1- Origines des contaminations

Le diagramme d’hishikawa (5M ou causes à effets permet de recenser les origines des contaminations des aliments

11. Flores originelles :
Les aliments bruts ne sont pas stériles : ils portent des microorganismes divers et adaptés appelés germes spécifiques.
Voir tableau ci dessous :

12- Contaminations secondaires :
Ce sont les contaminations qui surviennent par diffusion des germes du milieu ambiant ou d’agents externes vers l’aliment. Les agents sont :
121- Le milieu :
• le sol et les plantes apportent presque tous des microbes, en quantité très importante : on estime que la masse de bactéries représente 10 t/ha ; celle des moisissures, 1 t/ha. Seules les levures sont en très faible quantité dans le sol.
• l’eau naturelle, non traitée, de source ou de rivière, apporte également de très nombreux germes, qui proviennent souvent du sol. Mais, on peut aussi trouver des germes de pollution, issus des ruissellements : entérobactéries (issues des fèces des animaux), Clostridium, dont certains germes patho¬gènes comme Salmonella typhi.
• l’air et la poussière sont surtout des agents de transport. Ils sont essentiellement vecteurs de spores et de bactéries exogènes gram -h (Microcoques, Bacillus, Staphylocoques).

• les déchets fécaux (fèces) des animaux apportent de nombreuses bactéries spécifiques qui sont souvent pathogènes (E.Coli, Kkbsiella, Streptocoques fécaux...).
• les petits nuisibles apportent divers microbes spécifiques, dont des virus de contamination.

122- les matériels & instruments : ils véhiculent des germes des eaux souillées ou d’autres aliments en cas de mauvaises pratiques de nettoyage et de désinfection.

123- l’homme est un agent très contaminant par :
◘ ses mains : la peau contient des germes perma¬nents, comme certains Staphylocoques, et des germes de transition. Si les premiers ne peuvent pas être tota¬lement éliminés par le nettoyage ou la désinfection (un lavage des mains, même très bien fait, n’a pas une efficacité de 100 %), les second présentent souvent de réels risques sur le plan de la santé, car sont souvent pathogènes (Staphylococcus auréeus, Streptococcuspyogenes, Pseudomonas...). Les mains peuvent apporter des entérobactéries d’origine fécale
◘ ses sécrétions nasales ou buccales : Staphyloccoccus aureus.
◘ ses vêtements porteurs de poussières et donc de moisissures et de spores.
Tout ceci montre la vulnérabilité de tous les aliments au contact du milieu ambiant. D’où l’importance de respecter une hygiène rigoureuse en fabrication, au plan de l’ambiance, du matériel et du personnel.

124- Méthode = désorganisation de la production :

• contamination croisée ; solutions= marche en avant,
• perte de maitrise des risques : (rupture de la chaine du froid, refroidissement trop lent…) solution : prévention des risques sanitaires (HACCP)

2- Les facteurs d’évolution de la flore

Les micro-organismes sont présents dans tous les aliments. Mais, les populations ne restent pas fixes. Elles évoluent sous la dépendance des facteurs internes et externes présents.

21. Les facteurs internes :

a)-Les nutriments

En rappel, on peut dire que les microbes se développeront sur des milieux qui comportent :
• des sources d’énergie : des glucides surtout, des lipides éventuellement,
• des sources d’azote assimilable, nécessaire à la fabrication des protéines et des facteurs génétiques : acides aminés, peptides simples,
• des facteurs de croissance : vitamines, certains minéraux.
Suivant l’aliment considéré et son contenu, une flore préférentielle se développera. Exemple : sur du lait, on trouvera surtout des bactéries lactiques, car elles savent utiliser le lactose. Sur des fruits, ce seront surtout les levures et les moisissures.

b)-L’eau
Elle est à la fois vecteur de germes et élément indispensable à la vie.
Elle est fondamentale pour la multiplication des germes et la germination des spores.
Sur le plan alimentaire, ce qui est important, ce n’est pas la quantité d’eau contenue, mais c’est surtout sa disponibilité. En effet, un aliment peut être relativement riche en eau, mais si cette eau est combinée, les microbes ne sauront pas l’utiliser. C’est pourquoi, on s’intéressera à un paramètre plus important que l’humidité ou son complément, le taux de matière sèche (extrait sec total : EST) : c’est l’Activity of water (aw), ou activité de l’eau.

