Chapitre 2 : Qualité et innocuité des aliments : le
contenu de nos assiettes
Biologie
des microorganismes et conservation des aliments
Certaines techniques de conservation se fondent sur la
connaissance de la biologie des microorganismes, dont certains sont pathogènes,
et visent à empêcher leur développement.
Expliquer à partir de données expérimentales ou
documentaires le rôle des conditions physico-chimiques sur le développement de
micro-organismes. Expliquer les conseils de conservation donnés aux consommateurs.
Conservation des
aliments, santé et appétence alimentaire .
La conservation des aliments permet de reculer la date de
péremption tout en préservant leur comestibilité et leurs qualités nutritives
et gustatives. Les techniques de conservation peuvent modifier les qualités
gustatives et nutritionnelles des aliments et provoquer parfois des troubles
physiologiques chez le consommateur.
Identifier les avantages et les inconvénients pour le
consommateur de certains traitements appliqués dans le cadre de la conservation
des aliments. Utiliser des arguments scientifiques pour confirmer ou infirmer
certaines affirmations véhiculées dans les médias ou dans les publicités
concernant l’action de certains produits alimentaires sur la santé.
OBJECTIF
● Les techniques de conservation ont pour but de
prolonger la durée de consommation ainsi que les propriétés gustatives et
nutritives des aliments. Beaucoup ont été mises au point de manière empirique*
depuis l'antiquité.
● On recherche en quoi la connaissance de la biologie des
microorganismes** permet, depuis le milieu du XIXe siècle, de comprendre
certaines techniques de conservation des aliments.
* Empirique :
qui s'appuie sur l'expérience spontanée ou commune et non sur l'exploitation
d'une théorie.
** Le terme microorganisme tend à remplacer celui de
microbe.
I.
Biologie des microorganismes et hygiène alimentaire
A.
Conditions de la multiplication des
microorganismes.
1) Quelques
micro-organismes.
Escherichia coli (bactérie) - Lactococcus (bactérie,
ferment lactique) - Toxoplasma (protozoaire) - Penicillium (champignon) - Mucor
(champignon) - Virus de l'hépatite A
Un microorganisme
est un être vivant unicellulaire microscopique, invisible à l’œil nu. Ce terme
englobe actuellement les bactéries, les champignons microscopiques, les
protozoaires et (généralement) les virus. Les microorganismes sont abondants et
se rencontrent dans tous les milieux, y compris dans l'air
2) Conditions de multiplication des
micro-organismes.
Une souche de bactéries est placée dans un milieu où les
nutriments ne sont pas renouvelés. On distingue alors quatre phases dans le
développement de la colonie (le nombre d'individus et la durée de chaque phase
étant notamment fonction de la nature de la souche bactérienne et de la nature
du milieu de culture).
- Phase de latence : les bactéries adaptent (si elles le peuvent) leur équipement enzymatique aux nutriments contenus dans le milieu de culture (eau, nutriments énergétiques, acides aminés, ions minéraux...).
- Phase de croissance : les bactériens se multiplient rapidement car les nutriments sont en abondance. Dans des conditions optimales, une population bactérienne peut doubler toutes les 20 min. Un seule bactérie peut alors donner naissance à 512 bactéries en 3 heures et à 1,7 millions en 8 heures.
- Phase stationnaire : la réserve de nutriments devient limitée. La mort des bactéries compense leur multiplication.
- Phase de déclin : les nutriments étant épuisés les bactéries ne se multiplient plus, la population diminue au fur et à mesure que les bactéries meurent.
- Phase de latence : les bactéries adaptent (si elles le peuvent) leur équipement enzymatique aux nutriments contenus dans le milieu de culture (eau, nutriments énergétiques, acides aminés, ions minéraux...).
- Phase de croissance : les bactériens se multiplient rapidement car les nutriments sont en abondance. Dans des conditions optimales, une population bactérienne peut doubler toutes les 20 min. Un seule bactérie peut alors donner naissance à 512 bactéries en 3 heures et à 1,7 millions en 8 heures.
- Phase stationnaire : la réserve de nutriments devient limitée. La mort des bactéries compense leur multiplication.
