Figure 3.6.9 Kollergang Figure 3.6.11 Les composants d’un homogénéisa- teur à action unique (1) Forceur, (2) Anneau de colli- sion (impacte), (3) Siège, (4) Presse hydrau- lique 73 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 74 Chap. 3 Génie des procédés 3.7 L’emballage des aliments 3.7.1 Introduction Tout au long de la filière, au cours des étapes de transport, de stockage, de commercialisation, les aliments sont le plus souvent protégés par un conditionnement qui les met à l’abri des chocs mécaniques, de la contamination microbienne ambiante, parfois de l’air, de la chaleur, de la lumière, etc. L’emballage donne une présentation valorisante. La figure 3.7.1 résume les rôles de l'em- ballage. Maintien des éléments de l’aliment entre eux Protection, suivant les cas, contre : - l’air, l’humidité - les gaz - les solvants - les micro-organismes Figure 3.7.1 - les insectes et les rongeurs Rôles de l’emballage - la lumière (y compris les ultra-violets) - les chocs, l’écrasement… - la dégradation du produit (rancissement, oxydation, effritement, autolyse) Mise en valeur du produit : - visibilité - esthétique - information (étiquetage, mode d’emploi, qualité…) - publicité sur le lieu de vente Les matériaux utilisés pour l’emballage des aliments sont extrê- mement divers. Ils sont choisis en fonction du problème à résou- dre, de l’aliment lui-même et des contraintes locales. Le choix de l’emballage en fonction du produit et de son environnement néces- site la prise en compte de données telles que : • les risques d’altération et les conditions de stockage (exigen- ces du point de vue microbiologique, organoleptique, (bio)chi- mique, physique, aw, sensibilité à l’oxydation); •les interactions entre le produit et son contenant (passage dans l’aliment de certains composés de matériaux d’emballa- ge, ou passage de composés volatils à travers l’emballage); • la composition chimique des matériaux d’emballage et leur perméabilité (à l’humidité, à l’oxygène); • les demandes spécifiques pour le produit et l’emballage (ayant pour cible les consommateurs). 74 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 75 3.7 Quelques exemples d'emballages utilisés fréquemment sont les L’emballage des aliments caisses en bois ou les paniers tressés pour les fruits, les jarres en terre pour le stockage des olives, les feuilles de bananier ou de maïs pour envelopper le fromage ou la pâte de manioc, les bocaux en verre, etc. Tous ces emballages remplissent leur fonction depuis fort longtemps. Le développement plus récent des boîtes de conser- ves métalliques, puis des matières plastiques et des matériaux complexes a permis de nouvelles fonctions : conserves appertisées, briques de lait UHT, boîtes de boissons gazeuses, etc. On peut généralement diviser les matériaux d’emballage en 2 groupes : • l’emballage qui a pour but de former des unités de transport sans fournir une protection contre la détérioration. Exemples : caisses en bois, caisses en carton, sacs en tissu, etc. • l’emballage qui protège le produit contre la détérioration et qui forme la plus petite unité de vente. Nous nous limiterons à l’étude du deuxième groupe, qui comporte comme emballages les plus importants : • les boîtes de conserve en fer blanc, • les récipients en verre, • les emballages qui sont utilisés pour les produits séchés. On verra que tous les types d’emballages ont leurs avantages et leurs inconvénients spécifiques. Une comparaison générale de quelques emballages (tableau 3.7.1) montre clairement l’influence du type d’emballage sur les frais de transport. Type d’emballage Capacité Poids Poids de Poids de Volume de Volume de (litres) (g) transport transport/ transport transport/ (g) capacité (l) capacité Tableau 3.7.1 Comparaison des Bouteille Coca-Cola 0,33 435 765 2,32 0,94 2,85 poids et volumes Bouteille Vichy 0,33 350 680 2,06 0,91 2,76 de quelques Bouteille plastique 0,33 40 370 1,11 0,66 2,00 emballages (PVC) Boîte en fer blanc 0,35 53 403 1,15 0,56 1,60 Boîte en aluminium 0,35 23 373 1,07 0,53 1,52 Le choix de l’emballage se fait en fonction des objectifs, mais aussi des disponibilités et du coût. Souvent ce sont des contraintes dans les pays en développement où on ne trouve localement que quelques matériaux. Pour les emballages qui sont en contact direct avec l’aliment, il est indispensable de s’assurer de leur inno- cuité. Dans le cas des récipients métalliques, l’application d’un vernis intérieur permet d’éviter la corrosion et donc le passage d’é- tain et de plomb dans l’aliment, surtout quand celui-ci a un pou- voir corrosif (présence de nitrates, de composés soufrés, de cara- mel, etc.). Pour les emballages en plastique, il faut veiller à l’absence de monomères comme le chlorure de vinyle et éviter le passage dans 75 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 76 Chap. 3 Génie des procédés l’aliment de certains adjuvants de fabrication de la matière plas- tique qui pourraient être toxiques. Même dans les pays où Milieu une législation stricte Figure 3.7.2 Emballage régit l’usage des maté- Fonctions de riaux de conditionnement, l’emballage L’aliment : altérations certains emballages potentiellement toxiques ou non hygiéniques sont Humidité, O2, température, vibrations, chocs parfois utilisés. Ainsi, des aliments vendus dans les rues de certaines villes sont présentés dans des morceaux de sac de ciment de récupération et il existe en Asie des ateliers de récu- pération de sacs en plastique ensuite revendus après lavage et séchage. Dans de nombreux pays, l’industrie plastique offre films, sacs, sachets à très bas prix, alors que les emballages en verre ou en métal sont rares et coûteux. Ceci ne va pas sans poser des problè- mes pour l’environnement. La récupération des bouteilles en verre permet dans certains cas de réduire à la fois les coûts et les nui- sances. 3.7.2 Boîtes de conserve 3.7.2.1 Matériaux et propriétés La plupart des boîtes de conserves sont fabriquées à partir du fer étamé. Le fer étamé consiste en une plaque d’acier, couverte des deux côtés d’une mince couche d’étain. On distingue divers types de fer étamé suivant les méthodes utilisées pour appliquer la cou- che d’étain sur l’acier, l’épaisseur de la plaque d’acier, les couches d’étain. On distingue : • le fer étamé à l’aide de chaleur, • le fer étamé à l’aide d’un procédé électrochimique. Le deuxième type de fer étamé se caractérise par des épaisseurs de la plaque d’acier et de la couche d’étain moindres que celles du premier type. La figure 3.7.3 donne une idée sur la composition et les dimensions d’une plaque de fer étamé. 1 1 Figure 3.7.3 Coupe transver- 2 2 1. Pellicule d’huile de palme 2.10-8 mm. 2. Pellicule d’oxyde d’étain (SnO), épaisseur 10-6 mm. sale d’une 3 3 3. Couche d’étain, épaisseur de 0,000385 à 0,00206 mm. plaque de fer 4. Alliage FeSn2, épaisseur 10-2 mm, protégeant de la étamé 4 4 corrosion. 5. Acier, épaisseur 0,2 - 0,3 mm. 5 5 Les ressources mondiales d’étain devenant limitées, on a cherché à produire du fer blanc sans utiliser de l’étain. Maintenant, on produit du fer blanc couvert de chrome. Contrairement au fer 76 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 77 3.7 étamé, il faut toujours couvrir le fer chromé d’une couche de laque, L’emballage des aliments et ce, afin de protéger le chrome de la corrosion causée par les pro- duits acides. L’autre raison de la couverture obligatoire du chro- me est due à la toxicité du chrome. Une autre matière métallique utilisée beaucoup est l’alumi- nium. L’aluminium est cependant assez cher et peu solide. A cause de cela, on utilise de préférence des alliages d’aluminium plus résistants. 3.7.2.2 Fabrication des boîtes La fabrication des boîtes comprend la fabrication des corps de boî- tes et la fabrication des couvercles (couvercles et fonds sont les mêmes). A partir des lames de fer étamé, on découpe (à l’aide d’une guillo- Fabrication des tine) des bandes de fer suivant la longueur (figure 3.7.4.a.). corps de boîtes Ensuite, ces bandes sont découpées suivant les dimensions des boîtes avec un couteau à bandes multiples (figure 3.7.4.b.). Puis, afin d’assurer un meilleur sertissage, on enlève les angles d’un côté de la lame du corps de la boîte (figure 3.7.4.c.). A l’aide d’une rouleuse, la forme de la boîte est ensuite déterminée (figure 3.7.4.d.), suivie par la soudure (figure 3.7.4.e.) des bouts de la lame de fer. Enfin, le flasque est formé (figure 3.7.4.f.). CORCPOSRPDSE DSESB BOîITESS a b c Figure 3.7.4 Fabrication des boî- d e f flasques tes de conserves Par un découpage (figure 3.7.5.a.), des lames de fer - dont la lar- Fabrication des geur équivaut au diamètre des couvercles - sont formées. Ensuite, couvercles. à l’aide d’une presse, on fait le découpage des couvercles (figure 3.7.5.b.). En même temps, par le découpage, on effectue la forma- tion du flasque du couvercle. Enfin, le flasque est recouvert avec une couche de caoutchouc (figure 3.7.5.c) à l’intérieur et ce, afin d’assurer une bonne fermeture de la boîte. COUVERCLES a b c Figure 3.7.5 Couvercles caoutchouc flasque 77 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 78 Chap. 3 Génie des procédés Le sertissage comprend la fermeture des boîtes à l’aide d’une ser- tisseuse, qui connecte les couvercles avec le corps de la boîte. La moitié des couvercles est utilisée comme fonds de boîtes, l’autre Le sertissage moitié forme les couvercles. Le dernier stade de fabrication des boîtes consiste à sertir le fond au corps de la boîte. Après le remplissage de la boîte, le cou- vercle est serti avec la boîte de la même manière que le fond. La boîte est fermée avec un couvercle qui s’adapte parfaitement au flasque de la boîte. Ensuite, l’ensemble est tourné entre les deux rouleaux de la sertisseuse afin que les flasques du couvercle et du corps soient pliées ensemble (figure 3.7.6). 1. 2. 3. presseuse de la sertisseuse Figure 3.7.6 Le sertissage couvercle couvercle couvercle corps corps corps 2ème rouleau à plier 1er rouleau à plier La corrosion La corrosion peut se définir comme l’ensemble des réactions chi- miques entre le produit et la boîte elle-même. On peut classer la corrosion selon 3 groupes de réactions possibles : •Dissolution de l’étain, qui a comme résultat la décoloration et l'augmentation de la concentration d’étain dans le produit. •Attaque du fer. Le fer est dissout dans le produit. Parfois a lieu la formation d’hydrogène qui cause le "bombage chi- mique" des boîtes. Les autres phénomènes sont la perfora- tion des parois et la formation de la rouille qui cause des décolorations. •Décoloration de l’étain et du fer causée par des produits riches en soufre. Ces décolorations ne sont pas nuisibles à la santé, mais elles sont indésirables du point de vue esthé- tique. On essaie de protéger les boîtes de conserve de la corrosion comme suit : • En choisissant le type de fer étamé le plus approprié pour les produits donnés. Ici, les épaisseurs des couches de fer et d’é- tain sont des facteurs importants. • Application d’une couche protégeant la laque. Les feuilles de fer étamé sont laquées avant d’être transformées en boîtes. •L’extérieur des boîtes peut être protégé de la corrosion (rouille) par l’étiquetage ou par l’impression directe sur le fer étamé. 78 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 79 3.7 3.7.2.4 La mise en boîte L’emballage des aliments Après stérilisation, une bonne boîte de conserve est caractérisée par la présence d’un vide. Pour cette raison, le fond et le couver- cle sont un peu creux. Pour obtenir un vide, il faut enlever les gaz présents dans le produit, avant le sertissage, par un procédé qui s’appelle l’exhaustion. L’exhaustion peut s’effectuer sous vide (les gaz sont enlevés par aspiration) ou bien, par un chauffage léger du produit qui provoque l’échappement des gaz. Immédiatement après l’exhaustion, qui a lieu quand les boîtes ont déjà été rem- plies, on effectue le sertissage, et, ensuite, la stérilisation. Les boî- tes ne sont jamais remplies complètement ; il reste un espace vide qui s’appelle l’espace de tête. Le volume de l’espace de tête néces- saire est déterminé par les dimensions de la boîte. La fonction de cet espace est de fournir le vide après la stérilisation. 3.7.3 Les récipients en verre 3.7.3.1 Matériaux et propriétés Le verre est une substance amorphe ; cela veut dire que le verre liquide ne s’est pas cristallisé pendant la solidification. La com- position du verre la plus utilisée pour la fabrication des récipients est donnée au tableau 3.7.2. Matériaux de base Composition Sable SiO2 72% Pierre à chaux CaO 11% Tableau 3.7.2 Soude Na2O 14% Composition du Terre blanche Al2O3 1,7% verre Provenant d‘impuretés MgO 0,3% K2O 0,3% Le plus souvent, on utilise du verre non coloré. Lors de la fonte des matériaux de base, on peut colorer le verre par addition de char- bon, de soufre ou d’oxyde de magnésium, ce qui donne une couleur verte au verre. Quelques unes des propriétés du verre sont : • la transparence, • la stabilité à la corrosion, • la possibilité d’ouvrir et de refermer le récipient en verre, • la dureté, • l’imperméabilité aux gaz et à la lumière ultraviolette. 3.7.3.2 Fabrication du verre La fonte du verre se fait dans un grand four à bassin (superficie 6 x 8 m, profondeur de 1 m) que l’on maintient à une température de 1400 - 1500°C à l’aide de brûleurs à gaz ou à huile. Les maté- 79 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 80 Chap. 3 Génie des procédés riaux de base sont mélangés et introduits dans le bassin. Ils flot- tent sur le verre liquide et sont ainsi exposés à la radiation direc- te des brûleurs. Le verre liquide qui est formé est transporté vers un réservoir à 1200°C qui assure l’approvisionnement de l’usine. Un système à ciseaux et à pinces fournit à l’usine de grandes gout- tes de verre liquide. Ces gouttes sont introduites dans des moules métalliques qui ont exactement la forme du récipient désiré. Après la fermeture du moule, la goutte de verre est gonflée jus- qu’au moment où la masse de verre possède la forme du moule. Ensuite, le récipient qui est déjà suffisamment rigide est enlevé du moule à 600°C et est introduit dans un tunnel de refroidissement. Là, il est refroidi selon un programme précis de refroidissement et ce, afin d’éviter la cristallisation du verre et la naissance de ten- sions internes qui affaibliraient le récipient. 3.7.3.3 Couverture de verre Dans une industrie à grande capacité, les récipients ont une vites- se considérable sur les rubans de transport. Par le frottement des récipients les uns contre les autres et contre le système de transport, il se produit des rayures à l’extérieur des récipients. La présence de rayures amenant certains risques de casse pendant le traitement à chaud (stérilisation), on peut protéger le verre à l’ai- de d’une mince couche qui est très dure et qui améliore les pro- priétés de glissement. 3.7.3.4 Fermeture des récipients En général, on divise les récipients en verre en : • bouteilles (à goulot étroit), • bocaux (à goulot large). La plupart des bouteilles sont fermées à l’aide de bouchons à cap- sule métallique (figure 3.7.7). La capsule consiste en un disque métallique dont les bords sont pliés. Cette capsule est munie d’un disque en liège, couvert de plastique, qui doit assurer une bonne Figure 3.7.7 Capsule métallique goguoluolto dte d lua bouutteeilillele fermeture de la bouteille. D’abord, on place la capsule sur la bou- teille, sous pression, afin que le disque en liège soit comprimé et ferme bien. Ensuite, les bords sont pliés autour du goulot de la bouteille. Les autres possibilités pour fermer les bouteilles sont : les bouchons en liège, les capsules plastiques, et les capsules à vis. Les bocaux sont fermés à l’aide de divers types de couvercles, dont les plus connus sont : 80 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 81 3.7 • Le couvercle omnia. Ici, L’emballage des aliments on a le même principe couvercle qu’avec une capsule métallique. Un couvercle pot Figure 3.7.8 en fer étamé laqué, muni Couvercle ”Omnia” d’un anneau en caoutchouc ou en plastique, est placé sous pression sur le pot. Ensuite, les bords sont pliés contre le goulot à un certain nombre d’endroits (figure 3.7.8). • Un autre couvercle populaire est le couvercle “Twist-off “, qui est caractérisé par la présence d’un filetage partiel sur le gou- lot du pot (figure 3.7.9). En comparaison avec le couvercle Omnia, on peut mieux refermer le pot après usage. vis Côté inférieur du couvercle Figure 3.7.9 pot Couvercle ”Twist-off” Vis du couvercle Anneau en caoutchouc 3.7.4 L’emballage des produits séchés Les facteurs jouant un rôle important contre la détérioration des produits séchés emballés sont la perméabilité à l’eau et à l’air. On cherche toujours des matériaux d’emballage qui soient imperméa- bles à l’air et à l’humidité. Bien que l’on utilise dans certains cas des boîtes de conserve lors de l’emballage (lait en poudre, café en poudre), l’emploi de sachets en plastique est souvent meilleur marché. Avant d’utiliser un certain matériel pour l’emballage, on détermine sa durabilité ainsi que sa perméabilité. Le Tableau 3.7.3 offre quelques exemples de matériaux synthétiques qu’on utilise fréquemment pour emballer les aliments. On y trouve les caractéristiques, la durabilité, la perméabilité et les applications courantes. On n’a toujours pas trouvé de substances alliant à la fois une grande imperméabilité et une grande solidité. Voilà pour- quoi on utilise souvent des alliages, c’est-à-dire une gamme de matériaux composée de couches collées. L’une des couches fournit la solidité (souvent en plastique) et l’autre l’imperméabilité (sou- vent une mince couche d’aluminium). Les produits sont emballés en sachets, soit sous vide (café moulu dans des sacs plastiques), soit sous un gaz inerte (N2) comme les potages instantanés. 81 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 82 Chap. 3 Génie des procédés Materiel d’emballlage Abbrév- Caractéristiques Propriétés iation Chlorure PVC sensible à la lumière et barrière adéquate à l’humidité; la chaleur; HCl peut être stabilité chimique; résistance aux de polyvinyl dégagé par incinération matières grasses; bon marché Polyéthylène à PEBD utilisé depuis souplesse; longtemps barrière à l’humidité et l’oxygène; basse densité bien soudable Polyéthylène á PEHD structure linéaire rigidité; moins transparent; forte bonne résistance à la chaleur Tableau 3.7.3 haute densité Quelques matériaux Polypropylène PP résistance à la chaleur durabilité; barrière à l’oxygène synthétiques (120-130°C) et l’humidité; soudable d’emballage et leurs propriétés Ethylène-vinyl- EVA copolymère barrière forte au gaz; lustré; très bien soudable; antistatique alcool Polyéthylène- PET poly-ester très transparente; barrière à thermoplastique l’humidité et au gaz; résistance téréphtalate aux chocs et secousses Polycarbonate PC produit de condensation très résistant aux chocs et des phénols secousses; barrière à l’humidité; bifonctionnels et un résistant à la chaleur dérivé de CO2 3.7.5 Les matériaux d’emballage et l’environnement Etant donné que les matériaux d’emballage jetés sont assez résis- tants, ils ne seront pas détruits par le temps comme les autres déchets. Cela implique que ces débris portent préjudice à l’envi- ronnement. D’ailleurs, dans les usines transformant les ordures domestiques en compost, les emballages difficilement dégradables posent des problèmes. Un autre aspect négatif de ces types d’em- ballages est qu’ils favorisent l’épuisement des ressources naturel- les par l’usage unique de l’emballage. Afin d’essayer de résoudre ces problèmes, on centralise la collecte des ordures et l’on effectue le tri au centre de collecte. Tout le fer étamé est enlevé magnéti- quement et on peut le réutiliser dans la production de fer étamé. L’aluminium est aussi enlevé et réutilisé. De la même façon, on peut collecter le verre, le moudre et l’introduire dans les fours afin de le fondre. La quantité d’emballage en plastique, soit collectée, soit jetée sur les abords des routes, augmente rapidement. Cependant, il n’est pas profitable de réutiliser les différents types de plastiques. On a inventé récemment des plastiques qui sont détruits lente- ment par la lumière solaire ou qui peuvent être décomposés par les micro-organismes du sol (les plastiques biodégradables). 82 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 83 3.7 L’emballage des aliments Applications Perméabilité (cm3/m2.jour/25µm épaisseur) Oxygène Azote CO2 Vapeur d’ (25°C, (25°C, (25°C, H2O 50%HR) 50%HR) 50%HR) 90%HR) bouteilles, pots, moules 200 55 550 5 thermoplastiques (coupes , etc.), rubans adhésifs couches simples, 7900 2800 42500 36 couches contractibles, sacs industriels couches minces, petits sacs, 2900 660 9100 22 bouteilles soufflées couches transparentes, 3800 760 12600 28 bouteilles, caisses, rubans couches barrières dans les alliages, 2 - - 30 couche de soudure bouteilles et pots à remplissage à chaud, 110 13 320 22 étiquettes spéciales bouteilles recyclables, 4700 790 17000 170 bouteilles aux limonades gazeux, couches durables 83 Nout_Ch03 19.02.2003 11:33 Uhr Seite 84 84 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 85 CHAPITRE 4 ASPECTS DE CONSERVATION 4.1 Les aspects de cinétique Avec la connaissance de la cinétique des réactions on peut déter- miner la vitesse des changements dans les aliments et cela est important pour contrôler la qualité des aliments. Les change- ments peuvent être désirés mais parfois ils sont aussi indésira- bles. Le traitement le plus important est encore le traitement thermique et l’objectif principal est la destruction des micro-orga- nismes. Les objectifs secondaires sont la cuisson, la destruction des enzymes, le développement de la réaction de Maillard, l'inac- tivation des facteurs antinutritionnels, etc. Mais on a aussi des réactions défavorables telles que la perte de la valeur nutrition- nelle, le développement de goût et de couleur indésirables, c’est-à- dire la perte de la qualité. Une possibilité d’améliorer la qualité des aliments est l’optimisation des traitements thermiques. Les éléments nécessaires pour cela sont : •la connaissance de la cinétique de pénétration de la chaleur dans le produit traité et la connaissance des propriétés ther- miques des aliments (cf Chapitre 3) •la connaissance de la cinétique de destruction des micro- organismes et des paramètres caractérisant leur thermoré- sistance et la connaissance des cinétiques des réactions secondaires (destruction des enzymes et des vitamines, bru- nissement, texture, etc.) L’analyse de la cinétique qui suit est basée sur les réactions chi- miques : qu’est-ce qui se passe entre les molécules ou les atomes pendant une réaction ? Généralement on peut représenter la vitesse v d'une réaction par : 85 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 86 Chap. 4 Aspects de conservation c v = − d = kcn (4.1) dt avec c la concentration (mol l-1), t le temps (s), k la constante de vitesse ((mol l-1)1-n s-1) et n l’ordre de la réaction (-). En principe, l’ordre n peut varier entre 0 et 3, mais fréquemment on utilise n=0, n=1 ou n=2. Dans le cas de n=0, − dc (4.2) = k ⋅ c 0 = k dt et après intégration on trouve (4.3) c = c0 − kt Dans ce cas, la vitesse de la réaction est constante et indépendan- te de la concentration (Figure 4.1.1). Par exemple, on trouve un ordre n=0 pour la couleur due au brunissement non enzymatique (réaction de Maillard) dans les produits laitiers en poudre. Figure 4.1.1 Une réaction − dc d‘ordre n=0 dt Pour un ordre de n = 1 dc (4.4) − = kc dt et après intégration (4.5) lnc = lnc0 − kt ou (4.6) c = c0 exp(−kt) La figure 4.1.2 donne un exemple. La dénaturation des protéi- nes/enzymes, et l’inactivation des micro-organismes est en général d'ordre n = 1. 86 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 87 4.1 Les aspects de cinétique − dc dt Figure 4.1.2 Une réaction d‘ordre n=1 Pour un ordre de n = 2, comme l'illustre la figure 4.1.3 : − dc Figure 4.1.3 Une réaction dt d‘ordre n=2 − dc = kc 2 (4.7) dt et après intégration c = 1 1 (4.8) + kt c0 ou 1 = 1 + kt (4.9) c c0 Un exemple est la réaction de Maillard initiale dans laquelle un sucre réducteur réagit avec une composante de groupe aminé. Une fonction générale pour le changement de la concentration est : c1−n = 1−n (4.10) t c0 + (n −1)kt pour n ≠1 et c = c exp(−kt) pour n =1 (4.11) t 0 87 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 88 Chap. 4 Aspects de conservation La figure 4.1.4. donne un résumé. Au fur et à mesure que l’ordre est élevé, la réaction initiale est plus rapide , tandis que la réac- tion terminale est plus lente. Figure 4.1.4 Comparaison des réactions d‘ordre n=0,1 et 2 La constante de vitesse k est une fonction de la température, du pH, de l'aw, etc. On utilise fréquemment la loi d’Arrhenius pour exprimer la dépendance par rapport à la température : E (4.12) k = k0 exp(− a ) RT ou E (4.13) lnk = lnk − a 0 RT avec Ea l’énergie d’activation (J mol-1), R la constante des gaz par- faits (8,314 J mol-1 K-1), k0 le facteur pré-exponentiel (la même dimension que k), et T la température absolue. Si on prend le loga- rithme (comme dans l'équation 4.13) on obtient une ligne droite avec la pente –Ea/R (Figure 4.1.5) (si la loi d'Arrhenius est appli- cable). On peut déterminer Ea et k0 quand on détermine k à plu- sieurs températures. Figure 4.1.5 Représentation de la loi d‘Arrhenius 88 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 89 4.1 Quand on connaît l’ordre de réaction n, Ea, et k0, on peut calcu- Les aspects de cinétique ler l’effet du traitement à une certaine température. Par exemple, si n = 0, Ea = 100 kJ/mol, k0 = 1x109 mol/l/s, c0 = 1 mol/l : c = 1 c0 − kt = c0 − − Ea 00000 k0 exp( ) ⋅ t =1−1×109 exp(− ) ⋅ t (4.14) (4.3) RT 8,314 × T et on peut calculer la concentration pour chaque combinaison de température T et de temps t. C’est possible d’éliminer le facteur k0 par comparaison de la loi d’Arrhenius à deux températures : E T (4.15a) 1 : k1 = k a 0 exp(− ) RT1 T E 2 : k = k e − a 2 0 xp( ) (4.15b) RT2 de sort que k1 = Ea Ea Ea 1 exp(− + ) = exp(− ( − 1 )) (4.16) k2 RT1 RT2 R T1 T2 ou k E ln 1 = a 1 ( − 1 ) (4.17) k2 R T1 T2 On peut élaborer cette équation pour trouver une relation entre le paramètre Q10 et Ea : k Q = T +10 (4.18) 10 kT k2 R ln( ) E = k1 = TT k a R 1 2 ln 2 1 (4.19) ( − 1 ) T2 − T1 k1 T1 T2 Si T2-T1=10 °C, par définition Q10=k2/k1, et : = T1TE 2 a R lnQ 10 10 (4.20) 89 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 90 Chap. 4 Aspects de conservation ou 10E Q a 10E p a 10 = exp( ) ≈ ex ( RT (T +10) RT 2 ) (4.21) Alors, on peut noter que le paramètre Q10 est une autre expression pour l’énergie d’activation, mais il faut qu’on réalise que le para- mètre Q10 est fortement dépendant de la température (cf. équation 4.21). Une autre conséquence de l’équation (4.17) est qu’on peut cal- culer les combinaisons de températures et de temps pour obtenir les traitements thermiques équivalents. Par exemple pour n = 1, l’équation (4.5) indique que ln(c0/c) = kt. Pour avoir un même effet le rapport c0/c doit être constant, c’est-à-dire k.t = constant. Par exemple, pour t1.k1 = t2.k2 = ln(c0/c) on trouve : k1 = t2 = − Ea 1 p ( − 1 (4.22) ex ( )) k2 t1 R T1 T2 Si on connaît t1 à T1 pour obtenir un certain effet, on peut calcu- ler le temps t2 à la température T2 pour avoir le même effet. 4.2 La conservation par la chaleur 4.2.1 Introduction Deux types de phénomènes de dégradation des aliments peuvent être résolus par l’action des températures élevées : les réactions enzymatiques et l’action des micro-organismes défavorables comme illustrée au tableau 4.2.1. Le premier cas concerne surtout le blanchiment et le second la pasteurisation et la stérilisation. traitement description stérilisation On traite le produit de manière telle que l’on ne peut plus rencontrer de micro-organismes ou de spores vivants. Tableau 4.2.1 pasteurisation On chauffe le produit à une température inférieure à Opérations 100°C. Tous les micro-organismes peu résistants à la thermiques chaleur sont tués (au moins les germes pathogènes). demi-conserve L’aliment est partiellement conservé, par exemple par une combinaison de pasteurisation et du sel, d'acide, ou de produits de conservation. Les demi-conserves doivent être transportées et stockées à des tempéra - tures inférieures à 10°C. blanchiment Un traitement thermique qui permet d’inactiver les enzymes. 90 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 91 4.2 De nombreuses enzymes présentes naturellement dans certains La conservation par la produits alimentaires catalysent des réactions entraînant des chaleur modifications défavorables de la qualité. Ces réactions commen- cent très tôt, dès la cueillette par exemple dans le cas des légumes verts. Le blanchiment est un traitement thermique préalable pour les aliments ensuite congelés, déshydratés ou pasteurisés. Ce traitement permet d’inactiver les enzymes en soumettant le pro- duit à un bain d’eau chaude ou de vapeur pendant une durée cour- te (moins de cinq minutes) et à une température modérée (entre 60 et 100°C). Le blanchiment offre parfois un autre intérêt, notamment celui d’améliorer la texture. Ainsi le blanchiment des tomates permet de préserver la couleur rouge et de ramollir les tissus, ce qui facilite les opérations ultérieures (obtention de sauce, de concentré ou de jus) en maintenant la couleur de la tomate fraîche. Les haricots verts soumis à un blanchiment avant congélation gardent une belle couleur verte et sont rendus plus tendres. Pour les produits qui seront ensuite séchés, le blanchiment a aussi l’a- vantage d’augmenter la perméabilité des parois cellulaires du végétal et donc de faciliter à la fois le séchage et la réhydratation ultérieure. Enfin, l’opération de blanchiment favorise l’élimination de l’air et des autres gaz dans l’aliment et contribue ainsi à rédui- re les phénomènes d’oxydation, notamment dans les boîtes métal- liques. La pasteurisation vise une destruction sélective de la flore microbienne présente dans l’aliment. Elle s’effectue à des tempé- ratures modérées (Tableau 4.2.2) et les micro-organismes sporulés ne sont en général pas détruits. De ce fait, on ne fait le choix d’une pasteurisation que dans certains cas; seulement quand l’aliment offre peu de risques bactériologiques du fait de ses caractéris- tiques propres (par exemple l'acidité dans les jus de fruits) ou bien si on ne cherche à éliminer que quelques organismes pathogènes (comme Mycobacterium tuberculosis dans le lait). Un traitement plus long ou à plus haute température risque de lui faire perdre ses qualités organoleptiques. Produit Durée Température Lait 30 min 62 °C Tableau 4.2.2 15 sec 72 °C Quelques barèmes Bière 1 - 2 min 87 - 88 °C de pasteurisation Jus de pomme en bouteille 30 min 77 °C Jus de pomme en vrac 30 - 60 sec 88 °C La stérilisation est plus sévère que la pasteurisation en permet- tant la destruction totale de tous les micro-organismes, y compris les sporulés. La stérilisation fait l’emploi d’une combinaison temps-température plus élevée que la pasteurisation. Une fois sté- rilisés et sous emballage hermétique, les aliments peuvent se conserver plusieurs mois, voire plusieurs années sans altération 91 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 92 Chap. 4 Aspects de conservation s’ils sont exposés à l’abri d’une chaleur excessive. Les barèmes de stérilisation sont fonction des caractéristiques de l’aliment (com- position, pH, charge microbienne initiale,...); ils peuvent varier entre 15 minutes à 121°C et quelques secondes à 140°C. Le prin- cipe est comme pour tout traitement thermique; plus la tempéra- ture est élevée, plus le temps est court pour arriver au même résultat (cf. l'équation 4.22). Il y a encore quelques années, la stérilisation s’effectuait sur- tout à température modérée-temps long. Mais certains produits, en particulier le lait, perdaient beaucoup de leurs qualités nutri- tionnelles et organoleptiques. Les recherches qui ont été effectuées à ce sujet ont montré que les réactions défavorables qui se produi- sent au cours du chauffage (pertes de vitamines, réaction de Maillard, etc.), n’ont pas la même sensibilité à la température que les micro-organismes. Dans le cas du lait par exemple, au-delà de 135 - 140°C, la perte de qualité est moindre que l’effet de destruc- tion des micro-organismes pathogènes. On verra ce sujet d'optimi- sation des traitements thermiques plus en détail au paragraphe 4.2.3. C’est Nicolas Appert qui en 1810 a mis au point un procédé de conservation de jus de fruits par chauffage dans des flacons her- métiquement clos. Puis en 1873, Pasteur a effectué des travaux sur le vin qui ont donné naissance à la microbiologie alimentaire. L’appertisation est un procédé de conservation qui consiste à enfermer un aliment dans un récipient hermétiquement fermé et à le soumettre à un chauffage. De cette façon la destruction des micro-organismes et des enzymes susceptibles d’altérer l’ aliment est assurée. L’étude des phénomènes physiques et microbiologiques a per- mis de mettre en évidence que la destruction des micro-organis- mes est directement proportionnelle au nombre de micro-organis- mes (cf. section 4.2.2). Autrement dit, plus la contamination est forte, plus le nombre de micro-organismes détruits par unité de temps est élevé. Plus la population de micro-organismes devient faible, plus la destruction des germes encore vivants est limitée et en théorie, on n’atteint jamais la stérilité absolue de l’aliment. En pratique, avec un traitement thermique prolongé, on arrive à réduire la charge ou le contenu microbien à un niveau tel que la probabilité d’avoir encore un germe vivant par boîte de conserve est extrêmement faible. 4.2.2 Cinétique de destruction des micro-organismes Généralement on trouve une réaction d’ordre n = 1 approximati- vement pour la destruction des micro-organismes, c’est-à-dire : (4.23) N = N0 exp(−kt) ou 92 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 93 4.2 lnN = lnN (4.24) La conservation par la 0 − kt chaleur ou = k logN logN0 − t (4.25) 2,303 avec N le nombre de micro-organismes à l'instant t et N0 le nomb- re initial (comparer les équations 4.5 et 4.6). On peut définir maintenant la valeur D, le temps de réduction décimale, c’est-à-dire le temps nécessaire pour obtenir N = 0,1 x N0 (90% de cellules détruites), autrement dit pour obtenir logN0 – logN = 1. On trouve alors que : D = 2,303 (4.26) k de manière que : t logN = logN0 − (4.27) D ou − t N = N D 010 (4.28) La figure 4.2.1 représente l’équation (4.27). logN Figure 4.2.1 1 Diagramme de la destruction de micro-organismes 0 selon l‘équation (4.27) -1 D t L’effet de la température T sur la destruction des micro-organis- mes est décrit au paragraphe 4.1. Il existe une infinité de couples temps-température entraînant le même degré de destruction ther- mique. On peut utiliser deux modèles, l’équation d’Arrhenius (déjà 93 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 94 Chap. 4 Aspects de conservation discutée, cf. équations 4.12 et 4.13) et le modèle de Bigelow ( cf. Figure 4.2.2) : logt Figure 4.2.2 Diagramme selon le modèle de Bigelow t* T* T (°C) (4.29) log t = aT + b Pour éliminer le coefficient b on prend un temps t* et une tempé- rature T* de référence. log t = aT + b → b = log t − aT (4.30) = + → = + − t * log t* aT * b log t* aT * log t aT → log = a(T * −T ) t On introduit maintenant le coefficient z, qui représente l’élévation de température qui permet de réduire de 90% la durée de chauf- fage. Avec a = -1/z, on trouve à partir de l’équation 4.30 que : t * = − (T * −T ) (4.31) log t z La figure 4.2.3 donne une représentation de l’équation (4.31), une telle courbe est appelée courbe TDT (thermal death time). logt Figure 4.2.3 3 Courbe TDT 2 1 z T (°C) 94 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 95 4.2 On peut réorganiser l'équation (4.31) un peu pour arriver à : La conservation par la T − chaleur t * T = − (T * −T ) → = − T * − * T log log t* log t → t* = t ⋅10 z → t z z T −T * (4.32) D* = D ⋅10 z Traditionnellement on a choisi T* = 121,1°C ( = 250°F) et on appel- le t* = F = la valeur stérilisatrice. Par conséquent : T F = T −121,1 −121,1 log → F = t ⋅10 z (4.33) t z Comment peut-on choisir une valeur F ? L’équation (4.27) indique que : N t log = − (4.34) N0 D La réduction décimale nD est définie comme : N t nD = − log → = n o D → t = nD ⋅ D (4.35) l gN0 D Par définition, t à 121,1°C = F, alors t = F = nD.D121,1. Par exem- ple, quand on a une valeur N0 = 103/boîte de spores de C. botuli- num (pour lequel D121 = 0,2 minute), et quand on désire une valeur nD = 12 (c’est-à-dire que N=10-9/boîte), F = nD.D121 = 12 × 0,2 = 2,4 minutes. L’expérience de la préparation industrielle de conserves indique qu' une valeur nD = 12 du nombre de spores de C. botulinum (la souche la plus thermorésistante qui ait jamais été isolée) est lar- gement suffisante. Néanmoins, dans de nombreux cas, les valeurs F effectivement appliquées sont plus élevées car il faut tenir comp- te de micro-organismes plus résistants que C. botulinum. Quelques exemples pourraient permettre de connaître l’impor- tance des paramètres discutés. Si on a une réduction décimale nD = 1012 à T = 105°C et t = 103 minutes, et la même réduction à T = 117°C et t = 6,5 minutes, quelle est la valeur z ? En utilisant l'équation 4.32 : T −T * T T t* = t ⋅ z → = − * = 105 −117 = −12 10 z =10 °C t * 6,5 log log −1,2 t 103 On peut maintenant calculer quel temps est nécessaire à T = 100°C ou 120°C pour obtenir nD = 12 . Encore en utilisant l'équa- tion 4.32 : 95 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 96 Chap. 4 Aspects de conservation T *−T 100°C : t = t * ⋅10 z = 6,5 × 50,12 = 326 minutes 120°C : t = 6,5 × 0,5 = 3,26 minutes Avec ces données on peut aussi calculer la valeur D121 : à 121°C : t = 6,5 × 0,39 = 2,53 minutes = F = nD × D121 → D121 = 0,21 minute Un autre exemple est le suivant. Il existe une population de 1012 spores, qui sont caractérisées par D120 = 0,27 minute et z = 10 °C. Combien de spores survivront après t = 1 h à 100°C et après t = 20 minutes à 120°C ? D120 = 0,27 minute et z = 10°C, c’est-à-dire par définition que D110 = 2,7 minutes, et D100 = 27 minutes. − t − 60 à T = 100°C : N =10 D → N =1012 ×10 27 = 6 ×109 N0 − t − 20 à T = 120°C : N =10 D → N =1012 ×10 0,27 = 8,4 ×10−63 N0 alors, cet exemple montre le très grand effet de la température sur le nombre de spores, et on peut conclure que le traitement à 100°C n’est pas suffisant. Avec ces données on peut faire d'autres calculs; par exemple quelle température est nécessaire pour avoir nD = 10 en t = 50 minutes ? t = nD × D → 50 =10 × D → D = 5 minutes T −T * D* = D ⋅10 z → D* = 0,27 minute, T* =120 oC → T −120 0,27 = 5 ⋅10 10 → T =107 oC En résumé : D (ou k) et z (Ea) sont des paramètres caractéristiques de la thermorésistance de chaque espèce de micro-organisme (cf. Tableau 4.2.3 pour quelques valeurs); une valeur de z plus basse indique que la sensibilité du micro-organisme est plus élevée à une température élevée. Tableau 4.2.3 Quelques valeurs Micro-organisme Température D (minutes) z (°C) de D et z à la tem- E.coli 60 1,25 6 pérature indiquée S. aureus 60 5 6 M. tuberculosis 60 15 7 Salmonella spp. 60 0,4-2,5 5-9 E. faecalis 60 15 7 C. botulinum 121 0,2 10 C. sporogenes 121 1,5 9 B. coagulans 121 0,05 10 B. stearothermophilus 121 5 10 Formes non-sporulées 121 10-8 – 10-7 5-7 96 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 97 4.2 F indique la durée du traitement nécessaire pour obtenir à La conservation par la 121,1°C un niveau de réduction N/N0 choisi. chaleur La figure 4.2.4 montre en diagramme les effets de F et z. Figure 4.2.4 Logt Diagrammes mon- trant l’effet des valeurs F et z. 4 F=8 mn, z=10°C 3 2 1 0 F=8 mn, z=30°C -1 F=0,01 mn, -2 z=10°C -3 121,1°C T (°C) On regroupe les micro-organismes à tuer selon leur thermorésis- tance “F “. Groupe 1. Sensible : F ≤ (10 minutes à 80°C) mesuré en milieu faible en lipides). La pasteurisation est fatale pour les champignons, les levures, les bactéries non-sporulées et les germes pathogènes. Dans le cas des conserves, si l’emballage est intact, ces micro-organismes ne causent pas de risques. Quand l’emballage n’est pas intègre, il y a une chance de réinfection par exemple causée par l'entrée de l’eau réfrigérante contaminée. Dans le cas des demi-conserves : il y a quelques non-sporulées (Staphylococcus), qui peuvent survivre à la pasteurisation. Pour le lait, le barême de pasteurisation est souvent 30 mn à 63°C, ce qui est équivalent à 15 s à 72°C. Ceux qui peuvent survivre sont : Staphylococcus, Streptococcus, Corynebacterium et Lactobacillus. Groupe 2. Résistants : (10 minutes à 80°C)< F ≤ (10 minutes à 115°C, ou 4 minutes à 120°C), mesuré en milieu de pH 6-7, faible en lipides. On a choisi cette limite de 4 min. 120°C pour pouvoir justement tuer les spores les plus résistants de Clostridium botulinum (cf. Chapitre 2.1). Clostridium botulinum forme la toxine “botuline “ dans des milieux non-acides. Dans ce groupe, on trouve générale- ment les bactéries sporulées, comme Bacillus et Clostridium, groupées dans le tableau 4.2.4. Groupe 3. Ultra Résistants : F > (4 minutes à 120°C). C’est le cas surtout des thermophiles (50-55°C), qui peuvent cau- ser des dégâts considérables dans les zones tropicales. De même que quelques non-thermophiles, par exemple Cl. sporogènes 3679 97 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 98 Chap. 4 Aspects de conservation Genre Groupe Exemple Métabolisme des Déliquescence F (min / saccharides de gélatine 115°C) glucose lactose Bacillus aérobie B. subtilis a1 - + 7 Tableau 4.2.4. anaérobie B. cereus a - + 5 Bactéries sporogè- facultative B. polymyxa a+g2 a+g + 5 nes, Bacillus et Clostridium Clostridium en général Cl. sporogenes a+g - + 4 protéolytique Cl. perfringens a+g a+g + 10 Cl. botulinum a+g - + 10 en général Cl. pasteurianum a+g - - 1 saccharolytique Cl. butyricum a+g a+g - 0,5 1 a = acide; 2 g = gaz (cf. Tableau 4.2.5). Ces thermophiles posent des problèmes impor- tants; on ne peut pas chauffer l’aliment jusqu’à la mort des plus résistants. Cela coûterait trop cher en plus de la déformation et de la décomposition du produit. Il faut prévenir la contamination par les micro-organismes de ce type (F > 4 mn 120ºC) en appliquant des règles d'hygiène strictes. On peut appliquer HTST, combiné avec la mise en conserve stérile "aseptic canning". Type de détérioration dans Nom Métabolisme des Déliquescence F (min / les conserves saccharides de gélatine 115°C) glucose lactose Tableau 4.2.5. “Flat sour “ (aigreur sans B. stearothermophilus a1 - + 45 Détérioration bombage) microbienne des “Putrid swell “ (putréfaction Cl. sporogenes 3679 a + g2 - + 15 avec bombage) conserves “Sulfide spoilage “ Cl. nigrificans - - - 10 (putréfaction avec coloration noire) “Hard swell “ (bombage fort) Cl. thermosaccharo- a + g a + g - 5 lyticum 1 a = acide; 2 g = gaz On peut diviser les aliments en groupes selon leur pH : 1. Aliments acides à pH < 4,5. Ce sont surtout les fruits et les produits fermentés lactiques. La valeur F est petite, causée par le pH bas. Ces aliments sont assez faciles à conserver par voie ther- mique, parce que les spores non tuées ne sont pas capables de ger- mer à ce pH. On applique pour ce groupe le traitement 1 (10 mn, 80°C), pasteurisation. 