Voir tableau 2 « les activités d’eau minimum de développement »

c)-Le pH

Les aliments acides sont naturellement préservés des attaques microbiennes.
En revanche les aliments neutres sont des lieux privilégiés de développements microbiens.
Les microbes qui ont un optimum de croissance en zone acide sont dits acidophiles.
Les microbes qui ont un optimum de croissance en zone basique sont dits basophiles.
Les plages de croissance retenues en moyenne sont :

• pour les moisissures : pH entre 1,5-2 et 11 ; optimum : 7
• pour les levures : pH entre 2,5 et 8,5 ; optimum : 6,5
• pour les bactéries : pH entre 3,8 et 9 ; optimum : 7
  Ainsi, chaque catégorie d’aliment aura ses agents de dégradation, simplement sur le plan du pH.

Voir tableau 3 « exemple de plage de pH de croissance pour quelques bactéries »

d)-Le potentiel redox

Les aliments contiennent des ions, donc des charges. Tous les aliments présentent un potentiel redox (qui se mesure uniquement en laboratoire de recherche, car l’opération est délicate, puisqu’il faut éliminer l’influence de l’oxygène de l’air et du pH interne).
Cette donnée indique la disponibilité de l’oxygène interne de l’aliment. Les micro-organismes aérobies tolèrent des potentiels E > 200 mV Tandis que les micro-organismes anaérobies tolèrent des potentiels E<-200mV.

e) Les facteurs anti-microbiens naturels
II existe, au sein de certains aliments, des produits inhibiteurs de germes.
Exemple : le lysosyme du lait qui bloque certaines bactéries.

22. Les facteurs externes :
On retrouve les composants qui affectent la croissance des micro-organismes : la température, l’humidité de l’air, et la composition de cet air.
En modifiant ces paramètres, on pourra agir sur les micro-organismes présents (c’est ce qui se passe en emballage « sous atmosphère modifiée » par exemple).

3- Les principales altérations d’origine microbienne

31- Altération de la valeur d’usage :
311) Les fermentations

3111- Par les bactéries
En utilisant les substances carbonées, les bactéries se procurent l’énergie vitale nécessaire à leur croissance et à leur multiplication.
Les bactéries aérobies dégradent complètement le substrat par respiration alors que pour les anaérobies, la dégradation reste incomplète : c’est le mécanisme propre de la fermentation.
L’étape commune au deux mécanismes est la glycolyse.
Citons quelques exemples très courants de fermentations alimentaires :
• la fermentation lactique : elle a pour base le glucose, présent directement dans le milieu, ou le plus souvent, obtenu par hydrolyse d’un oside ou d’un polyoside (lactose ou cellulose). Elle est anaérobie. Suivant le type de bactéries, le mécanisme est :
◘ homofermentaire : il ne conduit qu’à un composé majoritaire.
Les bactéries Streptococcus thermophilus et Lactobacillus bulgaricus fermentent le lactose pour produire de l’acide lactique en quantité prédominante (plus quelques substances aromatiques). Ces bactéries sont responsables de la fabrication du yaourt.
La fermentation lactique se rencontre aussi pour produire la choucroute (qui présente le même méca¬nisme que l’ensilage).
◘ hétérofermentaire : il conduit à plusieurs composés.
Les Leuconostoc, les diacéthyl lactis donnent un mélange composé d’acide lactique, d’acide éthanoïque, de dioxyde de carbone et d’autres composés de flaveur.

• les autres fermentations
• Les bactéries Clostridium butyricum pratiquent la fermentation butyrique qui conduit à la production d’acide butyrique, d’hydrogène, de butanol, d’acétone, de dioxyde de carbone... Le processus est anaérobie.
• Clostridium propionicum (dans les meules de fromages à pâte pressée cuite comme l’emmental) fermente le glucose en anaérobie en donnant des acides propionique, acétique et succinique, ainsi que du CO2 qui explique les « trous » observés.
• Les bactéries du genre acétique utilisent, en aérobie, l’alcool, pour donner de l’acide acétique. C’est le processus de fabrication du vinaigre.
Toutes ces fermentations conduisent à des modifications fortes du substrat, autant en terme de texture (caillage du lait par acidification par exemple pour le yaourt, aspect gluant et filant de certains produits laitiers), qu’en terme de saveur (modification du goût et de l’odeur des choux pour la choucroute) ou de couleur.