- Phase de déclin : les nutriments étant épuisés les bactéries ne se multiplient plus, la population diminue au fur et à mesure que les bactéries meurent.
Chaque microorganisme a un domaine de température optimale, favorisant son développement. Des températures inférieures gênent sa croissance, des températures supérieures gênent aussi sa croissance ou même entraînent sa mort par dénaturation des protéines enzymatiques.
Les microorganismes mésophiles se développent de manière optimale dans des conditions de températures qui correspondent à celles de nos aliments.
Le dioxygène est indispensable à certains microorganismes (aérobies stricts) alors qu'il est toxique pour d'autres (anaérobies stricts). D'autres encore sont indifférents (anaérobies facultatifs) ou n'ont besoin que de très peu de dioxygène (micro-aérophiles).
Chaque microorganisme se développe dans une gamme de pH donnée (acidophiles, neutrophiles, alcalinophiles). Leur résistance à un écart de pH est très variable. La plupart des microorganismes ont un pH optimal compris entre 4 et 7,5.
B. Les
microorganismes et nos aliments.
1. Les aliments : un
milieu favorable à la multiplication des microorganismes
La température de
nos aliments, leur pH et les nutriments qu'ils contiennent en font d'excellents
substrats permettant la multiplication des microorganismes. Beaucoup de
produits alimentaires non transformés sont protégés du milieu extérieur par des
enveloppes protectrices (téguments, peau, coquille...) qui constituent une
barrière naturelle à la pénétration des microorganismes. Suite aux opérations
de récolte (récolte mécanique...) de stockage (congélation-décongélation...) et
de transformation (broyage, malaxage...) ces enveloppes peuvent être
dégradées, ce qui favorise l'infection microbienne.
Remarquer que les produits contenant très peu d'eau, comme le pain ou la farine se conservent beaucoup mieux que les produits contenant davantage d'eau, comme les fruits et légumes frais, les viandes, les poissons etc.
Remarquer que les produits contenant très peu d'eau, comme le pain ou la farine se conservent beaucoup mieux que les produits contenant davantage d'eau, comme les fruits et légumes frais, les viandes, les poissons etc.
2. Certains
microorganismes altèrent les aliments.
Certains microorganismes dégradent les aliments et
altèrent leur aspect, leur odeur, ou leur goût.
Cette putréfaction est
facilement identifiable (vue, odeur).
3. Certains microorganismes provoquent des toxi-infections.
Des aliments peuvent héberger des microorganismes pathogènes
même s'ils ne paraissent pas avariés. C'est en particulier le cas de la viande
hachée crue qui, même au réfrigérateur, ne doit pas être conservée plus de 12
heures. Il y a risque de s'infecter gravement sans s'en rendre compte.
* Pathogène : qui provoque des maladies plus ou moins graves.
* Pathogène : qui provoque des maladies plus ou moins graves.
Un microorganisme
peut être pathogène soit directement (salmonelle, listéria,
toxoplasme...), soit par l'action des toxines qu'il sécrète (botulisme...).
On appelle toxi-infection alimentaire (ou intoxication alimentaire)
une maladie provoquée par l'ingestion d'un aliment contaminé.
La sévérité des
symptômes dépend de la virulence de la souche microbienne, de la dose ingérée
et de la résistance de la personne atteinte (les enfants, les personnes âgées,
les malades ou les femmes enceintes sont plus fragiles que les adolescents et
les adultes en bonne santé).
BILAN : I. Biologie des
microorganismes et hygiène alimentaire
● Pour
leur croissance et leur développement, les microorganismes ont notamment besoin
d'eau, de nutriments et parfois de dioxygène. D'autres facteurs du milieu comme
le pH ou la température ont un effet important. Nos aliments constituent des
milieux propices au développement des microorganismes.
● La
plupart des microorganismes est inoffensive, voire utile à l'Homme. Cependant,
certains microorganismes peuvent altérer nos aliments par putréfaction et/ou
sont pathogènes car ils provoquent des toxi-infections alimentaires, soit
directement, soit par l'intermédiaire de substances qu'ils produisent : les
toxines.
II.