2. Aliments à faible acidité, et pauvre en lipides, avec un pH > 4,5 : ce sont par exemple les légumes (pH 5-6) et le lait (pH 6,7). F est plus grand qu' avec les aliments du type 1. Les spores peuvent germer parce que le pH est favorable; les ultrarésistants sont sou- vent absents; les produits de conservation ne sont pas autorisés. Dans ce cas, on vise à produire des aliments contenant le mini- mum (de préférence : zéro) de spores vivantes. On recommande le traitement 2, par exemple 10 mn à 115°C. 3. Aliments à faible acidité, et riche en lipides (15-45%), avec pH 5,5-6,5 : ce sont par exemple la viande et le poisson. 98 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 99 4.2 F est plus grand qu'avec les aliments du type 2, à cause du rôle La conservation par la protecteur des lipides contre l’effet thermique sur les cellules. chaleur Contrairement aux aliments de type 2, ici quelques produits de conser- vation sont autorisés (sel, nitrate, nitrite, substances de fumées). On recommande le traitement 2, par exemple 10 mn à 115°C. 4.2.3 Optimisation des traitements thermiques En dehors de l’objectif principal (destruction des micro-organis- mes) il existe un certain nombre d’objectifs secondaires et de contraintes, tels que : •La destruction des enzymes nuisibles (protéases, lipases, oxida- ses, etc.) •La préservation de la qualité nutritionnelle (vitamines, pro- téines, etc.) •La préservation de la qualité organoleptique (absence de bru- nissement, de faux goût, tenue des émulsions, absence de synérèse, etc.) Les réactions secondaires ont leur propre cinétique mais par approximation les réactions peuvent être décrites par une ciné- tique de premier ordre (comme la destruction thermique des micro-organismes). On peut, par conséquent, aussi définir et déterminer les valeurs D et z pour les réactions secondaires. Le tableau 4.2.6 donne quelques exemples. Le problème d’optimisation existe parce qu'on veut d’une part choisir une valeur F avec un certain seuil (par exemple, destruc- Changement z (°C) D121,1 (minutes) Vitamine B1 25 140 Peroxydase 30 1,2 Tableau 4.2.6 Catalase (épinards) 8,3 2,3×10-7 Exemples de valeurs Chlorophylle A 51,1 12,8 z et D à 121,1 °C Chlorophylle B 98,3 14,3 pour quelques réac- Anthocyanes (jus de raisin) 23 18 tions secondaires Brunissement (lait) 21 - Formation de couleur (produit carné) 23 - Texture de la viande bovine 35 - Dépot de gelée (jambon) 16 - tion des enzymes ou des micro-organismes), et d’autre part une valeur F avec un certain plafond (par exemple, destruction des vitamines). La conséquence est qu’on est limité à choisir certaines combinaisons de températures et de temps (cf. Figure 4.2.5). Quelques exemples peuvent éclairer sur l’utilisation de para- mètres pour caractériser les réactions secondaires. Pendant la sté- rilisation du lait (4 sec à 135°C, traitement UHT) 99,6% de la vita- mine B1 est préservée. La valeur z pour la destruction de la vita- mine B1 étant de 25 °C (Tableau 4.2.6), quelle sera la proportion de vitamine B1 préservée si on stérilise à 110°C en maintenant la même valeur stérilisatrice ? 99 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 100 Chap. 4 Aspects de conservation Logt F pour la destruction Figure 4.2.5 des micro-organismes Diagramme représentant le problème d’optimisa- Région d’optimisation tion de traitement F pour la thermique destruction d’une vitamine T (°C) En utilisant l’équation 4.27 : t c − = 0,996 =10 D135 → D = 2298 s = 38,3 minutes c 135 0 T -T* 110−135 D* = D ⋅10 z → 38,3 = D ⋅10 25 110 → D110 = 383 minutes. L’équation pour la même valeur stérilisatrice est : T −T * 110−135 t* = t ⋅10 z → 4 = t ⋅10 10 → t =1264.9 s = 21,08 minutes c − t − 21,08 =10 D =10 383 =10−0,055 = 0,881 c0 Le résultat est que 88,1% est préservée à 110°C et on peut noter que le traitement UHT est plus favorable. Pour conclure la partie sur la cinétique voici un dernier exem- ple. Un traitement de 5 h à 74°C donne une destruction de 90% d’une protéase. La valeur z pour cette destruction est 32°C. Quel sera le taux de destruction en condition UHT (4 sec à 135°C) ? Une destruction de 90% veut dire c/c0 = 0,1, alors D74 = 5 h =300 minutes : T −T * 135−74 D* = D ⋅10 z → 300 = D ⋅ 32 135 10 → D135 = 3,72 minutes c − t − 4 =10 D =10 223 = 0,96 c0 Le taux de destruction est seulement 4% par le traitement UHT par rapport à 90% à 74°C. Ces exemples montrent qu'on peut vrai- ment arriver à des résultats différents en variant les combinaisons de temps et de température. 100 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 101 4.2 4.2.4 Principes de l’exécution en pratique La conservation par la L’idéal serait d'obtenir un aliment stérile. Cependant ce n’est pas chaleur toujours praticable. Pour stériliser, il faut chauffer aussi le centre de la boîte, pendant 10 min à 115°C par exemple. Cela prend sou- vent trop de temps (cf. Figure 4.2.6) et le produit sera sérieuse- ment endommagé, en particulier les parties qui se trouvent à pro- ximité de la paroi de la boîte. Au lieu de la stérilité absolue, on vise plutôt la "stérilité commerciale". 100 1. Haricots 1 3 80 2 2. Chou 3. Purée de pommes Figure 4.2.6 T°C Transmission de chaleur T°C 4. Pâté de foie 60 4 dans quelques aliments en boîte (de 10 cm de diamètre), mesurée au 40 centre de la boîte 20 20 40 60 80 100 120 Minutes 4.2.4.1 Le processus minimal de destruction de Clostridium botulinum La "stérilité commerciale" signifie qu'au moins toutes les spores de Clostridium botulinum + tous les germes pathogènes + les agents de détérioration ont étés tués, et que les conditions de stoc- kage ne permettent pas la croissance des micro-organismes. Pour cela, il faut atteindre au centre du produit, un équivalent de 4 mn à 120°C (y compris le temps de chauffage et de refroidissement). 4.2.4.2 Précautions générales pour la salubrité Il faut garder le plus petit possible le nombre initial de micro-orga- nismes, parce que cela réduit la chance d’avoir des ultras résis- tants; et la valeur F sera plus petite (fonction de N0). -Il faut être prudent avec l’addition de la gélatine, des condiments, du sucre, parce que ce sont souvent des sources de contamination microbienne. -Il faut accélérer la transmission de chaleur, parce que cela réduit la période de traitement thermique. -Il faut refroidir le produit rapidement après le traitement ther- mique, surtout après "stérilisation commerciale". Comme les ali- ments peuvent contenir encore des spores qui peuvent survivre, il faut réduire les chances de leur germination. Pour cela, il faut refroidir dans l’eau froide courante (de l’eau potable ou désinfec- tée au chlore). -HTST (High Temperature-Short Time) est le traitement à tempé- 101 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 102 Chap. 4 Aspects de conservation rature élevée pendant une période de courte durée. L’intensité de la stérilisation (léthalité) augmente plus rapidement avec l’augmenta- tion de la température que l’intensité de la décomposition chimique ; comme on l’a observé à la section 4.2.3. cela présente des avantages pour la conservation des nutriments. Un exemple pratique : 3 heu- res à 100°C causerait une caramélisation de 15 % alors qu’un trai- tement HTST équivalent à 1,8 mn à 120°C provoquerait une cara- mélisation de 1,35 %. Le traitement HTST est seulement praticable avec des produits liquides. Il est souvent combiné avec la mise en conserve stérile ou "aseptic canning". Le principe de la mise en conserve stérile est montré par la figure 4.2.7. Produit Pompe Couvercles Figure 4.2.7 STERILISATEUR STERILISATEUR Mise en conserve stérile HTST DES COUVERCLES Boîtes STERILISATEUR REMPLISSEUR FERMETURE vides DES BOITES Produit stérile Partie stérile 4.2.5 Exécution pratique Le transfert de chaleur de la paroi de la boîte de conserves au pro- duit peut prendre place selon deux mécanismes : soit par conduc- tion (matière solide), soit par convection (liquides). En fonction du mécanisme de transfert, les endroits les plus froids se trouvent dans le centre géométrique, ou un peu plus bas, comme montré par les figures 4.2.8 et 4.2.9. 4.2.5.1 Transfert de chaleur Le transfert de chaleur est influencé par plusieurs paramètres : •La viscosité du produit (conduction ou convection). •La présence d’air dans la boîte (quand l'air est présent le contact entre la paroi et le produit est moindre). •Le diamètre et la forme de la boîte. •La présence de lipides (petit λ). •Le ratio d’infusion à la quantité de produit solide (plus d’infu- sion améliore le transfert). •Le type de milieu chauffant (vapeur ou eau). •Le freinage du courant dans la boîte. •Le freinage du courant autour de la boîte. •La rotation de la boîte. 102 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 103 4.2 La conservation par la chaleur Figure 4.2.8 Types de transfert de cha- leur en boîtes de conserve CONDUCTION CONVECTION Endroit le plus froid dans la boîte épinards (conduction) pois (convection) Figure 4.2.9 Températures à l‘endroit le plus froid. Température auto- clave 118°C, boîtes de 1 litre temps (min) En fonction de la nature de l’aliment, on peut améliorer la trans- mission de chaleur par courant forcé (convection) dans la boîte en lui faisant subir une rotation. Les paramètres suivants jouent des rôles importants : •La largeur de l’espace de tête ou "headspace", •La position de la boîte pendant la rotation, •La vitesse de rotation. 4.2.5.2 Détermination de la combinaison de température-temps nécessaire Comment établir le traitement adéquat? On connaît diverses options : Méthode empirique par l'examen de la stérilité commerciale : On transforme et emballe une partie entière du produit, en utili- sant les types et dimensions d'emballages prévus pour la produc- tion commerciale. On divise la partie en lots de ± 100 unités. Chaque lot sera soumis à des combinaisons de temps et de tempé- rature de chauffage différentes. Ensuite, on fait un essai de stoc- kage à 37°C (favorise la croissance des mésophiles) et/ou 55°C 103 température (°C) Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 104 Chap. 4 Aspects de conservation (favorise la croissance des thermophiles) pendant 14 jours, suivi par un examen microbiologique et sensoriel du produit. Enfin, on choi- sit une combinaison thermique résultant en un produit non affecté. Cette méthode présente deux inconvénients : •le botulisme ne constitue plus un critère •on a besoin d’une quantité considérable de matériels pour l’essai Méthode par calcul : Cf. 4.2.2. et 4.2.3. 4.2.5.3 Traitement à chaud des produits emballés Comme indiqué au chapitre 3.3, la vapeur d'eau est utilisée plus fréquemment comme milieu de chauffage. Pour atteindre des tem- pératures : •jusqu’à 100°C : la vapeur à la pression atmosphérique suffit, •plus de 100°C (jusqu’à ± 130°C) : il nous faut de la vapeur aux pressions élevées (Tableau 3.3.1) qu'on peut produire dans un autoclave par exemple. Préalablement au traitement thermique, on prépare le produit par : •le blanchiment (4.2.1), •l' exhaustion (écarter l’air du produit rempli dans les boîtes de conserve) afin de : * diminuer les processus d’oxydation, * diminuer la corrosion de la boîte, * obtenir un meilleur transfert de chaleur. Dans cette section, on fera la distinction entre la production conti- nue (flux permanent des produits en vrac ou emballés) ou dis- continue (en charges). Ensuite, on distinguera selon l'agitation du produit, les appareils dans lesquels le produit reste stationnaire, et les appareils dans lesquels le produit est mélangé par rotation afin d'achever un meilleur transfert de chaleur. Production discontinue - Produit stationnaire L'exemple le plus utilisé est l'autoclave simple (Figure 4.2.10). Le procédé est comme suit : •Remplir l’autoclave d'eau par la spirale 4 jusqu’au-dessus de celle-là. •Les paniers chargés de boîtes sont placés dans l’autoclave. •Fermer le couvercle 2. •Ouvrir l’apport de vapeur entièrement avec le débordement 6 et l’échappement 7 ouverts. •Après échappement de tout l’air, fermer le débordement entièrement et l’échappement partiellement. •Quand on est arrivé à la température désirée, fermer le robi- net de l’apport de vapeur partiellement et garder la tempéra- ture constante. •Après la stérilisation, fermer tous les robinets (de même que l’échappement) et ouvrir entièrement l’apport d’eau. •Quand la pression monte (manomètre), ouvrir le déborde- 104 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 105 4.2 ment de manière à ce que la pression reste constante comme La conservation par la elle était pendant la stérilisation. chaleur •Selon le type de boîte et le contenu, diminuer la pression après quelque temps, en fermant plus ou moins l’apport d’eau et/ou ouvrir le débordement. De cette manière, on règle le débit d’eau. •Après le refroidissement (les boîtes sont à 30-40°C), diminuer la pression, ouvrir l’écoulement 5 et l’échappement 7. 2 7 10 3 1. Autoclave Figure 4.2.10 8 2. Couvercle Autoclave 3. Fermenture 9 1 6 4. Spirale pour l‘eau et la vapeur 5. Ecoulement de l‘eau 4 6. Débordement de l‘eau 7. Echappement 5 8. Sureté 9. Manomètre 10. Thermomètre Alternative en cas d’absence d'eau courante : •Après stérilisation, laisser échapper la pression lentement via 7. •Enlever le panier avec les boîtes et le plonger dans un bac contenant de l’eau froide. C'est une alternative moins avantageuse parce que le refroidisse- ment est moins efficace, et on développe une grande surpression dans les boîtes (voir Figure 4.2.11) avec des risques de fissure. Figure 4.2.11 Cours de la pression dans une boîte pendant la stérili- sation dans un autoclave. tem Température autoclave ps 118°C. remplissage stérilisation refroidissement Pression autour de la boîte Pression dans la boîte Différence de pression 105 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 106 Chap. 4 Aspects de conservation Production discontinue - Produit soumis à rotation On utilise un autoclave avec une possibilité de rotation des boîtes. Les boîtes sont bougées "end over end" (bout par- dessus bout), comme illustré sur la Figure 4.2.12. Figure 4.2.12 Ce système plus coûteux est utilisé pour le trai- Stérilisation en boîte d‘un produit liquide de façon tement thermique des produits visqueux comme rotatoire par exemple, le lait concentré dans lequel on vise (”bout par dessus bout”) à améliorer le transfert de chaleur, à éviter le sur- chauffage de l’extérieur du contenu, et à éviter la formation d’une peau. Production continue - Produit stationnaire Les boîtes ou flacons remplis de produit sont transportés par la chaîne (Figure 3.2.3) à travers un tunnel rempli de vapeur thermostaté. A des températures supérieures à 100°C, on a des systèmes avec sas avec lesquels on traverse les différences de pres- sion sans perdre la vapeur. Une autre possibilité est la stérilisa- tion hydrostatique (Figure 4.2.13). Dans ce système, le réservoir d'eau sert comme "bouchon" qui évite l'échappement de la vapeur. Production continue - Produit soumis à rotation Il existe des systèmes qui combinent la continuité et les facilités de bouger les boîtes ou flacons. 1.Première étape de chauffage 2. Fermeture à eau et 2ème étape de chauf- fage 3. 3ème étape de chauffage 4. Section de stérilisation Figure 4.2.13 5. Première étape de refroidissement Stérilisateur vertical 6. 2ème étape de refroidissement hydrostatique continu à 7. 3ème étape de refroidissement bouteilles. 8. 4ème étape de refroidissement 9. étape finale de refroidissement 10. Essieux et rouleaux vapeur eau à refroidissement 4.2.5.4 Traitements thermiques des produits courants (non-emballés) Ce sont le plus souvent les produits liquides, que l'on peut chauf- fer très précisément à HTST par procédé continu, suivi fréquem- ment par le remplissage dans des boîtes, flacons ou sachets sous des conditions stériles (Figure 4.2.7). Si la mise en conserve stéri- le n'est pas possible, on peut stabiliser le produit par une stérili- 106 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 107 4.2 sation complémentaire après la mise en boîte. Cependant, ce pro- La conservation par la cédé est contre-indiqué pour la production, parce que le refroidis- chaleur sement du produit mis en boîte sera plus lent et ceci peut être à la base d’une perte de qualité. On connaît 2 systèmes pour le traitement continu des liquides : •Les échangeurs de chaleur à tuyaux concentriques (Figure 4.2.14). Ils sont utilisés pour le traitement des produits suffi- samment liquides. Pour les produits visqueux on a inventé le "votator" (Figure 4.2.15) contenant des vis de transport qui évitent l’encroûtement. Figure 4.2.14 Profils de température et transfert de chaleur dans un échangeur de chaleur à courants opposés. Temps Liquide ou gaz chauffant section A - entrée du Figure 4.2.15 produit Votator isolation sortie du produit hélice ou balayeurs de transport •Les échangeurs de chaleur à plaques parallèles (Figure 4.2.16). Ce sont les appareils les plus utilisés pour les liqui- des non visqueux (l'eau, le lait, la bière, etc.). Par une combi- naison de distance entre les plaques (environ 5 mm), la vites- se (rapide) du courant du liquide (2-5 m/sec), et la surface rai- née des plaques, on crée une turbulence forte, ce qui engen- dre un fort transfert de chaleur. Les échangeurs de chaleur jouent un rôle important dans l’é- conomie de la chaleur dans l'usine. Comme l'illustre la figure 4.2.17, on utilise un échangeur de chaleur afin de préchauffer le produit à chauffer, avec le produit chaud à refroidir. De cette façon, on économise l'énergie de chauffage et l'énergie de refroidissement. 107 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 108 Chap. 4 Aspects de conservation Figure 4.2.16 Principe des courants et transfert de chaleur dans un échangeur à plaques. Produit sort entre Figure 4.2.17 L‘économie de la chaleur Liquide Liquide chauffant réfrigérant échangeur de chaleur 4.3 La conservation par le froid 4.3.1 Introduction La méthode de conservation par le froid est devenue importante depuis l’invention et l’exploitation de la technique du froid (froid artificiel). On peut utiliser le froid comme moyen de conservation définitive mais aussi pour une conservation temporaire, par exem- ple pendant le transport. L’effet de conservation par le froid est causé surtout par le freinage du métabolisme des micro-organis- mes comme nous l’avons déjà vu au chapitre 2.1. Les micro-orga- nismes ne sont pas tués. C’est pour cette raison que le froid doit être continu. Chaque interruption (augmentation de la tempéra- ture) réactive les micro-organismes. Tandis que les micro-organismes psychrophiles survivent encore à -5°C, toute vie microbienne est arrêtée à des températures infé- rieures à -7°C. Les autres processus de détérioration (réactions enzymatiques, chimiques, physico-chimiques) ne peuvent pas être arrêtés au- dessus de -30 °C, mais en pratique, on applique la température de -20°C comme température finale. 108 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 109 4.3 4.3.2 Conditions La conservation par le froid Quand on congèle les aliments (ou d’autres choses), il faut passer de la zone de 0°C à -5°C le plus rapidement possible, car dans cette zone a lieu la cristallisation de la glace (Figure 4.3.1). Pendant la réfrigération classique (courbe I), on obtient de gros cristaux de glace qui déchirent les cellules (Figure 4.3.2). Après la décongéla- tion du produit, il y a une grande perte de substances solubles qui s’échappent avec le liquide des cellules. Avec la congélation rapide, on essaye d’éliminer ce problème (courbe II). +10 +5 °C 0 Figure 4.3.1 Cristallisation de la glace. -5 I Réfrigération lente : gros -10 cristaux, déchirants. II Réfrigération rapide : -15 II I petits cristaux ronds, ne déchirent pas les cellules. -20 10 20 30 40 50 60 70 80 Minutes Cellules (eau + solutés) noyaux Figure 4.3.2 Congélation rapide Représentation schématique de la formation de micro-cristaux et puis de cristaux de glace pendant la congélation. Congélation lente Espace intercellulaire (eau + solutés) Les insectes et les parasites (de la viande : Trichines par exemple) sont facilement tués par une période de garde de 2-3 semaines à -20°C. La réfrigération comme la congélation, est une technique de conservation qui nécessite une excellente qualité de la matière 109 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 110 Chap. 4 Aspects de conservation première car elle ne permet qu’un ralentissement de la vitesse de détérioration. Il importe donc de ne réfrigérer que des aliments en bon état et frais. Il est par ailleurs indispensable de procéder à une réfrigération le plus tôt possible après une récolte ou abattage avant que le produit évolue ou se dégrade. La température d’entreposage doit être choisie en fonction du produit et maintenue la plus constante possible jusqu’à sa distri- bution au niveau du consommateur. Il faut chercher le meilleur compromis entre la période de garde et les dépenses causées par l’application d’une température plus basse (Tableau 4.3.1). Produit Durée de conservation (jours) Tableau 4.3.1 10 30 90 180 360 Relation entre durée de Viande 4°C -2°C -7°C -12°C -18°C conservation et température Beurre 7°C 0°C -7°C -12°C -18°C de stockage. Poisson 0°C -9°C -15°C -20°C - Légumes congelés - - - - -18°C Le fait de stocker des aliments en général humides dans une atmosphère réfrigérée peut conduire à un rééquilibrage de l’activi- té de l’eau. Ce rééquilibrage peut être évité soit en emballant les aliments avec des matériaux hermétiques à l’eau, soit en mainte- nant l’air à une certaine humidité. On essayera de trouver un compromis entre deux facteurs, la diminution de l’humidité afin de freiner la croissance microbienne d’un côté et l’augmentation de l’humidité afin d’éviter la dessicca- tion des aliments de l’autre. Le stockage de produits alimentaires différents dans un même entrepôt doit être évité car il conduit parfois à des imprégnations d’odeurs. Le melon, le beurre, le fromage frais par exemple captent très facilement des odeurs d’autres aliments stockés à leur voisi- nage immédiat. Comme nous l’avons déjà vu dans la chapitre 2, l’hygiène dans les entrepôts est très importante, aussi bien que la construction d’un aménagement intérieur : par exemple des éta- gères métalliques qui facilitent le nettoyage du magasin utilisé. Comme produit de désinfection, on utilisera une solution de for- maldéhyde à 40% qui est pulvérisée par dose de 3 grammes de for- maldéhyde par m3. On peut utiliser le formaldéhyde seulement quand le magasin n’est pas utilisé. Il est parfois intéressant d’associer plusieurs techniques afin d’obtenir une conservation optimale des produits. Sur ce principe, les techniques d’atmosphère modifiée ou d’atmosphère contrôlée ont été développées pour les entrepôts de congélation. En jouant sur la composition de l’atmosphère ambiante (comme la teneur en azote, en oxygène et en gaz carbonique), en diminuant la propor- tion d’oxygène (O2) de 21 % à 4 %, voire 1 %, on peut ralentir la plupart des réactions de maturation . En élevant la teneur en CO2 jusqu’à 5 %, voire 10 %, on peut diminuer aussi l’intensité respi- 110 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 111 4.3 ratoire et il semble que certaines réactions enzymatiques sont La conservation par le froid inhibées. Dans le cas des oeufs, une atmosphère sans oxygène à 88 % de CO2 et 12 % d’azote (N2) permet une conservation de plus d’un an. Pour les viandes et les poissons, la conservation sous vide est efficace. On entrepose ainsi des carcasses en réfrigération pendant une à deux semaines alors qu’en atmosphère normale la durée maximale de conservation est d’un à deux jours. 4.3.3 Quelques applications de la réfrigération La viande peut être conservée pendant 3-4 semaines, quand elle est réfrigérée jusqu’à 1°C en 24 heures et stockée à une activité de l’eau (aw) de 0,85-0,90 et 0-1°C. Les organes doivent être congelés rapidement. Les poissons et les crustacés se conservent moins facilement que la viande parce que, (a) le pH est de ± 6,5 (viande 5,7) et facilite l’at- taque des micro-organismes; (b) chez les poissons, la chair s’infecte plus facilement avec la saleté des intestins, et (c) à l’origine, les poissons ont plus de micro-organismes psychrophiles que la viande. La durée maximale de réfrigération est de 10 jours pour les pois- sons et de 3 jours pour les crustacés. Le poisson congelé rapide- ment, stocké à -30°C peut être conservé pendant 1-2 ans. Le lait traité très hygiéniquement et réfrigéré rapidement à une température inférieure à 10°C et pasteurisé, peut être stocké à 0°C pendant 10 jours. Le beurre de bonne qualité peut être stocké à 0-4°C pendant quelques semaines. Pour des périodes plus longues, il faut le conge- ler et le stocker à -10°C. Les oeufs sont réfrigérés le plus rapidement possible à une tem- pérature inférieure à 15°C; ensuite ils sont recouverts d’une mince couche d’huile afin de freiner l’évaporation et stockés à -1°C (aw de 0,85) dans une atmosphère de 2,5 % de CO2 et 97,5 % d’air. Les aliments séchés ou mis en conserves sont stockés de préfé- rence à des températures inférieures à 20°C afin de freiner les réaction chimiques telles que les réactions de Maillard et la cara- mélisation. Le Tableau 4.3.2 présente les conditions optimales de conservation des produits réfrigérés. Les produits végétaux, en particulier, les fruits et les légumes sont en principe très sensibles au stockage à l’état frais. Après la récolte, les tissus végétaux continuent leur métabolisme. Quelques exemples de processus qui peuvent avoir lieu seuls ou de manière combinée sont : •la décomposition des substances pectineuses : le collant entre les cellules disparaît et les fruits deviennent doux, •la décomposition de l’amidon et la combustion des substances organiques. Le tissu a besoin d’oxygène et produit du CO2. Du fait des changements de conditions par la combustion, il y a des quantités de produits de réaction qui peuvent différer des quantités normales. Par exemple, une accumulation de gluco- 111 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 112 Chap. 4 Aspects de conservation Produits non ou très peu sensibles au froid Produits moyennement sensibles au froid Fruits oC aw DPC Fruits oC aw DPC abricot 0 0,90 2-4 s mandarine 4 - 6 0,85-0,95 4-6 s citron (coloré) 0 - 4,5 0,85-0,90 2-6 m mangoustan 4 - 5,5 0,85-0,95 6-7 s datte (fraîche) 0 0,85 1-2 m pastèque 5 - 10 0,85-0,95 2-3 s fraise 0 0,90-0,95 1-5 j Légumes oC aw DPC kiwi -0,5 0,90-0,95 8-14 s haricot vert 7 - 8 0,85-0,90 2-4 s noix de coco 0 0,80-0,90 1-2 m pomme de terre 4 - 6 0,90-0,95 4-8 m orange (s.o.v.) 0 - 4 0,85 -0,90 3-4 m - (consommation) pêche 0 0,90 2-4 s - (industrie) 7 -10 0,90-0,95 2-5 m poire (s.o.v.) 0 0,90-0,95 2-5 m Produits très sensibles au froid pomme (s.o.v.) 0 - 4 0,90-0,95 2-4 s raisin (s.o.v.) -1 - 0 0,90-0,95 1-4 m Fruits oC aw DPC ananas (vert) 10 -13 0,85-0,90 2-4 s Légumes oC aw DPC ananas (mûr) 7 - 8 0,90 2-4 s ail 0 0,65-0,70 6-7 m avocat 7 -12 0,85-0,90 1-2 s carottes 0 0,95 5-6 m banane (verte) 12 -13 0,85-0,90 10-20 j céleri 0 0,95 4-12 s banane (colorée) 13 - 16 0,85-0,90 5-10 j champignon 0 0,90-0,95 5-7 j citron vert (s.o.v.) 10 - 14 0,85-0,90 1-4 m chou (s.o.v.) 0 0,95 1-3 m goyave 8 - 10 0,90 2-3 s chou-fleur (s.o.v.) 0 0,95 2-3 s lime 8,5 -10 0,85-0,90 3-6 s laitue 0 0,95 1-2 s mangue (s.o.v.) 7 - 12 0,90 3-7 s maïs doux 0 0,95 1s melon (s.o.v.) 7 - 10 0,85-0,90 1-12 s Tableau 4.3.2 navet 0 0,95 4-5 m pamplemousse 10 0,85-0,90 2-3 m oignon (sec) 0 0,65-0,70 6-8 m papaye 7 - 10 1-3 s Conditions de conservation radis 0 0,90-0,95 1-2 s Légumes oC aw DPC des produits réfrigérés pomme de terre 2 - 3 0,90-0,95 5-8 m aubergines 7 -10 0,90-0,95 10 j (semence) produits animaux oC aw DPC concombre 9 - 12 0,95 1-2 j (s.o.v.) abats -1,5 - 0 0,85-0,95 7 j gingembre 13 0,65 6 m agneau -1,5 - 0 0,85-0,95 3-4 s gombo 7,5 - 10 0,90-0,95 1-2 s beurre 0 - 4 2-4 s igname 16 0,85-0,90 3-5 s boeuf -1,5 - 0 0,85-0,95 3-5 s patate douce 13 - 16 0,85-0,90 4-7 m crème -2 - 0 15 j poivron doux 7 - 10 0,90-0,95 1-3 s crustacés 0 4-6 j potiron 10-13 0,50-0,75 2-5 m fromage 5 1-2 s tomate (verte) 12 - 13 0,85-0,90 1-2 s fromage frais 0 - 2 0,85-0,90 2 m tomate (mûre) 8 - 10 0,85-0,90 1 s fromage à pâte 0 -5 0,85-0,90 2 m molle fromage dur -1 - 1 0,70-0,75 12 m Abréviations: lait (cru) 0 - 4 2 j aw activité de l’eau lait (pasteurisé) 4 - 6 7 j DPC Durée pratique de conservation oeufs (en coquille) -1 - 0 0,90 6-7m s.c. suivant classe poisson (s.c.) 0 6-14 j s.o.v. selon origine et variété porc -1,5 - 0 0,85-0,95 3 s j jour veau -1,5 - 0 0,85-0,95 3s s semaine viande hachée 4 0,85-0,95 1 j m mois volailles éviscérées -1 - 0 0,85-0,95 - non éviscérées 0 0,60-0,70 3 s yaourt 2 - 5 2-3 s se peut avoir lieu comme résultat d’une décomposition accélé- rée de l’amidon (des pommes de terre qui deviennent sucrées après congélation). On a malgré tout trouvé des conditions favorables pour le stoc- kage au froid d’un grand nombre de fruits et légumes. Souvent, la solution se trouve dans le stockage à des températures moyennes (10-15°C) combiné avec un stockage au gaz. On maintient par exemple une concentration de CO2 de 1% (air : 0,03 % de CO2) pour le stockage de certains types de pommes. Des concentrations de gaz trop élevées peuvent causer la déco- loration de la chair des fruits (on utilise, par exemple, du CO2, de l’éthylène CH2=CH2, de l’acétylène CH≡CH). La congélation normale des fruits et légumes est peu appliquée, car après décongélation, les produits sont souvent en mauvais état. Au contraire la congélation rapide des produits végétaux a un bon avenir. 112 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 113 4.3 4.3.4 Aspects techniques du froid La conservation par le froid 4.3.4.1 Introduction Quand on veut réfrigérer un produit A, il faut le mettre en contact avec un produit B ayant une température plus basse. Dans des zones modérées ou froides pour B, on peut utiliser des substances naturelles telles que la glace, l’air froid. Dans la plupart des cas, on utilise du froid artificiel, c’est-à-dire produit dans une machine réfrigérante. On peut diviser les machi- nes réfrigérantes (MR) en deux groupes selon leur principe d’ac- tion : - MR à compresseurs (Figure 4.3.3), et - MR à absorption (Figure 4.3.5). CONDENSEUR Q1 kJ/h (2) LR A kW (1) Figure 4.3.3 Système réfrigérant à T1 =Temp. élevée Haute Pression (3) compression E Basse Pression (4) LR = Liquide Rréfrigérant Q1= (Q2+A) EVAPORATEUR T1 > T2 LR T2 (basse) T = Température absolue Q2 kJ/h Frigidaire 4.3.4.2 Machines réfrigérantes à compresseurs Le cycle représenté sur la figure 4.3.3 est expliqué comme suit : •Le liquide réfrigérant (LR) gazeux est comprimé adiabatique- ment (pas d’échange de chaleur avec l’environnement) par addition d’une quantité de travail A kW, augmentation de la température (T2→T1). •LR gazeux est condensé isothermiquement (T1). Libération de chaleur de condensation (Q2 kJ/h) + travail ajouté (A kW) = total Q1 kJ/h. •LR est détendu adiabatiquement dans une valve d’expansion; diminution de la température (T1→T2). •LR est évaporé isothermiquement (T2). Absorption de la cha- leur d’évaporation (Q2 kJ/h) par le système. chaleur absorbée (Q L’effet utile de la MR (ε) = 2) = Q2 = T2 travail effectué (A) Q1 − Q2 T1 − T2 113 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 114 Chap. 4 Aspects de conservation Avec cette formule, on peut démontrer que l’effet utile varie avec différentes températures de condensation et d’évaporation (Tableau 4.3.3). Températures de Température du condenseur (°C) Tableau 4.3.3 l‘évaporateur (°C) 10 15 20 25 30 35 Effet utile ε d‘une Machine Réfrigérante (%) -20 1,0 0,8 0,7 0,6 0,6 0,5 -15 1,2 1,0 0,9 0,7 0,7 0,6 -10 1,5 1,2 1,0 0,9 0,8 0,7 -5 2,1 1,6 1,2 1,0 0,9 0,8 0 3,2 2,1 1,6 1,3 1,1 0,9 En pratique, la compression est effectuée dans un compresseur à piston (Figure 3.2.9); parfois on utilise des compresseurs rotatoi- res (Figures 3.2.10, 3.2.11, et 4.3.4). VVeresr lse c coonnddeennsseeuurr VVieinetn dt ed le’ élv‘éavpaopraoterautreur Figure 4.3.4 Principe d‘un compresseur à vis La condensation est faite dans un condenseur pourvu d’un grand nombre de lamelles afin d’améliorer le transport de chaleur. La chaleur libérée dans le condenseur est transférée soit à l’air (cou- rant libre ou forcé par des propulseurs), soit à l’eau. Le Tableau 4.3.4 montre les LR (Liquides Réfrigérants) utilisés dans les instal- lations frigorifiques à compression. Code Formule chimique Utilisation R12 C.Cl2.F2 réfrigérateurs et congélateurs de R11 C.Cl3.F ménage; à présent on les remplace par Tableau 4.3.4 R113 C2.Cl3.F3 R134A pour des raisons de protection de la Liquides réfrigérants couche d’ozone de l’atmosphère R22 CHClF2 climatiseurs R134A C2H2F4 installations de ménage (frigo, congélateur, climatiseur) R404A mélange de: installations industrielles (capacité et ∆T R125 44% élevées) R143A 52% R134A 4% 114 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 115 4.3 4.3.4.3 Machines Réfrigérantes à absorption La conservation par le froid On applique ce système pour des grandes capacités quand on peut disposer de vapeur utilisée à bon marché. Dans ce système, on a remplacé le compresseur par un distillateur, un détendeur, un appareil à absorption et une pompe (Figure 4.3.5). On n’utilise pas un LR simple mais un mélange de NH3 et d’eau. Il y a deux cycles. Le premier cycle (ABCD) est le cycle normal, qui produit le froid : NH3 gazeux venant de B est condensé (libération de Q1 kcal/h), après transfert de T1 à T2 et enfin évaporé (absorption de Q2 kJ/h). Afin de pouvoir ajouter du travail au NH3 gazeux, on absorbe le NH3 dans l’eau chez A. La chaleur de la solution est transmise à l’eau réfrigérante. On transporte la solution concentrée en B par la pompe. En B, on évapore le NH3 à l’aide de vapeur ou avec une autre source de chaleur; l’eau retourne en E via le détendeur. Vapeur T1 Q1 kJ/h B C APPAREIL DE DISTILLATION CONDENSATION Figure 4.3.5 Expansion Pompe Détendeur Système réfrigérant à absorption EVAPORATION A E APPAREIL à ABSORPTION D T2 Q2 kJ/h FRIGIDAIRE Eau 4.3.5 Utilisation du froid Pour des cas exceptionnels (où l’on utilise de l’eau, de la glace ou de l’air comme moyen réfrigérant), on peut mettre en contact le produit et le moyen réfrigérant. Dans la plupart des cas, il faut réfrigérer le produit par plusieurs étapes; on peut alors, par exem- ple, illustrer le cours du courant de chaleur comme suit : PRODUIT→ AIR → EVAPORATEUR METALLIQUE → MOYEN REFRIGERANT. La méthode de réfrigération illustrée est la plus utilisée. On la rencontre dans les applications les plus connues du froid : •entrepôts frigorifiques, •congélation. 4.3.6 Entrepôts frigorifiques 4.3.6.1 Divers types d’entrepôts frigorifiques En principe, on peut diviser les magasins en deux types : •les magasins réfrigérés par l’air ambiant ; ils sont beaucoup 115 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 116 Chap. 4 Aspects de conservation plus utilisés dans les zones modérées et froides, •les magasins réfrigérés par l’air réfrigéré mécaniquement. Selon les températures employées, la composition de l’air, l’u- tilisation, on connaît par exemple : les cellules frigorifiques, les cellules de congélation, les réfrigérateurs, etc. 4.3.6.2 Quantité de chaleur nécessaire La chaleur qu’il faut retirer du magasin frigorifique est produite par : La production de chaleur par le produit, l’homme et les appareils : La quantité de chaleur produite par les produits dépend de la tem- pérature et du produit. Quelques exemples sont donnés dans le tableau 4.3.5. Par exemple, quand la capacité de la machine réfrigérante ne suffit pas à retirer la chaleur produite par les bananes à 13°C, la température monte. À cause de cette augmentation, la production de chaleur augmente et à ce moment-là, il faut écarter une partie des bananes afin de pouvoir encore contrôler la situation. La production de chaleur de l’homme est de l’ordre d’environ 1255 kJ.h-1. Les appareils électriques produisent environ 3600 kJ.h-1.kW-1, soit 2645 kJ.h-1.cv-1. Produit Température (°C) Développement de chaleur (kJ/Tonne/24 heures) Pomme de terre 0 700 - 1170 Tableau 4.3.5 10 920 - 1840 Production de chaleur par Fraise 0 3350 - 3890 les fruits et légumes Pomme 0 755 - 1170 5 1300 - 2050 15 5025 - 7955 30 7535 - 17580 Banane 13 3770 20 9210 Oignon 0 670 - 1170 Orange; citron 5 1255 Apport de chaleur des espaces voisins à travers les parois isolées d’un magasin : On calcule cette quantité de Joules à l’aide de la formule suivante : Q = kc * O * ∆T avec : kc = coefficient de passage total de chaleur (voir chap. 3.3.) = W m-2 K-1 O = superficie des parois en m2, ∆T = différence de températures intérieures et extérieures, en °C. Chaleur de refroidissement et de congélation des produits : On calcule la chaleur de refroidissement à l’aide de la formule sui- vante : 116 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 117 4.3 Q= cp * m * ∆T avec : La conservation par le froid cp = chaleur spécifique du produit, en J kg-1 K-1, m = poids du produit, en kg, ∆T = différence des températures avant et après refroidissement, en °C. La chaleur de congélation : Q = dch * m avec : dch = chaleur de congélation, en J kg-1, m = poids, en kg. Quelques exemples de chaleurs spécifiques et de congélation sont présentés au tableau 4.3.6. Produit Chaleur spécifique (J.kg-1.K-1) Chaleur de congélation pas congelé congelé (J.kg-1) Tableau 4.3.6 Beurre 2512 1423 196742 Chaleur spécifique et Oeufs 3181 1674 226044 chaleur de congéla- Fruits 3851 2093 280462 tion de quelques ali- Lait 3893 2051 293020 ments. Poisson frais 3433 1800 242788 Viande 2930 1674 209300 Exemple d’un calcul de capacité : Un magasin frigorifique à viande (10 * 10 * 3 m) est chargé de 35000 kg de viande par semaine. Pour ce travail, la main-d’oeuvre nécessaire est de trois personnes travaillant chacune 5 heures par jour. Pendant la période de travail, 3 ampoules de 100 Watts sont allumées. Le moteur du ventilateur de la machine réfrigérante nécessite une puissance de 500 Watts. La température de l’air extérieur est de 35°C et la température intérieure de 5°C. Le coef- ficient de passage total : kc = 0,41 W.m-2.K-1. La quantité de cha- leur qui est produite en 24 heures et qui doit être retirée est cal- culée au tableau 4.3.7. Sources d‘énergie kJ/24 heures Produit (développement de chaleur) 0 Personnes: 3 * 5 * 1255 = 18825 Tableau 4.3.7 Éclairage: 3 * 5 * 100 * 3,5993 = 5399 Calcul de capacité d‘un Ventilateur: 1 * 24 * 500 * 3,5993 = 43192 magasin frigorifique Espaces voisins: 0,41*3,5993*2*(10*10+2*10*3)*30*24 = 3400004 Réfrigération du produit: (35000:7)*2,930*30 = 439500 Total : 3.906.920 kJ/24 heures Quand la machine réfrigérante fonctionne 16 heures par jour, il faut au moins une capacité de (3.906.920 : 16) = 244.182 kJ.h-1 (soit 67842 W ou 67,8 kW). 117 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 118 Chap. 4 Aspects de conservation 4.3.6.3 Tempérer Avant que les produits sortent du magasin frigorifique, il faut prendre des mesures afin d’éviter une condensation sur le produit. Dans la pratique, les produits sont emballés dans une matière d’emballage imperméable avant qu'on les fasse sortir du magasin. 4.3.6.4 Matériaux d’isolation L’air est un très mauvais conducteur de chaleur, à condition que l’air ne circule pas. Dans beaucoup de matériaux d’isolation, on profite de cette propriété en incorporant beaucoup d’air dans des petites cellules et ce afin d’éviter les courants d’air. Il y a de nombreux types et marques de matériaux d’isolation. En général, on peut classer les matériaux d’isolation selon leurs origines: Origine naturelle : liège, caoutchouc, bois, paille, Origine synthétique : tempex polyvinylchloride (PVC) ou chlorure de polyvinyle, polystyrène, etc. 4.3.6.5 Construction des magasins frigorifiques Magasins frigorifiques : température > 0°C. Magasins de congélation : température < 0°C. On peut classer les divers types de cellules frigorifiques selon leurs fonctions : •cellules à pré-réfrigération, où l’on baisse rapidement la tem- pérature des produits jusqu’à la température désirée de stoc- kage. •cellules frigorifiques normales, où l’on garde les produits pen- dant une plus longue période. Ici, il faut avoir la possibilité de contrôler le taux d’humidité de l’air. D’ailleurs, il faut assurer une bonne circulation de l’air à travers les produits. •cellules à gaz, où l’on garde les produits dans une atmosphè- re de composition différente de celle de l’air. Afin de garder la composition de l’atmosphère constante, il faut une construc- tion imperméable au gaz. •cellules à tempérer, où l’on chauffe le produit sous des condi- tions très sèches, afin d’éviter une condensation sur le pro- duit quand il sort du magasin frigorifique. Les cellules de congélation sont en principe construites de la même façon que les cellules frigorifiques, sauf si on exige plus de la capacité de la machine réfrigérante et des parois isolées. On dis- tingue : •les tunnels à congélation, qui ont la même fonction que les 118 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 119 4.4 cellules à pré-réfrigération, c’est-à-dire qu’ils servent à conge- La conservation à sec ler rapidement les produits avant qu’ils soient stockés dans les cellules à congélation. •les cellules à congélation qui servent à stocker les produits plus longtemps. Les produits sont presque toujours emballés et ne nécessitent guère un contrôle régulier; pendant le stoc- kage, on peut empiler les produits. •les cellules coopératives à congélation, surtout très utiles à la campagne, où les paysans peuvent louer une ou plusieurs boî- tes qui se trouvent dans une grande cellule à congélation. 4.3.6.6 La chaîne froide La conservation par le froid implique le transport et la distribu- tion à un froid continu. Dans l’usine, il est important de transporter les produits entre les cellules sans les dégeler. Ceci peut avoir lieu à des températu- res inférieures à 0°C (par exemple, produits sucrés ou salés). De l’usine au détaillant, on utilise, par exemple, des navires possé- dant des cales réfrigérées, des camions et wagons réfrigérés. Pour la distribution, les détaillants utilisent des chambres froi- des pour le stockage et dans le magasin, les boîtes réfrigérées "reach-in". Le consommateur utilise les réfrigérateurs et les congé- lateurs de ménage. 