3112- Par les levures

La plus connue est la fermentation alcoolique pratiquée en anaérobie par les levures du genre Saccharomyces cerevisiae  : à partir du glucose, les levures produisent de l’éthanol (et d’autres alcools) et du dioxyde de carbone. C’est une dégradation incomplète, qui fournit l’énergie vitale aux levures (2 ATP par molécule de glucose).
Ce processus est largement utilisé en alimentaire : il conduit à la fabrication du vin et des alcools (c’est alors l’éthanol qui est valorisé) et du pain (c’est le dioxyde de carbone qui devient intéressant pour faire lever la pâte).

312) l’hydrolyse

Les micro-organismes produisent des enzymes qui vont leur permettre de dégrader les substrats en molécules plus simples pour obtenir leur propre matériau de construction : des acides aminés essentiels à la synthèse de leurs propres substances protéiques, des acides gras simples, qui recombinés, permettront aux bactéries de fabriquer leur capsule et leurs propres substances lipidiques. La décomposition des acides nucléiques permettra aux bactéries de régénérer leur matériel génétique.
Les conséquences seront des modifications de texture et de flaveur de l’aliment, mais peuvent aussi avoir des conséquences dangereuses pour le consommateur.
Les dégradations seront par exemple :
• protéolyse : par les moisissures du genre Pénicillium ou Geotricum, des levures ou des bacté¬ries comme Acetobacter.
• lipolyse : par diverses moisissures ou des staphy¬locoques.
• nucléase (coupure des acides nucléiques) : par diverses moisissures et les levures.
Une conséquence dangereuse pour le consommateur est par exemple la production de catabolites dangereux comme l’histamine qui provient de la décarboxylation d’acide aminé ; l’histamine est une des amines les plus dangereuses qui peut provoquer des œdèmes, urticaires et troubles neurologiques.

313) la multiplication

La croissance des champignons conduit à des modifications visuelles des aliments car ces populations génèrent des colonies importantes. Certaines de ces productions sont d’ailleurs recherchées sur le plan de l’aspect des produits. Exemple : duvet du camembert (pénicillium camemberti).
Les modifications observées par multiplication sont :
• aspect poisseux et coloration noire, jaune ou brune pour les levures.
• aspect duveteux, avec divers coloris, comme le vert, le bleu, le noir, le jaune pour les moisissures (dus au développement des hyphes et aux spores).
Cette deuxième catégorie de micro-organismes conduit donc à des modifications importantes, mais en général, sans danger sur le plan de la santé humaine. Et même, souvent, les produits obtenus par dégradation du substrat peuvent être bénéfiques : en effet, les moisissures produisent des substances utiles, comme des vitamines du groupe B ou des anti¬biotiques (pénicilline).
Globalement, on notera qu’en fonction de l’aliment, de sa charge microbienne de départ, des réactions et des dégradations spécifiques auront lieu.

32- cas particulier des toxi-infections

321) définition des TIA

Elles regroupent un ensemble de maladies et de pathologies contractées par l’ingestion d’un aliment contaminé, contenant un ou plusieurs germes respon¬sables des symptômes (germes pathogènes).
On considère qu’il y a toxi-infection alimentaire collective (TIAC) quand tout un groupe de personnes, ayant consommé les mêmes produits, présente les mêmes symptômes.
Les conséquences cliniques sont généralement d’ordre gastro-intestinal, mais aussi neurologiques.

322- le processus infectieux
II faut savoir que l’organisme humain côtoie en permanence des germes divers. Il en héberge même au niveau de l’intestin pour favoriser la digestion. En présence de corps étrangers, l’organisme sait se défendre et réagir. Et souvent, les envahisseurs sont maîtrisés. Mais si l’attaque est plus forte (micro-orga¬nismes plus nombreux) ou plus virulente (toxines plus violentes), le corps ne fait plus face et l’infec¬tion se déclare .
Un micro-organisme pathogène peut se déve¬lopper si certaines conditions sont remplies :

• pour lui-même :
• environnement nutritif et conditions de milieu (eau, pH) favorables,
• aptitude à se multiplier rapidement,
• capacité à déjouer les défenses immunitaires de l’hôte ou à neutraliser les médicaments éventuels,
• capacité à produire des substances actives (toxines).
• pour l’hôte :
• état physiologique : les enfants en bas âge, les femmes enceintes et les personnes âgées, ainsi que les immunodéprimés (sidéens) seront plus fragiles,
• aptitude à mobiliser rapidement les défenses immunitaires,
• quantité d’aliment (et donc de germes patho¬gènes) ingérée.
  Ainsi, l’étude des TIA nécessite de connaître les agents infectieux, mais en tenant également compte des conditions de milieu de l’hôte.