Biologie des
microorganismes et conservation des aliments.
A. Ralentir
ou bloquer la croissance des microorganismes par le froid.
Les basses températures (inférieures à + 8°C)
ralentissent voire bloquent les réactions métaboliques des microorganismes et
donc leur multiplication. Elles ne les tuent pas, un retour à température
ambiante permet une reprise de la multiplication cellulaire.
La réfrigération consiste à entreposer les aliments
à une température positive mais proche du point de congélation (entre + 0 et +
6°C). Elle est utilisée pour conserver les aliments périssables à court terme
(de quelques jours à plusieurs semaines selon le produit). Elle doit
s'appliquer à des aliments initialement sains et sans rupture de la chaîne du
froid.
La congélation consiste à entreposer les aliments à une température
négative (- 18°C à cœur). Elle est utilisée pour conserver des aliments
périssables à long terme (1 à 24 mois).
Selon la vitesse de congélation des aliments, on distingue :
- la congélation rapide ou surgélation au cours de laquelle l'abaissement de température est rapidement obtenu. Les cristaux de glace sont petits et ne détériorent pas les membranes cellulaires de l'aliment ;
- la congélation lente s'applique à de produits qui ne supportent pas la surgélation. Les cristaux de glace ont une taille importante par rapport à celle des cellules, ce qui peut perforer ces dernières et altérer l'aspect de l'aliment lors de la décongélation (aliment mou après décongélation).
Plusieurs cycles de congélation décongélation peuvent avoir pour effet de sélectionner les microorganismes les plus résistants au froid et provoquer ainsi une augmentation importante de certaines populations bactériennes pathogènes. Cette pratique est donc à proscrire.
Selon la vitesse de congélation des aliments, on distingue :
- la congélation rapide ou surgélation au cours de laquelle l'abaissement de température est rapidement obtenu. Les cristaux de glace sont petits et ne détériorent pas les membranes cellulaires de l'aliment ;
- la congélation lente s'applique à de produits qui ne supportent pas la surgélation. Les cristaux de glace ont une taille importante par rapport à celle des cellules, ce qui peut perforer ces dernières et altérer l'aspect de l'aliment lors de la décongélation (aliment mou après décongélation).
Plusieurs cycles de congélation décongélation peuvent avoir pour effet de sélectionner les microorganismes les plus résistants au froid et provoquer ainsi une augmentation importante de certaines populations bactériennes pathogènes. Cette pratique est donc à proscrire.
La réfrigération est connue depuis l'antiquité. Au XVIIe
siècle, des glacières (1) permettaient de stocker de la glace découpée l’hiver
sur les étangs. Il s’agissait d’une fosse d'une dizaine de mètres de
profondeur, couverte par un toit isolant et dans laquelle on alternait des
couches de paille et de glace. La fosse restait froide et la glace se
conservait jusqu’à l’été. Les premiers réfrigérateurs fabriqués industriellement
datent de 1913 mais se sont développés en France dans les années 60.
B. Tuer
les microorganismes par la chaleur.
Les hautes
températures (supérieures à 63°C) ont pour effet de dénaturer les protéines
et notamment les enzymes nécessaires au métabolisme des microorganismes, ce qui
a pour effet de les tuer. Cependant, la sensibilité des microorganismes aux
hautes températures est variable. D'une manière générale, plus la
température est élevée et plus la durée d'exposition est longue plus
le traitement est efficace.
La stérilisation, ou appertisation, consiste à exposer l'aliment à une température supérieure à 100°C (généralement 120°C) pendant un temps qui varie avec la nature de l'aliment (10 à 60 min). L'aliment peut ainsi être conservé de 3 à 5 ans à température ambiante.
La stérilisation ne suffit pas, à elle seule, à conserver l'aliment à long terme. En effet l'aliment peut être à nouveau contaminé par les microorganismes environnementaux après refroidissement. Pour y remédier l'aliment doit être placé dans un récipient (bocal de verre, boîte métallique ...) étanche à l'eau, aux gaz et aux microorganismes, avant stérilisation.