4.4 La conservation à sec 4.4.1 Introduction Sécher est une des méthodes les plus anciennes de conservation. Le but du séchage a toujours été d’obtenir un produit léger et sta- ble, qu’on peut facilement emballer et garder. La technique clas- sique consiste à sécher le produit à l’aide de l’air ambiant préala- blement séché par la radiation solaire. Dans certaines régions du monde, par exemple au Mali et au Burkina-Faso, cette méthode est très utilisée. Cependant, la plus grande partie de la production des aliments séchés est effectuée par des méthodes artificielles. Dans les méthodes de conservation, on peut comparer le sécha- ge avec l’utilisation du froid; les micro-organismes ne sont pas tués, seulement les conditions sont modifiées. Souvent, on améliore la conservation des produits séchés par le fumage ou l’emballage sous un gaz inerte. Ce sont toujours les pro- priétés caractéristiques de l’aliment qui doivent déterminer les conditions de séchage. L’exécution technique est de moindre importance et est dictée par les conditions désirées. En principe, les conditions les plus favorables sont une température basse du produit et des périodes courtes de séchage. De cette manière, les changements chimiques sont freinés le plus fortement possible. En pratique, on ne peut pas appliquer toujours et partout ces condi- 119 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 120 Chap. 4 Aspects de conservation tions idéales, parce qu’elles posent des problèmes d’ordre finan- cier. Une température basse peut s’obtenir par l’application du vide (mais c'est cher). Il est beaucoup plus important de garder les pro- duits séchés à des températures peu élevées, parce que pendant les (souvent longues) périodes de garde, il y a un certain nombre de changements qui sont fortement accélérés par une augmenta- tion de la température. De nombreux facteurs interviennent au cours du séchage, déter- minant sa rapidité et la qualité du produit obtenu : •la température de l’air; •le débit de l’air permettant l’évacuation de la vapeur d’eau formée; •les caractéristiques du produit (composition, texture,...); •les dimensions du produit (épaisseur, etc.). En général, la perte en eau est rapide au début puis se ralentit et si l’opération se prolonge, il n’y a plus d’eau dans l’aliment et donc plus de déshydratation. Le type de séchage le plus courant utilise l’air chaud obtenu soit grâce au soleil (séchage solaire), soit par d’autres moyens (com- bustion de bois, de gaz, de gas-oil,...). Par le réchauffage naturel ou artificiel de l’air, on amène celui-ci à une humidité relative faible, ce qui lui permet de “capter” l’eau des aliments mis à sécher. Ce chauffage de l’air permet aussi d’élever la température de l’ali- ment et de faciliter ainsi l’évaporation de son eau. Pour que le séchage à l’air ne soit pas trop long, il faut que l’aliment soit dispo- sé en couches minces et que l’air puisse circuler autour d’elles. Différents types de séchoirs existent. Tous les séchoirs Figure 4.4.1 solaires se basent sur Séchoir type ”autobus” pour le même principe, café, maïs, cacao etc. depuis le plus rudi- mentaire (un sol en terre battue, un mor- ceau de toile ou une terrasse en ciment où sont étalés les pro- duits, par exemple graines de céréales ou légumineuses, graines de café, fèves de cacao...) jusqu’au plus élaboré avec capteurs solaires et circulation d’air forcée, en passant par les claies séchoirs “autobus” avec des claies mobiles et un toit qui permet de protéger les produits en cas de pluie. ( cf. figure 4.4.1) En termes quantitatifs, ce sont les céréales et autres grains et graines (légumineuses, café, cacao....) qui sont les plus concernés car leur conservation et leur stockage ne sont possibles qu’après séchage. Partout et depuis des millénaires, les paysans ont mis au 120 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 121 4.4 point des techniques de séchage adaptées aux produits, aux La conservation à sec moyens, aux conditions climatiques. Malgré cela, le séchage reste une étape critique dans le processus post-récolte qui occasionne de nombreuses pertes, en particulier quand les populations ne dispo- sent pas de moyens de séchage artificiel et que les conditions cli- matiques ne sont pas favorables. A maturité, les divers grains et graines ont un taux d’humidité élevé, 30 à 40 %. Après la récolte, les grains, organes végétaux, continuent à respirer et plus ils sont humides plus la respiration est intense et le dégagement de chaleur important. En stockant un grain humide, la température augmente rapidement, des moisis- sures et des fermentations se développent et les grains se pren- nent en masse. Les insectes, eux, peuvent se développer sur des grains d’humidité inférieure à 10-11 %. La germination n'a lieu qu’au-delà d’une certaine teneur en eau du grain (18-25 %). Tous ces phénomènes sont favorisés par des températures relativement élevées (20 à 35°C) et les conditions de la plupart des pays en déve- loppement leur sont donc propices. De ce fait, la durée de conservation d’un grain est fonction de la température ambiante et de l’humidité du grain. Ainsi à la tem- pérature de 25°C, le grain de maïs peut être stocké à 22 % d’hu- midité pendant 7 jours au plus ou à 12 % d’humidité pendant plu- sieurs mois. La teneur en eau du grain se maintient en équilibre grains humidité maximum pour type de séchage traditionnel stockage (sauvegarde) riz 14 % Séchage des panicules avant battage à l’ombre car le sur-chauffage entraîne le clivage des grains au décorticage. maïs 13 % Séchage des épis sur pied, en vrac ou en grenier, en crib, etc. Séchage des grains sur bâches, en tas. Risques importantes de pertes à cause de la lenteur de séchage. mil et sorgho 13 - 15 % Séchage des épis en bottes ou en meules au soleil, en claies ou sur des aires de Tableau 4.4.1 séchage. Pas de difficultés particulières, pertes souvent faibles. Stockage et séchage des grains légumineuses: Séchage difficile. D’abord séchage des haricots 14 % gousses au champ sur pied ou après arra- soja 11 % chage puis séchage des graines après arachide 7 - 8 % battage en claies ou sur aires de séchage. Risques de développement de toxines si le séchage est trop lent ou insuffisant. cacao 7 - 7,5 % Risques importants de moisissures et insectes (mites) car culture en zone humi- de. Séchage naturel des fèves sur nattes, au sol ou sur tréteaux. Séchoir autobus dans grandes exploitations. café, robusta 8 % Séchage solaire sur claies ou sol en terre battue ou aires de ciment. café, arabica 10 % Nécessité de séchage artificiel quand la récolte est en saison des pluies, il risque une perte de goût. 121 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 122 Chap. 4 Aspects de conservation avec l’humidité relative de l’air dans laquelle il est stocké. Si l’air est humide, le grain se réhumidifie. A l’inverse, dans une atmosphère très sèche, le grain peut perdre un peu d’eau au cours du stockage. Quelques chiffres de référence sont donnés dans le tableau 4.4.1 pour les conditions tropicales. D’autres produits agricoles bruts ou transformés sont couram- ment séchés pour leur conservation. C’est le cas par exemple du manioc : le gari, la farinha, l’amidon aigre, les cossettes, le tapioca, produits issus du manioc après diverses transformations, sont séchés soit au soleil, soit à la chaleur sèche dans une marmite, soit avec des équipements industriels. Dans de nombreuses zones de pêche, le poisson est mis à sécher après un salage ou une fermen- tation. On peut généralement classer les produits à sécher en plusieurs groupes : •les substances simples, souvent des matières purifiées telles que des saccharides, de l’amidon, etc. En principe, les tech- niques de séchage nécessaires sont les plus simples. •les substances liquides (solutions, suspensions, émulsions, etc.), qui sont souvent séchées par pulvérisation ou par des plaques chauffées. •la plupart des aliments qui ont gardé leurs propres structu- res, tels que la viande, le poisson, les légumes blanchis, le café, les fruits, etc. La période de séchage du dernier groupe d’aliments est très longue étant donné l’hétérogénéité du pro- duit et les phénomènes de migration d’humidité du centre du produit vers l’extérieur. 4.4.2 Aspects microbiologiques Comme nous l’avons déjà vu au chapitre 1.2, l’activité de l’eau (aw) est un facteur qui influence fortement la croissance microbienne. On a trouvé que les valeurs de aw inférieures à 0,70 évitent géné- ralement la détérioration microbienne. Cela ne veut pas dire que l’on n’a pas de problèmes microbiologiques dans les séchoirs. En respectant des règles précises d’hygiène, on évite la présence des microbes pathogènes dans les produits séchés. Avec des manipula- tions techniques adéquates, on évite la prolifération des micro- organismes pendant les premières phases du séchage. 4.4.3 Quelques points hygiéniques indispensables L'assurance de salubrité, par exemple le système HACCP (cf. 5.5.3) ne peut être effectif que si les mesures de base suivantes sont prises: •Eviter l’infection des aliments séchés par contact avec les parois et les sols. •Nettoyer fréquemment et efficacement (contrôle !) les appa- reils, les instruments, etc. •Distribuer au personnel des vêtements de travail et des cha- 122 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 123 4.4 peaux propres que l’on peut changer et stériliser fréquem- La conservation à sec ment. •Construire, entretenir et contrôler un nombre suffisant de toi- lettes (w.c.), pourvues de brosses, de l’eau courante chaude et froide, de savon et de serviettes de façon à se sécher les mains efficacement et hygiéniquement. •Contrôler régulièrement le personnel : état de santé général, état de la peau, des cheveux et des ongles. •Se défendre contre les insectes et les rongeurs (chapitres 2.4 et 2.5). •Essayer de garder l’air de ventilation stérile, frais et sec. 4.4.4 Aspects chimiques Comme nous l’avons déjà vu en chapitre 1.2. et comme c'est résu- mé à la figure 4.4.2, la vie microbienne est arrêtée à une aw de 0,70. Malheureusement, il y a d’autres types de détérioration qui peuvent avoir lieu en-dessous de cette limite. On a d’abord trouvé qu’entre 0,70 et 0,40 il y a 3 types de mécanismes de détérioration : 1,00 croissance bactérienne croissance des levures et des 0,80 champignons 1. Activité enzymatique Figure 4.4.2 a 0,60 w 2. Brunissement non enzymatique L’effect de l’aw sur les 3. Changements physico-chimiques facteurs de détérioration 0,40 oxydation des lipides 0,20 ou substances solubles dans les lipides 0,00 i ff d l l f d d i i •Activité enzymatique : par exemple l’aw de 0,70 à 0,40 paraît idéale pour l’activité des peroxydases, des catalases et des oxydases d’acide ascorbique dans les produits végétaux; et des lipases et polyphénol oxydases dans les produits comme la farine et la viande. On essaye d’inactiver les enzymes avant le séchage par blanchiment. •Brunissement non enzymatique. Ici, on se rappelle principale- ment les réactions de Maillard entre les groupes aminés li- bres et des substances réductrices (saccharides, cf. 1.2.4). On essaye généralement d’éviter ce brunissement par injection de SO2 gazeux ou par addition de NaHSO3 (bisulfite) pendant le blanchiment des légumes et des pommes de terre : H H / / R - C = O + NaHSO3 →R - C - SO3Na \ OH 123 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 124 Chap. 4 Aspects de conservation On bloque le groupe réducteur et on évite la réaction de Maillard. On applique des concentrations de 200 - 1000 mg de SO2 / 100 grammes de matière sèche, afin de garder la couleur et de mieux conserver la vitamine C. Une autre possibilité consiste en l’élimi- nation du glucose par addition d’une petite quantité de l’enzyme glucose-oxydase. Cette possibilité s’applique à la viande et au blanc d’oeuf (le glucose est oxydé en acide gluconique). •Changements physico-chimiques : Les changements physico- chimiques qui peuvent avoir lieu ne sont pas encore très bien connus. On a trouvé des changements de la structure colloï- dale, qui ont rendu difficile la reconstitution des aliments séchés (pouvoir d’absorption de l’eau pendant la préparation). D’ailleurs, dans le lait en poudre on a trouvé que le lactose peut se présenter sous une forme amorphe, qui est très hygroscopique sous forme de α-lactose, et qui rend alors diffi- cile la conservation sous forme sèche. Même à des activités de l’eau inférieures à 0,30, il y a des réactions qui sont favorisées, notamment l’oxydation des matières grasses. Le rancissement est une forme de détérioration qui est causée par l’oxydation et la saponification des corps gras. Ainsi, l’oxydation des caroténoïdes (par exemple au niveau des carottes) est favori- sée par une aw inférieure à 0,30. On peut freiner cette oxydation par emballage sous vide, ou sous un gaz inerte, tel que N2 ou CO2. 4.4.5 Aspects théoriques du séchage En principe, on peut sécher un produit par l’application de 4 méthodes : •Séchage à l’air courant. •Séchage soit sur une plaque chauffante, soit en combinaison avec un vide. •Séchage par radiation (solaire infrarouge). •Séchage diélectrique (courant alternatif de haute fréquence). En pratique, la plupart des séchoirs marchent à l’aide du premier système. Pour cette raison, nous traiterons des aspects théoriques les plus importants du séchage à l’air courant. Nous avons déjà vu au chapitre 1.2 que l’aw d’un aliment est déter- minée par la température. Elle est aussi influencée par l’humidi- té:: une augmentation de l’humidité cause une augmentation de l’aw. La relation entre aw et humidité est présentée sur la figure 4.4.3. La courbe s’appelle "isotherme de sorption". Il est maintenant clair qu’avec une température et une humidi- té données, l’aw est fixée (flèche 2, figure 4.4.4). Comme nous l’a- vons vu sur la figure 4.4.3, les isothermes varient beaucoup pour les divers aliments (flèche 1, figure 4.4.4). 124 Nout_Ch04 21.02.2003 9:26 Uhr Seite 125 4.4 Teneur en eau (g/g) La conservation à sec 0,4 Figure 4.4.3 Exemple d‘une isotherme de sorption (cas de l‘amidon) 0,2 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 aw VITESSE DE SÉCHAGE = VITESSE D’ÉVAPORATION 6 7 TSS = TSURFACE SÈCHE ∆TSS-SH AIR A SÉCHAGE TSH = T 5 SURFACE HUMIDE composition constante TSH 4 TSS HR Figure 4.4.4 air Schéma d‘interaction 3 aw,aliment 2 • isotherme de sorption 1  NATURE DE L’ALIMENT • humidité (%) de l'aliment  • température de l'aliment   Examinons maintenant le cas théorique suivant : Nous avons un bac contenant de l’eau, qui est placé dans un courant d’air non saturé en eau. L’air et l’eau ont la même température (Figure 4.4.5). PH2O étant supérieure à Pcourant, l’évaporation de l’eau a lieu. La chaleur d’évaporation est retirée de l’eau. La température de l’eau baisse. A cause de la COURANT D’AIR T°C différence de température, il PH2O y aura un courant de cha- HR <1 (Pcour. σ0 : écoulement (newto- La qualité physique nien ou non newtonien). Pour σ > σ0 le résultat est une destruc- tion de la structure. L’existence de σ0 permet aux particules (exemple de jus de fruits) de ne pas sédimenter. Pour les corps plastiques non-newtoniens l’équation est : σ −σ 0 = η* ⋅ dγ (5.2.13) dt avec η* : la viscosité apparente ; pour les corps de Bingham (com- portement Newtonien) : σ −σ d 0 = η ⋅ γ (5.2.14) dt Quelques exemples de ce comportement rhéologique sont : la pâte, la margarine, le ketchup, la crème fouettée, la marmelade de pommes, le chocolat, la moutarde. b) Le comportement pseudoplastique/dilatant Les fluides de ce type ne présentent pas un seuil σ0 pour que l’é- coulement puisse avoir lieu, mais la viscosité dite ici apparente (η*) change lorsque la vitesse relative d’écoulement augmente (cf. Figure 5.2.15) σ Pseudoplastique Figure 5.2.15 “shear thinning” Représentation du comportement pseudoplastique/dilatant Dilatant “shear thickening” dγ/dt L'équation pour ce comportement est : σ = η* ⋅ dγ η* = dγ et f( ) (5.2.15) dt dt Si η* diminue avec dγ/dt le comportement rhéologique s'appelle pseudoplastique (en Anglais : shear thinning), si η* augmente avec dγ/dt on appelle cela dilatant (en Anglais : shear thickening). Quelques exemples de corps pseudoplastiques sont les solutions de polymères, le lait concentré, le jus de fruits, le caillé. Un exemple de corps dilatant est la pâte d’arachide. c) Le comportement élastique non-linéaire 159 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 160 Chap. 5 Aspects de qualité Le comportement des corps de ce type est illustré par la figure 5.2.16. et représenté par la relation (comparer à l’équation 5.2.9) : (5.2.16) σ = G* ⋅ γ G* = f(γ) G* est le module apparent. σ Figure 5.2.16 Représentation du comportement élas- tique non-linéaire γ Quelques exemples sont la gélatine, l'œuf cuit avec une grande déformation. La caractéristique de ce type de comportement est la réversibilité : le recouvrement est total si la contrainte est levée. d) Le comportement plastique. Le comportement des corps de ce type est illustré par la figure 5.2.17. La déformation est (partiellement) permanente et non réversible. Deux exemples de ce type sont le fromage et la pâte. σ Figure 5.2.17 Représentation du comportement plastique γ 160 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 161 5.2 e) Le comportement thixotropique. La qualité physique Pour les fluides étudiés jusqu’à présent, la relation entre la contrainte de cisaillement et la vitesse relative d’écoulement (ou de déformation) n’était pas sous l’influence directe du temps, les équilibres étant atteints instantanément. Dans le cas de nombreux aliments il n’en est cependant pas ainsi, et la contrainte nécessaire pour provoquer une vitesse relati- ve d’écoulement déterminée et constante peut varier considérable- ment en fonction du temps. Il existe un hystérésis accompagnant la déformation thixotropique. La figure 5.2.18 donne deux exemples. σ σ dγ/dt = constante Figure 5.2.18 Représentation du comportement thixo- tropique repos temps dγ/dt Quelques exemples sont les aliments comme les gels, le ketchup, le miel, les potages concentrés. Enfin et dans le domaine de la rhéologie, on parle également de la fracture et de la rupture des aliments. La notion de fracture/rupture est importante parce que les aliments doivent rompre pendant la mastication ; par contre ils doivent rester intacts pendant le transport et le stockage. La différence entre la résistance à la rupture et la cassure à temps peut être très subti- le. Deux conditions sont indispensables à la réalisation de la frac- ture et de la rupture : •la contrainte de cisaillement doit être assez grande pour qu’il y ait rupture des liaisons, •le temps d’application doit être assez long pour que les liai- sons puissent rompre. Il y a une déformation maximale avant que la rupture ait lieu. Pour la plupart des aliments elle est obtenue à moins de 1 % de déformation mais cela dépend du matériel. Quelques exemples sont donnés au tableau 5.2.7. Matière Déformation maximale (%) Ε (N.m-2) Tableau 5.2.7 Exemples de matiè- caoutchouc 300 6x105 res pour lesquelles la gélatine 100 – 200 ? déformation est pos- gel d’alginate 20 103 – 105 sible avant que la gel de lait acidifié 3 300 rupture arrive et le margarine 0,05 104 – 105 module de Young E fer 0,05 2x1011 161 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 162 Chap. 5 Aspects de qualité Si la déformation est rapide, le matériel n’a pas le temps de rom- pre et est dans ce cas élastique. Mais si la déformation est lente, la rupture a lieu. Le facteur 'temps' est donc encore important. 5.2.8 La diffusion et la perte de la qualité La diffusion est due au mouvement Brownien des molécules. Le phénomène de diffusion est important pour la transformation et la qualité des aliments : •elle détermine le transport de matériaux et de chaleur si l'a- liment est solide (pas d'écoulement) •elle détermine la vitesse de séchage, d'extraction, de salage, de la conservation par le sucre (les produits confits) •elle détermine la perte de composants (par exemple l'eau) pendant l'entreposage •elle détermine l'absorption de composants d'emballage dans les aliments •elle détermine la distribution des arômes composant le goût, des colorants. c L’aire O Figure 5.2.19 Représentation de la diffusion x La diffusion est un processus lent qui s’applique au niveau des molécules migrant (au contraire, la convection est un processus rapide dans lequel la molécule est entraînée dans un courant de fluide). La diffusion en terme mathématique est décrite comme une variation de masse m ou de concentration c par temps et par sur- face (cf. Figure 5.2.19) Elle est donnée par la première loi de Fick : dm (5. = − dc 2.17) Df ⋅ O ⋅ dt dx dans laquelle le symbole Df représente la diffusivité de la molécu- le (m2 s-1), m la masse (kg), t le temps (s), O l’aire (m2), c la concen- tration (mol kg-1), x la distance. 162 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 163 5.2 Pour des particules sphériques (molécules inclues) Einstein a La qualité physique trouvé que kT D (5.2.18) f = 6πηr k est la constante de Boltzmann (1.38×10-23 J K-1) T la température absolue (K) η la viscosité (N s m-2) r le rayon (m). Quelques exemples de diffusivité sont donnés dans le tableau 5.2.8, et il est évident que la diffusivité est déterminée par la taille des molécules/particules. D (m2s-1) H2 5,1 ×10-9 Tableau 5.2.8 Diffusivité (D) de NaCl 1 × 10-9 quelques molécules Saccharose 5,2 × 10-10 dans l’eau à 20 °C Amidon soluble 1 × 10-10 particule de caséine (50 nm) 4 × 10-12 particule de caséine (200 nm) 1 × 10-12 L’effet de la température sur la diffusion est donné par l’équation d’Einstein (5.2.18), mais on a aussi un effet de la température sur la viscosité. La diffusivité est influencée par la présence d’autres molécules, par exemple la présence de sucres en solution réduit sensiblement la diffusivité des arômes. Dans la plupart des aliments le compor- tement diffusionnel des molécules est perturbé par beaucoup de phénomènes, et pour cela on parle de diffusivité apparente D’. La figure 5.2.20 donne un exemple de diffusivité de l’eau dans les ali- ments déshydratés. -8,0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 -9,0 -10,0 -11,0 Figure 5.2.20 -12,0 Diffusivité apparente (D’) de l’eau en fonction de la teneur -13,0 en eau. -14,0 -15,0 -16,0 teneur en eau (kg/kg) 163 logD' Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 164 Chap. 5 Aspects de qualité Pour la diffusion des molécules, par exemple d'un liquide dans un aliment, on peut calculer le temps nécessaire aux molécules dans l'aliment pour arriver à une certaine position (5.2.19) x0,5 = D , f ⋅ t0,5 ou (5.2.20) x 2 , 0,5 = Df ⋅ t0,5 Le paramètre x0,5 indique la valeur x pour laquelle la concentra- tion c est 0,5×c0. La figure 5.2.21 et le tableau 5.2.9 donnent une représentation de ce phénomène. liquide L’aliment c Figure 5.2.21 Changement de c0 concentration c d’un composé migrant d’un liquide dans un aliment en fonction x du temps (t1 < t2 < t3) 0,5 et de la position x. 0,5× c0 t1 t2 t3 x t0,5 D'=10-9 D'=10-10 D'=10-15 Tableau 5.2.9 1 s 0,03 mm 0,01 mm 0,03 µm Quelques exemples de 1 mn 0,25 mm 0,08 mm 0,25 µm valeurs x0,5 en fonction 1 h 2 mm 0,6 mm 2 µm de la valeur D’ 1 jour 9 mm 3 mm 9 µm 1 an 200 mm 56 mm 200 µm 5.2.9 Conclusion Pour conclure le chapitre sur la qualité physique , nous donnons dans le tableau 5.2.10 un résumé des phénomènes de perte de la qualité du point de vue physique. 164 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 165 5.2 phénomène cause exemple La qualité organoleptique synérèse contraction de gel yaourt, confiture rétrogradation recristallisation d’amidon rassis du pain floculation agrégation de molécules produits laitiers ou particules Tableau 5.2.10 coalescence agrégation des globules produits laitiers, Résumé de phéno- gras sauces, crèmes mènes physiques en écrémage/ pesanteur produits laitiers, relation avec la sédimentation jus de fruits qualité cristallisation supersaturation lactose dans lait en poudre, dans glace, aliments dans état vitreux perte de goût diffusion des aliments conditionnés et arôme 5.3 La qualité organoleptique Les perceptions gustatives et olfactives sont l’aboutissement de processus psychophysiologiques très complexes et largement inex- pliqués. Elles sont influencées par les autres perceptions senso- rielles (vision, toucher), par la température, par des stimulations chimiques non spécifiques, et par diverses motivations psychoso- ciologiques en partie responsables du caractère agréable ou dé- sagréable des perceptions. La saveur et l’arôme des aliments résultent de la stimulation simultanée de récepteurs situés dans la bouche et dans la cavité nasale, par un très grand nombre de constituants des aliments. La nature et la structure de ces constituants, les quantités pré- sentes dans les aliments, l’intensité et la nature des perceptions sensorielles qu’ils provoquent, seuls ou en association, font l’objet de nombreuses recherches dont le but final est l’amélioration de la flaveur des aliments. Cette amélioration peut être obtenue princi- palement par quatre voies : •le choix et la sélection des matières premières ; •le choix des procédés technologiques de transformation ; •l’addition aux aliments de substances aromatisantes naturel- les ou synthétiques ; •la formation, au sein même des aliments, de quantités accrues de molécules aromatisantes. 5.3.1 Saveur/goût Les récepteurs du goût sont surtout localisés dans les bourgeons des papilles gustatives de la langue ; chaque bourgeon est consti- tué de plusieurs cellules et s’ouvre par un pore à la surface de la langue ; il est innervé par un nerf sensible non seulement aux saveurs mais aussi à d’autres stimuli comme la température, la pression, la rugosité d’une surface. Aucun bourgeon n’est spéci- 165 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 166 Chap. 5 Aspects de qualité fique d’une seule saveur, mais répond généralement à plusieurs saveurs avec une prédominance pour l’une d’entre elles. Il existe quatre saveurs dites de base : amère, acide, salée et sucrée, toutes hydrosolubles ; car pour pénétrer dans les pores des bourgeons gustatifs, elles doivent être dissoutes dans les jus alimentaires ou dans la salive. La localisation des récepteurs est indiquée sur la figure 5.3.1 ; la surface du milieu de la langue n’est pas sensible. amer Figure 5.3.1 Localisation des récepteurs du goût acide de la langue salé sucré La fixation d’une substance douée de sapidité sur un bourgeon gustatif entraîne une impulsion électrique dans le nerf sensoriel. L’amplitude de cette impulsion et l’intensité de la saveur évaluée subjectivement répondent toutes les deux à la loi physiologique des stimulations ou loi de Fechner : S = ks ⋅ log(concentration) Avec S = stimulation ks = constante de proportion Mais il existe un seuil de perception ; car les récepteurs gustatifs tout comme les récepteurs olfactifs, ne répondent que lorsque l’in- tensité du stimulus dépasse un certain seuil. Ce seuil correspond approximativement aux concentrations suivantes pour des solu- tions aqueuses de substances de référence des saveurs de base : salée, NaCl : 0,25 % sucrée, saccharose : 0,5 % acide, HCl : 0,007 % amère, quinine : 0,00005 % Mais il existe une très grande différence de perception entre les individus. Il n’est pas possible de mélanger les quatre saveurs pour obtenir des goûts nouveaux. Cependant deux phénomènes sont générale- ment observés : Le phénomène d’adaptation : le maintien prolongé dans la bouche d’une substance dotée d’une certaine saveur conduit à la diminu- tion de la sensibilité à cette même saveur ; 166 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 167 5.2 Les phénomènes de compensation/masquage : lorsque des saveurs La qualité organoleptique sont mélangées. La perception de goût est déterminée par : •La qualité du goût : pouvant conduire au phénomène d’adap- tation, •L’intensité pouvant être évaluée par la loi de Fechner, •Le charme, l’attrait, •L’odeur (l’odeur contribue aussi un peu au goût) 5.3.2 Arôme/odeur Les récepteurs olfactifs sont localisés dans la partie supérieure de la cavité rétro-nasale. Il n’y a pas de récepteur olfactif spécifique pour une odeur donnée. Lors de la prise d’aliments, les substances volatiles libérées dans la bouche parviennent à la muqueuse olfactive en passant par la cavité buccale. Il existe environ 17 000 substances olfactives différentes et environ 150 autres que personne ne peut distinguer. Il y a environ 100 mots disponibles pour désigner les différentes substances olfactives. C’est-à-dire qu’il est très difficile de décrire les flaveurs dans les aliments. Cela signale un des problèmes qui sont associés à la recherche organoleptique. Il y a des interactions entre les odeurs (neutralisation, renfor- cement, nouvelles odeurs) et les diverses combinaisons possibles expliqueraient la multitude d’odeurs différentes. Généralement les odeurs complexes sont préférées par rapport aux odeurs sim- ples. En outre, il faut réaliser que la préférence pour un goût est aussi déterminée par la culture. Tout comme avec le goût, des phénomènes d’adaptation et de perception sont aussi observés avec les odeurs. Quelques exemples de molécules odorantes (volatiles) sont les esters (fruits), les aldéhydes (tomates), les amines (poisson), les mercaptans (café), les pyrazines (des aliments cuits), les lactones (pêche, lait chauffé). 5.3.3 Les agents aromatisants On peut dire que l’acceptation des aliments par le consommateur est surtout déterminée par le goût et l’arôme. C’est pourquoi on utilise parfois des agents aromatisants dans l’industrie alimentai- re. Ces agents sont employés pour donner, renforcer ou modifier un arôme, ou encore pour masquer un arôme indésirable. On uti- lise pour cela : •Des épices et des herbes aromatiques, soit en poudre, soit sous forme d’oléorésine. •Des huiles essentielles, qui présentent l’avantage d’être assez concentrées et d’avoir cependant un arôme analogue à celui de la plante d’origine ; mais elles sont sujettes à l’oxydation et cela peut poser un problème. 167 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 168 Chap. 5 Aspects de qualité •Des extraits de fruits (framboise, cerise, fraise, pêche) obte- nus par extraction avec un mélange éthanol-eau. Ces extraits sont très peu concentrés en substances aromatisantes; des extraits de vanille, obtenus de la même manière, ont de bon- nes propriétés masquantes. •Des arômes encapsulés obtenus par séchage par atomisation d’une émulsion ou suspension de substance aromatisante et de gomme ou de maltodextrines. Les films protecteurs de gomme prolongent la durée de conservation des substances sensibles à l’oxydation. •Des substances aromatisantes synthétiques, que l’on emploie surtout sous forme de mélange, pour renforcer des arômes naturels. Ces substances présentent l’avantage d’être très économiques. 5.3.4 La couleur La couleur joue un rôle important dans l’évaluation de la qualité d’un aliment. C’est une des premières impressions d’un aliment. En effet la couleur est souvent liée à la maturité, à la présence d’impuretés, à la mise en œuvre appropriée ou défectueuse d’un traitement technologique, à de mauvaises conditions d’entreposa- ge, à un début de détérioration par les micro-organismes, etc. Nous observons la couleur d’un objet comme un effet d’un sti- mulus sur la rétine, effet transmis par le nerf optique au cerveau, et intégré par ce dernier. Alors, cela n’est pas une propriété de l’ob- jet, ni une lumière. Le stimulus est causé par une lumière réflé- chie et/ou transmise par l’objet à partir d’une lumière incidente (cf. Figure 5.3.2). Lumière incidente Figure 5.3.2 Schéma de la lumière réfléchie et transmise par l’aliment aliment Lumière Lumière réfléchie transmise oeil Il existe deux types de percepteurs visuels dans l’oeil : •les bâtonnets qui sont les récepteurs de la clarté et de l’inten- sité ; ils ne donnent pas de vision des couleurs. La vision dépend des bâtonnets à la lumière de faible intensité •les cônes qui sont responsables de la vision à la lumière de 168 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 169 5.2 plus forte intensité. Il y a 3 types de cônes, sensibles au bleu, La qualité organoleptique vert/jaune et rouge. Il est possible de recréer pour l’œil tous les stimuli colorés en mélangeant des quantités déterminées de trois stimuli colorés fon- damentaux (la perception trichromatique) : mM + nN + oO → pP où m, n, et o sont les quantités des trois stimuli fondamentaux M, N, et O qu’il faut mélanger pour obtenir un stimulus P d’intensité p. La commission internationale de l’éclairage (C.I.E.) a défini l’espace physique des couleurs en se basant sur la théorie de la perception trichromatique. L’oeil ne peut pas voir toutes les cou- leurs possibles. La figure 5.3.3 donne la courbe de la visibilité, et le tableau 5.3.1 les couleurs qui sont liées à des longueurs d’onde. 100 90 80 70 60 Figure 5.3.3 Courbe de la 50 visibilité de l’oeil 40 humain 30 20 10 0 400 450 500 550 600 650 nm 700 Un autre système est l’espace psychologique des couleurs de Munsell : il est beaucoup moins physique et beaucoup plus physiologique et psychologique que celui de la C.I.E. Dans le sys- tème Munsell, il y a 3 caractéristiques : la teinte (en Anglais : hue), l’intensité (en Anglais : value) et la nuance ou la satura- tion (en Anglais : chroma). En effet dans le système Munsell, la représentation des teintes et des nuances est faite au moyen d’échantillons de peinture sur papier, chaque échantillon pré- sentant par rapport au suivant la plus petite différence possible Les couleurs λ (nm) perceptible par l’œil (limite ou Tableau 5.3.1 Violet 380 – 436 Les couleurs et les seuil de différenciation ; ce seuil Bleu 436 – 495 longueurs d’onde constitue d’ailleurs une mesure Vert 495 – 566 λ correspondantes de la sensibilité de l’œil). Jaune 566 – 589 Orange 589 – 627 Rouge 627 – 780 169 Visibilité relative Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 170 Chap. 5 Aspects de qualité Il est difficile d’établir une corrélation entre la perception senso- rielle et une mesure. Néanmoins, on détermine fréquemment la couleur d’un aliment avec des instruments pour avoir une idée de la couleur du point de vue de la qualité. Par exemple, une pomme rouge apparaît rouge à cause de l’absorption par les carotènes et les anthocyanes entre 400 et 600 nm et très peu d’absorption par la chlorophylle. Par conséquent, il y a réflectance de la lumière incidente entre 600 et 700 nm et on peut mesurer cela facilement avec des instruments et obtenir une impression objective du stade de maturité. Pour obtenir une couleur constante, on peut ajouter à l’aliment des colorants naturels (exemples : chlorophylle, carotène, flavo- noïdes, anthocyanes, betalaïnes) ou artificiels (exemples : tartra- zine, amaranthe, érythrosine, brillant bleu). 5.3.5 Analyse sensorielle Pour juger et contrôler la qualité organoleptique des produits ali- mentaires, on fait appel à des critères et à des méthodes d’évalua- tion de divers types : •les jury de dégustation, c’est-à-dire l’exploitation systéma- tique, dans des conditions statistiquement valables, des réac- tions de groupes représentatifs de consommateurs ou de per- sonnes spécialement entraînées, auxquels on demande de se prononcer sur les caractères organoleptiques ; •les échantillons représentatifs, préparés et présentés de manière normalisée ; •des questions spécifiques, une température et une lumière constantes et standardisées, l’absence d’odeurs ; •l’isolement des membres du jury ; •la possibilité de cracher les échantillons et de rincer la bouche ; •l’utilisation de codes. Il existe deux types de tests de dégustation : •Les techniques de comparaison : déceler l’existence d’une dif- férence significative ramenant à l’analyse de variance. •Les techniques descriptives du profil : classement quantitatif et semi-quantitatif des caractéristiques du produit par ordre chronologique de perception : d’abord les odeurs, puis les saveurs et les arômes et enfin l’arrière-goût. 5.3.6 Conclusion Il est difficile de mesurer les propriétés organoleptiques des ali- ments. La meilleure méthode est d’utiliser un jury de consomma- teurs pour obtenir une impression du souhait du consommateur. On peut travailler avec un forum entraîné ou bien avec des consommateurs qui ne sont pas entraînés, dépendant de ce qu’on veut mesurer. En tout cas, il est nécessaire d’utiliser des méthodes statistiques pour être capable de rendre un jugement fiable. Il existe des méthodes spécifiques pour travailler avec des forums de 170 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 171 5.4 consommateurs ; ces méthodes sont trop spécifiques pour être dis- Les conséquences cutées ici. nutritionnelles Travailler avec des forums de consommateurs est difficile et cher. C’est pourquoi on utilise aussi des analyses instrumentales. Cependant des préférences sont aussi déterminées par la culture, et même au niveau individuel. Donc, on ne peut pas généraliser certaines préférences pour tout le monde. La figure 5.3.4. donne une schéma récapitulatif de la complexité de la qualité organolep- tique et les relations entre les mesures physiques et les percep- tions humaines. Corrélation : Analyses instrumentales Propriétés sensorielles, (objectives) , par statistique par exemple : exemple viscosité, pH, empirique dureté longueur d’onde logique sucré croquant couleur Figure 5.3.4 Schéma récapitulatif ALIMENT texture sur la mesure des propriétés organo- leptiques. Analyse organoleptique (subjective), par exemple: Expérience, facteurs sociaux et culturels, préjugés goûter sentir toucher écouter Perception cérébrale 5.4 Les conséquences nutritionnelles des traitements culinaires 5.4.1 Généralités La qualité nutritionnelle est l'aptitude de l'aliment à bien nourrir. Cette notion comprend deux aspects : •un aspect quantitatif : c'est l'énergie stockée sous forme chi- mique, apportée par l'aliment à la machine physiologique, et mesurable à la bombe calorimétrique ; •un aspect qualitatif : c'est la recherche de l'équilibre nutri- tionnel de l'aliment au regard des besoins du consommateur, ou d'un enrichissement en un élément particulier (vitamine, fer...), ou encore d'une composition spéciale répondant à cer- taines pathologies, telles que les aliments sans sel, les pro- duits diététiques. 171 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 172 Chap. 5 Aspects de qualité Dans la plupart des cas, les opérations culinaires domestiques ou les traitements technologiques appliqués aux produits alimentai- res se traduisent par des effets favorables sur la qualité, qu'il s'a- gisse de la valeur alimentaire ou de la qualité hygiénique. Les modifications favorables s'observent au niveau des qualités orga- noleptiques et plus particulièrement au niveau des arômes, du goût, mais aussi de la couleur et de la texture. Certains de ces trai- tements permettent de détruire des microorganismes dangereux, d'inactiver certains composés toxiques ou encore d'inhiber des enzymes capables de provoquer des réactions défavorables, en par- ticulier sur la couleur ou le goût. Malheureusement, il n'est pas rare que certains de ces traite- ments domestiques ou industriels affectent d'une façon plus ou moins importante la qualité initiale du produit. L'étude de ces modifications peut être envisagée soit en fonction du type d'ali- ment, soit en fonction des grandes catégories de nutriments qui entrent dans la composition de nos aliments, soit en fonction du type de traitement appliqué. Beaucoup d'opérations unitaires, en particulier celles qui ne font pas intervenir la chaleur, ont peu ou pas d'effet sur la qualité nutritionnelle des aliments ; ces opérations incluent le mélange, le lavage, le triage, la lyophilisation et la pasteurisation. Les opé- rations qui séparent intentionnellement les composants des ali- ments altèrent la qualité nutritionnelle de chaque fraction compa- ré à la matière première. Une séparation non désirée des nutri- ments hydrosolubles (minéraux, vitamines hydrosolubles et su- cres) se produit aussi au cours de certaines opérations. Le traitement par la chaleur est la cause majeure des change- ments de propriétés nutritionnelles des aliments avec comme conséquences : •l'amélioration de la digestibilité ; •la destruction des facteurs antinutritionnels ; •ou à l'opposé la destruction des vitamines thermolabiles ou la réduction de la valeur biologique des protéines, ou l'activa- tion de l'oxydation des lipides. L'oxydation est la seconde cause importante des changements nutritionnels dans les aliments. Ceci a lieu lorsque l'aliment est exposé à l'air, ou comme résultat de l'action de la chaleur ou des enzymes oxydatives. L'importance des pertes de nutriments durant la transforma- tion dépend de la valeur nutritionnelle d'un aliment dans le régi- me alimentaire. Certains aliments constituent une importante source de nutriments pour un grand nombre de la population. Les pertes en ces nutriments sont alors plus significatives dans ces ali- ments que dans ceux qui sont consommés en petites quantités ou ceux qui ont une faible concentration en ces nutriments. 