323- les agents responsables

Les bactéries sont les plus souvent impliquées. Parmi les plus courantes, on trouve :

◘ des productrices de toxines :
Il faut noter que certaines toxines peuvent survivre aux microorganismes qui leur ont donné naissance ! heureusement les toxines bactériennes sontthermolabiles !

• Clostridium perfingens et Salmonella (typhis ou enteritidis) qui produisent une endotoxine.
• Clostridium botulinum et Listeria monocytogenes qui produisent une neurotoxine.
• Staphylococcus aureus (ou doré) qui produit une entérotoxine.

◘ des germes infectieux par le nombre :

• Salmonelles
• Shigelles
• Eschérichia coli
• Yersinia

◘ des moisissures peuvent synthétiser des toxines très dangereuses : les mycotoxines :
- cas des aflatoxines fabriquées par la moisissure Aspergillus flavus qui se développe sur les céréales et graines sèches, les tourteaux d’arachide. (cancérogène voire mortel à haute dose)
-cas de la patuline (pénicillium) : sur fruit et dérivés (pommes, cidres…)

324- développement des TIA et remèdes
• Facteurs de développement
Certains facteurs favorisent la multiplication des agents infectieux. On peut citer en particulier :

• la durée : le temps écoulé entre réception et trai¬tement technologique, entre cuisson et refroidisse¬ment, entre cuisson et consommation est un facteur de risque.
• la température : la plupart des pathogènes sont mésophiles (sauf Yersinia ou Listeria). Aussi, un main¬tien des aliment à 30 - 40 °C sera un facteur de multi¬plication. Des ruptures de chaîne du froid ou une conservation à température ambiante sont également défavorables à la qualité hygiénique de l’aliment.
• l’atmosphère autour de l’aliment : une atmo¬sphère contaminée, un voisinage de produits pollués, un stockage au sol... sont aussi préjudiciables.
  • Prévention
  Par des consignes d’hygiène de base (BPH), les TIA devraient être maîtrisées. Il s’agit de :
  • la marche en avant,
  • le nettoyage et la désinfection des locaux,
  • le traitement rapide des matières premières,
  • le respect des contraintes de fabrication : barèmes de traitement, refroidissement, suivi des matières...
  Exemple : en plat cuisiné frais, la température doit baisser sous la barre des 10 °C en moins de 2 heures après la cuisson.
  • le respect des règles d’hygiène au niveau des personnes.
  La prévention passe par des exigences fortes sur la matière première (fraîcheur et traitement sans délai) pour minimiser le nombre de gènes au départ, sur l’hygiène générale des personnes, des locaux et du matériel et enfin, sur un suivi méthodique des processus de fabrication (méthode HACCP par exemple).

I- Les altérations d’origine enzymatique

11- Le brunissement enzymatique

C’est la formation d’une couleur brune à noire, quelquefois rose, rouge ou bleu-noir, sur les végétaux endommagés, soit par des chocs, soit par pelage, découpage, broyage ...
Ce phénomène s’observe très facilement sur les fruits et légumes comme les pommes, poires, pêches, bananes, avocats, pomme de terre, champignons ....
Cet effet de brunissement est recherché pour le cidre, le thé, le tabac ... mais est indésirable dans la plupart des autres cas.
Le phénomène est extrêmement rapide (de l’ordre de quelques minutes). Il est enzymatique et oxydatif.
Le mécanisme enzymatique qui a lieu met en jeu les polyphénoloxydases (PPO), qui catalysent la réaction dans laquelle les dérivés polyphénoliques incolores du végétal sont oxydés en orthoquinones. Ces dernières molécules sont instables : elles se réarrangent, subissent une autre oxydation et se polymérisent pour donner des mélanines colorées (pigment brun).