Les semi-conserves sont des denrées alimentaires
périssables, conditionnées en récipients étanches aux liquides et ayant subi un
traitement tel que la stérilisation (voir ci-dessus) ou le saumurage (voir
ci-après), en vue d’assurer une conservation limitée. Contrairement aux
conserves elles doivent être entreposées au froid.
Nicolas Apper
Il est le premier
à mettre au point en 1795, selon
une démarche empirique, une
méthode de conservation des aliments en les stérilisant par la chaleur dans des
contenants hermétiques. Il refusa de breveter sa découverte préférant faire
profiter l'humanité de sa découverte plutôt que de s'enrichir.
Lait pasteurisé et lait UHT
La pasteurisation consiste à placer le produit à
température élevée, mais inférieure à 100°C (70 à 85°C), pendant une durée
réduite (de quelques secondes à quelques minutes). Le produit est ensuite
soumis à un brusque refroidissement (choc thermique). Tous les microrganismes
n'étant pas tués, l'aliment doit être entreposé au froid (+ 4°C). La durée de
conservation est alors limitée (7 jours pour du lait). Cette technique
concerne, par exemple, le lait et les produits laitiers, les jus de fruits, la
bière, le vinaigre, le miel…
La flash pasteurisation est une variante de la
pasteurisation au cours de laquelle la montée et descente de température sont
très rapides.
La stérilisation
Ultra Haute Température (UHT) consiste à placer le produit à très haute
température (135 à 150°C) pendant une très courte durée (1 à 15 secondes).
Cette technique a l'avantage de préserver la qualité organoleptique et,
semble-t-il, nutritionnelle du produit, mais elle ne peut être utilisée que
pour des liquides (lait, jus de fruits, …) ou de consistance peu épaisse
(desserts lactés, crème, jus de tomate, soupes,…). La durée de conservation
atteint 90 jours.
3) Louis
Pasteur
Selon une démarche scientifique, connaissant les
conditions de vie des microorganismes, il met au point la pasteurisation du vin
en 1863, à la demande de Napoléon III. Il l'applique ensuite à la bière mais,
curieusement, il ne pense pas à appliquer sa technique à d'autres produits et
notamment au lait (d'autres s'en chargeront...).
C. Priver
les microorganismes d'eau
L'eau liquide est
indispensable à la vie (voir cours de seconde), la privation d'eau empêche donc
les microorganismes de se développer.
1) Extraire
l'eau des aliments
Outre la conservation de l'aliment l'extraction d'eau
permet une diminution de poids et de volume, ce qui est une économie importante
pour le conditionnement, le transport et le stockage.
La déshydratation consiste à éliminer par la chaleur ou
l'aération l'eau contenue dans un aliment :
- soit partiellement, c'est la concentration qui consiste
à augmenter la masse d'un produit par unité de volume ;
- soit de manière plus poussée, c'est le séchage qui
aboutit à des produits alimentaires dits secs (haricots secs, saucissons, herbes
aromatiques etc.).
2) Aliments
lyophilisés
La lyophilisation consiste à congeler un aliment puis à
le soumettre au vide, l'eau passe ainsi directement de l'état solide à celui de
vapeur (sublimation). Cette technique donne des produits de qualité, qui se
réhydratent bien mais reste d'un prix de revient élevé. Elle est réservée à
certaines applications comme le café soluble, des potages instantanés et à
l'alimentation en conditions extrêmes (alpinistes, spationautes ...).
3) Rendre
l'eau indisponible
Le sucrage, généralement au saccharose, concerne des
produits végétaux (sirops, fruits confits , confitures ...). Il permet
des conservations de longue durée. La conservation par le sucre ne peut se
faire qu’à chaud puisque l’aliment doit perdre une partie de l’eau qu’il
contient par évaporation tandis que le sucre, une fois dissous, se lie aux
molécules d’eau restantes et les rend indisponibles pour la croissance de
micro-organismes.
Par extension, confire consiste à conserver des denrées
alimentaires en rendant l'eau indisponible par adjonction de sucre, mais aussi
de graisse, d'huile ou de sel. Confire une viande consiste à la cuire dans
la graisse puis à la conserver dans la graisse, donc à l'abri de l'air et d'une
éventuelle contamination bactérienne. Aujourd'hui on préfère stériliser les
confits, ce qui est une précaution supplémentaire.