172 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 173 5.4 5.4.2 Incidence des traitements domestiques ou indus- Les conséquences triels sur les glucides nutritionnelles Les glucides sont des composants abondants et souvent majoritai- res de bon nombre de produits alimentaires. Ils sont essentielle- ment représentés par des polymères comme les amidons ou la cel- lulose, des dimères comme le saccharose ou le lactose, et par des monomères comme le glucose ou le fructose. Dans leur grande majorité, les traitements culinaires domestiques ou industriels ne se traduisent pas par des modifications importantes de leur dispo- nibilité. Le traitement de l'amidon par la chaleur en milieu humi- de conduit à une gélatinisation qui correspond à une absorption d'eau, une augmentation de volume des granules d'amidon et une augmentation de la viscosité de la solution (cf. 5.2). C'est en raison de cette propriété que les amidons sont utilisés comme agents épaississants des sauces (cf. 5.2.4). Du point de vue nutritionnel, la gélatinisation des amidons se traduit généralement par une augmentation de leur digestibilité. Le saccharose subit peu de modifications au cours des diffé- rents traitements sauf dans le cas de sa caramélisation. Le chauf- fage du saccharose en milieu acide, comme c'est le cas dans la cuisson des confitures de fruits, conduit à son hydrolyse en sucres simples, ce qui ne modifie pas sa valeur nutritionnelle. Les sucres simples, glucose et fructose, sont présents dans de nombreux pro- duits de panification, de biscuiterie, de confiserie ou à base de fruits. Ces sucres réducteurs chauffés en présence d'acides ami- nés peuvent donner des réactions de Maillard (brunissement non enzymatique) qui rendent ceux-ci inutilisables pour 1'organisme. Les réactions de Maillard peuvent se produire au cours de 1'entreposage de céréales sèches si celui-ci s'effectue à des tem- pératures élevées ; mais elles sont surtout importantes dans les traitements de cuisson. L'élimination mécanique des celluloses et autres composants de fibres alimentaires (hémicelluloses et lignines) des produits végé- taux (céréales, tubercules, fruits et légumes) peut se traduire par une augmentation de la digestibilité des autres nutriments et plus particulièrement des protéines, mais n'oublions pas que ces poly- mères jouent un rôle physiologique important en favorisant le transit intestinal. De même l'élimination d'une partie des fibres des enveloppes des graines de céréales (polissage du riz, décorti- cage du maïs ou du sorgho) se fait au prix d’une perte en vitami- nes. Le choix d'un rendement d'extraction sera donc un compromis entre une teneur élevée en vitamines et une faible disponibilité de ces mêmes vitamines et aussi des minéraux du fait de la présence de fibres. La cuisson permet de ramollir les fibres et facilite donc leur ingestion, mais elle ne permet pas leur solubilisation, ni leur hydrolyse au cours de la digestion. 173 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 174 Chap. 5 Aspects de qualité 5.4.3 Incidence des traitements domestiques ou indus- triels sur les protides Beaucoup de traitements ont des effets favorables sur la valeur nutritionnelle des protéines. Cependant des modifications défavo- rables apparaissent parfois. Dans la majorité des cas, elles se tra- duisent par une diminution des teneurs en acides aminés indispensables ou par la formation de substances antinutrition- nelles ou toxiques. La cuisson d'aliments riches en protéines conduit à leur dénatu- ration, c'est-à-dire à des modifications de la forme des molécules protéiques (la structure secondaire et tertiaire des protéines), qui n'affectent pas la chaîne d'acides aminés elle-même (la structure primaire). Cette dénaturation conduit à l'arrêt de l'activité biolo- gique de la protéine et améliore sa valeur nutritionnelle de plu- sieurs façons. D’abord on peut citer l’augmentation de la digestibi- lité du collagène (viandes à cuisson longue) et de l’ovalbumine (blanc d’oeuf). Ensuite, l’inactivation des protéines antinutrition- nelles de certaines légumineuses (soja, arachide, haricots, etc.) : les phytohémagglutinines. En dernier, l’inactivation d'une autre caté- gorie de protéines, les enzymes, qui ont de nombreux effets défa- vorables sur les nutriments (lipases, protéases, etc., cf. 2.3). Le chauffage d'un aliment protéique en présence de sucres réducteurs comme le glucose, le lactose ou le fructose conduit au brunissement de cet aliment par les réactions dites de Maillard. Leurs conséquences nutritionnelles sont nombreuses : perte de disponibilité de la lysine, apparition de composés anti- nutritionnels, mais des substances antioxydantes sont égale- ment formées. Ces réactions sont d'autant plus fortes que la température est élevée et se produisent surtout dans les aliments semi-humides. Elles provoquent aussi des modifications de goût et de couleur appréciées et même recherchées pour un grand nombre de pro- duits (biscuits, viande rôtie, etc.). Les traitements thermiques à température élevée (entre 100 et 200 °C) comme la stérilisation ou la cuisson au four ou sur le feu provoquent la destruction des aci- des aminés, d'où une baisse de la valeur nutritionnelle de la pro- téine. Cela concerne : •la désamination de l’asparagine et de la glutamine ; •l’isomérisation de résidus d’acides aminés (L → D) ; •des réactions entre molécules de cystéine avec formation de ponts covalents –S-S-, désulfuration, et formation de la molé- cule déhydroalanine (R-CH2-SH → R=CH2 + H2S) •la formation de ponts covalents intra- ou intermoléculaires de nature isopeptidique (γ-glutamyl-ε-N-lysine) ou de type lysi- noalanine (R-CH2-NH-(CH2)4-R’, formée d’une réaction de déhydroalanine et lysine) et lanthionine (R-CH2-S-CH2-R’, formée d’une réaction de cystéine et déhydroalanine) 174 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 175 5.4 •la baisse de la digestibilité après un traitement thermique Les conséquences dur, surtout avec un traitement alcalin (extraction de protéi- nutritionnelles nes végétales, fabrication de caséinates, filage des protéines). Quand la température est très élevée (viandes et poissons grillés au feu de bois par exemple), on observe la décomposition d’acides aminés en corps mutagènes (mais cela est spécifique pour la vian- de et le poisson parce que la présence de créatinine est nécessaire pour la formation des corps mutagènes). De nombreuses autres réactions peuvent s’observer dans des conditions particulières mais sont de moindre importance. 5.4.4 Incidence des traitements domestiques ou indus- triels sur les lipides Les lipides peuvent subir au cours des traitements technologiques, des préparations culinaires ou de l'entreposage, de nombreuses modifications qui affectent leur valeur nutritionnelle. Pour l'es- sentiel, ces modifications se produisent sur les doubles liaisons d'acides gras insaturés et provoquent ainsi des pertes d'acides gras indispensables. Les principaux phénomènes qui effectent la valeur nutrition- nelle des lipides sont l’oxydation, l’hydrolyse (ou lipolyse) et la décomposition par la chaleur (cf. 2.3). L’oxydation des lipides, c’est-à-dire le rancissement, est un phé- nomène qui se produit spontanément quand le lipide est au contact de l’air. Le rancissement est rapide et important pour les lipides riches en acides gras insaturés. Il se produit au cours du stockage à température ambiante ou en réfrigération et même sur les produits congelés. L’oxydation peut être limitée en proté- geant le produit d’un contact avec l’air. La principale conséquence de l’oxydation est l’apparition d’une odeur et d’un goût rances qui peuvent rendre l’aliment inconsommable. Il se produit une légère perte de valeur nutritionnelle. L’addition d’agents anti-oxydants est souvent utilisée pour limiter les risques de rancissement. Notons enfin que le chauffage accélère les processus d’oxydation donnant aussi des composés nocifs; ce sont des peroxydes. L’hydrolyse des lipides est possible et le chauffage à températu- re élevée (170-200 °C) des matières grasses peut conduire à une hydrolyse. C’est notamment un problème dans le cas des fritures du fait d’apport d’eau par l’aliment à frire. Pour éviter ces phénomènes d’hydrolyse et d’oxydation, il convient d’abord de n’utiliser en friture que des huiles très stables à la chaleur (comme l’huile d’arachide), de ne pas dépasser 180 °C, de limiter le temps de chauffe et surtout le nombre de réutilisa- tions de l’huile de friture. Sinon, on risque d’éliminer les acides gras essentiels et une accumulation des composés toxiques dans l’huile de friture. 175 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 176 Chap. 5 Aspects de qualité 5.4.5 Incidence des traitements domestiques ou indus- triels sur les minéraux Des pertes en éléments et sels minéraux sont susceptibles de se produire dans nos aliments d'une part par élimination mécanique de certaines parties de l'aliment (parage des fruits, blutage des céréales), et d'autre part au cours de traitements dans l'eau (blan- chiment et cuisson dans l'eau), les sels minéraux solubles diffu- sant alors de l'aliment vers la phase aqueuse. 5.4.6 Incidence des traitements domestiques ou indus- triels sur les vitamines L'étude du comportement des vitamines au cours de la prépara- tion des aliments est un sujet fort complexe. D'une part les treize vitamines ont des sensibilités bien spécifiques aux différentes conditions ou agents susceptibles de les détruire. D'autre part, les technologies sont nombreuses et variées. Dans la pratique, ce qui importe est de pouvoir estimer les teneurs en vitamines présentes dans l'aliment au moment de sa consommation. Le fait de l'exprimer en pourcentage de couvertu- re des apports quotidiens conseillés (AC) renseigne sur l'intérêt nutritionnel de l'aliment en l'une ou l'autre des vitamines. C'est ainsi qu'il est moins grave de détruire la vitamine C présente dans le lait (1 à 2 % des AC dans 100 ml) que celle du jus d'agrumes (plus de 40 % des AC dans 100 ml). De même, il importe de pré- server la vitamine E des huiles végétales car elles en sont une des principales sources. En ce qui concerne la responsabilité respective des traitements ménagers ou industriels dans les pertes en vitamines, il est fré- quent qu'ils se substituent les uns aux autres. Ainsi dans le cas des légumes, l'épluchage, le lavage et le blanchiment industriel remplacent le stockage, l'épluchage et le lavage à la maison. Les vitamines ne constituent pas un ensemble de corps ayant une parenté chimique ; elles sont très différentes les unes des au- tres et chacune a sa constitution propre, bien définie, son activité spécifique, ses sources très variées. Elles ont cependant en com- mun le fait d'être actives en très petites quantités. Suivant leurs propriétés et les conditions de leur conservation, on peut classer les vitamines en deux grands groupes, selon leur solubilité : •les vitamines solubles dans l'eau ou hydrosolubles : le groupe des vitamines B, et la vitamine C ; •les vitamines solubles dans les lipides ou liposolubles : les vitamines A, D, E, K. Cette distinction est utile, car elle permet en pratique : •de ne pas commettre trop de confusions sur les aliments où se trouvent les vitamines. Ainsi, les vitamines liposolubles ne peuvent se trouver que dans un aliment gras, ceci ne voulant 176 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 177 5.4 pas dire que tous les aliments gras renferment toutes ces Les conséquences vitamines ; nutritionnelles •de mieux comprendre tout ce qui touche à la conservation des vitamines ; en effet, les vitamines hydrosolubles passent dans l'eau dès que l'aliment est en contact d'une importante quan- tité d'eau (trempage, cuisson, etc.) ; •d'être attentifs à certains risques de surdosage, en ce qui concerne les vitamines liposolubles. La stabilité des vitamines dans les aliments dépend de leur sensi- bilité respective aux différents facteurs physiques ou chimiques auxquels ils sont soumis pendant le traitement, le stockage ou la préparation de ces aliments. Les plus importants sont la tempéra- ture, l'oxygène, la lumière, l'humidité et le pH. Les sensibilités particulières de chaque vitamine à ces diffé- rents agents sont les suivantes : •La vitamine A (rétinol), le béta-carotène (provitamine A) et la vitamine D (calciférol) sont sensibles à l'oxydation, laquelle dépend naturellement de la présence d'oxygène et d'agents oxydants. Elle est catalysée par les traces de métaux et accentuée par la lumière et la chaleur. Les pH proches de la neutralité sont les plus favorables à la stabilité de ces vita- mines. La présence de matière grasse non oxydée joue pour elles un effet protecteur. •La vitamine E sous forme d'acétate de tocophérol est assez stable. Par contre, les tocophérols libres sont sensibles à l'oxydation, la lumière et la chaleur, particulièrement aux pH basiques. •La vitamine K1 est sensible à la lumière, aux oxydants et aux bases. •La vitamine C est particulièrement sensible à l'oxydation et par conséquent, aux catalyseurs d'oxydation (métaux), à la chaleur et à la lumière. Cette sensibilité est accentuée par l'humidité et par les pH basiques et acides forts. Les condi- tions les plus favorables sont les pH légèrement acides (pH 3 - 5), d'où l'intérêt de l'assaisonnement acide des crudités (vinaigres, ou mieux jus de citron, naturellement riche en vitamine C). La présence d'agents réducteurs (sulfites ...) limi- te la dégradation de la vitamine C. La teneur résiduelle dans les aliments est souvent fonction de la durée de stockage. •La vitamine B1 craint particulièrement la chaleur et les milieux basiques. La lumière et l'humidité sont également facteurs de dégradation. •La vitamine B2 est très sensible à la lumière et aux rayons ultra-violets. Les milieux basiques et les agents réducteurs lui sont défavorables. Dans les autres conditions, elle est relativement stable. •L'acide pantothénique est décomposé par hydrolyse et donc sensible à la chaleur, aux acides et aux bases. 177 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 178 Chap. 5 Aspects de qualité •Les vitamines B6 et biotine sont relativement stables. •La vitamine B12 est décomposée par les agents réducteurs (dont la vitamine C), les acides et les bases. La lumière et l'humidité accentuent cet effet. •L'acide folique est sensible aux agents oxydants et réducteurs ; à un degré moindre, il craint la lumière, les acides et les bases. Les facteurs susceptibles de détruire l'une ou l'autre des vitamines Tableau 5.4.1 sont donc multiples. Heureusement, les conditions les plus défa- Modifications des vitamines vorables sont loin d'être toujours remplies dans les aliments. Les au cours des vitamines C et B1 étant les plus fragiles sont souvent utilisées traitements comme traceurs du maintien de la qualité nutritionnelle des ali- culinaires. ments au cours des traitements. vitamines vitamines hydrosolubles liposolubles traitement C B1 B2 B5 B6 B12 niacine folate biotine A D E post mortem ou D D après récolte épluchage, PP PP parage broyage, PPP PP P PPP PP PPP PP P meunerie lavage P p p p p p p p traitement PP, D P,D P, d P, d P, d P P, F p, d, F D thérmique dans l‘eau cuisson vapeur p, d p, d p, d p, d p, d p P, f p, d, F D réaction de D Maillard oxydation D d d D D D sulfites F D d d nitrites d D d d oxyde D d‘éthylène traitement d D d d D d d d alcalin séchage à l‘air d d D d lumière D D d d D irradation D d d d D d D cystéine D F composés d d d carboxylés P: perte importante (P) ou minime (p) par élimination mécanique ou diffusion le plus souvent dans l’eau D: destruction importante (D) ou minime (d) F: effet favorable par génération d’une forme active La teneur en vitamines des produits alimentaires est extrême- ment variable après récolte; elle dépend par exemple du degré de maturité quand il s’agit des produits végétaux. Toutes les vitami- nes ne sont pas aussi sensibles aux différents traitements. Le tableau 5.4.1. illustre les modifications des vitamines au cours des traitements culinaires. Au cours de la cuisson dans l’eau des légu- mes en particulier, mais aussi de la viande de type pot-au-feu, une 178 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 179 5.4 proportion de vitamines hydrosolubles passe dans l’eau de cuisson Les conséquences et est donc perdue si ce bouillon n’est pas consommé. Pour donner nutritionnelles un exemple, la figure 5.4.1 illustre les différents niveaux de perte en vitamine C dans un légume selon les techniques utilisées. Légume (100) cuisson sous cuisson à cuisson blanchiment vide l’eau vapeur (75) Figure 5.4.1 Evolution de la teneur congélation séchage à mise en lyophilisation en vitamine C d’un ali- (75) l’air et conserve, ment type légume au entreposage stérilisation cours des traitements (45) (65) culinaires. décongélation (70) cuisson eau cuisson eau chauffage cuisson eau teneur 65 50 70 45 30 40 40 finale 5.4.7 Quelques opérations unitaires et leur influence sur la valeur nutritionnelle des aliments 5.4.7.1 La réduction de taille La réduction de taille est l'opération par laquelle la taille moyen- ne des particules solides constituant l'aliment est réduite par l'ap- plication de la mouture, la compression, etc. La rupture des cellu- les et l'augmentation de la surface de contact qui en résulte pro- voquent des réactions oxydatives au niveau des acides gras et de la vitamine A. La perte de vitamine C et de la thiamine dans les fruits et légumes est substantielle (78 % dans le concombre). La perte de ces nutriments pendant le stockage dépend de la tempé- rature, de la teneur en eau de l'aliment et de la concentration d'oxygène pendant le stockage. Dans les aliments secs, la principale perte de nutriments est due au tamisage et à la séparation des différentes parties après la réduction de taille des particules. C'est le cas par exemple de l'en- lèvement du son du riz (Tableaux 5.4.2 et 5.4.3) : les grains de riz sont débarrassés de leurs enveloppes (glumes et glumelles) ; on obtient ainsi le "riz cargo". On peut ensuite retirer la pellicule Thiamine Riboflavine Niacine Tableau 5.4.2 Riz paddy 0,34 0,055 5,41 La teneur en vitamines Riz blanc 0,05 0,019 1,64 B (mg/100 g) de Riz précuit (étuvé) 0,25 0,038 3,22 différents grains de riz 179 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 180 Chap. 5 Aspects de qualité jaune-brun, qui adhère fortement au grain, pour obtenir le "riz blanchi". Cette opération se fait en rabotant le grain entre deux cônes ou deux cylindres : on retire ainsi le péricarpe et la partie la plus externe de la couche à aleurone. Or cette couche est riche en protéines, en minéraux et surtout en vitamine B1. Tableau 5.4.3a Effet de la mouture sur la teneur en vitamines de certains grains (proportion pour 100 g) Produit Vitamine A Tocophérol Thiamine Riboflavine Niacine UI (mg) (mg) (mg) (mg) Maïs grain 400 1,43 0,15 0,12 1,7 farines 340 - 0,20 0,06 1,4 Riz grain 0 0,68 0,34 0,05 4,7 grain blanc 0 0,10 0,07 0,03 1,6 son 0 - 2,26 0,25 29,8 Blé grain 0 1,35 0,57 0,12 4,3 80 % extraction - - 0,25 0,08 1,6 70 % extraction - - 0,08 0,05 1,1 son 0 1,71 0,72 0,35 21,0 Tableau 5.4.3b Effet de la mouture sur la teneur en vitamines de certains grains (proportion pour 100 g) Produit Vitamine C Acide pantothénique Vitamine B6 Acid folique Biotine UI (mg) (mg) (mg) (µg) Maïs grain 12 0,54 0,16 26,8 11,0 farines - - - - - Riz grain 0 1,10 0,55 20,2 12,0 grain blanc 0 0,55 0,17 14,1 5,0 son 0 2,8 2,5 150,0 60,0 Blé grain 0 1,5 0,4 14,4 12,0 80 % extraction - 0,9 0,11 13,0 1,4 70 % extraction - 0,7 0,06 10,0 1,1 son 0 2,9 0,82 155,0 49,0 5.4.7.2 La fermentation ou la technologie d'utilisation des enzymes Dans les systèmes de fermentation alimentaire, l'action contrôlée de microorganismes sélectionnés est utilisée pour modifier la tex- ture des aliments, pour préserver les aliments par la production d'acides et d'alcool ou pour produire de subtiles flaveurs et arômes, qui augmentent la qualité et la valeur des matières premières. Les principaux avantages de la fermentation comme méthode de transformation sont : •l'utilisation de conditions douces de pH et de température qui maintiennent (et souvent améliorent) les propriétés nutri- 180 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 181 5.4 tionnelles et les caractéristiques sensorielles de l'aliment ; Les conséquences •la production d'aliments qui ont des flaveurs ou une texture nutritionnelles qui ne peuvent pas être obtenues par d'autres méthodes ; •une faible consommation d'énergie due aux douces conditions d'opération ; •un coût d'opération relativement faible et •une technologie relativement simple. La séparation d'enzymes des cellules microbiennes, ou d'origine animale ou végétale pour une utilisation in vitro dans la transfor- mation des aliments est d'un développement assez récent. Les principaux avantages de l'utilisation des enzymes ainsi séparées et purifiées sont : •des changements hautement spécifiques au niveau des ali- ments ; •une perte minimum de qualité nutritionnelle à la températu- re modérée utilisée ; •une consommation d'énergie plus faible que les réactions chi- miques correspondantes et •la production de nouveaux aliments. Le développement des microorganismes cause des changements complexes à la valeur nutritive des aliments fermentés en chan- geant la composition des protéines, des matières grasses et des glucides, et en utilisant ou en secrétant des vitamines. Protéines : La fermentation de la farine de maïs avec des levu- res pures, S. cerevisiae et C. tropicalis, augmente la teneur en pro- téines de 7,6 à 8,9 et 8,4 % respectivement. Le taux de protéines augmente ultérieurement à 16,4 et 14,5 % respectivement, lorsque les levures sont utilisées avec du malt de maïs dans la farine de maïs. Cependant, la matière sèche perdue est de 52,4 et 14 %, respectivement. D'autres études montrent que la fermentation naturelle ou avec des levures des céréales améliore légèrement le taux de protéines, ce qui peut être attribué à la perte de matière sèche, principalement des glucides. Bien que les changements quantitatifs soient minimum au niveau des protéines, on a observé des modifications qualitatives significatives pendant la fermentation naturelle. On a observé par exemple une augmentation significative des acides aminés essen- tiels pendant les trois premiers jours de la fermentation naturelle de la farine de maïs par des bactéries protéolytiques : 30 % pour la lysine et 20 % pour la méthionine. On a noté aussi une augmentation significative du taux de lysi- ne disponible chez le riz, le mil, le maïs et le blé, après 6 jours de fermentation. Vitamines : Bien que la fermentation lactique naturelle des céréales et des mélanges céréales-légumineuses s'est révélée comme facteur d'amélioration de la teneur en certaines vitamines du groupe B, des variations considérables ont été observées dans différents rapports. L'augmentation ou la diminution de la teneur 181 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 182 Chap. 5 Aspects de qualité en vitamines varie avec la nature de la matière première, la natu- re de la microflore, la température et les méthodes de détermina- tion de ces vitamines. Un auteur a trouvé que la teneur en thiamine diminue lorsque le sorgho est mis à fermenter pendant 4 jours 25 °C, alors que les échantillons non fermentés et ceux mis à fermenter à 35 °C n'ont pas connu de variation significative. Les teneurs en thiamine, en riboflavine et en niacine augmentent de manière significative pen- dant la fermentation du sorgho et du mil (Tableau 5.4.4). Une aug- mentation significative de la teneur en vitamine B12, en folacine, en riboflavine et en acide pantothénique a été notée après 4 jours de fermentation naturelle de la farine de maïs. D'autres auteurs ont rapporté une augmentation significative de la teneur en ribo- flavine et une diminution de la teneur en niacine dans le niébé et le pois chiche. Le tableau 5.4.5 résume quelques résultats obtenus pour les produits fermentés à base de lait et de soja. Ces résultats montrent que les changements de teneur en vitamines notés sont influencés par beaucoup de facteurs qui incluent la matière pre- mière utilisée, le traitement qu'elle a subi, les microorganismes responsables de la fermentation, etc. Céréales Thiamine Riboflavine Niacine Tableau 5.4.4 Sorgho Changement de Non fermenté 20,20 0,90 37,9 teneur en vitamines Fermenté 47,10 1,30 41,3 (µg/g) du groupe B Riz pendant la fermenta- Non fermenté 0,51 0,80 63,08 tion des céréales Fermenté 0,35 1,35 41,60 Mil Non fermenté 0,37 0,19 - Fermenté 0,64 0,36 - Tableau 5.4.5 Les facteurs antinutritionnels, tels que les inhibiteurs de pro- Changement de téase, les lectines, les sucres responsables de la flatulence, les tan- teneur en vitamines nins et les agents liants des métaux, sont présents en concentra- de quelques ali- tion élevée dans beaucoup d'aliments à base de légumineuses. De ments après fer- mentation (change- même, la plupart des céréales contiennent des quantités apprécia- ment pour 100 g) bles de phytates alors que certaines céréales comme le sorgho et le Produit Thiamine Riboflavine Niacine Vitamine C Acide Vitamine Vitamine (mg) (mg) (mg) (mg) Pantothénique B6 (mg) B12 (µg) (mg) Lait 0,04 0,18 0,1 1 0,37 0,042 0,4 Yaourt 0,04 0,18 0,1 1 - 0,040 - Fromage 0,03 0,46 0,1 0 0,50 0,08 1,0 Soja (non fermenté 0,22 0,06 0,90 - - 0,08 - Tempeh 0,13 0,49 0,39 - - 0,35 - Sauce soja 0,88 0,37 6,0 - - - - 182 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 183 5.4 mil contiennent des quantités importantes de polyphénols et de Les conséquences tannins. nutritionnelles Les effets antinutritionnels et toxiques de ces composés sont connus. Les tannins forment par exemple des complexes avec les protéines, réduisant ainsi leur disponibilité. Les phytates forment des complexes avec les minéraux divalents (calcium, fer, magné- sium, etc.), réduisant ainsi la disponibilité de ces nutriments. Elles réagissent également avec les protéines pour former des complexes protéino-phytates. La réduction ou l'élimination de ces facteurs anti-nutritionnels est un objectif important à atteindre au cours des processus de transformation. Des opérations telles que le dépelliculage ou le trempage ou la germination réduisent ou éliminent les tannins. Plusieurs chercheurs ont observé une réduction significative ou une élimination totale de certains facteurs antinutritionnels dans les céréales, les légumineuses et les oléogineux après une fermen- tation naturelle. Par exemple, on a observé une réduction signifi- cative de l'activité antitrypsique, du phytate de phosphore et des sucres de flatulence dans le maïs et les mélanges maïs-soja après 4 jours de fermentation (Tableau 5.4.6). Cette réduction peut être attribuée à la dégradation microbienne de ces composés pendant la fermentation. Traitement AIT Raffinose Stachyose Phyate-P (unité/g) % % (mg/g) Farine de maïs Non fermenté 2,5 0,30 - 0,22 Tableau 5.4.6 Fermenté 1,8 0,10 - 0,05 Effets de la fermen- tation sur l'activité de Farine de soja l'inhibiteur de non fermenté 112,2 1,48 4,2 - trypsine (AIT), les Mélange Maïs-soja sucres de flatulence fermenté et le phytate dans le 90 : 10 1,6 0,20 0,40 0,13 maïs et le mélange 85 . 15 1,4 0,10 0,20 0,11 maïs-soja. 80 : 20 1,4 - 0,15 Fermentation à 32 °C, 4 jours Plusieurs études ont également montré que la fermentation lac- tique améliore la disponibilité des minéraux. Par exemple, la fer- mentation lactique augmente la disponibilité du fer dans le sorgho. Cette disponibilité est doublée lorsque le sorgho est décortiqué avant la fermentation. Elle est multipliée par 6 quand la céréale a été soumise à la fois à la germination et à la fermentation. Les graines de céréales et de légumineuses, surtout celles d'a- rachide peuvent être contaminées par l'aflatoxine par suite des conditions de récolte et de stockage défectueuses. Des études récentes ont montré que le procédé traditionnel de production d'o- gui (une pâte fermentée de maïs ou de sorgho) contribue à une réduction de la teneur en aflatoxine B1 du sorgho variant entre 69 et 74 %. 183 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 184 Chap. 5 Aspects de qualité La réduction du pH à un niveau inférieur à 4,5 (ou augmentation de l'acidité) qui se produit lors de la fermentation lactique ne favo- rise pas le développement des microorganismes pathogènes dans l'aliment. En outre, la production de substances antimicrobiennes contribue également à l'inhibition des pathogènes. La consomma- tion des aliments fermentés empêcherait la colonisation des pathogènes envahisseurs, augmentant ainsi la résistance du sys- tème intestinal. 5.4.7.3 Application de la chaleur et techniques de cuisson Le traitement par la chaleur est l'une des plus importantes métho- des utilisées dans la transformation des aliments, non pas seule- ment à cause des effets désirables qu'il a sur les qualités organo- leptiques des aliments (beaucoup d'aliments sont consommés à l 'état cuit) mais aussi à cause de l'effet de conservation qu'il a sur les aliments par la destruction des enzymes, des parasites, des insectes, et de l'activité microbienne. Les principaux avantages de la transformation par la chaleur sont (sans parler du fait que les pathogènes sont détruits) : •la destruction des composants anti-nutritionnels des aliments (par exemple l'inhibiteur de la trypsine dans les légumineu- ses) ; •l'amélioration de la disponibilité de certains nutriments (par exemple la digestibilité des protéines, la gélatinisation de l'a- midon etc.) ; •le contrôle relativement simple des conditions de transforma- tion. En général, le chauffage à des températures élevées pendant des périodes plus longues entraîne une plus grande destruction des microorganismes et des enzymes. Des procédés de température élevée-temps court permettent de prolonger la durée de conserva- tion autant que les traitements à plus faibles températures et pen- dant des périodes plus longues, mais ces procédés permettent une plus grande rétention des propriétés sensorielles et nutritives des aliments. 5.4.8 Conclusion Dans la plupart des cas, les traitements technologiques des ali- ments ont des effets bénéfiques car ils permettent à une grande variété d'aliments saisonniers d'être disponibles sur le marché sous une forme attractive, de bonne qualité sanitaire, organolep- tique et nutritionnelle. Cependant, certaines modifications défa- vorables apparaissent parfois notamment lors des traitements mal contrôlés ou excessifs. Ces modifications affectent la qualité nutritionnelle des aliments. C'est ainsi que la structure primaire des protéines se trouve modifiée, entraînant une diminution de la teneur et/ou de la disponibilité biologique en acides aminés indispensables ou par la formation de substances antinutrition- 184 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 185 5.5 nelles ou éventuellement toxiques. Ces modifications peuvent être L‘analyse et la maîtrise très préjudiciables pour certaines catégories de consommateurs de la qualité tels que les enfants en bas âge, les personnes âgées et/ou les popu- lations sous-alimentées, dont l'alimentation ne repose que sur un nombre limité de produits comme le lait, les céréales ou les légu- mineuses. 5.5 L'analyse et la maîtrise de la qualité des aliments 5.5.1 Aspects de statistique Si on veut établir la qualité des aliments, il faut la mesurer. L’analyse des aliments n’est pas facile à cause de la variabilité des matières premières, à cause de la structure complexe des ali- ments et aussi à cause de l’inévitable variabilité des analyses. Supposons par exemple un résultat d’analyse selon la méthode de Kjeldahl qui donne un résultat de 3,8 % de protéines, alors que la norme préétablie = 4 %. La question est maintenant de savoir si le résultat de 3,8% est acceptable ? On ne peut pas répondre à cette question simplement. Pour l’interprétation des résultats, il est nécessaire de déterminer l’exactitude et la précision de l’analyse. L’exactitude représente la différence entre le résultat obtenu et la valeur réelle. Bien qu’on ne sache jamais la valeur réelle ( sinon ce n’est pas nécessaire d’analyser !), on est obligé d’étalonner les méthodes utilisées. L’étalonnage est nécessaire pour déterminer l’exactitude du résultat obtenu. Cette démarche relève de la responsabilité du chercheur ! La précision permet de connaître la dispersion entre les valeurs obtenues après quelques répétitions d’analyse. Il faut qu’on réalise que les résultats d’analyse ne sont jamais pareils : on a toujours une variabilité quelle que soit la méthode utilisée. Cependant la valeur actuelle de la précision dépend de la propriété de la méthode utilisée et de l’expérience du chercheur. Des méthodes statistiques sont nécessaires pour apprécier les résultats d’analyse. Pour éclaircir la différence entre l’exactitude et la précision on peut les exprimer d’une façon ima- gée comme une cible sur la figure 5.5.1. xxx x x xx x x x Figure 5.5.1 Représentation de la différence entre l’exac- a b titude et la précision. a. très précis, mais pas exact , b. exact, x x mais pas très précis, x c. ni exact, ni précis , x xxxx d. exact et précis. c d 185 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 186 Chap. 5 Aspects de qualité Dans l’exemple d’analyse de 3,8% de protéine, supposons l’écart- type s = 0,1 % (alors 3,8 ± 0,1%) obtenu avec 4 répétitions et nous voulons savoir à 95 % l’intervalle de confiance pour la moyenne de cette analyse. L’équation concernée est : s (5.5.1) x ± t ⋅ nN et la valeur t pour nN=4 est 2,78 (on peut trouver cette valeur dans les livres statistiques). Alors, on peut calculer l’intervalle de confiance à 95% comme : 0,1 (5.5.2) 3,8 ± 2,78 ⋅ = 3,8 ± 0,14 4 C’est-à-dire que la valeur préétablie (4%) n’est pas comprise dans l’intervalle, autrement dit, on peut constater que la teneur en pro- téine trouvée est trop faible. Cependant, si l’écart-type s = 0,1 %, obtenu après 2 répétitions, la valeur t = 4,30 et l’intervalle de confiance à 95% est maintenant : 0,1 (5.5.3) 3,8 ± 4,30 ⋅ = 3,8 ± 0,30 2 Dans ce cas, la teneur en protéine est encore acceptable. Cet exem- ple montre qu’on a vraiment besoin de la connaissance statistique pour être capable de juger les résultats obtenus. Cet exemple mon- tre aussi l’importance d’avoir des répétitions disponibles : on peut améliorer la précision avec des répétitions ! (Ceci n’est pas possi- ble pour l’exactitude). Fréquemment, on utilise quelques résultats expérimentaux pour calculer une valeur finale. Par exemple, pour calculer une densité, on doit mesurer le volume et la masse d’un matériel. Les erreurs de toutes les deux mesures sont propagées dans le résul- tat final. Il existe quelques règles pour calculer la propagation des erreurs. 1) Addition et soustraction Supposons, par exemple, les résultats suivants pour le séchage d'un échantillon. Le poids avant séchage (± l’écart-type) M1= 100 ± 0,5 g et après séchage M2=20 ± 0,1 g. La teneur en eau est donc M1-M2=80 g , mais quelle est la précision dans ce résultat? Les règles pour l’addition et la soustraction sont d’ajouter les varian- ces (s2) des deux analyses : (5.5.4) s2 = s2 M + s2 1 M 2 Alors dans l'exemple, l'écart-type de la teneur en eau est : s = 0,52 + 0,12 = 0,51 et le résultat final est donc 80 ± 0,51 g. L'équation (5.5.4) montre aussi qu'il faut réduire l'écart-type le plus grand! 186 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 187 5.5 2) Multiplication et division L‘analyse et la maîtrise Prenons un autre exemple, la détermination de la densité ρ d'un de la qualité liquide. La densité est calculée à partir de la masse M et du volu- me V comme suit : ρ = M1 − M2 (5.5.5) V M1 est le poids de la bouteille et M2 le poids de la bouteille + échantillon. Comment peut-on exprimer l'écart-type d'un tel cal- cul? Le coefficient de variation est défini comme : s CV = (5.5.6) x Pour la multiplication et la division on doit maintenant addition- ner les coefficients de variation CV au carré, c'est alors l'écart-type relatif (l'écart-type divisé par la valeur x). Pour l'exemple de den- sité on trouve maintenant : s s s CV M M = = M − 2 M 1 (5.5.7) M M2 − M1 et (comparer à l'équation 5.5.4) : sM = s2 M + s2 (5.5.8) 2 M 1 et s CV = V V (5.5.9) V Comme indiqué ci-dessus, on doit maintenant additionner les CV au carré : CV 2 ρ = CV 2 + 2 M CVV (5.5.10) Si on a trouvé la valeur CVD on peut finalement calculer l'écart- type sρ : sρ = ρ ⋅ CVρ (5.5.11) 5.5.2 Analyses des aliments Il existe de nombreuses méthodes pour analyser la teneur en com- posants dans les aliments, la qualité microbienne et la qualité physique. Il n'est pas possible de discuter ces méthodes ici en détail, surtout parce qu’elles évoluent dans le temps . Nous men- tionnerons seulement quelques méthodes utilisées fréquemment. Diverses méthodes sont utilisées pour déterminer la teneur en protéines dans les aliments : •la méthode de Kjeldahl qui permet de doser la ANP (l’azote 187 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 188 Chap. 5 Aspects de qualité non-protéique) ; le taux de protéines est obtenu en multi- pliant l’ANP par un facteur de conversion. 6,25 x N % = % protéines ; le facteur de conversion varie selon l’alimemt (exemple : lait : 6,38 x N %). •le dosage des acides aminés (hydrolyse avec l’acide chlorhy- drique) avec un analyseur d’acides aminés (chromatographie) ; •les méthodes biologiques. Pour les lipides plusieurs méthodes sont utilisées parmi lesquelles : •l’extraction par le Soxhlet (méthode gravimétrique), •la détermination des acides gras après saponification (géné- ralement on utilise la chromatographie en phase gazeuse). Pour les glucides plusieurs méthodes sont aussi utilisées : •dosage des sucres réducteurs (par exemple la méthode de Guillement et Jacquot ou de Luff Schoorl) •HPLC (chromatographie en phase liquide). •Méthode polarimétrique pour le dosage de l’amidon. La valeur calorique est déterminée par la chaleur de combus- tion (énergie brute) ou par le coefficient moyen d’Atwater (énergie métabolisable). Les vitamines peuvent être déterminées par HPLC ou par des méthodes chimiques et microbiologiques. Plusieurs méthodes existent pour l'analyse des sels minéraux telles que l’incinération, la SAA (spectrophotométrie à absorption atomique). Les méthodes chimiques sont aussi utilisées pour leur dosage. Parmi les diverses méthodes utilisées pour mesurer l'oxydation on peut citer : •l’absorption d’oxygène par un liquide, l’augmentation du poids du liquide, la concentration d’oxygène dans l’atmosphè- re (électrode à oxygène). •les diènes conjugués (C=C-C=C) : λ = 233 nm, •l’iodométrie : ROOH + 2 H+ → ROH + I2 + H2O •la teneur en peroxydes •l’essai à l’acide thiobarbiturique qui réagit avec l’aldéhyde malonique pour donner un pigment de λ = 532 nm. Cet essai a une bonne corrélation avec la rancidité organoleptique ; •la réaction de 2,4 – dinitrophénylhydrazine avec les composés carbonylés totaux ; •l’indice d’iode qui mesure le nombre de double liaisons. Plusieurs paramètres sont utilisés pour l’évaluation de la réac- tion de Maillard : •couleur, réflexion, absorbance, λ = 420 – 540 nm ; •lysine disponible ; •HMF (hydroxymethylfurfural, un intermédiaire dans la réac- tion de Maillard) : λ = 285 nm ; •produit d’Amadori dosé par HPLC (produit de protéines obte- nu après hydrolyse dans HCl 6N conduisant à la furosine). 188 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 189 5.5 En ce qui concerne l'analyse microbiologique on utilise encore L‘analyse et la maîtrise les méthodes traditionnelles, c’est-à-dire la croissance des micro- de la qualité organismes ; les normes pré-établies pour la plupart des aliments sont : •Flore aérobie mésophile : < 105/g •Coliformes fécaux : < 1/g •Salmonella : absence dans 25 g •Germes anaérobies sulfito-réducteurs : 10/g •Staphylococcus aureus : < 100/g La préparation de l’échantillon doit obéir à une méthodologie adé- quate : •prélèvement réalisé dans des conditions rigoureuses d’asepsie ; •analyse le plus rapidement possible (ou réfrigération/congéla- tion adéquate) ; •homogénéisation de l’échantillon (la plupart des aliments sont hétérogènes) On peut prédire les types microbiens que l’on a le plus de chance de rencontrer. Pour les micro-organismes pathogènes, on a sou- vent recourt à un enrichissement sélectif, un isolement et l’identi- fication. De nos jours on utilise de plus en plus des techniques nouvelles comme l’immunofluorescence et l’immunoenzymologie issues de la biologie moléculaire (l’hybridation ADN/ARN, le PCR qui permet une recherche très rapide et spécifique de certaines bactéries). Pour évaluer la texture et les propriétés rhéologiques, il existe aussi beaucoup de méthodes, qui sont parfois très empi- riques. Nous mentionnerons les viscosimètres à rotation et les pipettes d'Ostwald pour mesurer la viscosité. Les propriétés vis- coélastiques peuvent être mesurées par des appareils qui effec- tuent des mesures vibrationnelles ou par un pénétromètre qui pénètre dans un aliment à une certaine distance et en un certain temps. L'activité de l’eau aw peut être mesurée en mettant en équilib- re un aliment dans un dessicateur contenant des solutions avec une aw connue (cf. Tableau 5.5.1.). Après que l'équilibre est réalisé, on peut exprimer les résultats sur une courbe de sorption/désorption. Solutions aw Eau pure 1 Saccharose 80 g/100 ml 0,95 Saccharose 140 g/100 ml 0,90 Tableau 5.5.1 Chlorure de sodium 30 g/100 ml 0,90 Des solutions avec BaCl2 (saturée) 0,90 une activité de l’eau Saccharose 205 g/100 ml 0,85 connue Chlorure de sodium 51 g/100 ml 0,80 NaCl (saturée) 0,75 KI (saturée) 0,67 MgCl2 (saturée) 0,33 189 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 190 Chap. 5 Aspects de qualité 5.5.3 Le système HACCP Garder, et si possible améliorer la qualité des aliments est une tâche très importante mais aussi difficile. La qualité microbienne en particulier est très importante, parce que les maladies d’origi- ne alimentaire sont encore fréquentes . Selon toute apparence, les méthodes traditionnelles utilisées (surveillance des aliments et des opérations, inspection des usines, éducation du personnel) ne permettent pas toujours d’éviter les problèmes. La surveillance des aliments n’est pas suffisante parce qu’il est difficile et coûteux d’analyser un nombre suffisant d’échantillons ; de plus cela prend du temps pour obtenir les résultats. Il semble mieux d’avoir un système capable de prévenir les problèmes. Une telle méthode existe depuis quelques années et il semble que cette méthode donne de bons résultats. La méthode consiste à analyser les risques liés aux points critiques pour leur maîtrise (en Anglais, HACCP = Hazard Analysis of Critical Control Points), soit en d’au- tres termes l’appréciation des risques liés à la préparation et à la conservation des aliments. Le système HACCP permet notamment : •d’identifier les dangers liés à chacun des stades de la produc- tion, la transformation et la préparation ; •d’évaluer les risques correspondants ; •de déterminer les stades où l’on peut agir efficacement pour éliminer les risques ou les réduire à un niveau tolérable. Le système HACCP a pour but : •d’améliorer la sécurité des produits alimentaires et prévenir les maladies transmises par les aliments ; •de planifier les activités ; L’HACCP est applicable aussi bien dans les ménages que dans l’in- dustrie ou les restaurants. Le système HACCP constitue une approche systématique pour recenser, apprécier et supprimer les dangers. Pour cela le système HACCP permet d’inspecter et de surveiller : •les sources possibles de contamination ; •les modes de contamination ; •la probabilité pour que les micro-organismes se multiplient au cours de l’opération de transformation ou de stockage. Le système HACCP est meilleur par rapport aux autres méthodes telles que le contrôle de qualité classique portant sur le produit final. Le système HACCP est aussi moins coûteux et plus efficace que l’analyse d’échantillons et l’inspection des usines. Les dangers potentiels doivent être repérés dans les trois domaines suivants : •les matières premières utilisées ; •les méthodes de transformation et l’équipement utilisé ; •le mode d’utilisation du produit final. La figure 5.5.2 donne un résumé de la méthode HACCP. Ce n’est pas possible de discuter le système HACCP ici en détail ; nous ren- 190 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 191 5.5 voyons le lecteur à Bryan (1994). Pour expliquer la figure 5.5.2 L‘analyse et la maîtrise nous donnons un exemple : la pasteurisation du lait cru. de la qualité 1. Reconnaître les dangers et apprécier leur gravité et les risques correspondants 2. Déterminer les points critiques pour la maîtrise Figure 5.5.2 3. Déterminer des critères d’intervention Les étapes succes- sives du système HACCP 4. Surveiller les points critiques pour la maîtrise 5. Prendre des mesures correctives quand la surveillance montre que les critères n’y sont pas respectés 6. Vérifier que le système fonctionnne comme prévu Le danger à l’étape no. 1 est de reconnaître la présence, la crois- sance et la survie de micro-organismes (et ses toxines ou enzymes) pour l’aliment ou la matière première ou ingrédient concerné, la gravité mesure l’importance des conséquences possibles, et le risque estime la probabilité de survenue des dangers. Dans l’exem- ple du lait cru, les dangers sont les micro-organismes pathogènes (notamment Salmonella, Campylobacter, et Mycobacterium tuber- culosis). Le risque est très grand parce que le lait cru peut être dangereux et est le vecteur de la tuberculose. Un point critique pour la maîtrise (PCM) à l’étape no. 2 est une activité permettant d’agir sur les dangers recensés à l’étape no. 1. Cela peut être une élimination de dangers liés aux microbes, ou bien une réduction au minimum (sans une élimination totale). Dans l’exemple du lait cru, le PCM est la pasteurisation faite de manière que les pathogènes soient éliminés. Les critères d’intervention à l’étape no. 3 sont des valeurs limi- tes fixées (durée et température dans un procédé thermique, acti- vité de l’eau, pH, etc.). Les critères choisis doivent garantir la sup- pression des dangers, avec indication de seuil de tolérance. Dans l’exemple du lait cru, les critères sont une combinaison de temps- température à 15 s – 72 °C ; cette combinaison de temps – tempé- rature assure que le risque est maîtrisé. La surveillance à l’étape 4 a pour but de vérifier si les critères fixés sont respectés. Dans l’exemple du lait cela veut dire un enre- gistrement de temps et de température pendant le processus. Il 191 Nout_Ch05 21.02.2003 9:32 Uhr Seite 192 Chap. 5 Aspects de qualité faut qu’on puisse corriger à temps à l’étape no. 5 si quelque chose n’est pas correcte ; dans l’exemple du lait, on peut encore traiter le lait. La vérification à l’étape no. 6 peut être confiée aux responsa- bles ou à un organisme. Dans l’exemple du lait, la vérification est l’analyse microbiologique ou l’analyse de l’enzyme phosphatase, qui fonctionne comme un indicateur (l’absence de l’activité de phosphatase garantit que les micro-organismes pathogènes sont absents). Il faut souligner que la vérification n’est pas la même chose que la surveillance ! 