(voir figure ci dessous)

Le fait de choquer le végétal endommage les cellules contenant les enzymes (PPO) naturellement présentes dans les cellules ; elles sont libérées dans le milieu cellulaire, interagissent avec leur substrat (dérivés phénoliques, tanins,…) pour enclencher la réaction de BE.
La vitesse de la réaction dépend de la teneur en substrat. Le pH optimum pour la réaction est 5-7, souvent 6-6,5. C’est pourquoi les fruits plus acides brunissent moins. Tant que les tissus restent sains, il n’y a pratiquement pas de brunissement.
Les moyens pour éviter ce brunissement sont :
• sélection de variétés pauvres en substrats phénoliques
• éviter de blesser ou choquer les fruits et légumes.
• inactivation des enzymes par la chaleur (blanchiment, pasteurisation)
• addition d’acide ascorbique, réducteur puissant (limiter à 300mg/l dans les jus de fruits) (voir figure 2 ci dessous)

• immersion des fruits dans un sirop de saccharose ou de glucose pour éviter l’arrivée de l’oxygène (avant congélation, par ex.)
• abaissement du pH par des bains d’acides (citrique dans le cas des fruits, vinaigre pour les légumes)
• l’anhydride sulfureux, les sulfites et bisulfites sont efficaces contre le BE en bloquant les molécules quinoniques (action connue depuis l’antiquité).
• Protection contre l’oxygène, en plus d’une élimination de l’oxygène résiduel par barbotage d’azote ou par l’emploi d’acide ascorbique.
• Abaissement de la température : une diminution de 10°C diminue de 50% la vitesse de réaction.
Remarque : au niveau des légumes, on trouve le cas particulier du chou-fleur avec une manifestation particulière de la catalyse enzymatique, qui n’est pas un brunissement, mais qui obéit au même mécanisme : les crucifères2 contiennent des composés soufrés, qui, liés à des glucides, restent inodores sur le végétal intégral, non découpé. En revanche, si les tissus sont brisés, une enzyme est libérée et vient détacher les glucides fixés : des composés isothiocynates se libèrent. Ils se dissocient ensuite en composants malodorants (le sulfure d’hydrogène et le sulfure de méthyle). Dans ce cas particulier, la réaction de production des dérivés aromatiques soufrés est accélérée par la chaleur élevée : plus le temps de cuisson est long, plus l’odeur est forte.

12- L’altération due aux lipases

• Mécanisme
Les lipases sont les enzymes de dégradation des lipides. Elles attaquent de façon préférentielle les lipides insaturés. La réaction s’appelle la lipolyse. Il se forme par décomposition suivant le processus d’hydrolyse, un acide gras et deux mono-glycérides. Les produits de la réaction vont évoluer pour donner des composés complexes odorants (flaveur qualifiée de « rance »).

• Exemples
La dégradation par les lipases s’observe sur :
□ Les produits laitiers : en effet, le lait contient naturellement des lipases actives au pH du lait, c’est-à-dire vers 6,8, ce qui explique que le beurre peut rancir. De plus, dans le cas des fromages, lors de l’affinage, les moisissures et les microcoques impliqués produisent des lipases qui prennent le relais de celles du lait. Celles-ci dégradent la matière grasse présente et contribuent à donner le goût et la texture souple recherchés.
□ Le poisson : riche en acides gras très polyinsaturés, il est sensible à la lipolyse : cela explique la conservation dans la glace fondante pour éviter le phénomène.
□ La viande : lors de la maturation, la saveur acquise est liée en partie à la lipolyse.

• Inhibiteurs
Les lipases sont très résistantes et peu d’inhibi¬teurs sont efficaces : elles ne sont pas stoppées par le froid (actives à - 20 °C), ni par la chaleur de la cuisson (il faut des barèmes élevés pour les inactiver), ni par le sel (qui aurait plutôt tendance à les activer). Seul, le facteur pH peut avoir un effet et peu d’ad¬ditifs existent pour les inhiber.