Le salage au chlorure de sodium, consiste à soumettre
l'aliment à l'action du sel (soit en surface (salage à sec) soit en le
plongeant dans l'eau salée (saumurage)). Cette méthode est utilisée pour des
produits animaux (charcuteries, poissons, fromages) et permet des conservations
de longue durée. La morue (2) est du cabillaud salé et séché.
D. Tuer
les microorganismes avec un antiseptique
Un antiseptique
est une substance qui tue ou prévient la croissance des micro-organismes.
La fermentation :
utiliser des microorganismes contre les microorganismes
Certains microorganismes utilisent un mécanisme
alternatif à la respiration pour utiliser l'énergie de leurs nutriments : la
fermentation. Dans certains cas la fermentation libère deux types de composé
organiques :
- d'une part des agents anti-microbiens, comme l'acide
lactique ou l'acide acétique ;
- d'autre part des composés qui participent à la
maturation organoleptique du produit .
Exemples : des produits laitiers comme les yaourts ou les
fromages (pâte molle et à croûte lavée) ; des produits carnés comme le
saucisson ; des produits végétaux comme la choucroute ou les olives.
1) La
choucroute
Cette préparation alimentaire réalisée à partir de chou
fermenté. Connue depuis la préhistoire, elle permet une conservation du chou
sur plus de deux années. Grâce à la fermentation lactique, le chou, taillé en
fines lamelles, est conservé dans une saumure acide empêchant le développement
des microorganismes. Parmi les avantages diététiques de la choucroute figure sa
richesse en vitamine C, que la fermentation n'altère pas.
Les propriétés de la choucroute furent remarquées de
manière empirique par la marine britanique. Ainsi, le navigateur cartographe
James Cook (1728-1779) en embarqua en grande quantité sur ses navires afin de
prévenir le scorbut de l'équipage. Il est fort probabale qu'une préparatation
comparable ait été embarquée par Eric le Rouge, au Xe siècle, lors des
explorations qui lui permirent de découvrir la Groënland et Terre Neuve.
Le cas du yaourt
Les bactéries lactiques sont sans danger pour l'Homme. En
se développant elles consomment le lactose du lait et libèrent de l'acide
lactique qui est inoffensif dans notre alimentation mais qui provoque la
coagulation des protéines du lait (caséine) à partir d'un pH voisin de 4,7. Le
yaourt permet aux personnes qui ne tolèrent pas le lactose de consommer des
produits laitiers.
2) Utiliser
des produits de la fermentation
L'acidification consiste à ajouter un acide organique,
comme l'acide acétique du vinaigre, en quantité suffisante pour que le pH du
produit soit inférieur à 4,5. L'action du pH est proche de celle de la
température car des pH acides altèrent les protéines enzymatiques des
microorganismes, ce qui les rend inactives. Certains microorganismes résistant
à ce traitement, il est nécessaire de le compléter avec un procédé thermique
comme la pasteurisation (câpres, cornichons, oignons).
3) Le fumage
ex du saumon fumé
Le fumage (ou fumaison) consiste à soumettre une denrée
alimentaire à l’action des composés gazeux qui se dégagent lors de la combustion
de végétaux. Il s'applique principalement à des produits carnés (viande ou
poisson) pour lesquels le séchage suivi du fumage permet la conservation grâce
à l'action combinée de la déshydratation et des antiseptiques contenus dans la
fumée.
Lorsque le fumage est réalisé à chaud (50 à 85°C)
l'opération se double d'une dénaturation thermique des protéines enzymatiques.
E. Des
techniques récentes de conservation des aliments
1) Priver
les microorganismes de dioxygène
Le conditionnement sous atmosphère modifiée (ou
atmosphère protectrice) consiste à priver les microorganismes de dioxygène en
modifiant l'environnement gazeux du produit. Pour cela, on injecte dans
l'emballage du dioxyde de carbone (qui a, de plus, une action bactériostatique)
ou de l'azote (gaz quasi inerte). Cette technique améliore netttement la
conservabilité de l'aliment (2 à 5 fois plus longtemps que sous atmosphère
normale) mais doit être associée à une conservation au froid.