192 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 193 CHAPITRE 6 TECHNOLOGIE DES PRODUITS PRODUITS D'ORIGINE VÉGÉTALE 6.1 Les céréales 6.1.1 Introduction Les céréales occupent une place de choix dans l’alimentation humaine. Les principales céréales cultivées dans le monde sont : Le blé tendre (Triticum aestivum) ; Le blé dur (Triticum durum) ; Le riz (Oryza sativa) ; Le mil (Panicum L.) et le sorgho (sorghum) ; Le maïs (Zea mays). Dans la sous région ouest-africaine, les céréales locales les plus consommées sont : le maïs, le riz, le mil et le sorgho. Les produits issus de leur transformation constituent l’un des éléments les plus importants du régime alimentaire des populations de l’Afrique Occidentale. Ces céréales et particulièrement le maïs, le mil et le sorgho y sont consommées sous forme de bouillie (koko, aklui, akluiyonu), de pâte (tô, owo, makumè, kafa, akassa), de couscous (yèkè-yèkè, ciéré), de boisson (chakpalo, tchoukoutou ou burkutu, dolo) ou de galettes qui constituent les plats coutumiers de ces régions. Toutes ces préparations traditionnelles sont à base de farine, de semoules plus ou moins grossières obtenues générale- ment après décorticage et mouture des grains. Ces produits céréaliers apportent dans la ration alimentaire l’é- nergie nécessaire et certaines protéines. Ils sont cependant défi- cients en lysine et en vitamines A, C, D. De plus, ils ont une faible teneur en calcium, en fer et en zinc. 193 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 194 Chap. 6 Technologie des produits Ce chapitre vise à faire de façon succincte le point sur la transfor- mation des céréales dans la sous-région ouest-africaine, en parti- culier le maïs, le sorgho et le mil. Mais, auparavant, afin de com- prendre les mécanismes biochimiques qui entrent en jeu lors de la transformation des céréales, il est nécessaire de connaître les prin- cipales caractéristiques des grains. 6.1.2 Caractéristiques des grains de céréales Il s’agit essentiellement de leur structure et de leur composition. 6.1.2.1 Structure des grains Le grain comprend 4 parties (cf. figures 6.1.1 et 6.1.2). De l’exté- rieur vers l’intérieur, on distingue : péricarpe son tégument Figure 6.1.1 Structure du grain endosperme rugueux de maïs endosperme mou germe coiffe péricarpe tégument Figure 6.1.2 Structure du grain couche à aleurone de sorgho endosperme externe germe endosperme corné endosperme farineux endosperme corné endosperme farineux Le péricarpe constituant la couche protectrice du grain. Il est riche en sels minéraux et en protéines. Les technologies de transformation entraînent l’élimination de la quasi totalité du péricarpe et par voie de conséquence des pertes non négligeables d’éléments nutritifs contenus dans les débris de sons. Le tégument encore appelé testa chez le sorgho. Il est riche en composés polyphénoliques (tannins) anti-nutritionnels. Il joue un rôle important dans la défense contre les insectes. L’endosperme qui se distingue par ses longues cellules rectangu- laires qui forment un ensemble compact et qui contiennent des 194 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 195 6.1 granules d’amidon et des corps protéiques imbriqués dans la Les céréales matrice protéique. L’endosperme renferme : La couche à aleurone : c’est la couche la plus riche en éléments protéiques, vitamines et autres. Dans la transformation des grains de céréales incluant un décorticage, cette couche est aussi enlevée. L’albumen farineux : il est riche en réserves amylacées et quelques vitamines. C’est une source importante d’énergie pour l’alimentation humaine et animale. L’embryon ou le germe : c’est la partie la plus riche du grain. C’est là que se concentrent tous les éléments de la plante en miniature. 6.1.2.2 Composition des grains de céréales Les grains de céréales contiennent : Eau : 10 à 15 % ; Glucides, en particulier l’amidon : 70 à 76% ; Protéines : 8 à 12 % ; Vitamines du groupe B, PP, pantothénate de calcium ; Eléments minéraux : potassium, phosphore, magnésium, cal- cium, fer, zinc ; Fibres. La composition en éléments nutritifs du maïs, du sorgho et du mil figure dans le tableau 6.1.1. Céréales composition (% base sèche) Amidon Protéines Lipides Fibres Cendres Tableau 6.1.1 Composition du Maïs 73 7,4 -12,3 3,7 - 5,8 3,2 - 3,5 1 - 2 maïs, du sorgho et Sorgho 71 10,4 3,4 2 - 3,2 2 - 2,6 du mil Mil 69 - 73 10 -11 2,5 - 5 1,5 - 2,1 2,1 6.1.3 Les opérations de transformation des céréales Les opérations de transformation des céréales sont regroupées en 2 grandes étapes qui sont : la première transformation et la deuxième transformation. 6.1.3.1 La première transformation Elle est précédée d’un certain nombre d’opérations préliminaires. Les opérations préliminaires Il s’agit généralement du nettoyage et du triage. Le nettoyage : Il a pour but d’éliminer les corps étrangers (gra- viers, débris végétaux…) mélangés aux bons grains. Les princi- paux matériels de nettoyage des grains de céréales sont les tara- res et les nettoyeurs/séparateurs. Ces machines sont constituées 195 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 196 Chap. 6 Technologie des produits de grilles superposées animées d’un mouvement alternatif de translation (secousses) et traversées par un courant d’air. Le triage : c’est une opération qui permet de calibrer les grains selon leurs dimensions (longueur, largeur, épaisseur), leur densi- té, leur forme, leur couleur, leur état de surface etc. Il est réalisé avec des appareils appelés trieurs ou calibreurs. La première transformation proprement dite Cette transformation dont le point de départ est le grain entier comprend les opérations de décorticage et de mouture. Le décorticage : Il consiste à enlever le péricarpe du grain, riche en fibres indigestes. Selon la structure du grain et la force du décorticage, tout ou une partie du germe peut être éliminé. Le décorticage du sorgho et du mil Le décorticage traditionnel du sorgho se fait par pilage du grain préalablement nettoyé et éventuellement modifié (5% d’eau) pour rendre plus souples les téguments et faciliter le dépelliculage. Ce décorticage peut être schématisé comme montré par la figure 6.1.3. Grains en vrac Nettoyage Figure 6.1.3 Grains propres Le décorticage tradi- tionel du sorgho Décorticage Décorticage par voie sèche par voie humide Séparation par vannage Sons et brisures 20 à 30 % Grains décortiqués 70 à 80 % Le décorticage du mil et du sorgho par la technologie intermédiai- re est peu répandu en Afrique de l’ouest. Le retard pris dans la mécanisation du décorticage de ces deux céréales s’explique par les problèmes de mise au point et par le fait que la mouture, plus pénible pour les femmes, a été mécanisée en priorité. 196 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 197 6.1 Les difficultés posées par le décorticage mécanique du mil et du Les céréales sorgho sont : •Hétérogénéité de la taille des grains ; •Présence de hile et de téguments colorés qui nuisent à l’ac- ceptabilité des produits finis ; •Friabilité des enveloppes qui facilite leur pulvérisation et complique par la suite leur élimination ; •Présence de testa difficile à éliminer et riche en polyphénols préjudiciables à la qualité des produits finis. •Elimination du péricarpe entraînant une perte de 20 à 25% en poids ; Il existe deux procédés de décorticage mécanique : •La voie humide qui consiste à ajouter 0,5 kg d’eau pour 10 kg de grains, amenant l’humidité à environ 15 %. Cette opéra- tion réduit la pénibilité du décorticage mais les grains décor- tiqués se conservent mal et sont généralement moulus immé- diatement en vue d’une consommation rapide. •La voie sèche qui consiste à faire frotter le grain sur des sur- faces abrasives montées sur un rotor. Le décorticage industriel du mil et du sorgho devrait éliminer par abrasion ou par attrition la totalité du péricarpe y compris la testa souvent fortement colorée par les anthocyanes. Mais, il ne devrait pas éliminer la couche à aleurone située immédiatement sous la testa à la périphérie de l’albumen. Une technique consiste à humidifier rapidement le grain pour décoller légèrement le péricarpe au niveau de l’endosperme, puis à le passer dans un moulin à cylindres cannelés. Les sons sont sépa- rés des semoules et des farines. Mais les enveloppes du sorgho se séparent difficilement de l’amande contrairement au blé. Le décorticage du maïs Le décorticage traditionnel du maïs a pour but d’enlever le péri- carpe mais surtout le germe qui, du fait de sa richesse en lipides risque d’altérer les qualités organoleptiques des produits finaux (farine, bière). Le décorticage traditionnel du maïs comprend trois étapes : •Le mouillage du grain par trempage rapide ou aspersion d’eau dans le mortier ou la meule. La teneur en eau est ame- née à 25 – 30 % ; •Le décorticage au mortier ou à la meule avec élimination du germe ; •Le vannage pour éliminer le son. Le décorticage/dégermage mécanique du maïs est effectué artisa- nalement avec des machines utilisées pour le blanchiment du riz (Figure 6.1.4). Les pertes au décorticage sont élevées du fait des brisures. Le décortiqueur PRL (Figure 6.1.5) à disques résinoïdes effectue un dégermage partiel du produit. Il n’est donc pas tou- jours recommandé pour l’équipement des mini-maïzeries qui doi- 197 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 198 Chap. 6 Technologie des produits vent respecter certaines normes de qualité pour écouler leurs pro- duits sur le marché (grits devant contenir moins de 0,5% de lipides). Figure 6.1.4 Machine à blanchir à friction 1: Trémis d'alimentation; 2: Volet de réglage de l'alimen- tation; 3: Volant à main de réglage de l'alimentation; 4: Vis d'alimentation; 5: Cylindre à came en fonte dure; 6: Ouvertures d'air de l'arbre creux; 7: Tamis métallique hexagonal; 8: Cage hexagonale du tamis; 9: Lévier de contre-poids; 10: Contre-poids; 11: Evacuation du riz; 12: Arbre creux; 13: Poulie d'entraînement; 14: Courroie d'entraînement; 15: Ventilateur; 16: Moteur du ventilateur; 17: Socle; 18: Paliers; 19: Fentes de circulation d'air du cylindre; 20: Evacuation des issues. En Amérique latine et particulièrement au Mexique et en Amérique centrale, un décorticage du maïs par voie chimique est couramment pratiqué : il s’agit de la « nixtamalisation ». Les grains de maïs sont cuits quelques heures dans une solution alca- line (eau saturée en chaux). Au cours de cette scission alcaline, une fraction importante des composés pariétaux, du péricarpe est solubilisée. Le péricarpe devient alors fragile et délitescent. Il est ainsi facilement éliminé par simple frottement des grains les uns sur les autres au cours de l’étape du rinçage ; On obtient ainsi le nixtamal, qui est un grain précuit complètement décortiqué mais non dégermé. Les pertes au décorticage sont faibles : 8 – 17 %. Au point de vue nutritionnel, le procédé de nixtamalisation est doublement positif puisqu’il permet en outre de transformer la niacine sous sa forme assimilable. 198 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 199 6.1 Les céréales Figure 6.1.5 Décortiqueur PRL Le décorticage industriel du maïs : comme pour les deux premiè- res technologies, le germe doit être éliminé dans la transformation industrielle si l’on veut éviter un rancissement rapide de la farine. On distingue 2 types de décorticage industriel : •la voie humide où le maïs est porté à 15 –16% d’humidité avant dégermage. Le taux de matières grasses final est infé- rieur à 1%. •La voie sèche où aucun traitement préalable n’est requis et le maïs est dégermé à 12 –14% d’humidité. Le dégermage industriel ne pose pas de problèmes d’ordre techno- logique. La mouture et le broyage : Les opérations de mouture et broyage conduisent à la préparation des semoules ou de farines avec ou sans issues (enveloppes et sons). C’est sous cette forme que les céréales sont converties pour servir de base aux plats traditionnels ou nouveaux. Lorsque l’on réalise une semoule grossière, on parle généralement de broya- ge alors que pour la fabrication de farine fine, on parlera de mouture. 199 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 200 Chap. 6 Technologie des produits La technologie traditionnelle de mouture des céréales la plus répandue, reste le pilonnage au mortier ou à l’aide de meules dor- mantes. Les grains décortiqués sont trempés 1 à 24 heures. Le grain a alors une humidité comprise entre 22 et 26%. Il s’ensuit une homogénéisation et humidification à l’intérieur du grain. Les femmes impriment au pilon, non seulement un mouvement verti- cal, mais aussi un mouvement transversal obtenu par percussion des parois latérales du mortier. Le pilonnage est interrompu par plusieurs tamisages. Technologie intermédiaire : en milieu rural comme en milieu urbain, on assiste au développement de la mécanisation de la mouture grâce à l’introduction de petits moulins motorisés et poly- valents (sorgho, mil, maïs). Ces moulins peuvent être classés en deux catégories : •Les moulins à meules ou à disques qui sont les plus indiqués pour les moutures par voie humide. Ils sont toutefois polyva- lents et peuvent moudre indifféremment les produits secs et humides. Pour cette raison, les moulins à meules sont les plus répandus en Afrique de l’Ouest. ; •Les moulins à marteaux qui théoriquement, ne peuvent écra- ser que du grain sec. Sinon, on observe un colmatage de la grille de sortie. Une augmentation de 1% du taux d’humidité des grains entraîne une diminution du débit de 10%. Technologie industrielle : toutes les opérations pour obtenir la fari- ne sont mécanisées. On peut considérer qu’une minoterie est de type industriel lorsque sa capacité de traitement dépasse 30 ton- nes par jour. Les produits marchands issus de la première transformation Il existe toute une gamme de produits de première transformation selon les technologies employées. En Afrique occidentale, on dis- tingue 2 principaux types de produits de première transformation : les produits issus d’une mouture sèche ou semi-humide et qui sont peu ou pas fermentés (les grains décortiqués, les farines et les semoules) et les pâtes fermentées (principalement le mawè et l’o- gui) qui sont obtenues par mouture humide du grain entier ou décortiqué. Les produits artisanaux : ce sont les grains décortiqués, les semoules, le couscous et les farines infantiles. •Les grains décortiqués qui sont surtout commercialisés à Bamako (Mali) et à Abidjan (Côte d’Ivoire). Les grains sont décortiqués à l’aide d’un décortiqueur Engelberg. •Les semoules : à Abidjan, les détaillants commercialisent de grosses semoules obtenues par simple concassage des grains de maïs décortiqués au moulin. Au Mali, il s’agit d’une pro- duction complexe effectuée par des femmes à Bamako. Les grains sont décortiqués à l’aide d’un décortiqueur Engelberg, vannés puis broyés au moulin. Le produit subit deux tamisa- 200 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 201 6.1 ges successifs. La farine est écartée tandis que les fines et Les céréales grosses semoules sont lavées, séchées et vendues. •Le couscous : le yèkè-yèkè est un couscous obtenu après cuis- son à la vapeur du mawè non fermenté et roulé. C’est un pro- duit typique du Bénin et du Togo. •Les farines : ce sont des farines séchées de maïs blanc et de sorgho. Elles sont obtenues par : Décorticage à l’aide d’un appareil Engelberg ; Trempage du grain décortiqué ; Broyage au moulin à disques ; Séchage de la farine avant la vente. •Les farines de sevrage : Les aliments de sevrage trouvent leur place dans l’alimentation du nourrisson entre le lait maternel exclusif et une nourriture de type adulte. Pour répondre aux besoins de l’enfant, un aliment de sevrage doit être : -Une bouillie ou une purée : l’aliment doit être facile à man- ger pour que l’enfant ne le refuse pas ; - Un aliment très nourrissant : beaucoup de mères pensent que plus un aliment est épais, plus il est nourrissant pour le bébé. C’est une erreur. La qualité de l’aliment ne dépend pas de sa consistance, mais de sa teneur en énergie; - Un aliment équilibré : Pour que sa croissance soit harmo- nieuse, l’enfant a besoin de plusieurs nutriments : des ali- ments énergétiques (sucres ou glucides, matières grasses ou lipides), des aliments constructeurs (protéines), des aliments protecteurs (vitamines et sels minéraux). L’aliment de sevra- ge doit contenir dans de bonnes proportions tous ces éléments ; En pratique, il est composé de céréales que l’on enrichit avec des protéines animales (lait) ou végétales (légumineuses), des matières grasses et des fruits frais. - Un aliment digeste : l’alimentation adulte ne convient pas à l’enfant dont le tube digestif n’est pas encore capable de tout digérer et absorber. L’aliment de sevrage subit donc une pré- paration spéciale qui le rend plus facile à assimiler (prédi- gestion). Le grillage permet de détruire les facteurs antitryp- siques qui empêchent les enzymes de décomposer les protéi- nes des aliments. Le grillage permet également une précuis- son et la dégradation partielle de l’amidon. La mouture per- met d’éliminer les morceaux et d’obtenir une farine très fine. Le tamisage permet de retirer certaines fibres non digestes. La cuisson rend les molécules constitutives de l’amidon sen- sibles aux enzymes digestives. - Un aliment sain : on utilise pour préparer les farines, des produits sains, et l’on élimine notamment tous les produits toxiques (moisissures pouvant sécréter des mycotoxines, matières premières traitées contre les insectes et qui contien- nent encore des pesticides etc.). 201 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 202 Chap. 6 Technologie des produits Dans plusieurs pays africains, des farines infantiles présentant toutes les caractéristiques citées ci-dessus ont été élaborées. On peut citer : La farine Misola au Burkina Faso : elle est composée de petit mil (60%), de soja (20%), d’arachide (10%) de sucre (9%) et de sel (1%) ; La farine vitafort au Congo : elle est composée de farine de manioc (43,4%), de farine de maïs (30%) de farine de soja (18,6%) de sucre (8%) et de 32 mg de BAN 800 MG pour 100 g de matière brute. Le BAN 800 MG est une enzyme mise au point par les cher- cheurs de l’IRD (ex ORSTOM) au Congo, qui permet d’agir sur l’a- midon en limitant son gonflement au moment de la préparation de la bouillie et de réduire sa viscosité ; Les farines de OUANDO au Bénin à base de riz, de maïs et de lait (Rimalait) ou de céréales et de soja avec enrichissement en vitamines (Cereso). Les produits industriels et semi-industriels : on distingue les fari- nes, les semoules, les pâtes fermentées et l’amidon. •Les semoules et les farines : au Sénégal et au Mali sont instal- lées des mini-minoteries villageoises qui sont équipées de décortiqueurs à disques abrasifs et de broyeurs à meules ou à marteaux. Ces unités sont destinées à produire des semoules et farines de maïs vendues sur le marché local et urbain. Si les semoules se vendent bien, on observe en revanche un pro- blème de qualité de la farine. Celle-ci n’est pas adaptée à la fabrication du tô. Il existe par ailleurs une unité semi-industrielle pour la pro- duction de grits par mouture semi-humide sur cylindres. Les consommateurs reprochent à ces produits un manque de purification, la présence de sons (arrière goût désagréable) et de lipides (mauvaise conservation). •Les pâtes fermentées : dans les pays du Golfe du Bénin et à Cotonou en particulier, près de 50 % du maïs est broyé sous forme humide afin de donner des pâtes fermentées appelées mawè et ogui. Ces pâtes sont utilisées pour la confection de nombreux plats. Le mawè destiné à la vente est obtenu après une étape de broyage et une étape de mouture fine, séparées par un tami- sage et un lavage des produits. Il s’agit d’un produit raffiné (pauvre en lipides, fibres et cendres), humide (46 à 48% d’eau), et qui a subi une fermentation de type lactique. •L’amidon : l’extraction de l’amidon est l’un des principaux débouchés du maïs dans les pays développés. L’amidon est extrait de l’albumen après broyage du grain en milieu humide. Pour faciliter l’extraction et la séparation des différents constituants, le grain est mis à tremper pendant plusieurs heures à 50 °C environ dans une solution aqueuse enrichie en SO2 et en acide lactique. Le germe et le péricarpe 202 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 203 6.1 deviennent élastiques tandis que l’albumen devient friable. Les céréales L’attaque chimique par le SO2 et l’acide lactique facilite par ailleurs la libération de l’amidon. Le grain est ensuite soumis à une succession de broyage et de tamisage. L’amidon est extrait, purifié par centrifugation puis séché. 6.1.3.2 La seconde transformation La seconde transformation met en œuvre des farines et des semou- les pour fabriquer des aliments prêts à consommer ou des produits de cuisson et de préparation rapides. Les opérations de seconde transformation La cuisson : pour les céréales, elle se traduit d’abord par des modi- fications (importantes et favorables) de leurs qualités organolep- tiques (saveur, couleur…). Les réactions chimiques qui se produi- sent au cours de leur cuisson sont nombreuses et complexes. Il apparaît souvent des composés aromatiques et la texture de cer- tains composants comme les protéines, l'amidon ou encore les fi- bres est profondément modifiée. Le maltage : Il consiste à faire germer le grain jusqu’à l’appari- tion d'une pousse. En général le grain est trempé pendant 16 à 24 h, ce qui lui permet d'absorber suffisamment d'humidité pour ger- mer et pour que les pousses apparaissent. Au cours du processus de germination, le grain produit l'amyla- se, une enzyme qui convertit l'amidon insoluble en sucres solubles. Cela a pour effet d'alléger la pâte produite en chauffant une bouillie d'amidon dans l'eau, ce qui a son tour permet une plus grande densité calorifique dans une pâte d'une viscosité donnée. Ainsi, on peut utiliser jusqu'à 3 fois plus de farine quand on utili- se du grain germé. L'énergie que les jeunes enfants peuvent consommer est souvent limitée par le volume qu'ils peuvent absorber. Mais en utilisant le grain germé, on peut rendre les ali- ments mieux adaptés à certaines catégories de jeunes enfants. La farine à base de grain malté est donc utilisée très largement dans la production d'aliments pour enfants. Mais lorsque ces aliments sont préparés à partir du sorgho, il faut faire très attention au taux de l’HCN, car les enfants y sont vulnérables. En effet, les radicelles et les pousses du sorgho germé contiennent de très grandes quantités de glucosides cyanogènes qui, à l'hydrolyse, produisent une toxine puissante, l’HCN connue sous différents noms : acide prussique, cyanure. La fermentation alcoolique : bien que les boissons ne soient pas des aliments majeurs, elles constituent dans plusieurs pays une source d'énergie non négligeable. Les porridges fermentés fluides sont généralement préparés et utilisés comme boisson. On les considère comme des aliments et ils apportent d'importants éléments nutritifs. La bière est une source de vitamine, de matière grasse et de sels 203 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 204 Chap. 6 Technologie des produits minéraux (Fe, Mg, Mn, P et Ca). Elle contient 26,7 g de glucides et 5 g de protéines par litre. Les produits marchands issus de la deuxième transformation Les produits traditionnels artisanaux : en Afrique de l’Ouest, les produits les plus consommés sont les bouillies et les pâtes cuites, fermentées ou non. On peut toutefois classer les pays d’Afrique de l’Ouest en deux catégories : les pays sahéliens où le mil et le sor- gho sont transformés en tô ou en boissons et les pays du Golfe du Bénin, où les utilisations du maïs sont très développées et très variées. On a ainsi dénombré une quarantaine de recettes à base de maïs au Bénin. On distingue les produits de base (akassa, aklui…), des produits de grignotage (beignets…) et des boissons alcoolisées ou non (chakpalo, sodabi, akpan …). •Les pâtes : on peut trouver les pâtes à base de céréales sui- vantes : Le tô : C’est une pâte cuite à l’eau à partir de la farine de sor- gho ou de mil. Cette pâte est surtout consommée dans les zones sahéliennes ; L’ owo : c’est une pâte cuite à l’eau à partir de la farine entiè- re non fermentée de maïs. L’akassa : Il s’agit d’une pâte préparée à partir du mawè ou du ogui (pâtes fermentées de farines de maïs). Dans le cas du maïs, du sorgho et du mil, selon la granulo- métrie de la farine, pour une même variété de céréale, le tô, owo, etc... peut être de très bonne ou de très mauvaise quali- té. Les farines très fines <150 mm donnent un bon tô, contrairement à la farine grossière. Les farines ayant un taux d'amidon endommagé élevé au cours de la mouture donnent un tô ferme par rapport aux fari- nes contenant des particules grossières et un faible taux d'a- midon endommagé. •Les pains et les galettes : on peut citer : L’ablo : C’est un pain préparé à partir du mawè. Ce dernier est soumis à une fermentation de type panaire (avec ajout de levure) avant d’être cuit à la vapeur sous forme de boulettes enveloppées d’emballages végétaux ou plastiques. L’ablo cuit présente une structure alvéolaire régulière et est consommé comme les autres pâtes. Les difficultés de réalisation d’ablo font que les productrices ont tendance à substituer la farine de riz au mawè ; Le klaklu : C’est un beignet obtenu après friture d’une pâte faite de grains de maïs torréfiés, broyés et assaisonnés de divers condiments. Il est produit au Bénin ; Le wainna : Il s’agit d’un beignet consommé au Cameroun et obtenu après friture d’une pâte faite de farine de maïs, de manioc et d’écorce, de sel, et de sucre. 204 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 205 6.1 •Les bouillies : l’aklui au Bénin, le moni au Mali ou l’arraw Les céréales au Sénégal sont des bouillies parsemées de granules. L’aklui par exemple est fabriqué à partir du mawè par granulation de ce dernier puis cuisson dans l’eau bouillante. •Les boissons : il existe plusieurs boissons à base de céréales en Afrique de l’Ouest. Nous pouvons citer : Le dolo qui est une boisson fermentée à base de sorgho ou de mil ; Le chakpalo : bière légèrement sucrée, de couleur brune dont la préparation s’effectue en plusieurs étapes : maltage du maïs (trempage, germination et séchage pendant 6 ou 7 jours), concassage, brassage (humectage, pétrissage, délaya- ge dans l’eau de cuisson de la farine), filtration du mélange et fermentation du filtrat ; Le tchoukoutou : autre forme de bière préparée à partir du sorgho ou du mil ; Le sodabi : eau de vie originellement obtenue par distillation du vin de palme fermenté. Du fait de la chute de la production de ce vin, d’autres types de moûts comme celui à base de maïs sont actuellement utilisés pour la préparation du sodabi. Les produits industriels ou semi-industriels •Le pain et les pâtes alimentaires : en Afrique, la substitution partielle du blé pour la fabrication de pain et de pâtes ali- mentaires a été la principale voie de recherche étudiée pour la valorisation des céréales locales. Cette voie nécessite l’uti- lisation de farine de céréales locales, produite par mouture sèche en éliminant les matières grasses du germe et les fibres du péricarpe, et ayant par ailleurs une granulométrie infé- rieure à 180 micromètres. Pour la panification, le taux de substitution à la farine de blé peut alors atteindre 15 à 20%, avec parfois quelques modifi- cations du procédé de panification comme l’ajout d’additifs variés (monoglycérides, farine de soja, matières grasses soli- des, etc.) ou un pétrissage séparé et/ou intensifié. Pour la pastification, le taux de substitution peut atteindre 50 %, moyennant une adaptation du procédé de pastification. Cependant, à l’heure actuelle, ces deux filières ne sont plus utilisées pour la valorisation des céréales locales, du fait, en particulier, d’un rejet des produits par les consommateurs. •La brasserie : Le marché de la brasserie représente 5 % du marché du maïs en Côte d’Ivoire et près de 10 % au Cameroun. Les brasseries industrielles, présentes dans la plupart des pays d’Afrique de l’Ouest, utilisent en partie du maïs (environ 30 %) sous forme de grits, dont elles exigent une teneur en lipides inférieure à 1 %, nécessitant ainsi un dégermage poussé du grain de maïs. Au vu de cette qualité recherchée, 205 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 206 Chap. 6 Technologie des produits elles ne peuvent s’approvisionner qu’auprès des maïseries industrielles locales ou sur le marché international. Il faut toutefois noter qu’il est parfaitement possible de produire une bière de qualité (et qui se conserve six semaines sans dégra- dation notable) avec des semoules de maïs entier contenant plus de 4 % de lipides, si cette matière première est utilisée rapidement après sa fabrication, afin d’éviter la formation d’acides gras qui modifieraient le goût de la bière. On préco- nise ainsi des unités industrielles intégrées produisant les semoules de maïs au fur et à mesure de leur utilisation en brasserie. A la suite de la prohibition du malt d’orge en 1988, l’industrie de la brasserie du Nigeria a utilisé du sorgho et du maïs comme matière première pour la production de la bière blon- de. Les variétés de sorgho utilisées par les brasseurs nigé- rians sont le SK 5912 et farafara. Contrairement au malt d’orge, le malt de sorgho a de faibles teneurs en β-amylases et d’autres enzymes nécessaires. Cependant les résultats obtenus de façon empirique par incorporation d’enzymes exo- gènes sont encourageants. •Les farines infantiles, les biscuits et le couscous : ces utilisa- tions industrielles du maïs, sont peu ou pas pratiquées, sauf au Nigeria, où il existe plusieurs types de bouillies infantiles produites industriellement. La fabrication industrielle de biscuits à base de maïs et de couscous de maïs ne présente pas de difficultés techniques majeures. 6.2 La rizerie 6.2.1 Introduction Le produit obtenu par le riziculteur n’est pas directement utilisa- ble pour la consommation humaine; le grain est revêtu de ses enveloppes (ou balles) serties l’une contre l’autre, constituant le paddy. Le grain de riz doit être extrait par décorticage des balles qui l’enveloppent hermétiquement et que le battage n’a pu sépa- rer; par cette opération on obtient du riz décortiqué et un sous-pro- duit, les balles. En outre, un certain pourcentage des grains de paddy est brisé et des particules légères sont détachées lors du décorticage ; les petites brisures et les particules très fines de bal- les et de grains constituent le son (auquel sont mélangés en grand nombre des germes détachés lors du décorticage). Commerciale- ment, le riz décortiqué, tel qu’il sort du décortiqueur est appelé riz cargo. Le riz cargo renferme toujours une petite quantité de paddy qui a échappé au décorticage. Après décorticage, le riz décortiqué est soumis au blanchiment, qui a pour but d’enlever de la surface du grain de riz décortiqué, de l’extérieur vers l’intérieur, les diffé- rentes couches du péricarpe et la couche à aleurone. On obtient 206 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 207 6.2 ainsi le riz blanc et un sous-produit pulvérulent, les issues. Au La rizerie cours des opérations de blanchiment, des grains se fragmentent en proportion plus ou moins élevée, produisant des brisures de divers calibres. Enfin, le riz blanchi peut subir un polissage ou même un glaçage, opérations ultérieures destinées à améliorer la présenta- tion du riz. 6.2.2 Nettoyage du paddy Le nettoyage se fait à l’aide de tarares, c’est-à-dire des appareils à cribles plans et à secousses. Ils sont placés à l’entrée des silos de stockage ou en tête des opérations d’usinage, avant les décorti- queurs ou les classeurs à paddy. Les tarares sont à 2 ou 3 cribles ; ils possèdent une soufflerie créant un courant d’air agissant sur le paddy à son entrée sur le tarare et à sa sortie après son nettoyage par les cribles. Le ou les deux cribles supérieurs retiennent les impuretés de grandes dimensions; le paddy propre est retenu par le crible inférieur au travers duquel passent les petites impuretés. 6.2.3 Diagramme d’usinage La figure 6.2.1 présente un diagramme de transformation mon- Figure 6.2.1 trant les étapes majeures et les produits intermédiaires. Schéma d’une rizerie paddy NETTOYEUR impuretés paddy nettoyé DECORTIQUEUR mélange (riz cargo, paddy, son, brisures, balles) PLANSCHISTER paddy son, brisures, balles paddy + riz cargo TABLE DENSIMETRIQUE riz cargo riz blanchi CONES A BLANCHIR issues POLISSEUR PLANSCHISTER riz poli + brisures brisures riz entier TRIEURS & GLACAGE CALIBREURS HUILAGE RIZ ENTIER catégorie de BRISURES calibrées 207 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 208 Chap. 6 Technologie des produits 6.2.4 Décorticage L’appareil le plus répandu est le décortiqueur à meules ; il est essentiellement composé d’une meule fixe supérieure (meule gisante) sous laquelle tourne dans un plan horizontal une meule inférieure (meule courante). Chaque meule est constituée d’un disque en fonte, les deux faces se faisant vis-à-vis étant recouver- tes d’une substance abrasive appliquée en couches bien uniformes. Le paddy est introduit par une lumière ménagée au centre de la meule supérieure et se répand entre les deux meules. Par friction et pression sur les deux extrémités des grains, ceux-ci sont débar- rassés de leurs balles. Le mélange riz décortiqué, balles, sons et brisures est évacué par une goulotte débouchant latéralement de la partie inférieure du carter du décortiqueur. Brisures (%) du Brisures (%) du paddy Tableau 6.2.1 cargo effectivement usiné Taux normaux de brisures des Grains de format rond 5,5 - 11,4 4,14 - 8,05 appareils à meules Grains demi-longs 12,3 8,7 Grains très longs 15 11,1 On juge de l’efficacité du décorticage par son rendement en riz cargo (grains entiers ou de dimensions supérieures à trois quarts de grain + brisures). La meule ne permet que rarement, et dans les meilleures conditions, d’obtenir un rendement en cargo supérieur à 75 % (du paddy), dont au minimum 4 % de brisures (Tableau 6.2.1). Le réglage, l’entretien et le rhabillage des meules (avec le mélange abrasif) sont délicats et demandent l’intervention de spé- cialistes. Le rendement maximum en riz cargo et le taux mini- mum de brisures ne peuvent de toute façon être obtenus que si les lots de paddy à décortiquer sont homogènes, exactement d’un même format et de même longueur. Aucun réglage ne peut com- penser l’hétérogénéité des lots de paddy à usiner. 1. Alimentation 7 2. Evacuation des produits les plus gros 3. Produits moyens 1 4. Produits fins Fgure 6.2.2 5. Cribles superposés Planschister 6. Excentrique 6 7. Joncs flexibles 5 2 3 4 208 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 209 6.2 6.2.5 Planschister La rizerie Les planchisters sont constitués par des cribles horizontaux super- posés qui sont suspendus à des joncs flexibles, l’ensemble étant animé d’un mouvement circulaire horizontal par un excentrique mu par un axe rotatif vertical (Figure 6.2.2). 6.2.6 Table densimétrique Le séparateur à paddy ou table densimétrique (Figure 6.2.3) se compose essentiellement d’un plan métallique incliné, de forme rectangulaire, et animé de mouvements alternatifs longitudinaux. Sur ce plan se trouvent des chicanes de tôle dont l’arête médiane est dirigée vers la partie supérieure. Le mélange riz décortiqué + paddy est envoyé au milieu du plan ; le riz décortiqué, plus dense, descend le plan au travers des chicanes. Par contre, le paddy, plus léger et plus élastique, rebondit sur les chicanes et remonte la pente du plan pour sortir par le haut. HAUT mouvement Figure 6.2.3 Table densimétrique Paddy vue d’en haut Chicanes riz décortiqué BAS 6.2.7 Blanchiment par cônes à blanchir Ce type d’appareil (Figure 6.2.4) se compose essentiellement d’un tronc de cône métallique revêtu d’une couche abrasive ; ce tronc tourne à l’intérieur d’une enceinte de même forme que le tronc de cône, mais légèrement plus grande. Cette enceinte est constituée d’une toile métallique ou de tôle perforée. Le riz décortiqué est 1 1. Alimentation 3 2. Tronc de cône métallique Figure 6.2.4 3. Surface abrasive Cône à blanchir 4. Enceinte conique perforée 4 5. Frein de caoutchouc 2 5 6. Evacuation des issues 7. Evacuation du riz blanchi 6 7 209 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 210 Chap. 6 Technologie des produits introduit par la partie supérieure entre le tronc de cône et l’en- ceinte. Le riz se dispose dès lors en anneaux plus ou moins larges et tourne avec le tronc de cône. Le blanchiment résulte du frotte- ment des grains les uns contre les autres et du frottement contre la surface abrasive, mais afin d’éviter que les grains ne soient entraînés dans un mouvement de rotation sans fin, des freins en caoutchouc sont fixés sur les bords latéraux de l’enceinte et sortent de l’enceinte en direction de la surface abrasive du tronc de cône. La distance entre le frein et la surface abrasive doit être telle que la masse des grains soit freinée tout en permettant à ceux-ci de passer. Le blanchiment optimum, aboutissant à une blancheur optimale du grain, est obtenu par élimination, aussi modérée que possible, des issues (farines basses de blanchiment) et par l’obten- tion du taux le plus élevé possible de grains entiers (ou le taux le plus faible possible de brisures), tout en maintenant un débit horaire normal. Le blanchiment complet est obtenu dès que l’al- bumen est mis à nu, donc après l’élimination des téguments et de la couche à aleurone du caryopse. Le taux d’extraction total doit être compris entre 5,5 % et 9 % pour obtenir un blanchiment satisfaisant (6 à 8 % en moyenne), et 9 à 9,5 % pour un blanchiment absolument complet; mais seule- ment 3 à 4 % pour un semi-blanchiment. 6.2.8 Polissage, glaçage, huilage Le riz simplement blanchi a un aspect mat ; il reste légèrement saupoudré de farine. On peut simplement le brosser avec des brosses en tampico ou en feutre, permettant d’obtenir le riz “fleur". Industriellement, on le polit dans un cône polisseur semblable au cône à blanchir, mais dont la toupie tronconique est garnie de peau de mouton ou de flanelle et dont l’enceinte perforée est en toile métallique constituée de fils ronds et non carrés. Le glaçage consiste en un enrobage des grains avec une suspen- sion de talc dans une solution de glucose. Ce glaçage n’est prati- quement réalisé que pour le riz de luxe. Dans certains pays, en Italie notamment, le riz poli subit un très léger enrobage d’huile. 6.2.9 Étuvage Au cours du blanchiment, l’élimination des couches périphériques du caryopse entraîne la disparition plus ou moins complète de nombreux éléments nutritifs (lipides), d’éléments minéraux (cal- cium et surtout magnésium, potassium, phosphore et fer), et de diverses vitamines. On a dû chercher une technique permettant de conserver, malgré le blanchiment, la teneur initiale ou tout au moins des teneurs élevées en ces éléments, et ce, particulièrement pour les vitamines. Pour soustraire les vitamines à l’action du blanchiment, il suffit de les faire diffuser vers l’intérieur du grain. Cette diffusion est obtenue par l’opération dite “d’étuvage”, qui 210 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 211 6.3 consiste essentiellement en un trempage du paddy suivi d’une élé- Les racines et tubercules vation de température puis d’un séchage. Le paddy est ensuite usiné comme un paddy ordinaire. Au cours de l’usinage, et plus spécialement du blanchiment, les pertes en vitamines hydrosolu- bles sont beaucoup moins importantes avec le riz étuvé qu’avec le riz ordinaire : pratiquement pas de pertes de niacine, tandis que les teneurs en vitamines B1 sont doubles, et celles en vitamines B2 supérieures de 30 à 50 % à celles obtenues sans étuvage. Outre la diffusion des vitamines hydrosolubles du péricarpe vers l’intérieur de l’albumen, un certain nombre de phénomènes physiques et chimiques sont provoqués par le trempage et l’action de la température humide ; l’amidon tend à gélatiniser ; ainsi, la texture du grain se trouve consolidée et le grain ne se brise prati- quement plus et résiste bien aux insectes. 