13- L’altération due aux protéases

Les protéases attaquent les protéines en donnant des composés plus simples, des peptides d’abord et des composés ammoniacs volatiles lors de la décomposition terminale.
Plusieurs exemples peuvent être donnés :
• Les protéases et peptidases des fromages : elles sont produites par les micro-organismes d’affinage (bactéries lactiques et moisissures). Dans les fromages à pâte molle comme le camembert, qui présente des moisissures externes, l’azote libre soluble passe de 6 % dans le lait à 30 % dans le fromage et l’azote ammoniacal de 0 à 24 %. Ces dégradations sont voulues pour ces fromages : elles contribuent à donner le goût (les lipases donnant la texture).
• La protéase des fruits exotiques : l’ananas et la papaye contiennent des protéases (appelées respectivement broméline et papaïne). Des expériences ont démontré l’efficacité particulière de ces enzymes sur l’attendrissement de la viande : en mettant en contact du jus d’ananas avec des fibres de viande, celles-ci sont « digérées » par le jus (expériences de Nicolas Kurti en 1969). L’application est culinaire (porc à l’ananas) et diététique (régime à base d’ananas, mais n’agissant pas sur les lipides comme beaucoup le pensent). Et, si on ne souhaite pas une protéolyse, il faudra éviter de mettre ces fruits au contact de milieux protidiques.

II- Le Brunissement non enzymatique (BNE)

Décrite pour la première fois par Maillard en 1912, cette réaction de « Maillard » ou « BNE » est en fait un ensemble complexe de plusieurs réactions qui surviennent quand on chauffe un aldéhyde ou une cétone avec un acide aminé. Et plus généralement, sur le plan alimentaire, quand on chauffe des glucides avec des protides ou des acides aminés.

21- Mécanismes

On a donc trois facteurs obligatoires pour un développement immédiat de la réaction :
• une température supérieure à 100 °C,
• un groupement NH2 (protéine ou acide aminé),
• un glucide (ose de préférence) ou oside.
La réaction conduit donc à divers composés intermédiaires, tous à vertu aromatique (et souvent colorante). En fait, le mécanisme est extrêmement complexe.
Voir figure 3 « mécanisme simplifié des réactions de Maillard »

22- facteurs de la réaction

• La température
Les températures supérieures à 100 °C sont très efficaces sur le plan de l’intensité de la réaction.
La température conditionne les types de produits formés.
• Le pH
L’alcalinisation favorise la réaction (pH optimum de 6 à 8) alors que les pH acides sont défavorables.
L’intensité de la réaction est linéairement crois¬sante entre 3 et 10 de pH.
• La nature du glucide
Elle agit sur l’intensité de la réaction avec quelques tendances :
• La réaction est d’autant plus intense que la chaîne carbonée est courte.
On peut donner : glucose < fructose < mannose < arabinose < xylose < ribose. Exemple : les pentoses provoquent la disparition de 66 % des acides aminés alors que les hexoses n’en réduisent que 42 %.
• La configuration chimique serait également importante.
Exemple : la réactivité du glucose est inférieure à celle du fruc¬tose.
• La nature des acides aminés
Les acides aminés basiques, notamment la lysine, présentent une plus forte réactivité.
• L’eau
Elle joue un rôle inhibiteur car elle dilue le milieu et elle est un des constituants produit par la réaction (lors des déshydratations). La présence de 30 à 70 % d’eau est favorable.
• Les métaux
On a des catalyseurs : l’ion cuivre, Cu2+, et l’ion fer III, Fe3+, et des inhibiteurs : ions manganèse, Mn2+, et l’ion étain, Sn2+.

23- Conséquences en agro-alimentaire

Outre les produits formés en phase terminale (mélanoïdines), colorés et odorants, il y a production de divers composés à effets spécifiques, comme les effets antioxydants vis-à-vis des lipides ou encore les effets réducteurs des composés d’Amadori.
Ces nombreux effets sont observables (et utilisés) dans des filières très variées :
• Brunissement de la viande à la cuisson : combi¬naison des glucides de la viande (ribose, glucose du muscle) avec les acides aminés des protéines. Exemple : une viande « bouillie » reste blanche.
• Couleur des biscuits et pâtisseries diverses par réaction entre le sucre ajouté (saccharose), le lactose, l’amidon et les protéines de la farine (gluten et gliadine).
• Couleur et flaveur du lait très cuit ou de la poudre de lait.
• Arôme et couleur de la croûte du pain.
Remarque : ne pas confondre la réaction de Maillard et la caramélisation, qui résulte d’un autre processus : ces deux réactions peuvent avoir lieu conjointement comme dans la confiture de lait.

