mardi 24 mai 2016

Thème : NOURRIR L'HUMANITE _Chapitre 2 La santé dans notre assiette : l’innocuité des aliments.



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.


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.

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.


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.
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.


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