6.2.10 Enrichissement Si l’étuvage a pour but de permettre au riz de conserver la plus grande partie possible de ses éléments vitaminiques, l’enrichisse- ment consiste à ajouter au riz non étuvé blanchi, les éléments qui ont disparu au cours du blanchiment et même des éléments com- plémentaires. L’enrichissement consiste à mélanger intimement à du riz blanchi des grains de riz dont la teneur en éléments miné- raux et en vitamines a été particulièrement accrue ; ces grains constituent le “prémix “ que l’on mélange dans la proportion de 0,5 à 1 % au riz blanchi ordinaire. 6.3 Les racines et tubercules 6.3.1 Introduction Les tubercules (manioc, igname, patate douce, pomme de terre, taro), du fait de leur richesse en amidon, constituent une source énergétique importante dans l’alimentation humaine. Le manioc peut être considéré comme la quatrième production végétale pour sa contribution à l’alimentation de la population mondiale après le riz , le blé et le maïs. L’Afrique a produit près de 55 % de la production mondiale de manioc en 1999. Les deux plus importants pays africains consommateurs de manioc sont le Nigeria et la République Démocratique du Congo qui consomment à eux seuls le tiers du manioc utilisé en alimentation humaine dans le monde. Quant à l’igname, elle est produite de façon extensive dans trois régions du monde : l’Afrique occidentale, les Caraïbes et l’Asie du sud-est. 95 % de la production mondiale (à l’exclusion de la Chine Populaire) provient de l’Afrique Occidentale et plus particulière- ment de la zone comprise entre la Côte d’Ivoire et le Cameroun. Les plus gros producteurs d’igname dans cette zone sont : le Nigeria (78 % de la production mondiale), la Côte d’Ivoire, le Ghana, le Bénin et le Togo. 211 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 212 Chap. 6 Technologie des produits Le taro, la pomme de terre et la patate douce sont produits en plus faible quantité. Les tubercules étant des organes végétaux gorgés d’eau, leur conservation à l’état frais est difficile. Le manioc, une fois récolté, est très périssable. Si aucune pré- caution n’est prise pour sa conservation, il se détériore après 48 heures. Cette détérioration après la récolte est due à deux proces- sus distincts : les changements physiologiques qui surviennent 24 heures après la récolte et les changements microbiens qui se pro- duisent une semaine après la récolte. L’igname peut se conserver pendant plusieurs mois mais subit également des dégradations (pourrissement, attaque par les insec- tes, transpiration et germination) qui entraînent d’énormes pertes post-récolte. Il est donc nécessaire de transformer le plus rapidement possi- ble ces tubercules pour limiter les pertes. La composition chimique des 3 tubercules : manioc, igname et patate douce est montrée au tableau 6.3.1. Dans ce chapitre, on exposera de façon succincte les différents types de transformation des tubercules en général et particulière- ment de l’igname et du manioc. % du poids frais Manioc Igname Patate Douce Tableau 6.3.1 Composition chimique Eau 66 53 - 83 58 - 81 globale de quelques Amidon 28 15 - 23 17 - 43 tubercules Protéines 0,4 1,02 - 1,99 0,45 - 4,37 Mat. grasses 0,2 0,05 - 0,12 0,18 - 1,66 6.3.2 La première transformation 6.3.2.1 La cuisson L’igname, le manioc, la patate douce, la pomme de terre et le taro peuvent être consommés sous forme bouillie, frite ou grillée. Cuisson à l’eau : les tubercules sont généralement épluchés, lavés et éventuellement découpés avant d’être cuits. Mais parfois, ils peuvent être bouillis en entier sans épluchage préalable afin de conserver leur teneur en vitamines. L’igname et le manioc bouillis peuvent être consommés soit : •sous cette forme avec de l’huile et du sel ou avec un jus fait d’huile et de divers condiments (tomate, oignon, etc...). •sous forme de purée. Les tubercules bouillis sont assaisonnés d’huile et de divers condiments avant d’être réduits en purée ; •sous forme pilée. Le pilage se fait à l’aide d’un mortier et d’un pilon en bois jusqu’à ce que la structure granulaire de l’ami- don soit détruite et qu’une pâte épaisse plus ou moins élas- tique appelée «foutou » se forme. Grillage des tubercules : cette opération est réalisée en plaçant les tubercules non épluchés dans la cendre d’un feu mourant, entre des pierres préalablement chauffées. 212 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 213 6.3 La friture des tubercules : elle se fait dans n’importe quelle huile Les racines et tubercules alimentaire après les avoir épluchés, lavés et découpés en petits morceaux ou en tranches fines. Remarque : Pour le manioc, toutes les formes de cuisson citées ci-dessus sont uniquement valables pour les variétés « douces » c’est-à-dire celles qui ont une faible teneur en gluco- sides cyanogénétiques. Il existe en effet 2 types de variétés de manioc : les variétés « douces » dans lesquelles les glucosides cyanogénétiques se confi- nent à faible dose surtout au niveau de la peau, et les variétés amères dans lesquelles ces glucosides se répartissent à forte dose dans tout le tubercule. Le manioc contient principalement 2 gluco- sides cyanogénétiques : la linamarine et la lotaustraline. Ces deux glucosides sont hydrolysés pour donner l’acide cyanhydrique (HCN ou acide prussique) lorsqu’ils entrent en contact avec l’en- zyme linamarase libérée après la rupture des cellules du tubercu- le du manioc (Figure 6.3.1). Or, l’acide prussique est particulière- ment létal s’il est présent à une dose comprise entre 50 et 100 mg dans un aliment ingéré par un homme adulte. La cuisson ne permet pas à elle seule de détoxiquer le manioc « amer ». C’est pourquoi il est déconseillé d’utiliser cette variété pour la cuisson, le grillage et la friture. Par contre le séchage et la plupart des opérations de deuxième transformation contribuent à détoxiquer les variétés amères. Figure 6.3.1 La linamarine et sa décomposition enzymatique. (a) Linamarine (b) Glucose (c) Acétocyanohydrine (d) Acide prussique (acide cyanhydrique) (e) Acétone 6.3.2.2 Le séchage La transformation de l’igname en cossettes : toute variété d’igname peut être à priori utilisée pour la production de cossettes. Mais la variété qui se prête le mieux à la fabrication de cossettes est de l’espèce Dioscorea rotundata. Cette variété, connue sous le nom de « kokoro » dans les zones de production du Bénin, est en général de petite taille. Les tubercules épluchés sont trempés dans l’eau et chauffés à une température moyenne de 65 °C pendant quelques minutes. La fin de la précuisson correspond au moment où les 213 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 214 Chap. 6 Technologie des produits tubercules acquièrent une certaine flexibilité. Les tubercules sont ensuite séchés sur des aires de séchage pendant 3 à 4 jours au soleil. Le produit obtenu en fin de séchage est appelé cossettes d’i- gname. Ces cossettes sont concassées et réduites en farine par mouture. La farine de cossettes d’igname sert à préparer la pâte (amala ou télibo-wo) ou le couscous d’igname (wassa-wassa). Production de cossettes de manioc : toutes les variétés de manioc sont aptes à la transformation en cossettes. Les tubercules de manioc sont épluchés, lavés et séchés au soleil, sur des aires de séchage jusqu’à ce qu’ils atteignent un taux d’humidité d’environ 12 %. Les cossettes sèches sont réduites en une farine qui est uti- lisée pour la préparation de la pâte ou la fabrication des biscuits. 6.3.3 La deuxième transformation Nous nous limiterons à la deuxième transformation du manioc. 6.3.3.1 La fermentation du manioc Les racines de manioc sont épluchées, découpées, lavées et râpées. Un ferment à base de manioc peut y être ajouté avant le râpage. La pulpe est mise à fermenter pendant un ou plusieurs jours. Il s'agit d’une fermentation de type lactique. La pulpe fermentée est destinée à la fabrication de divers produits finis dont le gari et l’agbélima principalement produit dans les Pays du Golfe du Bénin, et l’attièkè produit en Côte d’Ivoire. Production de gari : la pulpe fermentée (pendant 1 à 4 jours) est pressée, émiettée, tamisée et cuite jusqu’à ce qu’elle atteigne un taux d’humidité d’environ 10%. Parfois, la pulpe tamisée subit une cuisson partielle, puis un séchage au soleil. Le produit obtenu après cuisson complète ou après séchage s’appelle gari. C’est une semoule de couleur blanchâtre à jaune, à grains secs et durs qui se caractérise par un goût acidulé. Il existe une technique d’incorpo- ration d’huile de palme et de farine de soja qui permet d’obtenir du gari enrichi. Production d’agbélima : la pulpe est pressée en cours de fer- mentation. La pulpe fermentée est mélangée avec de la farine de maïs fermentée et cuite sous forme de pâte. La pâte est consom- mée avec de la sauce. Production d’attièkè : (couscous de manioc). La râpure de manioc est mélangée à un ferment à base de manioc désigné loca- lement sous le nom de magnan. La fermentation dure 1 à 2 jours. La pulpe séchée est émiettée et défibrée. Elle subit ensuite une granulation (roulage), un séchage et un vannage. Les granules secs sont cuits à la vapeur. Le produit obtenu s’appelle attièkè. D’autres produits sont obtenus après rouissage du manioc. Le rouissage est une fermentation lactique spontanée effectuée prin- cipalement en Afrique Centrale. Le procédé consiste à immerger dans de l’eau des racines de manioc, entières ou prédécoupées, pendant trois à cinq jours. Pendant le rouissage, les racines sont 214 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 215 6.3 ramollies et les substances qui participent au goût du produit sont Les racines et tubercules élaborées. Les produits obtenus à partir du manioc roui sont : Le foufou : les racines de manioc rouies sont émottées ou décou- pées en cossettes puis séchées au soleil. Les produits séchés sont ensuite réduits en farine qui est utilisée pour préparer une pâte dense de texture élastique. La chikwangue : c’est une pâte vendue emballée dans des feuilles végétales au Congo. Elle est de texture élastique et encore plus dense que le foufou. C’est le produit final d’une longue et fas- tidieuse transformation par voie humide des racines rouies qui comprend plusieurs opérations : défibrage du manioc roui, lami- nage, précuisson, malaxage, modelage et cuisson terminale. 6.3.3.2 L’extraction de l’amidon de manioc Selon la méthode traditionnelle, les principales phases pour obte- nir l’amidon sont : l’épluchage, le lavage, le râpage, la filtration et le séchage. Après la récolte, les tubercules frais sont épluchés à la main, lavés et ensuite râpés en pulpe. Cette pulpe est placée dans un panier suspendu au-dessus d’une cuve recouverte d’un mor- ceau de tissu propre. Après avoir versé de l’eau sur le panier, l’a- midon lavé est filtré par le tissu et s’écoule dans le récipient placé en dessous du panier. Cette opération est répétée jusqu’à évacua- tion totale de l’amidon. Le liquide recueilli est laissé décanté et l’a- midon se dépose au fond du récipient. Le surnageant est éliminé et l’amidon est séché au soleil ou utilisé tel quel. Une autre méthode traditionnelle consiste à déverser les râpu- res dans des sacs et à les immerger complètement dans l’eau. Ces sacs sont ensuite pressés pour obtenir le liquide blanc qui s’écoule dans des seaux. De l’eau fraîche est ajoutée à chaque baisse de niveau. L’opération est répétée jusqu’à ce que l’eau d’écoulement devienne claire. Le liquide obtenu repose pendant plusieurs heu- res pour permettre la décantation de l’amidon. Le surnageant est éliminé et l’amidon est lavé 3 à 4 fois avant d’être éventuellement séché au soleil. Dans les petites et moyennes entreprises, la pulpe est obtenue à l’aide d’une râpeuse mécanique ou d’un broyeur désintégrateur. Le lait d’amidon est extrait soit à l’aide d’un tamis rotatif et vibrant, soit à l’aide de centrifugeuse puissante. Le lait d’amidon est stocké dans un bassin de sédimentation au fond duquel l’amidon se dépose. Après séparation et raffinage, on récupère l’amidon. L’amidon séché est réduit en farine par mouture. Cette farine est ensuite utilisée en biscuiterie, en boulangerie et en blan- chisserie. Fabrication du tapioca : on utilise l’amidon humide. Celui-ci est tamisé, granulé et cuit sous agitation, à température modérée ( 60 °C environ), dans un récipient à fond plat. Le produit obtenu en fin de cuisson s’appelle tapioca et se présente comme un noyau d’amidon 215 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 216 Chap. 6 Technologie des produits enfermé dans une enveloppe de gélatine fine mais ferme. Le taux d’humidité du tapioca est d’environ 12%. Production de sirop de glucose : l’amidon de manioc est liquéfié et saccharifié par les enzymes α et β amylases du riz germé. On procède à une filtration et à une concentration à 80% de sucre. Il s’agit d’une technologie d’origine vietnamienne qui est en cours d’adoption dans plusieurs pays africains. 6.3.3.3 La production d’alcool de manioc Le manioc frais contient jusqu’à 30 % d’hydrate de carbone sous forme d'amidon. Cette caractéristique en fait l’un des produits de base les plus adaptés à la fermentation pour la production d’alcool. L’alcool éthylique dérivé du manioc est le résultat d’une série de processus chimiques consistant à saccharifier l’amidon de manioc, à fermenter la solution subséquente et à distiller ensuite l’alcool. 6.4 Les produits oléagineux 6.4.1 Introduction Les huiles végétales sont produites à partir des graines des plan- tes que l’on trouve dans différentes régions du monde. Parmi la centaine de types de graines oléagineuses connues, un petit nom- bre a une signification commerciale. Ce sont : la graine de coton, l’arachide, le tournesol, la noix de coco, la noix de palme, la noix de karité, la graine de lin, l’olive, le sésame, le navet, la graine de ricin. L’importance majeure des huiles végétales est la nutrition humaine (sous forme d’huile ou de margarine). D’ailleurs, beau- coup de graines ont une teneur élevée en protéines, ce qui permet leur utilisation comme fourrage. Les huiles végétales peuvent aussi être utilisées pour d’autres applications industrielles, comme par exemple, la production de savon, de peinture, de ver- nis, de plastiques. Les huiles végétales peuvent être divisées en trois groupes selon leurs utilisations (Tableau 6.4.1). Groupe 1 Groupe 2 Groupe 3 Nutrition humaine Nutrition humaine + autres industries autres industries Tableau 6.4.1 Utilisation des huiles coton palmier lin végétales tournesol palmiste ricin navet cocotier sésame arachide olive karité soja Les oléagineux sont des plantes dont les graines servent à pro- duire, artisanalement ou industriellement, de l’huile ou des beur- res. Ils ont un rôle économique pour les pays en développement. 216 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 217 6.4 Les produits sont largement exportés et ils forment une source Les produits oléagineux importante de devises et contribuent à l’équilibre alimentaire des populations, du fait de leur richesse en lipides et pour certains, en protéines. Quelques plantes oléagineuses d’importance mondiale sont le soja, le palmier à l’huile, le colza, le tournesol et l’arachide Tableau 6.4.2 Les principales (Tableau 6.4.2). Dans la région de l’Afrique de Ouest, le karité est huiles végétales une plante oléagineuse d’importance régionale. (données de 1998) Cultures Production mondiale % Mat. Grasses Principaux pays producteurs (en 103 tonnes) des grains Grains ou Huile noix Soja 158220 23930 13 - 20 USA, Brésil, Chine Tournesol 025216 09320 32 - 40 Russie, Ukraine, Argentine, Inde Arachide 032282 04750 45 Chine, Inde, Nigéria, Soudan Coton 033268 03540 15 - 25 Chine, USA, Inde Coco 014094 02291 63 Indonésie, Inde, Philippines Mexique Olive 014094 02291 15 Yougoslavie, Italie, Grèce, Tunisie Palmier 031829 18144 20 - 22 Malaisie, Indonésie, Nigéria Palmiste 005242 02420 48 - 52 Malaisie, Indonésie, Nigéria Les huiles primaires sont souvent raffinées. L’objectif du raffinage est de maintenir ou d’améliorer les caractéristiques organolep- tiques et la stabilité des corps gras alimentaires. Quelques opérations de raffinage : •Démucilagination : élimination des cires et des mucilages, lavage de l’huile avec de l’eau légèrement acidulée. Cette opé- ration évite les dépôts dans les bouteilles et la formation de mousse lors de la friture. •Neutralisation : élimination des acides gras libres par addi- tion de soude. Les savons issus de cette opération peuvent être éliminés par centrifugation. •Décoloration : elle est faite en utilisant de la terre décoloran- te. La couleur de l’huile est ainsi améliorée. •Désodorisation : chauffage de l’huile sous grand vide pour éli- miner les odeurs indésirables. Quelques caractéristiques des technologies industrielles et artisa- nales employées pour le raffinage sont décrites au tableau 6.4.3. Quelques méthodes pour améliorer les pratiques sont : •accroître la qualité (notamment sanitaire) des huiles et sous- produits •réduire la pénibilité et la durée du travail •augmenter le rendement •favoriser la commercialisation On peut intervenir sur le procédé à quelques niveaux, au niveau individuel ou familial, au niveau artisanal ou au niveau de la peti- 217 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 218 Chap. 6 Technologie des produits Technologie industrielle Technologie artisanale Investissement lourd Investissement faible Techniques complexes Techniques simples Technique d’extraction rapide et efficace Technique d’extraction longue, pénible, laborieuse et peu efficace Grande capacité de production Faible capacité de production Tableau 6.4.3 Rendement élevé en huile Rendement faible Revue des Emballage propre, hermétique, Emballage ni propre, ni hermétique, technologies de sans risque d’oxydation avec risque d’oxydation raffinage aux échelles Huile raffinée donc exempte Huile contenant beaucoup industrielles et d’impuretés d’impuretés artisanales Longue durée de conservation Durée de conservation réduite Bonne image de marque sur les mar- Mauvaise image de marque, mais ??!! chés urbains PLUS CHERE MOINS CHERE Probablement problèmes d’approvisionnement en matières premières Rentabilité contestée, difficulté de gestion te industrie. Il faut prendre des précautions en matière d’inter- vention, comme une analyse des techniques et matériels utilisés et disponibles dans la région; une analyse des facteurs sociaux, éco- nomiques, techniques et environnementaux; une étude de marché et une évaluation des possibilités de commercialisation et une analyse de viabilité (Tableau 6.4.4). 6.4.2 Libération des graines Etant donné que les plantes oléifères ont toutes leur spécificité, la technique de libération des graines varie selon les cas. Soja, arachide, coton : on applique un traitement de décortica- ge. Les appareils utilisés pour le décorticage consistent ordinaire- ment en une cage cylindrique horizontale dont la paroi est formée soit de barreaux métalliques, soit d’une tôle perforée. A l’intérieur de cette cage, dans laquelle les gousses à décortiquer sont intro- duites, tourne un arbre garni de croisillons batteurs sous l’action duquel les gousses sont comprimées et froissées. Le mélange des graines et des morceaux de gousses non décortiquées restent à l’in- térieur. Tournesol et navet : les graines sont libérées des fleurs par une action de battage suivie par un tamisage. Noix de coco : les amandes de coco extraites des coques sont séchées au soleil ou à l’air chauffé artificiellement. Le produit sec s’appelle le coprah et sert comme produit de base pour l’huilerie. En général en Afrique de l’Ouest, on extrait l’huile de façon arti- sanale par voix humide à partir du coco non séché. Les noix sont fendues en 3 parties avec un coupe-coupe. Les amandes sont ensuite extraites des coques bourrées avec un couteau. Noix de palme : les régimes de palme sont stérilisés d’abord afin de faciliter l’égrappage, qui consiste en la séparation des rafles et 218 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 219 6.4 des fruits. Cet égrappage s’effectue par chocs répétés; les fruits Les produits oléagineux passent à travers des barreaux ou des ouvertures ne permettant pas le passage des rafles. 6.4.3 L’huilerie 6.4.3.1 Généralités sur le procédé industriel L’extraction d’huile, à partir des graines, se fait dans l’huilerie. Bien que les conditions au cours du procédé varient selon les types et selon la qualité des graines, le procédé global se présente comme suit : Nettoyage : les graines sont débarrassées des impuretés métal- Tableau 6.4.4 Différents types liques à l’aide d’aimants et sont débarrassées des restes de coques d’utilisations de par tamisage ou par séparation pneumatique. plantes oléagineuses Plante Teneur en Utilisations primaires Sous-produits Utilisation des oléagineuse huile sous-produits Noix de palme 56 % Huile alimentaire, Rafles des Combustible/ engrais (pulpe du fruit) margarine, savon fruits, résidus fibreux et boues Noix palmiste 46 - 57 % Huile alimentaire, savon Coques, Combustible-charbon (amande du fruit) crème pour le corps et tourteaux de Alimentation du les cheveux palmiste bétail Noix de coco coprah Huiles alimentaires Coques, fibres, Combustible-charbon, séché: industrielles, savon, tourteaux artisanat d’objets en 64 - 70 % cosmétiques (crème fibre, alimentation pulpe fraîche: pour le corps et les du bétail 0 - 35 % cheveux), parfumerie confiserie, pharmacie Arachide 38 - 50 % Huile alimentaire, Coques, Paillage/litière, margarine, pâte tourteaux panneaux de d’arachide, savon, particules, alimentation détergents, cosmétiques humaine ou animale Sésame 35 - 50 % Huile Tourteaux Alimentation humaine ou animale Balanite 44 - 51 % Huile alimentaire, savon Tourteaux Alimentation du bétail Tournesol 25 - 40 % Huile alimentaire, savon Tourteaux Alimentation du bétail Colza-Moutarde 40 - 45 % Huile Tourteaux Alimentation du bétail Coton 15 - 25 % Huile alimentaire, savon Tourteaux Alimentation du bétail et humaine (si non toxique) Ricin 35 - 55 % Peintures, lubrifiant Tourteaux Alimentation du bétail (si non toxique) Karité 34 - 44 % Beurre comestible, Tourteaux, Alimentation pour le cosmétiques, savon, coques bétail, combustible médicaments Neem 45 % de Savon l’amande Neug ou graines 38 - 50 % Huile alimentaire, savon Tourteaux Alimentation du bétail de Niger peintures, éclairage Soja 15 - 22 % Margarine Tourteaux Alimentation du bétail Carthame 36 - 48 % Huile alimentaire 219 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 220 Chap. 6 Technologie des produits Broyage : un broyage préalable facilite la pénétration de la vapeur pendant le conditionnement. Ce broyage est souvent effec- tué à l’aide de rouleaux. Conditionnement : les graines sont traitées à la vapeur afin de faire éclater la plupart des cellules. Parfois, il y a déjà une partie de l’huile qui s’échappe spontanément, “l’huile vierge ”. Extraction de l’huile : on connaît deux procédés, l’extraction sous pression et l’extraction par solvant. L’extraction sous pression : une presse mécanique ou “expeller ” est utilisée. Elle est essentiellement constituée d’une ou plusieurs cages cylindriques, ou légèrement coniques, formées de barreaux en acier spécial espacés de quelques dixièmes de millimètre. A l’intérieur de chacune de ces cages, tourne un arbre garni d’élé- ments à vis, dont le nombre, la disposition et le pas varient sui- vant le travail recherché. Les graines conditionnées sont introdui- tes à une extrémité de la cage et entraînées par les éléments à vis vers l’autre extrémité. La mouture sort ensuite par l’espace annu- laire compris entre l’arbre et les barreaux terminaux, espace qui peut être plus ou moins obturé à l’aide d’un cône coulissant sur l’arbre ou d’un diaphragme réglable. Ce dispositif, combiné avec un écartement décroissant entre les barreaux dans les sections de cages proches de la sortie et avec une conicité éventuelle de la cage ou de l’arbre, permet de réaliser une pression de plus en plus forte au fur et à mesure que progresse la matière. Dans les modèles de presses les plus puissants, on atteint ainsi des valeurs de l’ordre de 2000 kg/cm2. L’huile s’écoule par les interstices ménagés entre les barreaux et tombe sur un tamis où elle abandonne une partie de ses débris. Elle est ensuite dirigée vers un réservoir et débarrassée des impu- retés restantes à l’aide d’un filtre-presse à plateaux. Quant au tourteau, il est brisé, à sa sortie de la cage, par un dispositif appro- prié ; si l’usine travaille en pression unique, il est ensuite refroidi et mis en sacs ou stocké en vrac. Si la pression est suivie d’une extraction par un solvant, le tourteau est concassé avant d’être dirigé vers l’extracteur. L’extraction par solvant : Les tourteaux de pression sont conve- nablement préparés et portés à une température appropriée ; ils sont alors mis en contact (pendant un temps approprié) avec un solvant, lui aussi porté préalablement à la température voulue (par exemple hexane à 50°C). On obtient ainsi une solution d’hui- le dans le solvant, appelée “miscella “, que l’on soumet à un chauf- fage en vue de la concentrer et, finalement, d’en recueillir l’huile par distillation et condensation des vapeurs de solvant. La matiè- re épuisée, qui a retenu une certaine quantité de solvant, est, elle aussi, chauffée afin d’en retirer le solvant par évaporation et condensation. Actuellement, particulièrement dans les grandes usines, on uti- lise surtout des installations permettant de réaliser sans aucune 220 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 221 6.4 discontinuité l’ensemble des opérations (extraction proprement Les produits oléagineux dite, concentration et distillation du miscella, récupération du sol- vant). Cependant, on trouve encore de petites installations fonc- tionnant en discontinu (ou semi-continu). Dans ce cas, la récupé- ration du solvant retenu par le tourteau déshuilé est effectuée dans l’extracteur lui-même, et non dans un appareil spécialement affecté à ce travail. Raffinage de l’huile : le raffinage de l’huile comporte la démuci- lagination, la neutralisation, le blanchiment et la désodorisation. La démucilagination permet d’obtenir, d’une part, de la lécithine pouvant être éventuellement déshydratée et purifiée et, d’autre part, des pâtes de neutralisation débarrassées de ce produit, qui constitue un agent d’émulsification. On neutralise les acides gras libres afin de pouvoir les séparer de l’huile sous forme de savon. La décoloration, ou blanchiment, est généralement effectuée sous vide (environ 700 mm Hg) à une température de l’ordre de 80 °C, dans une batteuse pourvue d’un dispositif de chauffage, par incor- poration de 1 à 2 % de terre activée (diatomées) dans l’huile pré- alablement déshydratée. Après un temps de contact de 20 à 30 minutes, le mélange d’huile et de terre est passé sur filtre-presse. La désodorisation est effectuée de façon classique, en disconti- nu ou en continu, par entraînement à la vapeur des matières vola- tiles sous vide poussé (environ 750 mm Hg) à une température voi- sine de 180 °C. L’huile raffinée doit être stockée avec encore plus de précau- tions que l’huile brute, car elle ne contient pas d’anti-oxydant naturel. Il convient donc de la conserver à l’abri de la lumière, de la chaleur, et de l’humidité, dans des réservoirs d’une parfaite pro- preté. On limite la durée de cette conservation avant la mise en petits emballages qui seront ensuite soustraits à l’action des agents précités, particulièrement à la lumière. 6.4.3.2 Quelques méthodes traditionnelles d'extraction de l'huile en Afrique Extraction de l'huile de coco : la méthode traditionnelle d'extrac- tion d'huile de coco en Afrique de l'Ouest est l'extraction par voix humide à partir de l'amande fraîche. L'amande est râpée soit avec un grattoir fait de planche de bois et d'un morceau de tôle perfo- rée, soit avec une râpeuse motorisée fonctionnant sur le même principe (un moteur entraînant un tambour en bois recouvert de tôle perforée). L'amande râpée est malaxée ou foulée avec de l'eau froide ou de l'eau chaude avant d'être pressée. On obtient une émulsion et du tourteau. Celui-ci est utilisé pour l'alimentation des porcs. L'émulsion est laissée au repos pendant quelques heu- res. La crème surnageante est chauffée pour en extraire l'huile de coco. Un deuxième type de tourteau est obtenu et sert également à l'alimentation des porcs. La technologie traditionnelle est carac- 221 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 222 Chap. 6 Technologie des produits térisée par la pénibilité des opérations, un plus faible rendement d'extraction de l'huile, une huile qui se conserve peu du fait de sa teneur en eau trop élevée. Extraction de l’huile d’arachide : Les graines d’arachide décorti- quées, directement grillées à la chaleur sèche, sont dépelliculées et vannées. Le produit est ensuite moulu soit par pilage, soit sur meules dormantes, soit au moulin à meules. Tout en y ajoutant progressivement du sel et de l’eau chaude, la pâte obtenue est pétrie et pressée jusqu'à ce que le maximum d’huile soit extrait. La pâte déshuilée récupérée est utilisée pour préparer des galet- tes. Le rendement en huile est généralement faible (25 à 30%). Le diagramme de production est présentée à la figure 6.4.1. L’huile brute obtenue est un liquide un peu trouble, de couleur jaunâtre. Elle est chauffée modérément et décantée avant conditionnement. Arachide décortiqué Nettoyage Grillage Dépelliculage Vannage Pellicules Mouture Figure 6.4.1 Diagramme de production d’huile Pâte d'arachide d’arachide et de galettes « klui-klui » Eau tiède Malaxage - Pressage Pâte déshuilée Huile Assaisonnement Sel + piment Chauffage Homogénéisation Conditionnement Façonnage en galettes de 25g Huile Friture Huile Egouttage - refroidissement Conditionnement 222 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 223 6.4 Extraction de l’huile de palme et de palmiste : les méthodes d’ex- Les produits oléagineux traction comprennent le chauffage dans l’eau, le broyage ou foula- ge et le pressage à la main. Le schéma de traitement traditionnel des fruits de palmier est présenté à la figure 6.4.2. Régime de fruit de Découpe de Mise en tas Ramassage des palme régime 4 jours fruits Egouttage de l'huile dans des Pétrissage des Fermentation récipients (3 jours) (3-6 jours) fruits Immersion de Cuisson à Broyage Chauffage de Ecumage de l'huile la pulpe dans Ecumage de l'huile l'eau (4 l'eau chaude des fruits l'huile brute brute heures) bouillis Récupération eau- huile Amande Chauffage Ecumage de l'huile Pressage et Concassage de palme Séchage des noix des noix marchande séparation des fibres et des noix Ecumage de Coques l'huile "Huile liquide" Fibre marchande Huile de palmiste Grillage des "Huile consistante" (cosmétique / amandes pharmacopée) marchande Trempage du Chauffage de Ecumage Macération de l'huile tourteau moulu des graines Huile l'huile brute brute broyage dans l'eau chaude d'amande pendant une nuit clarifiée (comestible) Tourteau de palmiste Figure 6.4.2 6.4.4 La savonnerie Schéma de traite- ment traditionnel Le procédé global de fabrication du savon comporte les étapes sui- des fruits de palmier vantes : Mélange : on mélange divers types de matières grasses et on ajoute éventuellement des acides gras libres, suivant la qualité et le prix du produit désiré. Empâtage : le mélange est maintenu à une température d’envi- ron 80 – 90°C dans une grande marmite pendant l’addition lente de la quantité de soude (NaOH) nécessaire à la saponification de l’ensemble. Séparation des phases (Rélargage) : on ajoute une certaine quantité de solution de sel (NaCl) et de NaOH, qui a pour but d’emmener les impuretés lors de sa chute au travers du savon. Après la séparation des deux phases, on retire la phase aqueuse. 223 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 224 Chap. 6 Technologie des produits Malaxage : le produit, qui s’appelle savon liquide, est homogénéi- sé à l’aide d’un malaxeur. Solidification : le savon liquide est refroidi en dessous de son point de solidification à l’aide d’un filtre-presse. On obtient, comme résultat, des plaques de savon solide. Découpage : les plaques de savon sont découpées selon les dimen- sions des barres, qui sont ensuite divisées en morceaux de savon. Séchage : les morceaux de savon sont séchés dans un tunnel à sécher. Conditionnement et livraison : selon la demande du marché, les morceaux peuvent être enveloppés dans du papier. Ils sont fina- lement emballés dans des cartons. 6.4.5 La margarine La margarine est une émulsion d’eau et de matières grasses. Cela implique, déjà, qu’on la prépare à partir de deux types de matiè- res premières : une phase grasse et une phase aqueuse. Préparation de la phase grasse : à partir d’huiles raffinées, on compose un mélange avec un point de solidification tel que la mar- garine permette de bien enduire les aliments destinés à la consom- mation. Cette température peut donc varier suivant les climats. Afin d’obtenir une plus haute température de solidification, on ajoute des lipides durcis par hydrogénation. On ajoute également au mélange des vitamines A et D et un colorant à base de carotène, la provitamine A, qui sont solubles dans les matières grasses. Par ailleurs, on ajoute souvent une composition d’arômes artificiels. Préparation de la phase aqueuse : une partie de l’arôme de la margarine est fournie par la phase aqueuse, qui consiste en lait écrémé acidifié. On fait alors fermenter du lait écrémé à l’aide d’une culture de bactéries productrices d’acide lactique dans des conditions bien précises. C’est pendant cette fermentation qu’au- ra lieu la formation des arômes spécifiques du beurre; selon le goût des consommateurs, on ajoute ensuite un certain pourcentage (0 - 2 %) de sel à la phase aqueuse. Emulsion : les deux phases sont pompées dans un appareil à action continue qui consiste en un réfrigérateur tubulaire (vota- tor). Le tube est pourvu de couteaux rotatoires qui transportent le mélange sous pression à travers le système. Le produit refroidit rapidement et commence à se cristalliser au contact de la paroi du tube. Les couteaux l’enlèvent de la paroi et le mélangent intime- ment avec le reste du produit. Le degré de cristallisation et les dimensions des cristaux déterminent la texture du produit fini. Emballage : le produit fini est expulsé de l’appareil sous forme de boudin rectangulaire, qui est ensuite coupé suivant les dimen- sions et le poids des unités de vente. L’emballage se fait dans du papier pour les margarines dures, tandis que les margarines dou- ces (faciles à enduire) sont emballées dans des cuves en PVC (Chlorure de PolyVinyle). 224 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 225 6.5 6.5 Les fruits et légumes Les fruits et légumes 6.5.1 Introduction Les fruits et légumes constituent un groupe d’aliments végétaux dont la distinction est essentiellement d'ordre gastronomique. Du point de vue botanique, les fruits sont les structures de la plante qui, au stade de la maturité, contiennent des graines. On estime généralement que les caractères communs aux fruits sont : la richesse en sucre, l’acidité relativement élevée, le parfum pro- noncé. En outre, ils se consomment à l’état cru. Les légumes quant à eux, recouvrent divers types de structures végétales dont les feuilles (laitues…), les racines (carottes…) les fruits (tomates, gombo…). Généralement, les légumes sont carac- térisés par une faible acidité. Les fruits constituent l’une des plus importantes productions végétales. Les agrumes viennent en tête, suivis par les pommes, les raisins et les ananas. L’importance accordée aux fruits et légumes est surtout liée au rôle prépondérant qu’ils jouent dans la nutrition humaine en tant qu’une des principales sources de micro-nutriments (vitamines et sels minéraux). Les pays en développement, et notamment l’Afrique, produisent des quantités importantes de fruits et légumes, généralement consommés en frais. Cependant, leur forte teneur en eau les rend sensibles aux actions des agents physico-chimiques et biologiques de dégradation. Ils sont donc très périssables et ne peuvent être conservés à l’état frais que pendant quelques jours au maximum, d’où la nécessité de les mettre sous une forme où ils peuvent se conserver plus longtemps. En Afrique, très peu de techniques de transformation des fruits et légumes à petite échelle sont développées. Toutefois, certains produits comme la tomate et l’oignon sont transformés en purée concentrée au niveau des ménages. Le piment et le gombo sont séchés avant d’être parfois moulus. Ce chapitre vise à exposer brièvement les différentes méthodes de conservation et de transformation des fruits et légumes. 6.5.2 La conservation /transformation des fruits et légumes Les techniques de conservation et de transformation comportent en général deux groupes d’opérations : •Les opérations de pré-traitement du produit à transformer (nettoyage, lavage) ; •Les opérations de traitement (déshydratation, cuisson, séch- age...). Pour une bonne conservation des produits transformés, ces tech- niques doivent respecter dans leur mise en œuvre les exigences ci- après : •Partir des produits sains et intacts ; 225 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 226 Chap. 6 Technologie des produits •Mettre en œuvre des opérations qui permettent de détruire ou d’inhiber les agents de dégradation ; •Assurer la propreté hygiénique (stérilité) des matériels de conditionnement ; •Assurer l’étanchéité des matériels de conditionnement. 6.5.3 Traitement des fruits et légumes avant conservation Pour rendre les fruits et légumes aptes à la conservation et à la transformation, un certain nombre d’opérations de pré-traitement sont nécessaires. L’ordre des opérations de pré-traitement varie suivant l’espèce de fruits ou légumes concernée et le mode de conservation choisi. Lavage–Nettoyage : Cette opération permet d’éliminer les pier- res, les déchets terreux, les feuilles, une partie des micro-organis- mes de surface et les résidus de produits chimiques pulvérisés avant récolte. Ces pesticides, indépendamment de leur toxicité, peuvent provoquer des altérations de couleur et de saveur ou favo- riser la corrosion des emballages métalliques. Le lavage peut se faire : •Par trempage du produit dans de l’eau pure ou contenant 5 à 10 % de sel ou 0,1 à 5 % de lessive de soude. Dans ces deux derniers cas, un rinçage soigneux doit suivre le lavage ; •Par aspersion d’eau ; •Par aspersion suivie d’un trempage. L’eau utilisée doit être dans la mesure du possible, propre, fraîche, potable et être renouvelée. Triage et calibrage : Ils permettent l’obtention de produits de grosseur ou de maturité homogène d’une part, et l’élimination des produits altérés et des débris foliacés d'autre part. Le triage peut se faire suivant la taille du produit (triage par grosseur ou cali- brage) ou selon la maturité (uniformité de couleur ou de fermeté). Pesage : Il permet de : •Connaître la quantité de fruits ou légumes arrivant à l’usine s’il est effectué avant triage et lavage ou la quantité nette de fruits ou légumes à transformer s’il est effectué après triage et lavage ; •Calculer les quantités d’ingrédients à ajouter aux produits dans le cas de certaines transformations. On les exprime en kg par kg ou par 100 kg de produits. Parage (épluchage ou pelage) : il consiste à enlever les parties abîmées ou les éléments non comestibles ou indésirables des fruits ou des légumes traités, (Exemple : le cœur de l'ananas) qui pour- raient dénaturer la saveur du produit fini et altérer ses qualités organoleptiques. Lorsqu’il s’agit de l’élimination de la peau de cer- tains fruits ou des parties externes non comestibles de certains légumes, on parle d’épluchage ou de pelage. Le parage n’inclut pas l’enlèvement des pépins et du noyau. 226 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 227 6.5 Dénoyautage–Epépinage : cette opération consiste à éliminer le Les fruits et légumes noyau et les pépins qui pourraient donner une amertume pronon- cée au produit fini, s’ils étaient traités avec la chair du fruit. Le dénoyautage et l’épépinage sont effectués soit : •Manuellement avec des cuillers dénoyauteuses ou épépineu- ses, d’ustensiles épépineurs ou dénoyauteurs ménagers à poussoir ; •Mécaniquement avec des dépulpeurs ou des centrifugeuses essoreuses. Découpage–Râpage : le découpage et le râpage ont pour but de réduire la taille du produit traité, principalement son épaisseur qui peut constituer un obstacle à : •La migration de l’eau lors du séchage ; •La pénétration de sel, d’acide ou de sucre; •La pénétration de chaleur lors de l’appertisation. La diminution de l’épaisseur du produit permet ainsi de réduire le temps de traitement, ce qui assure une meilleure conservation des qualités organoleptiques et nutritionnelles (séchage et appertisa- tion). Pour assurer l’homogénéité des traitements, il importe que la taille des morceaux soit sensiblement du même ordre. Le découpage se fait soit manuellement avec des couteaux en acier ou des trancheuses à lames multiples, soit mécaniquement avec des trancheuses dites coniques. Le râpage se fait avec des râpes (manuelles ou entraînées par un moteur ou un pédalier). Broyage : il est effectué, en ce qui concerne les fruits, dans le but d'obtenir un nectar ou une purée. Il peut être aussi effectué en tant que pré-traitement du séchage de façon à faciliter la déshy- dratation ou en tant que post-traitement de séchage pour trans- former les produits séchés en poudre. Le broyage manuel se fait au mortier et au pilon tandis que pour le broyage mécanique, on utilise des broyeurs (à marteaux ou à meules). Pressage : cette opération a pour but d'extraire le jus des fruits, tout en effectuant un tamisage de la pulpe. Elle permet donc d’ob- tenir un jus de fruit clair ou pulpeux contrairement à la méthode de broyage qui donne une purée. Pour ne pas enrichir le jus en tan- nins, ce qui lui donnerait une astringence excessive, il est néces- saire d’éliminer pépins et noyaux avant le pressage. Le broyage se fait à l’aide de presses (hydrauliques, pneuma- tiques, à levier, à vis …) ou d’essoreuses centrifugeuses. Tamisage : cette opération s’applique aux produits déshydratés ayant subi une opération de broyage. Elle est également effectuée sur des produits liquides ou pâteux et a pour but dans ce cas d’é- liminer les particules les plus grossières et les morceaux de fruits non désagrégés. Le tamisage se fait à l’aide de tamis traditionnels en osier tres- sés finement ou des tamis animés de mouvement de vibration. 