III- L’oxydation

On étudiera plus particulièrement une oxydation très répandue, celle des lipides.
L’oxydation des lipides conduit à l’apparition d’odeurs indésirables. Les lipides insaturés sont les plus touchés. D’autres substances de constitution proche de celles des lipides, comme les caroténoïdes ou vitamines A et E peuvent être oxydées.

31- Mécanismes :
II est radicalaire avec trois phases caractéristiques

1. Initiation de la réaction  :
les acides gras de ty] insaturés donnent des radicaux libres ou d peroxydes lipidiques ; Cette première partie e activée par un ensemble de facteurs favorable (lumière surtout).

2. Propagation :
les radicaux libres instables se réarrangent pour former des peroxydes de type « ROOH ». L’oxygène gazeux intervient.

3. Arrêt :
association des radicaux libres c composés très divers, responsables de la flaveur : cétone, alcool, éther, hydrocarbures polymérisés, peroxyde interne. L’activité vitaminique devient moindre et la valeur globale nutritive est diminuée (perte de certains acides gras dits « essentiels »).

32- Les facteurs de la réaction

• Agents pro-oxydants
Métaux, oxygène dissous, lumière.

• Inhibiteurs
Réduction de la pression de l’oxygène, antioxydants naturels (tocophérol, acide ascorbique) ou artificiels (BHA, BHT), complexant des métaux, ...
• Cas particulier de l’activité de l’eau (aw)
L’effet est complexe puisqu’on observe deux zone d’activité élevée : aw < 0,1-0,2 et aw > 0,5 (voir cours sur la stabilisation par abaissement d’aw).

Globalement, l’oxydation est un mécanisme complexe mais puissant. Souvent, l’agroalimentaire aura recours aux antioxydants.

Nous venons de voir que les causes d’altération des aliments étaient nombreuses :

1- altérations dues aux réactions chimiques
Citons, parmi les plus fréquentes :

• brunissement non enzymatique (réaction de Maillard) ;
• dénaturation des macromolécules azotées : protéines, acides nucléiques ;
• modification physicochimique des grains d’amidon par éclatement lorsque la température s’élève, suivie d’empesage dont l’intensité est fonction de la teneur en eau du milieu ;
• oxydations non enzymatiques par l’oxygène de l’air, surtout des acides gras insaturés et de certaines vitamines.

2- altérations enzymatiques
Elles se produisent surtout entre +15 et +50 °C. Il s’agit en général de réactions d’hydrolyse et d’oxydation par les enzymes propres au produit ou exogènes, apportées par les micro-organismes.

3- altérations dues aux microganismes
Nous avons vu que les microorganismes pouvaient avoir 2 types de conséquences :

• sur la santé de l’homme : les TIA à causes de germes pathogènes ou par production de métabolites dangereux.
• Sur la valeur marchande de l’aliment qui voyait alors ses qualités organoleptiques et nutritionnelles dépréciées :
  -Odeur/saveur : acidification (piqûre, aigrissement) des produits sucrés qui fermentent.
  Odeurs de moisi, d’ammoniac, d’œuf pourri (H2S)…
• aspect et couleur : suite à une prolifération importante de microorganismes, on peut voir apparaître :
  ► des produits de sécrétion (revêtement gluant, visqueux ou poisseux)
  ► un brunissement enzymatique suite à une attaque microbienne
  ► des zônes colorées et d’aspects divers (feutrage) dues aux moisissures.
  ► une diminution de l’intensité de la couleur par hydrolyse enzymatique des pigments

• modification de texture :
  ►par hydrolyse de polymères (celluloses, amidon, pectine, protéines…) ; on l’observe notamment lors du ramollissement des fruits et légumes (pectinases), lors de la perte de forme des viandes (protéases) et des fruits en conserves (pectinases).
  ►gonflement tardif, voire éclatement des meules de certains fromages (spores butyriques)
  ►aspect gluant, filant de liquides (boissons, lait, yaourt…) dûe à des bactéries qui produisent des glucides (dextranes)

4- altération d’origine physicochimique
Elles sont variées :
- déstabilisation des émulsions ;

• déstabilisation des gels ;
• synérèse des liquides à partir de gels avec rétraction de la phase plus visqueuse formée ;
  - rétrogradation des gels d’amidon ;
• précipitation ou floculation dans les liquides ;
• recristallisation des phases normalement fluides.