Le conditionnement sous atmosphère modifiée (ou
atmosphère protectrice) consiste à priver les microorganismes de dioxygène en
modifiant l'environnement gazeux du produit. Pour cela, on injecte dans
l'emballage du dioxyde de carbone (qui a, de plus, une action bactériostatique)
ou de l'azote (gaz quasi inerte). Cette technique améliore nettement la
conservabilité de l'aliment (2 à 5 fois plus longtemps que sous atmosphère
normale) mais doit être associée à une conservation au froid. (ex sachets de salade)
2) Stockage
des pommes
Le stockage sous atmosphère contrôlée (2% de dioxygène)
s'applique à des aliments qui, comme les fruits en vrac, conservent une
activité biologique (respiration, transpiration) qui modifie leur environnement
gazeux . Il faut donc intervenir régulièrement pour maintenir une atmosphère
gazeuse protectrice dans les chambres froides. Cette méthode permet en outre de
maîtriser la maturation des fruits : la ralentir quand la demande est faible ou
l'accélérer quand la demande est élevée.
3) La
microfiltration
La microfiltration repose sur l’utilisation de membranes
poreuses (diamètre d’ouverture des pores compris entre 0,1 et 10 µm) qui retiennent
les microorganismes et font de cette technique un procédé de stérilisation à
froid notamment pour les liquides comme le vin ou le lait . Ainsi, le lait,
d’abord écrémé car la crème colmaterait les pores du filtre, puis microfiltré
est ensuite recomposé avec la teneur en matière grasse voulue. Il se conserve
au froid.
4) Tuer
les microorganismes par un rayonnement
Symbole
international signalant un aliment irradié
Les radiations ionisantes sont des rayonnement
électomagnétiques (du même type que la lumière visible ou les ultraviolets)
particulièrement puissants. Ce sont soit des rayons X soit des rayons gamma,
ces derniers étant obtenus à partir de sources radioactives (mais les aliments
irradiés ne sont nullement radioactifs). Ces rayonnement entraînent une
inhibition de le croissance voire la mort cellulaire. Ce procédé est
généralement utilisé pour les épices ou les herbes aromatiques mais les fruits,
légumes et viandes peuvent également être traités. Le plus parlant à l'heure actuelle : les fraises. (technique aussi utilisée pour stériliser les outils chirurgicaux!)
Effets indésirables :
- destruction d'une grande partie des vitamines et des
nutriments ;
- formation d'espèces chimiques mal connues pouvant
modifier les propriétés organoleptiques ;
- etc.
5) Tuer
les microorganismes par haute pression
Le traitement par haute pression (ou pascalisation ou
pasteurisation à froid) consiste à soumettre le produit à une pression qui peut
atteintes 6000 fois la pression atmosphérique pendant 5 à 20 minutes. Cela a
notamment pour effet de modifier la structure des protéines membranaires ce qui
entraîne la mort des microorganismes. Ce traitement permet de prolonger la
durée de conservation de l'aliment tout en conservant ses propriétés
nutritionnelles et organoleptiques.
Bilan
● Les techniques de conservation des aliments visent à
empêcher les microorganismes de se multiplier de manière à préserver la
comestibilité et les propriétés gustatives ou nutritives des aliments.
● La plupart des méthodes de conservation des aliments sont
anciennes et ont été établies grâce à une démarche empirique. Aujourd'hui, la
biologie permet de comprendre les fondements de ces méthodes. On peut :
- inhiber le développement des microorganismes par le froid
(réfrigération ou congélation) ;
- tuer les microorganismes par la chaleur (appertisation,
pasteurisation...) ou avec un antiseptique (fermentation...) ;
- supprimer l'eau disponible (déshydratation, salage, sucrage
...) ;
- etc.
● La combinaison de plusieurs techniques de conservation peut
également être envisagée afin d'augmenter la durée de vie d'un aliment sans
provoquer une modification significative de ses caractéristiques
organoleptiques et nutritives.
Aucun commentaire:
Enregistrer un commentaire