227 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 228 Chap. 6 Technologie des produits Clarification-débourbage : l’opération de clarification-débourbage consiste à éliminer du moût du fruit (qui n’est pas toujours consommable tel quel), les particules ou composants désagréables pour la dégustation ou nuisibles à sa bonne tenue. Si le moût était tamisé au préalable, l’essentiel de ces particules ou composants sont les matières colloïdales en solution (protéines, tannins, pecti- nes) et les matières insolubles en suspension (débris cellulo- siques). La clarification-débourbage se fait de diverses manières : •Naturellement en laissant le jus au repos; •Par préchauffage à une température inférieure à 100°C; •Par enzymation (ajout d’enzymes pectolytiques par exemple); •Par collage en apportant une matière colloïdale comme la gélatine en solution à 1 ou 2%. Celle-ci se combine aux pro- téines et tannins du moût et précipite en entraînant les impu- retés du jus. La clarification s’effectue dans des bacs de décantation ou des cuves en bois ou acier inoxydable. Blanchiment et précuisson : Le blanchiment est un traitement thermique de quelques minutes à 95-100 °C destiné à inactiver par la chaleur, les enzymes responsables du brunissement enzy- matique ou de modification des couleurs naturelles de certains fruits ou légumes. En réalité, la destruction des enzymes n’est qu’un objectif parmi bien d’autres, le rôle du blanchiment qui cons- titue un pré-traitement avant séchage, appertisation ou congéla- tion, est multiple. Le blanchiment permet en outre de : •Dilater les cellules végétales par ramollissement du fruit ou du légume, ce qui provoque l’élimination de l’oxygène de l’air intracellulaire (responsable de la corrosion ultérieure des matériaux de conditionnement et du bombage chimique des boîtes); •Réduire la charge microbienne à la surface des fruits et légu- mes et arrêter les fermentations; Dans la conservation des fruits et légumes, le blanchiment est considéré comme un mal nécessaire et présente quelques inconvénients dont le plus important est la perte de substan- ces solubles par lessivage et par diffusion (protéines, sucre, vitamines, minéraux) d’où une diminution de la valeur nutri- tionnelle du produit. Le blanchiment peut être fait avec : •De l’eau en ébullition (éventuellement acidifiée ou salée) ou avec de la vapeur d’eau. On utilise environ 1 litre d’eau pour 1 kg de fruits ou légumes; •De la vapeur d’eau : dans ce cas, la quantité d’eau et l’énergie utilisée sont moindres mais le procédé est plus coûteux et plus lent que le blanchiment à l’eau. 228 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 229 6.5 6.5.4 Les différentes méthodes de conservation Les fruits et légumes Conservation par la chaleur (appertisation) : c’est la méthode de conservation qui consiste à enfermer l’aliment dans un récipient hermétiquement clos, et à le soumettre à un chauffage assurant la destruction ou l’inactivation des micro-organismes et des enzymes susceptibles de l’altérer. L’appertisation s’applique à de nombreux fruits et légumes (petits pois et tomates en boîte, fruits au sirop, jus de fruits, nectar de fruits…). Dans la mesure où les légumes diffèrent des fruits du point de vue composition chimique, les conditions de chauffage ne sont pas similaires. Les légumes ont une acidité plus faible (pH>4,5) que les fruits et peuvent contenir plus de micro-organismes du sol thermo-résistants que les fruits. En outre, beaucoup de légumes exigent plus de cuisson que les fruits pour l’amélioration de leur flaveur et de leur texture. Pour ces raisons, les légumes mis en boî- tes exigent généralement un traitement thermique plus intense que celui appliqué aux fruits (stérilisation). En effet, l’acidité réduit le temps et la température nécessaires à la conservation des fruits par le chauffage (pH<4,5) (pasteurisation). Pour assurer la stabilité des conserves de fruits, la température à cœur du réci- pient contenant ces produits doit être portée à environ : 82 - 85°C pour les purées ; 80 - 85°C pour les jus troubles et de pH 3,5 à 4,2 ; 75 - 80°C pour les jus limpides et de pH<3,5 ; 85°C pour les fruits au naturel et au sirop. Conservation par le sel, le vinaigre ou le sucre : la conservation des fruits ou des légumes par le sel et le vinaigre s’effectue suivant deux principes différents, selon que l’on autorise une fermentation ou non : •On peut tout d’abord traiter les légumes avec du sel en forte concentration (15% minimum) sans ajouter de vinaigre. A cette teneur, les germes putréfiants ainsi que les germes pathogènes sont inhibés et il n'y a pas de fermentation dans le produit (sel = agent de conservation). •On peut procéder également d’une deuxième manière en trai- tant les légumes par des solutions à une concentration de l’ordre de 8 à 10% de sel, ce qui permet le développement sélectif d’une certaine catégorie de micro-organismes (les bac- téries lactiques) et autorise une fermentation. En effet ces bactéries vont transformer les sucres fermentescibles du pro- duit pour la plupart. Cet acide, ainsi que l’acide acétique pro- venant du vinaigre que l’on ajoute également, inhibe le déve- loppement d’autres micro-organismes nuisibles, tels que les bactéries productrices de spores, les bactéries protéolytiques et les organismes pectolytiques. (Sel + vinaigre = agent de conservation). Quant à la conservation par le sucre, elle a pour but de confire le fruit, c’est-à-dire de porter la teneur en sucre de leur suc cellulai- 229 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 230 Chap. 6 Technologie des produits re à une valeur telle que le produit obtenu ne peut plus s’altérer. La conservation est alors assurée par : •L’acidité naturelle des fruits; •La concentration élevée en sucre inhibant tout développe- ment microbien (et notamment de moisissures) par abaisse- ment de aw. Exemples de fruits conservés par le sucre : Sirops de fruits : ils sont obtenus après cuisson d’un jus de fruit (agrumes, ananas…) ou d’un extrait de plante (bissap, tamarin, gingembre…), filtré, éventuellement additionné d’un acide et mélangé à du sucre à raison de 150 à 200 g de sucre pour 100 g de liquide. Confitures, gelées et marmelades : Une confiture est une prépa- ration de fruits entiers ou en morceaux, cuits dans un sirop de sucre. Une gelée est une préparation obtenue uniquement avec le jus ou extraits aqueux des fruits, sans trace de pulpe. Une mar- melade est une préparation de fruits réduits en pulpe, purée, jus, extrait aqueux, écorces, par la cuisson avec le sucre. Pâte de fruits : friandise molle très sucrée faite de fruits. Fruits confits : confiserie faite de fruits trempés dans des solu- tions de sucre puis glacés ou givrés. Conservation par séchage : le séchage ou déshydratation consis- te, par une action combinée libre de chaleur et de ventilation, en l’élimination poussée de l’eau contenue dans le fruit ou le légume, jusqu'à atteindre une teneur en eau compatible avec une conser- vation à long terme. Le séchage confère aussi au produit une faci- lité de réduction en poudre et une facilité de stockage supérieures. La teneur en eau résiduelle des fruits séchés ne doit en général pas dépasser 23 - 24%. Lorsque les fruits déshydratés sont desti- nés à être réduits en farine, leur teneur en eau finale est plus fai- ble (de l’ordre de 8 à 10%). La teneur en eau des légumes séchés est de l’ordre de 5 à 15%. Traditionnellement, le séchage est réalisé par exposition direc- te des produits au soleil. Il s’agit d’un séchage par rayonnement et convection, très économique, mais présentant cependant des inconvénients considérables quant à la qualité nutritionnelle et hygiénique des produits séchés (dégradation des vitamines, dépig- mentation des légumes, brunissement, contamination par la pous- sière ambiante, contamination dues aux insectes, aux oiseaux et aux rongeurs). Différents types de séchoirs améliorés ont été conçus. On peut citer : les séchoirs à crib abrité, les séchoirs à claies sur rails, les séchoirs armoire à ventilation éolienne, les séchoirs à capteur solaire, les séchoirs tunnel etc. Conservation par le froid : la conservation des fruits et légumes par le froid se fait surtout par congélation ou par surgélation. La conservation par le froid est l’une des méthodes utilisées pour 230 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 231 6.6 maintenir les qualités nutritionnelles des fruits et légumes. Elle La sucrerie permet de préserver la flaveur naturelle, la couleur et les consti- tuants volatiles des fruits et légumes, mieux que la stérilisation et la déshydratation. C’est la meilleure méthode de conservation de jus concentré d’agrumes et d’ananas, ainsi que de beaucoup d’au- tres produits. Mais dans les pays en développement, la conserva- tion par le froid est très peu utilisée parce que trop coûteuse. Conservation par irradiation : le traitement des fruits et légumes par irradiation est un procédé récent. Si les radiations permettent de détruire tout ou une partie des micro-organismes présents dans l’aliment et d’inhiber ou retarder des processus physiologiques, les modifications chimiques qui peuvent être produits au sein des den- rées alimentaires sont encore insuffisamment connues. L’irradiation pourrait être utilisée pour prolonger la durée d’entre- posage à la température ordinaire de certains fruits tropicaux. Elle est utilisée aussi pour inhiber de façon durable, la germi- nation des pommes de terre, des oignons et des carottes. Conservation par atmosphère contrôlée : la conservation des fruits et légumes fait aussi appel à la modification de l’atmosphè- re des entrepôts en agissant sur la teneur en oxygène, en anhy- dride carbonique et en azote. Par exemple, des atmosphères de 10 à 15% d’oxygène et de 0 à 2% de CO2 ont permis de prolonger jus- qu’à 8 mois la durée de conservation des agrumes. En effet, une baisse de la teneur en oxygène ou un excès de CO2 de l’atmosphère ambiante ralentit l’intensité respiratoire et la plu- part des réactions de maturation, mais il n’est pas indiqué que la teneur en oxygène descende en dessous de 2 à 4% : le produit acquiert une saveur alcoolique due aux conditions d’anaérobiose ainsi créées. De même, l’emploi d’anhydride carbonique à des doses dépassant 5 à 10% et pendant des durées prolongées à basse température, peut provoquer ou aggraver certaines altérations Exemple : la banane acquiert une saveur anormale. En pratique, on joue à la fois sur la teneur en CO2 et la teneur en O2, en fonction de la variété, de la date de récolte, du pré-trai- tement de maturation etc. Les atmosphères contrôlées sont intéressantes pour la conser- vation de beaucoup de fruits, mais en ce qui concerne les fruits tro- picaux, les études n’ont pas été approfondies et les applications industrielles sont très rares et coûteuses. 6.6 La sucrerie De préférence l’usine est située au centre de la région des planta- tions afin de réduire le temps de transport des cannes à la sucrerie. 6.6.1 Moulins Le conducteur de cannes comprend une partie horizontale et une partie inclinée, montant vers les moulins (Figure 6.6.1). Aussitôt 231 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 232 Chap. 6 Technologie des produits après le changement de pente, il passe sous un coupe-canne : c’est un arbre tournant à 500 - 750 t/minute et portant des couteaux qui frappent la masse des cannes dans le sens dans lequel elles avan- cent. Il coupe les cannes en morceaux et transforme l’entremêle- ment de tiges en une couche uniforme. Il est généralement suivi par un second coupe-canne, plus puissant ou plus rapide, et portant plus de couteaux, qui divise encore la masse et, réglé plus près du fond, achève de couper les tiges laissées intactes au fond par le premier coupe-canne. La couche dense et uniforme finalement obtenue est prise beaucoup plus facilement par les moulins que la masse de tiges entremêlées, avec ses intervalles et ses vides. La masse ainsi préparée arrive aux moulins. Un moulin est un ensemble de trois cylindres, disposés comme les feuilles d’un trè- fle, un supérieur et deux inférieurs. La masse de cannes est écra- sée au passage et le jus coule sous le moulin. La canne écrasée, ou bagasse de premier moulin, est reprise par un conducteur inter- médiaire et conduite au moulin suivant. Les batteries de moulins comprennent en général 4, 5 ou 6 moulins, mais, dès le second moulin, il n’y a plus que très peu de jus à escompter d’une nouvel- le pression. On a donc recours à l’imbibition, qui consiste à arro- ser la couche de bagasse avec de l’eau ; elle est absorbée par la bagasse, dilue le jus qu’elle contient, et est extraite ainsi enrichie Figure 6.6.1 au moulin suivant. Les cylindres sont creusés de rainures circu- Diagramme techno- logique de la laires, qui permettent une meilleure prise de la canne ou de la sucrerie bagasse. canne à sucre (taux de sucre 10-15%) chauffage > 100ºC (échangeurs tubulaires) brûlage des feuilles séparateurs de vapeur coupage (récolte) (l'inversion clarification par sédimentation transport coupe-cannes 1 & 2 jus clair boues filtration séchage fumure en série moulins broyeurs évaporation à multiple (4-6 en série) effet jusqu'à 60-70ºBrix moulin jus 1 magma cuisson A (sous vide) liqueur mère bagasse (égout A) égout B imbibi- 1 tion sucre masse cuite pulverisé, cuisson B (sous vide) cuisson C moulin 2 jus 2 malaxage bagasse malaxage, 2 masse cuite B centrifugation turbinage etc. (turbinage) etc. malaxage, mélasse magma (sucre turbinage (épuisée) pâteux à petit sucre A bagasse (50% graine) Jus (95% humidité); efficacité sucre B combustible + industries de fermentation; électricité alimentation du bétail; pesage séchage, emballage confiseries Figure 6.6.1. Diagramme technologique de la sucrerie 232 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 233 6.6 La bagasse finale est à environ 45 à 50 % d’humidité : elle n’en La sucrerie constitue pas moins un combustible suffisant et précieux, dépas- sant les besoins de la sucrerie. L’extraction, ou efficacité des moulins, est de l’ordre de 95 % du saccharose de la canne, et varie suivant la lignine de celle-ci, le nombre de moulins, la proportion d’eau ajoutée en imbibition (20 à 35 % du poids de canne), l’état du matériel et la compétence du personnel. 6.6.2 Clarification Le jus obtenu représente environ 100 % du poids de canne, suivant le taux d’imbibition. On le pèse (Figure 6.6.1) sur une balance automatique, afin de pouvoir contrôler la richesse des cannes et le travail de l’usine. On le chaule au lait-de-chaux, en portant son pH aux environs de 7,8. On le pompe ensuite à travers les réchauffeurs jusqu’au clarificateur. Les réchauffeurs sont des échangeurs de chaleur tubulaires. Etant à une température légè- rement supérieure à celle de l’ébullition, le jus traverse un sépa- rateur de vapeur dans lequel il libère brusquement son excédent de chaleur sous forme de vapeur, et entre à 100 °C dans le clarifi- cateur. Celui-ci est un grand récipient divisé en plusieurs étages ou compartiments, que le jus traverse, et de surface suffisante pour que la vitesse de progression du jus ne gêne pas la décanta- tion du précipité formé au chaulage. Le jus clair est soutiré à la partie supérieure des compartiments tandis que les boues s’accu- mulent au fond, d’où elles sont extraites par gravité ou par pom- page. Le volume qui s’ensuit pour le clarificateur correspond à une durée de séjour du jus allant d’une heure et demi à trois heu- res suivant la difficulté de la décantation. Le séjour le plus court est évidemment le plus souhaitable, en raison de l’inversion indé- sirable du saccharose en glucose et en fructose. Le jus clair va à l’évaporation (Figure 6.6.1). Les boues sont envoyées au filtre. Elles sont séchées et constituent une excellente fumure. 6.6.3 Evaporation L’évaporation se fait à multiple effet dans des “caisses ” alignées en batteries. Ce sont des échangeurs tubulaires (Figure 6.6.2) avec un grand espace libre au-dessus du faisceau tubulaire (Figure 6.6.3). Le jus à concentrer bout dans les tubes de la pre- mière caisse qui sont entourés à l’extérieur par de la vapeur. La vapeur du jus obtenu est envoyée au faisceau de la seconde caisse, pendant que le jus concentré passe à son tour de la première à la deuxième caisse, et ainsi de suite au travers de 4 ou 5 caisses. Un régulateur automatique maintient le sirop sortant de la dernière caisse au Brix voulu (c’est-à-dire au degré de concentration voulu). On arrête l’évaporation un peu avant le point auquel les cristaux se forment, soit à un Brix de 60 à 70. 233 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 234 Chap. 6 Technologie des produits Entrée du produit vapeur Figure 6.6.2 Évaporateur à vapeur couche mince à flux descendant (effet simple) Vapeur condensé Produit concentré Figure 6.6.3 Section supérieure d’un évaporateur à 1. Atomiseur du produit couche mince à flux 2. Plaque à égalisation descendant 3. Vapeur à chauffage 4. Tuyaux co-axiaux 5. Ouvertures 6. Vapeur 7. Tuyaux à évaporation Produit vapeur chauffage 234 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 235 6.6 6.6.4 Cuisson La sucrerie La cuisson est la seconde phase de la concentration, au cours de laquelle on forme le grain et on le grossit. L’opération la plus déli- cate de la fabrication s’effectue sous vide, à simple effet, dans un appareil à cuire : c’est une caisse d’évaporation modifiée pour concentrer une matière très visqueuse et très consistante ; elle a pour cela de gros tubes, dans lesquels monte la masse cuite, et un espace vide important dans lequel elle redescend, et qui peut être un puits central ou un anneau périphérique. Une construction dif- férente est montrée par la figure 6.6.4. vapeur Figure 6.6.4 Courant du produit dans une chambre à vide Entrée du produit Sortie du produit concentré On admet d’abord un magma contenant de petits cristaux, et dont nous verrons l’origine, qui va couvrir jusqu’à la plaque supérieure du faisceau. On “monte “ alors la cuisson en l’alimentant avec du sirop de façon à maintenir une certaine sursaturation optimale grâce à laquelle le cristal grossit aux dépens du sucre du sirop. On “lâche “ alors le produit cuit dans les malaxeurs. Cette opération s’appelle “la cuisson A”. La masse cuite A, après malaxage, est tur- binée : le sucre A est séché et mis en sachet ou en vrac. La liqueur- mère, ou égout A, est renvoyée en bac d’attente auprès des appa- reils de cuisson. Cet égout A est encore très riche. On l’utilise, comme on a fait pour le sirop, pour monter la cuisson à partir d’un magma de petits cristaux. L’opération est identique et la masse cuite B, après malaxage et turbinage, fournit le sucre B et l’égout B. Cet égout B est encore riche. Dans des appareils permettant une cuisson particulièrement soignée, on introduit un mélange de sirop et d’égout A. On le concentre, et lorsqu’il a atteint la sursa- 235 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 236 Chap. 6 Technologie des produits turation voulue, on l’ensemence avec un bol de sucre très finement pulvérisé. On grossit ce grain soigneusement en évitant de laisser se former une seconde génération, qui donnerait du faux grain ou des cristaux plus petits ; on rentre dans l’appareil de l’égout B (Figure 6.6.1) et on termine cette masse cuite C comme les précé- dentes, à cela près qu’elle est bien plus délicate et demande beau- coup plus de temps. Après malaxage, elle fournit comme liqueur- mère la mélasse, qui est censée être épuisée, et comme sucre un sucre pâteux, à petits grains, qui, réempâté avec de l’eau, du jus ou du sirop, donnera un magma servant de pied-de-cuisson aux cuissons A et B (système du simple magma) ou aux seules cuissons B (système du double magma, dans lequel le sucre B sert à son tour de pied aux cuissons A). 6.6.5 Malaxage Les malaxeurs ordinaires, dits “pétrins ”, sont avantageusement remplacés par des malaxeurs-refroidisseurs. Ce sont des cuves analogues, mais dans lesquelles tournent des serpentins à l’inté- rieur desquels circule de l’eau tiède : ces malaxeurs à circulation d’eau font gagner beaucoup de temps et de place. Dans les ma- laxeurs, les cristaux continuent à se nourrir aux dépens de la liqueur-mère, dont la sursaturation est plus ou moins maintenue du fait de la baisse de température. 6.6.6 Centrifugeuses Le turbinage s’effectue dans des essoreuses centrifuges, de préfé- rence automatiques. Les centrifugeuses continues tendent à rem- placer ces appareils très complexes : elles sont beaucoup plus sim- ples et économiques, mais ne fournissent pas un épuisement aussi complet, et il convient de mettre en balance l’économie qu’elles apportent avec la perte supplémentaire de sucre qu’elles laissent dans la mélasse. 6.6.7 Séchage Le sucre est passé au travers d’un sécheur-refroidisseur à cylindre rotatoire. 6.6.8 Livraison Après le séchage, on enlève les cristaux de mauvaises dimensions par tamisage. Les cristaux de la dimension désirée sont emballés en sacs de 50 ou de 100 kg. 236 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 237 6.7 6.7 Les boissons alcoolisées Les boissons alcoolisées 6.7.1 Introduction La fermentation alcoolique est une vieille technique de production de boissons désaltérantes connue depuis la plus haute antiquité. En effet l’éthanol est un agent efficace de conservation lorsque sa concentration est suffisante. En outre, il n’est pas réellement toxique pour l’homme à doses modérées (moins de 0,6 g/kg/jour). Quelques exemples de boissons alcoolisées sont résumés dans le tableau 6.7.1. On distingue globalement deux catégories de bois- sons alcoolisées : •Les boissons fermentées obtenues par action de certaines levures sur les glucides de divers jus (raisins, pommes) ou des céréales. •Les boissons distillées obtenues par distillation de moûts fer- mentés : eau de vie, cognac, calvados, rhum, vodka, whisky, sodabi, etc. Le degré alcoolique de ces boissons est générale- ment très supérieur à celui de la bière ou du vin. Matière première Procédé Produit jus de fruits sucrés fermentation alcoolique vins céréales, autres sources brassage, fermentation alcoolique bières Tableau 6.7.1 d‘amidon Quelques exemples vins distillation, maturation eau de vie, cognac de boissons ogogoro, etc. alcoolisées « bières » d’orge, du blé, distillation, maturation whisky, chang’aa, etc. du maïs distillation en présence d’herbes, genièvre, gin, etc. épices pommes de terre brassage, fermentation alcoolique, vodka distillation, purification Vin de palme fermentation, distillation sodabi 6.7.2 Un exemple : La fabrication de la bière C’est une boisson très ancienne qui est aujourd’hui fabriquée dans la plupart des pays du globe. Elle est obtenue à partir de moûts amylacés, en trois phases principales : 6.7.2.1 Maltage Il a pour but principal le développement des enzymes, surtout de la β-amylase dans les céréales utilisées. Cette enzyme sacchari- fiante hydrolyse les chaînes d’amylopectine à partir de leur extré- mité non réductrice en libérant du maltose. Il se forme également des « cytases » qui désagrègent les membranes et des protéases qui libèrent des acides aminés assimilés d’abord par l’embryon du grain et qui serviront plus tard au développement de la levure lors de la fermentation. Les céréales utilisées sont généralement l’or- ge, le sorgho, le mil, le riz. En principe, seules les variétés culti- vées spécialement pour le brassage sont utilisées. Le maltage favo- rise également la friabilité du grain et contribue à la saveur fina- le de la bière. 237 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 238 Chap. 6 Technologie des produits Le grain (l’orge par exemple) est d’abord nettoyé, trempé dans l’eau pendant environ 1 à 4 jours puis mis à germer pendant 5-7 jours. Cette germination active la synthèse d’enzymes amyloly- tiques, protéolytiques et des phosphatases, etc. Le grain germé subit ensuite le « touraillage » qui correspond au séchage du grain germé sous un courant d’air chaud et à l’arrêt de la germination. Les radicelles sont ensuite éliminées par polissage du grain germé et séché qui subit enfin une mouture grossière. Le « malt » ainsi obtenu a une activité enzymatique élevée et l’amidon et les protéines ont été partiellement modifiés. 6.7.2.2 Brassage Le but du brassage est l’hydrolyse de l’amidon. Le malt concassé subit l’empâtage : il est mis en suspension dans des « cuves matiè- res » autrefois en cuivre et aujourd’hui en acier inoxydable conte- nant de l’eau. La suspension est mélangée et chauffée par paliers d’abord à 45°C correspondant à l’optimum d’activité pour l’α-amy- lase, ensuite à 55°C correspondant à l’optimum de température pour les protéases et enfin à 65°C correspondant à l’optimum de température pour la β-amylase. Le mélange est ensuite filtré pour éliminer les résidus insolu- bles ou « drêches » qui sont destinés à l’alimentation du bétail. Environ 150 à 400 g de cônes de « houblon» (fleurs femelles de Hupulus lumulus , contenant des résines amères et anti-microbi- ennes) par hectolitre sont ajoutés au moût et le mélange est bouilli pendant quelques heures pour extraire les résines de houblon dans le moût. Pendant cette ébullition le moût est stérilisé ; les protéines précipitent et le moût est concentré par évaporation contrôlée. Les protéines coagulées sont éliminées par une deuxiè- me filtration ou par centrifugation et le jus est refroidi à 6-8ºC. Ce jus est appelé «moût doux». 6.7.2.3 Fermentation Le «moût doux » est ensemencé en utilisant 106-107 cellules vivan- tes de Saccharomyces cerevisiae / ml de moût. La fermentation se fait en deux temps : •Fermentation principale : pour la bière « lager » à une tempé- rature de 6-8ºC pendant 7 jours. Les levures sédimentent par floculation après le maximum de fermentation. En ce qui concerne la bière anglaise « Ale » la fermentation se fait à 15- 16ºC pendant 2-3 jours ; les levures flottent à la surface de la bière après la fermentation. Pendant la fermentation princi- pale, la plupart des saccharides fermentescibles sont trans- formés ; le CO2 produit est récupéré pour diverses utilisa- tions (embouteillage de la bière, production des boissons gazeuses, etc.). La bière issue de la fermentation principale est appelée « bière jeune ». 238 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 239 6.8 •Fermentation secondaire ou maturation ou « garde » : la bière La viande et le poisson est décantée dans des tanks hermétiques à une température de 0-2ºC pendant 6-8 semaines. Pendant cette phase, les sac- charides résiduels fermentent et la bière s’enrichit en gaz carbonique. La bière est ensuite filtrée sur Kieselguhr avant d’être pasteurisée à 60-65 °C. La fermentation alcoolique a lieu pour toutes les bières, même les bières dites sans alcool qui en réalité, en contiennent de 0,5 à 1 % (v/v) d’éthanol. 6.7.2.4 Conditionnement La bière est conditionnée sous diverses formes : •La bière est mise en bouteille et pasteurisée à 60-65°C, puis étiquetée, mises en caisse et distribuée. •La bière est pasteurisée en continue dans un échangeur de chaleur, et elle est mise dans des bidons de 40-50 litres en aluminium. •La bière non pasteurisée est mise dans des bidons de 40-50 litres en aluminium ou dans des camions tankers en vrac et distribuée. PRODUITS D'ORIGINE ANIMALE 6. 8 La viande et le poisson 6.8.1 La viande La viande de boucherie et de charcuterie proviennent du boeuf, du veau, du porc, de la volaille, du mouton, de l’agneau, du cheval et des abats comestibles. Comme illustré par le tableau 6.8.1, la viande a pour principal intérêt nutritionnel l’apport en protéines et en fer. La teneur en protéines est en moyenne de 16-20 grammes pour 100 g de viande (avant cuisson). Les viandes contiennent des vitamines du groupe B et la vitamine A. Ils ont des modes de conservation divers à savoir : L’utilisation du froid : la réfrigération est très importante dès l’a- battoir. La carcasse est refroidie en quelques heures de 38ºC à 5ºC. Aussi, le transport au grossiste et au détaillant sera à l’état refroi- di, ainsi que le stockage. La durée de stockage maximale lorsque la viande est conservée entre 0 et 5ºC est de quelques jours. La flore psychrophile (Pseudomonas spp.) est capable de se multiplier à ces températures et de détériorer la viande par voie enzyma- tique. Lorsque la viande est congelée à -20ºC, la durée de stockage est de quelques semaines. La surgélation (congélation rapide par 239 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 240 Chap. 6 Technologie des produits l’application d’azote liquide) pose quelques problèmes de détério- ration incluant le séchage de la superficie de la carcasse et la crois- sance lente de moisissures noires (décoloration). par 100 g de viande fraîche eau (g) 60 - 70 glucides (g) - glycogène → acide lactique post-mortem Tableau 6.8.1 protéines (g) 16 - 20 Composition fer (mg) 3 - 5,5 boeuf 40 % du fer sous forme héminique chimique globalisée 1,5 - 2,3 porc/mouton (25 % biodisponibilité); fer non-héminique de la viande 1 - 2 poulet bio-disp < 5 % lipides (g) 7 boeuf la composition des lipides (acides gras 17 mouton polyinsaturés) est fortement influencée par 2 - 3 cheval/poulet l‘alimentation du porc variable: porc cholestérol (mg) 70 - 100 foie 340 cervelle 2100!! L’utilisation de la chaleur : elle se fait soit par cuisson simple : dans ce cas, on doit la combiner avec un stockage réfrigéré ; soit par pasteurisation (semi-conserves) : l’effet de la chaleur est ren- forcé par l’application du sel, des épices, de la nitrite, etc. Le stoc- kage réfrigéré est quand même nécessaire ; soit par appertisation (stérilisation) : la mise en boîte suivie par l’autoclavage (121ºC, 40- 60 minutes pour obtenir la « cuisson botulinum » 12D (Cf. 4.2.2). La déshydratation avec ou sans fumage Le salage : NaCl + NaNO3 (salpêtre) avec l’action conservatrice de la nitrite (formation de nitrosomyoglobine et nitrosohémochrome) La fermentation lactique : saucisses fermentées (exemple : le sala- mi). Le principe du procédé est résumé sur la figure 6.8.1. 6.8.2 Le poisson La composition chimique globale du poisson est présentée au tableau 6.8.2. Le poisson frais se détériore très rapidement, à cause des enzymes digestives et des enzymes des muscles (cathep- sines) du poisson, des microbes et de leurs enzymes. Les traitements à bord du poisson frais sont les suivants : ouverture ventrale, éviscération, enlèvement du sang, lavage et stockage (sur glace, ou par congélation). Les poissons sont conservés en utilisant des techniques diverses : Mise en boîte (sardines, thon, hareng, etc. à l’huile, sauce de toma- tes, saumure) par 100 g de poisson frais poisson gras poisson non-gras Tableau 6.8.2 Composition protéines (g) 20 16,4 chimique globale lipides (g) 10 0,5 du poisson Ca (mg) 40 25 Fe (mg) 1,2 0,7 Energie (J) 753 314 240 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 241 6.8 viande maigre lard de porc glace, farine, sel et/ou ensemencement (Micrococcus, La viande et le poisson (porc ou boeuf) congelé épices salpêtre Lb. plantarum, Lb. delbrückii) mélange et hachage dans un "cutter" (hacheuse) pâte à saucisses remplissage: Figure 6.8.1 ♦ à la nature (intestins de porc ou Diagramme de pro- boeuf) duction de saucisses ♦ synthétique (tuyau de cellulose) fermentées incubation 24 heures à 30ºC environ pH diminue de 6,6 vers < 5,0 fumage - séchage lent pendant 10 jours afin d'éviter la formation d'une croûte empêchant la migration d'eau salami, cervelet, plockwurst. etc... •découpage (tête, queue, viscères; filetage, tranches, entier) •nettoyage •saumure (5-10% de sel, 30 minutes) •pré-cuisson (15 minutes à la vapeur à 100ºC) •remplissage des boîtes •addition de jus (saumure, sauce, huile; nitrates à stabilisation de couleur) •exhaustion •sertissage •autoclavage : 120ºC pendant 50-80 minutes •refroidissement •étiquetage •stockage pendant environ 6 mois : améliore le goût (interac- tion poisson-jus) Séchage (le ratio volume / poids de transport est minimal; le séchage solai- re est très économique) •préparations (nettoyage etc. voir ci-dessus) •séchage à l’air ambiant : de préférence, on protège le poisson des rayons solaires directs (dommage aux lipides, couleur, etc.) •triage 241 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 242 Chap. 6 Technologie des produits •écaillage •incisions •étripage •étêtage •lavage/nettoyage En Afrique de l’Ouest, le poisson fermenté-séché est populaire •trempage 24-48 h jusqu’au début de la putréfaction (goût fort et caractéristique) •exposition (séchage) pendant la journée : côté chair vers le soleil pendant la nuit : renversé; petites/moyennes dimensions : 4-8 jours; gros (Capitaine) 2-3 semaines •stockage; emballage en nattes (pas toujours efficace ...) •séchage industriel : tunnel à séchage (Cf. Figure 4.4.8) Fumage traditionnel (Mali et autres pays de l'Afrique de l'Ouest) •triage •préparation : écaillage, étripage, incisions, tranchage, lava- ge, égouttage, nettoyage des claies du four •pré-séchage (au four); 2-4 h à des températures relativement basses •séchage partiel •durcissement de la peau •cuisson : augmenter la température quand la peau est dure •fumage : augmenter la production de fumée; pendant le fuma- ge, on fait le contrôle de la texture et de la couleur (doivent être uniformes) •stockage (dans un four de stockage) •ré-fumage (en cas d’humidité ou de problèmes avec les insectes). Salage : Salage sec avec drainage : 100 kg poisson + 50 kg sel en couches. Le poisson est séché graduellement parce qu’on permet à la sau- mure de s’échapper. Ce traitement constitue une combinaison du salage et du séchage. Salage avec du sel sec, sans drainage : Une saumure est formée couvrant les poissons. Après une incubation de longue durée la sauce de poissons est formée (par exemple le Nuoc-Mam du Vietnam). Traitement à la saumure (10-20% de sel) pour quelques jours. En combinaison avec la pasteurisation pour la fabrication des semi-conserves. Froid : Congélation à bord (poissons de mer). Il est très important d’avoir à sa disposition l’infrastructure d’une « chaîne froide ». 242 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 243 6.9 6.9 Les produits laitiers Les produits laitiers 6.9.1 Introduction Le lait cru est la base de tous les produits laitiers montrés au tableau 6.9.1. Ces produits sont très différents du point de vue du processus de fabrication, de leur structure, leur composition et leurs caractéristiques. Une grande variété de traitements sont appliquées au lait au cours de l’élaboration des produits laitiers. Le lait pasteurisé par exemple est un produit dans lequel le lait cru est peu modifié, alors que le fromage est du lait avec beaucoup plus de modifications. Dans la composition, il y a une variabilité due au type d’animal (vache, brebis, chèvre, chameau), à l’alimentation des animaux et à la saison. Le lactose est le seul glucide important dans le lait ; la caséine forme 80 % de la protéine. Teneur Lait entier Lait écrémé Beurre Yaourt Fromage pour 100 g en poudre double crème kJ 250-265 1453 3098-3152 155-460 1423-1528 eau (g) 88 4 15-20 73-88 46-52 protéines (g) 3,4 35,5 0-0,7 4,2-5 7,7-17 Tableau 6.9.1 lipides (g) 4 0,8 82-83,5 0,3-3,5 32-33,5 glucides (g) 4,5-4,8 52,8 0-0,4 4-18 0,2-2,4 Composition de cholestérol (mg) 14 3 250 1-13 100 quelques produits Na (mg) 45 680 22-870 45-65 582-1067 laitiers Ca (mg) 120 1300 10-15 148-170 102-350 Fe (mg) 0,1 0,5 0-0,2 0,1-0,2 0,8-1,4 vit. A (u.i.) 10-50 0 700-900 0-30 277-385 vit. D (µg) 0-0,1 0 0,8-8 0,01-0,04 0,2-0,4 vit. E (µg) 0,1 0 1,5-10 0,03-0,1 0,6 vit. B12 (µg) 0,2-0,5 3 0 0-0,4 0,3-2,6 6.9.2 Aspects microbiologiques Le lait cru renferme de nombreux germes dont le développement rapide est assuré par sa température à la sortie de la mamelle. Si le lait n’est pas refroidi immédiatement en dessous de 4 °C, sa population microbienne peut atteindre plusieurs millions de ger- mes par millilitre au moment de la livraison. Le tableau 6.9.2 illustre l'influence importante de la température de stockage et le niveau initial de la contamination, sur la croissance microbienne. C’est pourquoi le respect des règles d’hygiène est très important. Il est important que les mains ou les machines à traire soient pro- pres. En particulier, les machines doivent être nettoyées après Nombre initial de Température (°C) Nombre de germes germes (par ml) après 24 h après 48 h Tableau 6.9.2 4 4 000 4 000 Le développement 4000 10 12 000 120 000 microbien dans 16 1 500 000 18 000 000 le lait. 4 80 000 120 000 40 000 10 200 000 840 000 16 4 500 000 102 000 000 243 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 244 Chap. 6 Technologie des produits chaque traite et démontées périodiquement. Tous les récipients contenant le lait comme les pots, les tanks de refroidissement doi- vent être nettoyés correctement. Quand le nombre de bactéries atteint 107ml-1, on dit que le pro- duit est détérioré. Dans ce cas, un traitement technologique sera difficile parce que le lait sera tellement déstabilisé qu'il se caillera pendant le chauffage. Les plus importants microbes sont les suivants : •Les bactéries lactiques : Celles-ci transforment le lactose dans le lait en glucose et en galactose, puis en acide lactique. La température favorable pour ces bactéries est 30 - 40 °C. Quand la teneur en acide lactique atteint 6 à 7 g par litre, les protéines du lait (la caséine) coagulent et le lait “tourne”. •Les microbes saprophytes divers : ces bactéries peuvent être nombreuses si l’extraction du lait n’a pas été faite avec soin. On distingue : •des bactéries coliformes (indice de pollution en raison de leur origine fécale); parmi elles, se trouve Escherichia coli, qui peut provoquer de la diarrhée. •des bactéries protéolytiques, qui causent la détérioration par formation de mauvais goûts. •des bactéries lipolytiques, qui attaquent les matières grasses et causent le rancissement. •des microbes pathogènes : Brucella abortus, Mycobacterium spp., Streptococcus spp., Staphylococcus spp., Salmonella typhi, Campylobacter jejuni, Yersinia enterocolitica, Listeria monocytogenes. La plupart des microbes pathogènes sont détruits par la pasteurisation. 6.9.3 Lait pasteurisé conditionné Un chauffage à 72ºC pendant 15 - 20 secondes appliqué de façon continue dans un échangeur de chaleur détruit tous les germes pathogènes. Si le lait concerné est propre et ne contient pas beau- coup de germes saprophytes banals, la flore résiduelle constituée par les micro-organismes thermorésistants sera faible et le lait pas- teurisé est de bonne qualité. En cas d’une forte contamination, une température de 85 - 90ºC pendant 15 - 20 secondes peut être néces- saire pour réduire suffisamment le nombre de bactéries résiduelles, mais dans ce cas il y a aussi une détérioration du goût du lait. Avant de pasteuriser le lait, on peut l’homogénéiser, afin d’évi- ter la séparation de la matière grasse pendant le stockage. Subordonné aux législations nationales et les sortes du lait, le lait pasteurisé doit avoir moins de 3 x 104 germes banals / ml en principe; les coliformes fécaux doivent être absents / 1 ml. Souvent, le lait entier doit avoir 3,6 % de matières grasses, le lait demi-écrémé, 1,5-1,8 %. La durée maximale de stockage du lait pasteurisé est d’une (1) semaine environ au réfrigérateur. 244 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 245 6.9 Le procédé général : Les produits laitiers Lait → réglage de la matière grasse → homogénéisation (Cf. Figure 3.6.11) → pasteurisation (Cf. Figures 4.2.13 et 4.2.16)→ emballage aseptique (Cf. Figure 4.2.7). 6.9.4 Le lait stérilisé La stérilisation consiste en un chauffage énergique destiné à détruire tous les micro-organismes du lait en vue d’assurer une longue conservation. Le résultat peut être obtenu par deux métho- des : le procédé conventionnel et le procédé par ultra haute tem- pérature (UHT). Quelle que soit la méthode, il faut que le lait soit homogénéisé avant la stérilisation, pour éviter la séparation de la matière gras- se au cours de la conservation. En utilisant le procédé conventionnel, le lait est chauffé dans des conditions d’autoclavage, soit 15-20 minutes à 115-120 °C, ou 8-10 minutes à 125-130 °C. Le lait est préalablement conditionné en récipients hermétiques comme les bouteilles en verre ou en matière plastique. Le procédé UHT consiste en un chauffage instantané du lait, en flux continu, à 140-150 °C pendant 2-3 secondes, suivi d’un condi- tionnement aseptique dans des récipients stériles, par exemple, emballage en carton ou en matière plastique de formes diverses. Dans les pays tempérés, la conservation du lait stérilisé est assurée pendant plusieurs mois à la température ambiante, à condition que les récipients ne soient pas ouverts. Dans les pays chauds, il est souhaitable de le conserver au frais. On observe des modifications d’ordre biochimique au cours de la conservation, surtout si la température est supérieure à 15 °C. Autrefois, le lait stérilisé était un lait profondément modifié dans sa composition, sa structure et sa valeur nutritionnelle par le traitement thermique. Aujourd’hui les progrès réalisés par les techniques et le matériel de stérilisation permettent de limiter considérablement les modifications enregistrées. Le lait stérilisé, en particulier par le procédé UHT, conserve sa teinte blanche initiale et sa valeur nutritionnelle est respectée (Cf. 4.2.3). 6.9.5 Laits concentrés Le lait concentré se présente sous deux formes : sucré et non sucré comme indiqué au tableau 6.9.3. Le lait est concentré sous vide par évaporation partielle d’eau. Dans le cas du lait concentré non sucré, 45 % de l’eau est évaporée et la conservation est assurée par la stérilisation à l’autoclave. Le produit reste liquide. Dans le cas du lait concentré sucré, 75 % de l’eau est évaporée et la conserva- tion est assurée par l’addition de 40-42 % de sucre. Le produit devient pâteux. Pour éviter tout accident de fabrication, il faut que le lait cru soit d’excellente qualité et d’une grande fraîcheur. 