5- Facteurs externes intervenant dans l’altération :
• La durée
La réglementation rend obligatoire la mention de la date limite de consommation (DLC) pour les produits où la multiplication microbienne est possible, et la date limite d’utilisation optimale (DLUO) pour les produits stables dans lesquels les propriétés organoleptiques et nutritionnelles subissent une dégradation lors de longs stockages.
• La température
C’est le facteur essentiel : il agit sur toutes les causes d’altérations.
• L’hydratation, activité de l’eau
L’activité de l’eau de la substance à conserver, Aw, permet de déterminer les altérations possibles au cours de la conservation de la denrée. Un produit de Aw < 0,60 se stocke plus facilement .
•LepH
II influence les activités enzymatiques et la vie microbienne en général ; un milieu acide de pH < 4,5 est favorable à la conservation.
• La composition gazeuse de l’atmosphère (teneur en oxygène et en gaz carbonique)
II conditionne le stockage en intervenant, d’une part sur les réactions d’oxydation enzymatique ou non enzymatique, et d’autre part sur l’orientation et l’intensité du métabolisme des cellules végétales ou microbiennes évoluant soit en aérobiose soit en anaérobiose.
• L’intensité lumineuse
Elle modifie un bon nombre de composants, par exemple les pigments, les lipides, les vitamines...
La conservation des aliments consiste à maintenir le plus possible leurs qualités au niveau initial. Des techniques de conservation ont été mises au point pour modifier ou supprimer les facteurs éventuels d’altérations liés au milieu de conservation ou à l’aliment lui-même.

6- Classification des technologies de stabilisation
Les modes de conservation peuvent être classés de la manière suivante.

61- PROCEDES PHYSIQUES DE CONSERVATION
6111-Inhibition ou destruction des agents biologiques d’altération des aliments
(enzymes et micro-organismes)

Elles sont obtenues par :

• le froid : réfrigération et congélation ;
• la chaleur :
  • pasteurisation (type pasteurisation basse à 65 °C pendant 20 minutes environ, rapide à haute tempéra¬ture en couche mince, par infrarouges, par chauffage ohmique) ;
  • stérilisation en récipients par appertisation (conserves), par ultra-haute-température (UHT) indirecte ou directe telle l’Upérisation (marque déposée) ;
  • conservation à température > 63 °C des plats cuisinés à l’avance, à consommer le jour même de leur préparation et cuisson.

Les effets de la chaleur sur la conservation sont fonction du couple temps/température (barème).

6112. Destruction ou élimination des micro-organismes
Elles sont obtenues par :

• l’ionisation ;
• les hautes pressions : effets de pasteurisation (destruction de la plupart des formes végétatives des micro¬organismes) ;
• les champs électriques puisés : effets de pasteurisation ;
• la filtration sur membrane : effets variables selon les techniques utilisées.

6113. Abaissement de l’activité de l’eau
II est obtenu par élimination de ce constituant par :

• concentration, séchage, déshydratation, lyophilisation ;
• incorporation de solutés (confisage, salaison). La stabilité d’une préparation culinaire est considérée comme assurée si :
• Aw < 0,95 et pH < 5,2 ;
• ou Aw < 0,91 (directive CE 93/43).

62. PROCÉDÉS CHIMIQUES
Additifs chimiques de conservation (anti-oxygènes, antibactériens, antifongiques= conservateurs). Le fumage associe salage, déshydratation et conservateurs naturels de la fumée.
Production par fermentation de métabolites protecteurs : fermentations lactique ou acétique et alcoolique.

63. CONTROLE DE L’ATMOSPHERE
Elimination totale de l’atmosphère (La conservation sous vide)
Utilisation d’une atmosphère protectrice (N2 + CO2) : cas des produits végétaux de la quatrième gamme, des produits fromagers ou charcutiers tranchés…

64.LE FROID
II est souvent associé aux autres méthodes de conservation dont il augmente l’efficacité et prolonge la durée. La tyndallisation correspondant à deux pasteurisations entrecoupées d’une incubation est interdite compte tenu des craintes de libération possible de toxines.