245 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 246 Chap. 6 Technologie des produits Lait concentré - sucré Lait concentré - non sucré - addition d’un sirop de saccharose - addition de sels stabilisants stérile (40-42% du produit fini) (0,2% Na-phosphate) pour éviter la coagulation favorisée par les ions calcium pendant la stérilisation Tableau 6.9.3 Différences entre le - évaporation sous vide partiel à - évaporation sous vide partiel (53-55ºC) lait concentré sucré basse température (53-55ºC) (45 % de l’eau est évaporé) et le lait non sucré (75% de l’eau est évaporé) - conditionnement en boîtes - conditionnement en boîtes métalliques métalliques ou en verre - stérilisation en autoclave 115-120ºC, 20 minutes. La préparation du lait comporte les étapes suivantes: triage (qua- lité), réglage du taux de matière grasse, pasteurisation (105- 120ºC, 10-15 sec) pour tuer les germes pathogènes, les germes banals et pour inactiver les enzymes, et enfin homogénéisation de la matière grasse. Les progrès réalisés dans la technologie industrielle de l’évapo- ration permettent maintenant de limiter notablement l’action thermique sur le lait. La valeur nutritionnelle du lait concentré est très proche de celle du lait frais, notamment dans le cas du lait concentré sucré, qui ne subit pas une stérilisation. 6.9.6 Le lait en poudre C’est du lait pratiquement sans eau (moins de 4 %; aw ≈ 0,05), qui ne peut donc plus être un siège de développement microbien. Pour la fabrication, le lait est soumis à la même préparation que les laits concentrés. Le lait est ensuite soumis à une concentration préliminaire, puis à une dessiccation par pulvérisation sous la forme d’un fin brouillard dans une grande chambre parcourue par un courant d’air chauffée à 150-160 °C. L’évaporation de l’eau de concentration est immédiate; la température du produit est d’en- viron 60 °C. Les gouttelettes de lait tombent à la base de la cham- bre sous forme de fines particules (Cf. Figure 4.4.12). La poudre de lait entier est conditionnée à l’abri de l’air sous azote (N2), pour éviter l’oxydation de la matière grasse. La poudre de lait maigre contient très peu de matières grasses. 6.9.7 Le lait fermenté Le lait fermenté est fabriqué suivant un principe très ancien : la fermentation du lactose avec formation d’acide lactique, d’alcool ou de ces deux produits. En Europe, le yaourt (ou yoghourt) est le lait fermenté le plus consommé ; dans les pays de l’Est, c’est le kéfir, caractérisé par une fermentation alcoolique ( ~ 1 %), qui représente 70 % de la consommation totale du lait fermenté. 246 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 247 6.9 A part les produits principaux de la fermentation (acide lactique / Les produits laitiers alcool), d’autres produits sont formés : ce sont les substances aro- matiques qui donnent au produit final ses caractéristiques orga- noleptiques spécifiques. Le procédé général de production de yaourt est décrit comme suit: 1. Lait entier, demi-écrémé ou écrémé 2. Augmentation de la matière sèche soit par évaporation partielle, soit par addition de lait en poudre écrémé, ou caséi- ne en poudre, ou concentration par ultrafiltration. 3. Pasteurisation et refroidissement à 45-50ºC 4. Ensemencement 2-3% (Lactobacillus bulgaricus + Streptococcus thermophilus) 5. mise en pots 5. mise en vaisseau incubation 45-50ºC 2-3 h incubation 30ºC 16-20 h jusqu’à la formation du coagulum (gel) refroidissement <5ºC brassage en cuve, suivi par la flui- disation arrête l’acidification conditionnement en cartons ou plastique Les caractères gustatifs du yaourt peuvent être modulés en agis- sant sur les conditions de la fermentation. On peut obtenir ainsi des produits plus acides ou plus doux. Le yaourt doit être conser- vé au réfrigérateur. Il est généralement admis que le yaourt est à l’origine d’une sti- mulation des sécrétions digestives et qu’il assure une bonne diges- tibilité et un coefficient de digestibilité élevé pour de nombreuses substances, notamment les protéines et les minéraux. La présen- ce de micro-organismes vivants, susceptibles d’intervenir sur l’é- quilibre de la flore intestinale, ou la résistance aux infections n’est sans doute pas sans signification. Le yaourt contient encore envi- ron 3% de lactose ; cependant c’est un produit laitier convenable aux personnes qui ont une intolérance au lactose due à la présen- ce de l'enzyme β-galactosidase. 6.9.8 Fromages La dénomination fromage s’applique au produit, fermenté ou non, obtenu à partir du lait ou d’autres matières d’origine laitière coagulées avant égouttage ou après élimination partielle de la phase aqueuse. L’intérêt nutritionnel des fromages réside dans leur teneur en calcium, en protéines, et pour certains d’entre eux, en vitamines du groupe B. Fabriquer du fromage est une façon de conserver les protéines et les matières grasses du lait. Une très grande variété existe, par exemple : •fromage frais (fromage de campagne) •fromage à pâte molle avec moisissures externes (brie, camembert) •fromage à pâte molle à croûte lavée (munster, pont-l’évêque) •fromage à pâte pressée non cuite (Cantal, Gouda, Port-Salut etc.) •fromage à pâte pressée cuite (Comté, Emmenthal, Gruyère) 247 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 248 Chap. 6 Technologie des produits En général, la fabrication d’un fromage comprend trois étapes : en premier, c’est la formation d’un gel de caséine : elle se fait par caillage ou coagulation du lait par addition de présure. La coagu- lation est une opération qui vise à la séparation des constituants du lait qu’on souhaite soumettre à l’action des micro-organismes. La deuxième étape est la déshydratation partielle du gel : elle se fait par égouttage qui aboutit à un caillé. La dernière étape est la maturation du caillé par des enzymes dont les plus actives sont celles produites par les micro-organismes. C’est l’affinage du caillé qui conduit au fromage. Les étapes de fabrication d'un fromage à pâte dure (le Gouda) sont résumés par la figure 6.9.1. Quelques outils spécifiques sont illustrés par les Figures 6.9.2, 6.9.3, et 6.9.4. Figure 6.9.1 Les étapes de fabrication du fromage à pâte dure lait entier chauffage de 4-6ºC facilitant la séparation du lactosérum réglage de la agitation (15-30 minutes) facilitant la matière grasse séparation du lactosérum pasteurisation 72ºC écoulement de la plupart du lactosérum, 15-20 sec compression légère du gel, coupage du gel échantillon refroidissement jusqu’à la température de transfert des morceaux de gel dans des moules à coagulation (28-31ºC) 0,7% vol/vol de bactéries fromage; égouttage 15-30 minutes lactiques échantillonnage pour enrôbage en mousseline (textile) afin de faciliter KNO3 contre E.coli et les contrôle de qualité l’égouttage et la formation de croûte bactéries butyriques (10-15 g par 100 kg lait) additions affichage de l’étiquette officielle CaCl2 pour stimuler la coagulation (20 ml 35% solution par 100 kg lait) coagulation (30 minutes pressage (2-3 h) pour enlever le lactosérum résiduel, environ) et formation d’une croûte continue. Cf. Figure 6.9.3 chymosine (présure) (25-30 ml contrôle de la fermeté du par 100 kg lait) fermentation (1-3 h) pour transformer tout le lactose coagulum (gel) de caséine en acide lactique coupage du gel (20 salage en saumure (3-6 jours; 20% sel) jusqu’à 2- minutes environ) 3% NaCl dans le fromage Cf. Figure 6.9.2 maturation (3 semaines à 1 année) pour obtenir une enlèvement d’environ 50% du lactosérum et distribution homogène du sel, décomposition des substitution par de l’eau protéines, décomposition des lipides et développement de la consistance. Cf. Figure 6.9.4 Figure 6.9.1. Les étapes de fabrication du fromage à pâte dure fromage à pâte dure 248 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 249 6.9 Les produits laitiers Figure 6.9.2 Vaisseaux convention- nels et outils de fabri- cation du fromage A. Vaisseau pendant le mélange B. Vaisseau pendant le coupage C. Vaisseau pendant l’écoulement du petit-lait D. Vaisseau pendant le pressage 1. Vaisseau fromage à double paroi avec poutre portante et moteur aux outils 2. Outil à remuer 3. Outil à couper 4. Passoire à placer dans l’écoulement du vaisseau 5. Pompe au petit-lait 6. Plaque à pressoir 7. Attachement des outils 8. Cylindres hydrauliques au pressoir 9. Coûteau au fromage Figure 6.9.3 Pressoir-fromage vertical à action pneumatique Figure 6.9.4 Stockage de fromage utilisant des palettes 249 Nout_Ch06 21.02.2003 9:37 Uhr Seite 250 250 Nout_Ch07 19.02.2003 11:44 Uhr Seite 251 BIBLIOGRAPHIE GENERAL DUPIN, H.; CUQ, J-L.; MALEWIAK, M-I.; LEYNAUD, C.; BERTHIER, A-M. [Ed] (1992) Alimentation et nutrition humaines. ESF éditeur . FAVIER, J.C.; IRELAND-RIPPERT, J.; TOQUE, C.; FEINBERG, M. (1996) Répertoire général des aliments. Table de composition. F-75384 Paris Cedex, France; Tec & Doc. Lavoisier. xxviii + 895pp. ISBN 2-85206-921-0. (BIO)CHIMIE ALIMENTAIRE ALAIS, C.; LINDEN, G. (1995) Biochimie alimentaire. 75280 Paris Cedex 06, France; Masson. 244pp. ISBN 2-225-84556-5. 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Appertisation (Appertization) : la destruction de tous les micro-organismes importants dans les aliments ; quelques micro-organismes restent vivants, mais ne se multiplient plus (“commercial sterility”), nommé ainsi en référence à Nicolas Appert. Autoclave (Autoclave) : un fourneau dans lequel on obtient des températures éle- vées par l’utilisation de pressions de vapeur élevées. Les autoclaves ont deux buts : diminuer la période d’ébullition et de stérilisation. Les micro-organismes sont tués plus rapidement à ces températures élevées. Les autoclaves sont uti- lisées pour stériliser les aliments emballés , par exemple en boîte. Blanchiment (Blanching) : un traitement à la chaleur. On blanchit les fruits et les légumes avant la mise en conserve, séchage ou congélation, et ce pour diverses raisons : ramollissement de la texture, dégonflement, élimination de l’air, des- truction des enzymes, élimination des odeurs non désirées. Le blanchiment se réalise par trempage dans l’eau chaude (90-100°C) pendant 0,5 à 5 minutes, ou par traitement à la vapeur. Botulisme (Botulism) : Type rare mais assez mortel d’intoxication des aliments causée par l’endotoxine botuline, produite par Clostridium botulinum. La toxi- ne interfère au niveau du système nerveux central. Le contrôle de la tempéra- ture du corps, de la vue et de la respiration sont déréglés. Le micro-organisme est anaérobie et les spores peuvent supporter l’ébullition à 100°C pendant 3 heures. Elles nécessitent une température de 120°C et un pH inférieur à 4,5 pour être détruites. Dès lors, les aliments bouillis, surtout la viande et les légumes non acides en conserve, peuvent encore contenir ces spores. La toxine elle-même est détruite à 65°C. Caramélisation (Caramelization) : une couleur brune qui se forme quand on trai- te les saccharides à chaud ou en présence de l’acide. Alors, le “caramel” est pro- duit par brûlage du sucre et est utilisé comme colorant. Des jus de fruits sucrés brunissent par caramélisation quand ils sont stockés à des températures éle- vées. Il ne faut cependant pas confondre la caramélisation avec les réactions de Maillard. Chauffage par micro-ondes (Micro-wave heating) : chauffage par utilisation de chaleur résultant de la pénétration des ondes de haute fréquence (fréquence de radio ; 5 millions de cycles/seconde). Quand on place un aliment entre les électrodes, la chaleur est excitée à l’intérieur des aliments, et ce, à cause des for- ces électrostatiques et des mouvements moléculaires. Dans ce procédé, on chauffe de l’intérieur de l'aliment vers l’extérieur d’une manière rapide, contrai- rement au chauffage normal. Coagulation (Coagulation) : un procédé dans lequel les protides, les cristaux gras, les globules d'émulsion, etc. deviennent insolubles, et ce à cause de la chaleur, des acides et des bases fortes, des métaux et autres produits chimiques. Coloration de Gram (Gram stain) : les bactéries peuvent être divisées en deux groupes selon leur pouvoir de retenir (Gram-positive) ou non (Gram-négative) le colorant cristal-violet après essai de décoloration avec l’alcool. Technique nommée ainsi d’après Gram (botaniste Danois). * Terme anglais 257 Nout_Ch07 19.02.2003 11:44 Uhr Seite 258 Lexique Terminologique Compte-plaque (Plate count) : afin de déterminer le nombre de micro-organismes dans un échantillon, on la cultive dans une boîte de Petri contenant du agar. Sur la boîte, chaque cellule de micro-organisme se multipliera jusqu’à la formation d’une colonie visible. On compte les colonies, et le nombre de colonies comptées donne le nombre de cellules dans l’échantillon original. Concentration par congélation (Freeze concentration) : concentration d’un liquide par élimination de glace pure par congélation ; il reste une solution plus concentrée (préparation de concentrés de jus de fruits, etc.). Congélation rapide (Quick freezing) : congélation rapide des aliments en les exposant à un courant d’air très froid. Contrairement à la congélation norma- le, les petits cristaux de glace formés ne détruisent pas les cellules des aliments. Dans ce procédé, on obtient une température de -5°C en deux heures au maxi- mum, et la température finale obtenue est de -18°C. Conservation (Preservation) : pendant le stockage, les aliments peuvent se dété- riorer sous l’action des micro-organismes et des réactions chimiques, biochi- miques et physiques. La conservation a pour but d’éviter cette détérioration. Méthodes permettant une assez longue conservation : congélation, stérilisation, séchage, addition de produits chimiques. Méthodes utilisables pour des périodes limitées : pasteurisation, salage, fumage, mise en vinaigre. Débit (Flux) : la vitesse d'extraction de perméate mesurée en litres par mètre carré de superficie de membrane par heure [l.m-2.h-1]. Dénaturation (Denaturation) : un changement de structure dans les protides, réversible avant la coagulation, mais devenant irréversible dès que commence la coagulation. La solubilité est réduite. La dénaturation peut être causée par un changement de pH, la chaleur, la radiation, l’agitation. La valeur nutritive ne change pas, l’action pharmacologique est souvent perdue. Désodorisation (Deodorization) : en général appliquée pour éliminer les odeurs (par exemple : farine de poisson désodorisée), mais plus spécifiquement pour la désodorisation des lipides pendant le raffinage. La vapeur surchauffée est gar- gouillée à travers de l’huile chaude sous vide ; presque toutes les substances aromatiques sont éliminées par distillation. Echangeur de chaleur (Heat exchanger) : appareil pour chauffage ou refroidisse- ment rapide des liquides par application d’une grande surface et d’un courant turbulent afin d’améliorer la transmission de la chaleur. Il est utilisé pour la pasteurisation, la stérilisation et le refroidissement continus. Emulsion (Emulsion) : un mélange intime de 2 phases liquides non-miscibles. L’une (la phase discontinue) est dispersée (petites gouttes) dans l’autre (la phase continue) ; par exemple, l’huile dans l’eau. La stabilité d’une émulsion dépend de divers facteurs (par exemple présence d’un stabilisateur). Endospores (Endospores) : une forme dormante des bactéries ; elles ont des parois épaisses, qui sont très résistantes à la chaleur et à la sécheresse. Elles peuvent produire des bactéries végétatives par germination. Ce sont seulement les gen- res Bacillus et Clostridium qui peuvent former des endospores. Enzymes (Enzymes) : catalyseurs biologiques produits par des cellules vivantes. Ils sont responsables de presque toutes les réactions qui ont lieu dans les plan- tes et les animaux. Ils sont principalement composés de protides, détruits par la chaleur et les produits chimiques qui coagulent les protides. Etuvage (Parboil) : bouillir partiellement. L’étuvage est surtout important pour le riz brun (par vaporisation du riz non-décortiqué). Les vitamines-B, solubles dans l’eau, diffusent du tégument dans le grain. Quand le riz est décortiqué après, il contient beaucoup plus de ces vitamines que le riz décortiqué non- étuvé. Evaporation “Flash” (Flash-evaporation) : un traitement à chaud de courte durée, de façon telle qu’un petit volume (1%) est distillé contenant toutes les substances volatiles. On récolte le distillat-”flash” séparé du distillat suivant et ensuite, le distillat-”flash” est ajouté au concentrat afin d’améliorer l’arôme. Il est appliqué au jus de fruits. 258 Nout_Ch07 19.02.2003 11:44 Uhr Seite 259 Fumage (Smoking) : on fume souvent la viande et les poissons après salage afin Lexique Terminologique d’améliorer la conservation et l’arôme. On produit la fumée à partir du bois. La fumée contient des aldéhydes, phénols et acides, qui ont une action conserva- trice. Glutamate de sodium (Sodium glutamate) : sel d’acide glutamique et de sodium, utilisé comme substance aromatisante dans les aliments, surtout pour fortifier le goût de la viande. Gluten (Gluten) : fraction de protide de la farine de blé, qui a des propriétés élas- tiques (essentielles à la fabrication du pain). Homogénéisation (Homogenization) : en général, les émulsions se composent d’une suspension de globules de grandeur variable. Par homogénéisation, on diminue la taille des globules jusqu’à une dimension plus petite et plus égale. Dans le lait homogénéisé, les globules de lipides plus petits absorbent mieux les protides (stabilisateur de l’émulsion) et il n’y a pas d’auto-écrémage. En consé- quence, l’écrémage spontané est freiné. Hydrolyse (Hydrolyse) : décomposition d’une substance en ajoutant les groupes OH- et H+ de l’eau aux deux moitiés. Le saccharose est hydrolysé en glucose et fructose; les protides sont hydrolysés en peptides ou en acides aminés. Hydroréfrigération (Hydrocooling) : les légumes sont lavés dans l’eau froide et après, encore mouillés, placés sous vide. L’évaporation de l’eau refroidit les légumes pour le transport. Indice de Réfraction (Refractive index) : une mesure de la courbure ou de la réfraction d’un rayon de lumière entrant dans un milieu plus dense ; elle est donnée par le rapport du sinus de l’angle d’entrée et le sinus de l’angle de sor- tie; elle est utilisée pour mesurer les concentrations de sucre, les matières soli- des en solution, la pureté de l’huile, etc. Infection alimentaire (Food-borne infection) : maladie infectieuse causée par les micro-organismes pathogènes vivants que l’on a consommés. Selon leur degré de virulence la dose minimale pour causer une infection (ou inflammation) peut varier de 2-3 cellules (certains Escherichia coli et Salmonella typhi) à quelques milliers de cellules (Bacillus cereus, certains biotypes de Salmonella et Shigella). L’infection est causée par l’envahissement du tissu du système gas- tro-intestinal. Les symptômes incluent la diarrhée (parfois sanglante), la fièvre, le malaise. La période d’incubation est de l’ordre de quelques jours. La guérison peut survenir au bout d’une à deux semaines. Intoxination alimentaire (Food poisoning) : peut être causée par : la contamination avec des bactéries toxigènes, des produits chimiques toxiques des réactions allergiques contre certains protides. Les toxines bactériennes les plus importantes sont celles produites par Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Clostridium perfringens et Clostridium botuli- num. intoxination de Bacillus cereus: symptômes rapides, vomissement violent. Rétablissement après quelques jours. La toxine est inactivée par ébullition. intoxination de Staphylococcus aureus : symptômes rapides, gastro-entérite après 2-4 heures, vomissement. Rétablissement rapide (1-2 jours). La toxine est thermostable. intoxination de Clostridium perfringens : les mêmes symptômes qu’avec Staphylococcus aureus. intoxination de Clostridium botulinum : → Botulisme. Inversion des phases (Phase inversion) : le lait est une émulsion de lipides dans l’eau ; le beurre est une émulsion d’eau dans le lipide. Le changement de crème en beurre est appelé inversion des phases de l’émulsion. Lécithines (Lecithins) : substances graisseuses du type des phospholipides ; elles consistent en glycérol, acides, acide phosphorique et choline. Elles sont utilisées dans l’industrie alimentaire comme émulsifiants, par exemple pour la fabrica- 259 Nout_Ch07 19.02.2003 11:44 Uhr Seite 260 Lexique Terminologique tion du chocolat. Elles sont obtenues industriellement à partir du soja, de l’ara- chide, du maïs. Micro-organismes (Microorganisms) : organisme vivant seulement observable à l’aide d’un microscope. Mise en conserve stérile (Aseptic canning) : les aliments sont stérilisés en avan- ce à des températures très élevées (150-180°C) pendant quelques secondes. Les aliments sont ensuite mis en boîte stérile de façon stérile. Il y a moins de perte d’arôme, de couleur et de valeur nutritive, comparé aux méthodes convention- nelles de mises en conserve. Pasteurisateur (Pasteurizer) : appareil destiné à pasteuriser des liquides comme le lait, les jus de fruits, etc. Au fond, ce sont des échangeurs de chaleur. On passe le produit de façon continue entre des plaques chauffées ou par des tuyaux, où on le chauffe à la température désirée pendant une période désirée. Après cela, a lieu une réfrigération rapide. Pasteurisation (Pasteurization) : les formes végétatives de nombreuses bactéries peuvent être tuées par traitement à la chaleur moyenne (pasteurisation), tan- dis que pour la destruction totale de tous les micro-organismes + spores (stéri- lisation) on a besoin de températures plus élevées pendant de plus longues périodes ; souvent le produit est décomposé ou endommagé par ce traitement. La pasteurisation prolongera la durée de conservation pendant une période limitée. Pathogènes (Pathogens) : micro-organismes qui causent des maladies, souvent des inflammations. Perméat (Permeate) : le liquide passant à travers une membrane de filtration. Phénoloxydases (Phenol oxydases) : enzymes causant le brunissement enzyma- tique par l’oxydation des substances phénoliques jusqu’aux quinones, qui ont une couleur brune (par exemple dans les fruits et champignons coupés). Produits de conservation (Preservatives) : toute substance qui est capable de freiner ou arrêter le processus de détérioration par fermentation, acidification, putréfaction, etc. Parce qu’il y a des produits de conservation qui peuvent être toxiques, l’utilisation de certains produits dans les aliments est limitée à cer- tains taux. Quelques substances permises à un taux indéfini : le sel, le salpêt- re, le sucre, l’acide lactique, l’acide acétique, la glycérine, l’alcool, des condi- ments. Quelques produits de conservation permis à des taux limités: l’acide sor- bique, l’acide benzoïque, et le dioxyde de soufre. Rancissement lipolytique (Lypolitic rancidity) : quelques micro-organismes pro- duisent des lipases, des enzymes qui hydrolysent les lipides. Dans les aliments, ils hydrolysent les lipides jusqu’au glycérine. Les lipases sont détruites par la chaleur. Réactions de Maillard (Maillard reaction) : le brunissement non-enzymatique. C’est une réaction de condensation entre les acides aminés ou protides et les saccharides réducteurs. Dans les protides ce sont surtout les groupes amines libres de la lysine qui réagissent avec les saccharides. Cela cause une perte de lysine disponible, parce que le complexe “lysine-saccharide” n’est pas digestible. Rétentat (Retentate) : le sédiment, le concentrat, ou le liquide retenu par une membrane de filtration. Saccharides (Carbohydrates) : substances qui contiennent du carbone, de l’hy- drogène et de l’oxygène, par exemple les sucres, l’amidon, les dextrines, le gly- cogène, la cellulose. On peut les hydrolyser (chimiquement ou à l’aide des enzy- mes) jusqu’aux sucres simples (monosaccharides) comme le glucose, le fructose, le galactose. Salage (Pickling) : Légumes : immergés dans une saumure de 5-10%, ils subissent une fermenta- tion lactique. Les micro-organismes non désirés sont supprimés par le sel. A 25°C, le procédé dure quelques semaines, avec une concentration finale en acide lactique de 1% environ. 260 Nout_Ch07 19.02.2003 11:44 Uhr Seite 261 Viande : le salage améliore sa couleur, son arôme et sa conservation. La sau- Lexique Terminologique mure contient du NaCl, du NaNO3 et du sucre. Seuls les micro-organismes halophiles se développent et transforment le nitrate en nitrite, qui se combine aux pigments rouges des muscles (myoglobine), donnant une couleur rouge (nitrosomyoglobine). Séchage par congélation ou lyophilisation (Freeze drying) : méthode de sécha- ge où le matériel est congelé et se trouve sous vide. L’effet réfrigérant de l’éva- poration garde le matériel congelé, tandis que la glace s’élimine par sublimation sous forme de vapeur. La méthode est surtout appliquée pour traiter des sub- stances sensibles à la chaleur. Il n’y a pas de perte de texture et d’arôme. Sécheur à pulvérisation (Spray dryer) : appareil dans lequel on pulvérise le pro- duit liquide concentré à sécher dans une chambre avec de l’air chaud. Le pro- duit sec tombe en poudre dans le fond conique. Parce que la période de chauf- fage est assez courte, il y a très peu de perte de valeur nutritive. Il est utilisé par exemple pour le séchage du lait. Solution primaire (Feed) : la solution que l'on veut concentrer ou fractionner par séparation par membrane. Soxhlet (Soxhlet) : appareil destiné à l’extraction de matière solide, surtout pour l’extraction des lipides. La matière solide se trouve dans un tube poreux et est percolée d’une façon continue par le solvant frais. Le solvant contenant les lipi- des est transmis (par siphonnage) dans un ballon, où le solvant est distillé et percole encore la matière solide qui reste dans le tube. A la fin, tous les lipides se trouvent dans le ballon. Stérilisateur hydrostatique (Hydrostatic sterilizer) : stérilisateur continu, utili- sé pour la production à grande échelle des aliments en boîtes (par exemple de l’ordre de 8000 boîtes par minute). Le principe est que la pression est formée par une colonne d’eau. Stockage en atmosphère modifiée (Modified Atmosphere storage) : méthode de stockage sous gaz à l’état frais, surtout utilisée pour les fruits et les légumes. Exemple : Pommes Cox d’orange : 2,5 % d’oxygène, 5 % de CO2, 92 % d’azote. Les oeufs peuvent être stockés 9 mois sous 60 % de CO2, la viande réfrigérée, 60-70 jours sous 10 % de CO2, et parfois, on ajoute quelques ppm d’ozone (O3). Substances émulsifiantes (Emulsifying agents) : substances comme les gommes, jaune d’oeuf, albumine, caséine, savons, agar, lécithine, monostéréate de glycé- rine, alginates qui aident la dispersion uniforme d’huile dans l’eau. Par exem- ple, émulsions comme la margarine, la crème glacée, etc. Texture (Texture) : qualité physique des aliments que l’on détermine surtout avec la bouche, ne prend pas en compte la température et le goût. La texture inclut la rudesse, la souplesse, la granulation, la masticabilité, la succulence et résul- te de la densité, de la viscosité, de la tension. 261 Nout_Ch07 19.02.2003 11:44 Uhr Seite 262 Remerciements REMERCIEMENTS Les auteurs remercient cordialement les personnes et éditeurs suivants, pour avoir autorisé la reproduction des figures et données suivantes: CIRAD Editions, Montpellier, France: Cruz, J.F., Troude, F., Griffon, D. & Hébert, J.P. (1998) Conservation des grains en régions chaudes. Techniques rurales en Afrique. (Figure 4.4.1). CRDI/IDRC, Ottawa, Canada: Bassey, M.W. & Schmidt, O.G. (1989) Les décorti- queurs à disques abrasifs en Afrique. (Figure 6.1.5). CTA (Centre Technique de Coopération Agricole et Rurale), Wageningen, Pays Bas/Karthala, paris, France: J.J. Asiedu (1991) La transformation des produits agricoles en zone tropicale: approche technologique. (Figures 6.1.1, 6.1.2 et 6.4.2). Editions du GRET/Coopération Française/CTA, Paris, France: Ribier, Daniel & Rouzière, André (1995) La transformation artisanale des plantes à huile. (Tableau 6.4.4). ESF Editeurs, Paris, France: H. Dupin, J.L. Cuq, M.I. Malewiak, C. Leynaud- Rouad, A.M. Berthier, Alimentation et Nutrition humaines. (1992) (Figures 4.3.2., 5.4.1 et Tableaux 2.2.1 et 5.4.1). FAO, Rome, Italie: Glossaire illustré des machines pour l’usinage du riz.” Bulletin des services agricoles de la FAO No.37 (1979). (Figure 6.1.4). Institut International du froid, Paris: "Manuel de l'entreposage frigorifique dans les pays chauds en développement" (1990) (Tableau 4.3.2). Centre International pour l’Enfance, Château de Longchamp, 75016 Paris, France: "L'enfant en milieu tropical" No.207 (1993) (Tableaux 3.5.2 et 4.4.1). Leniger, H.A. & Beverloo, W.A. (1975) Food Process Engineering :. D.Reidel Publ. Co. Dordrecht, Boston. (Figures 3.2.4, 3.2.9, 3.2.10, 3.2.12, 3.4.1, 3.4.2, 3.4.5, 3.4.6, 3.4.7, 3.4.9, 3.5.3, 3.5.4, 3.5.5, 3.5.6, 3.5.7, 3.5.8, 3.6.2, 3.6.3, 3.6.5, 3.6.6, 3.6.7, 3.6.8, 3.6.9, 3.6.10, 4.2.9, 4.2.10, 4.2.11, 4.2.15, 4.4.7, 4.4.8, 4.4.9 et 4.4.10). Marcel Dekker Inc., New York, USA: Nawar (1996) Chapter 5 Lipids, in O.Fennema, Food Chemistry, 3rd Edn (Figure 2.3.5).. Springer-Verlag, New York Berlin Heidelberg: Belitz, H.-D. & Grosch, W. (1987) Food Chemistry. (Figure 1.2.1). Technique et Documentation - Lavoisier, Paris, France: Cheftel,J.C. & Cheftel, H. (1976-77) Introduction à la Biochimie et à la technologie des aliments, Volume 1. Chapitre III-4. Brunissement enzymatique (Figure 2.3.16). Tetra Pak Processing Systems AB, S-221 86 Lund, Sweden :"Dairy Processing Handbook" (1995) (Figures 2.1.1, 2.1.2, 2.1.3, 2.1.4, 2.1.5, 3.2.11, 3.2.13, 3.5.9, 3.6.11, 4.2.13, 4.2.14, 4.2.16, 4.3.4, 4.4.11, 4.4.12, 4.4.14, 6.6.2, 6.6.3, 6.6.4, 6.9.2, 6.9.3, 6.9.4 et Tableau 3.5.3). U.S. Government Printing Office, Pittsburgh - PA, USA: Stored-grain pests. USDA Farmers' Bulletin No. 1260 (1965) (Figures 2.4.5 - 2.4.12). Par ailleurs, les auteurs remercient les personnes suivantes : Dr. Cheik Ouattara, Ouagadougou, Burkina Faso, Ir Praxède Gbaguidi-Darboux, Cotonou, Bénin et Ir Siemen Schoustra, Wageningen, Pays-Bas, pour leur assistance rédactionnelle. Enfin, que le Prof. P. Walstra, de l’Université Agronomique de Wageningen dont nous avons utilisé quelques idées de notes de cours « Nutrition et Aliments », trouve ici l’expression de nos sincères remerciements. 262 Nout_Ch07 21.02.2003 09:20 Uhr Seite 263 INDEX Index A B acide 166 Bacillus cereus 23 acétique 136 bactéricide 51 benzoïque 135 bactéries 15, 16 lactique 133, 136 bactériocines 136 acides 133 bactériostatique 51 aminés 5 balles 206 gras 6 battage 64 gras insaturés 175 bière 237 activation, énergie d’ 88 Bigelow 94 activité enzymatique 123 Bingham, corps de 158 adaptation 166 bioconserves 136 adhésivité 144 biscuits 206 adsorption 4 blanchiment 90, 91, 104, 131, 176, 206, 209, 228, aérobies 16 257 aflatoxine 183 blé 181, 193 agents 173 blutage 176 anti-oxydants 34, 40, 135, 175 boissons 205 aromatisants 167 boîte, mise en 240 épaississants 154 boîtes de conserve 75, 76 liants des métaux 182 botulisme 257 stabilisants 154 bouche 165 tensio-actifs 151 bouillies 205 agitateurs 62 bout par-dessus bout 106 agrandissement 53 brassage 238 albumen farineux 195 brasserie 205 alcool 133, 136 broyage 199, 220, 227 alcoolisées, boissons 237 dépulpage 64 aliments 257 brunissement enzymatique 41 fermentés 181 non enzymatique 37, 86, 123, 173 altérations d’origine microbienne 28 amère 166 C amidon 8, 154, 202 calibrage 226 amidons 173 calorimétrique, bombe 171 amylopectine 8 Campylobacter jejuni 22 amylose 8 capacité, calcul de 117 anabolisme 19 capsule métallique 80 anaérobies 16 caramélisation 173, 257 analyse microbiologique 189 caséine 153 des aliments 187 catabolisme 19 sensorielle 170 cavité 165 antibiotiques 134 cellulose 8, 173 antimicrobiennes, substances 184 centrifugation 64, 67 antitrypsique, activité 183 céréales 193, 195 apparence 141 chaleur 172, 177, 184, 229, 240 Appert, Nicolas 92 capacité de 59 appertisation 92, 257 de congélation 117 apports quotidiens conseillés 176 de refroidissement 116 arachnides 43 apport de 116 arôme 40, 136, 141, 165, 167 échangeurs de 107 Arrhenius 88, 93 passage de la 59 arthropodes 43 pénétration de la 85 aseptic canning 98, 102 production de 116 aspect 29 champignons 15, 17 atmosphère contrôlée 110, 231 changements physico-chimiques 124 modifiée 110 charge électrique 147 modifiée, stockage en 261 chaud, réactions à 36 autoclave 104, 257 chauffage 57 263 Nout_Ch07 21.02.2003 09:20 Uhr Seite 264 Index chimiques, produits, de conservation 132, 134 dégermage 197 cinétique 85 dégustation, jury de 170 cisaillement 144 démucilagination 217 contrainte de 155 dénaturation 86, 174, 258 CJA (Consommation journalière acceptable) 135 dénoyautage 227 clarification 228, 233 déshydratation 240 Clostridium botulinum 25, 26, 101 désinfection 110 perfringens 23 désodorisation 217, 258 coagulation 6, 257 désorption 4 coalescence 146, 147, 165 dessiccation 110 colorants 170 déstabilisation 146 compensation 167 détérioration 21, 50, 51, 141 comportement élastique non-linéaire 159 mécanismes de 123 plastique 160 diagramme technologique 53 thixotropique 161 diélectrique, constante 147 composition, tables de 9, 10 diffusion 64, 162 compression 144, 157 diffusivité 162 compte-plaque 258 apparente 163 concentration par congélation 258 digestibilité 172, 173, 174 condensation 69 dilatant 159 conditionnement 74, 220, 239 dissociation 133 conductibilité 58 distillation 64, 69 conduction 57, 58 DLVO, théorie 149 confiance, intervalle de 186 dureté 144 confitures 230 congélation 242 E rapide 109, 258 eau 3 conservation 50, 51, 258 eau, activité de l’ 3, 19, 40, 110, 122, 133, 189, 191, à sec 119 257 par la chaleur 90 eau, vapeur d' 104 produits de 260 écart-type 186 convection 57 echangeur de chaleur 258 corrosion 78, 104 écoulement 150, 154, 155 couche à aleurone 180, 195 écrémage 165 couleur 28, 40, 141, 168 écumes 145 courant de liquide 59 édulcorant, pouvoir 8 couscous 206 effet utile 113 couvercle 81 égrenage 64 cristallisation 69, 109, 165 élasticité 144 croissance des bactéries 18 élastique, solide 155 cuisson 173, 174, 176, 184, 203, 212, 235 emballage 53, 74, au four 174 des produits séchés 75, 81 culture 167, 171 matériaux d’ 75 embryon 195 D émulsifiantes, substances 261 dangers 190, 191 émulsion 145, 152, 224, 258 débit 258 endosperme 194 débourbage 228 éndospores 258 décantation 64 énergie 171 décoloration 217 enrichissement 211 décomposition 175 entreposage 110 décorticage 64, 196, 197, 208 environnement 82 industriel 199 enzymes 9, 181, 258 découpage 227 épaississants 173 déformation 154, 155, 157 épépinage 227 dégâts économiques 46 épluchage 64, 226 hygiéniques 46, 48 Escherichia coli entéropathogène 23 matériels 48 étalonnage 185 264 Nout_Ch07 21.02.2003 09:20 Uhr Seite 265 Index étuvage 210, 258 glucosides cyanogénétiques 213 eucaryote 15 glutamate de sodium 259 évaporation 233 gluten 259 et concentration 69 glycérides 6 “Flash” 258 goût 29, 40, 133, 136, 141, 165 exactitude 185 goût sucré 8 exhaustion 104 grain 121 extraction 69 grains décortiqués 200 extrinsèques, facteurs 143 Gram, coloration de 16, 257 grillage 212 F fabrication, plan de 142 H facteurs antinutritionnels 172, 182, 183 HACCP 122, 190 farines 202 Hamaker, constante de 147 de sevrage 201 homogénéisation 259 infantiles 206 HTST 98, 101, 106 Fechner, loi de 166 huilage 210 fermentation 180, 183, 238 huile d’arachide 222 fermentation acétique 138 de coco 221 alcoolique 136, 137, 203 de friture 175 du manioc 214 de palme et de palmiste 223 hétérofermentative facultative 138 extraction de l’ 220 hétérofermentative obligatoire 138 huilerie 219 lactique 137, 181, 240 humidité 177 lactique homofermentative obligatoire 138 hybridation ADN/ARN 189 fibres alimentaires 173 hydrolyse 6, 175, 259 Fick, loi de 162 hydrophile-lipophile 152 filtration 64, 67 hydroréfrigération 259 flatulence 182, 183 hystérésis 4 flocons 153 floculation 146, 147, 149, 150, 165 I forums de consommateurs 171 immunoenzymologie 189 fracture 155, 161 immunofluorescence 189 frigorifiques, entrepôts 115 inappétence 50 magasins 118 indice HLB 152 froid 108, 230, 239, 242 infection alimentaire 259 artificiel 113 inhibiteurs de protéase 182 froide, chaîne 119 insectes 43, 46, 109 fromage 247 insectes, lutte contre les 47 fructose 8, 173 intervention, critères d’ 191 fruits 225, 226 intestinal, transit 173 fumage 242, 259 intoxination alimentaire 259 fusion 146 intoxinations 21 intrinsèques, facteurs 143 G inversion des phases 259 galactose 8 irradiation 231 galettes 204 isolation, matériaux d’ 118 gélatine 153 isotherme de sorption 4, 124 gélatinisation 154 gelées 230 L gels 153 lactose 8, 173 de particules 145 lait en poudre 246 germe 195 fermenté 246 glaçage 210 pasteurisé conditionné 244 glace 109 stérilisé 245 glucides 173, 188 laitiers, produits 243 glucose 8, 173 laits concentrés 245 265 Nout_Ch07 21.02.2003 09:20 Uhr Seite 266 Index laminaire 59 moulins 231 langue 166 mousse 152 lavage 172, 226 mousses 145 lécithines 259 mouture 199 lectines 182 mouvement Brownien 150, 162 légumes 225, 226 Munsell, système 169 levures 15, 17 mutagènes, corps 175 liaisons, doubles 175 Mycobacterium tuberculosis 22 linamarine 213 mycotoxines 27 lipases 7 lipides 6, 175, 188 N lipides, oxydation des 32, 172 nano-filtration 68 lipolyse 175 nasale 165 liquide Newtonien 156 naturelle 183 Listeria monocytogenes 22 nerf optique 168 logistique 143 nettoyage 226 lotaustraline 213 neutralisation 217 lumière 177 niébé 182 lyophile, interaction 144 nuisance 50 lyophilisation 130, 172, 261 numéro "E" 135 lyophobe, interaction 144 nutriments, pertes de 172 lypoxygénases 7 nutritionnelle 172, 174 M O magasin 110 odeur 28, 40, 167 Maillard 6, 37, 86, 124, 173, 174, 188 œufs 46 réactions de 260 opérations culinaires domestiques 172 maïs 181, 182, 183, 193, 197, 199 unitaires 53, 172, 179 maladies 21 optimisation des traitements thermiques 99 infectieuses 21 ordre de la réaction 86 malaxage 236 organoleptiques, propriétés 141 maltage 203, 237 osmose inverse 68 maltose 8 oxydation 172, 175, 177, 188 manioc 122 enzymatique 35 alcool de 216 oxygène 177 amidon de 215 cossettes de 214 P margarine 224 marmelades 230 paddy 206, 207 masquage 167 pain 204, 205 mastication 157, 161 papilles gustatives 165 matières grasses 7 parage 176, 226 maturité 168, 178 parasites 109 mélange 53, 172 Pasteur 92 mélangeurs 61 pasteurisateur 260 micro-filtration 68 pasteurisation 51, 90, 91, 172, 191, 260 micro-ondes, chauffage par 257 pâtes 145, 204 micro-organismes 15, 260 alimentaires 205 destruction des 85, 92 fermentées 202 pathogènes 191 pathogènes 260 mil 181, 182, 193, 196 PCR 189 minéraux 9, 176, 188 pectine 153 disponibilité des 183 pelage 226 mise en conserve stérile 260 percepteurs visuels 168 moisissures 15 perception trichromatique 169 monophénolase 42 perceptions sensorielles 165 moudre 70 péricarpe 194 perméat 260 266 Nout_Ch07 21.02.2003 09:20 Uhr Seite 267 Index perte de gout 165 reconstitution 124 pesage 226 réduction de taille 53, 70, 179 pH 20, 40, 98, 133, 136, 177, 180, 184 décimale 95 pH extracellulaire 134 décimale, temps de 93 intracellulaire 134 réfraction, indice de 259 phénoloxydases 260 réfrigérante, machine 113 phospholipide 7 à absorption 115 phytates 183 à compresseurs 113 phytohémagglutinines 174 réfrigérants, liquides 114 planschister 209 réfrigération 109, 111 plasticité 144 refroidissement 57 plastiques, corps 158 répulsion électrostatique 147, 153 point critique pour la maîtrise 191 stérique 148, 153 points critiques 190 réseau 153 pois chiche 182 résistance 144, 155 poisson 240 rétentat 260 polissage 210 rétine 168 polypeptides 5 rétrogradation 154, 165 polyphénoloxydase 42 rhéologie 144 polyphénols 183 rhéologiques, propriétés 189 polysaccharidases 37 rigidité, module de 155 pompes 56 risque 190, 191 précision 185 riz 179, 181, 193 précuisson 228 blanchi 180 pressage 64, 67, 227 cargo 179, 206 procaryote 15 décortiqué 206 production, chaîne de 142 rizerie 206 propriétés colloïdales 144 rongeurs 48 protéinases 36 rouleau 129 protéines 36, 174, 187 rupture 155, 161 antinutritionnelles 174 valeur biologique des 172 S protides 5, 174 saccharides 7, 260 protozoaires 15 saccharine 8 pseudoplastique 159 saccharose 8, 173 salage 240, 242, 260 Q salée 166 Q 10, 90 salmonelles 24 qualité 141, 172 salubrité 122, 141, 142 hygiénique 172 saveur 40, 165 maîtrise de la 185 savon 223 nutritionnelle 171 science alimentaire 1, 2 organoleptique 165 séchage 69, 119, 121, 130, 213, 230, 241 physique 144 aspects théoriques du 124 par congélation 261 R par sublimation 131 racines 211 solaire 120 radiation 57 vitesse de 126 ionisante 138 sécher, étuve à 127 radioactifs, résidus 139 sécheur à pulvérisation 261 raffinage 217 séchoir à atomisation 126, 128 rancissement 175 à cylindre 129 lipolytique 260 à cylindre rotatoire 128 râpage 64, 227 à ruban 127 rayon d'électrons accélérés 139 à tunnel 127 récepteurs 166 pneumatique 128 gustatifs 166 sédimentation 64, 65, 165 olfactifs 167 267 Nout_Ch07 21.02.2003 09:20 Uhr Seite 268 Index sel 133, 136, 229 touraille 126 semoules 200, 202 tourbillonant 59 séparation 53, 63 toxi-infections 21 des phases 146 traction 157 par membrane 68 transfert de chaleur 53, 57, 102, 104 sertissage 78 de matière 54 seuil de perception 166 de matières 53 Shigella 22 transport 54, 161 sirop de glucose 216 triage 172, 226 sirops de fruits 230 triglycérides 6 SO2 135 tubercules 211 solubilité 6 turbulent 59 solution primaire 261 solutions 145 U son 206 UHT 100 sorgho 182, 193, 196 ultra-filtration 68 soxhlet 261 spore bactérienne 17 V spores 20 stabilité 141, 142, 145 valeur 174 Staphylococcus aureus 26 alimentaire 172 statistique 185 calorique 188 statistiques, méthodes 185 nutritionnelle 29, 40, 141, 142, 175, 179 stérile, mise en conserve 102 nutritive 139, 181 stérilisateur hydrostatique 261 stérilisatrice 95, 100 stérilisation 51, 90, 91, 174 van der Waals, attraction 153 hydrostatique 106 force de 147 stérilité commerciale 101 variabilité 185 stimulus 168 vérification 192 stockage 121, 161 verre 79 structure 29, 155 récipients en 79 sublimation 130 viande 239 sucre 133, 229, 230 Vibrio parahaemolyticus 24, 25 sucrée 166 vinaigre 133, 229 sucrerie 231 virus 15, 26 sucres réducteurs 39 viscoélastiques 158 surveillance 191 viscosité 144, 145, 157, 163 suspensions 145 de traction 158 synérèse 153, 165 visibilité, courbe de la 169 visqueux, fluide 155 vitamines 9, 172, 176, 182, 188 T stabilité des 177 table densimétrique 209 vitesse de la réaction 86 tamisage 64, 65, 227 constante de 88 tannins 182, 183 vitreuse 145 tapioca 215 votator 107 TDT, courbe 94 technologie industrielle 200 Y intermédiaire 200 traditionnelle 200 yaourt 246 tégument 194 Yersinia enterocolitica 25 température 20, 40, 163, 177, 180 Young, module de 157 de surface humide 125 de surface sèche 125 texture 29, 144, 189, 261 thaumatine 8 thermophile 20 thermorésistance 20, 96, 97 268