Génie Alimentaire

La décongélation

Amrouche — 2019-11-18T10:09:10Z

Lorsqu'on veut utiliser des matières premières congelées, il est souvent nécessaire de passer par une étape de décongélation.
C"est une opération très délicate car si on ne maitrise pas l'opération, il y a un risque de toxi-infection alimentaire.
Il est important d'en connaitre les mécanismes pour la maitriser : savez vous que pour ramener un produit congelé à température positive, cela peut prendre quatre fois plus de temps que l'opération inverse !
Quelle est la méthode préconisée par les services publics de l'hygiène (DDPP ou DSV) ?
Nous verrons enfin les technologies les plus efficaces pour décongeler des produits en quantité industrielle.

Sommaire

Les méthodes de décongélation

Cette opération consiste à faire fondre la glace formée au cours de la congélation. C'est une opération très délicate et qui conditionne complètement la qualité gustative et bactériologique du produit décongelé. Il faut donc un contrôle rigoureux de la vitesse.

La cinétique de décongélation

Au cours de la décongélation apparaît toujours un gradient thermique entre le centre et l'extérieur du produit : la zone périphérique se décongèle toujours plus vite que le cœur. Aussi, outre les méthodes classiques de décongélation par réchauffement externe, les méthodes par réchauffement interne sont de plus en plus utilisées.

La décongélation est une opération quatre fois plus lente que la congélation car la conductivité thermique de l'eau (=0.51kcal /m°C) est quatre fois plus faible que celle de la glace(=1.51kcal/m°C). Or il se forme au début de la décongélation une couche aqueuse qui va freiner le processus.

La zone - 5 °C à - 1 °C sera la zone la plus difficile à franchir et la plus longue : on est dans la zone critique de cristallisation maximum à la congélation et dans la zone de plus forte résistance à la décongélation car le gradient thermique entre le fluide qui réchauffe et le produit devient très faible.

Incidence sur la qualité

Le problème est le passage lent de la bande - 5 °C à - 1 °C : il y a alors augmentation des réactions d'altération biochimiques, microbiologiques et physico-chimiques :

Formation d'exsudat

II est constitué d'eau et de substances dissoutes (sels minéraux, vitamines, pigments colorés, sucres solubles...).
Il est lié à l'histoire du produit et donc à la conduite technologique de la congélation-surgélation, au stockage, aux différentes manutentions et enfin, à la décongélation.
L'exsudat sera plus important pour des produits simplement congelés que pour des produits surgelés (taille des cristaux et formes de ceux-ci).

La formation d'exsudat pose de nombreux problèmes :

- économique : c'est une perte de matière ;
- nutritionnel : c'est une perte de substances dissoutes, donc de nutriments (vitamines en parti¬culier et minéraux) ;
- microbiologique : c'est un véritable bouillon de culture pour les micro-organismes car il contient tout ce qui peut les faire vivre : eau, substances nutritives ;
- organoleptique : dans l'exsudat sont présentes des substances aromatiques ; cela s'accompagne aussi d'une perte de tendreté !

Altérations biochimiques

La décongélation permet de révéler les méfaits de la congélation, et surtout du stockage prolongé, voire des ruptures de lachaine du froid.

On observe alors le brunissement enzymatique (couleur brunâtre), des flaveurs avariées et « rances » dues aux lipases en particulier ou encore le développement des nitrites dans les légumes par action de nitrification enzymatique à la décongélation (incidence des enzymes bactériologiques qui deviennent très actives).

Exemple : Bacillus cereus peut libérer ces enzymes vers 0 ou I °C, et la réaction enzymatique devient intense à 4 °C.

Altérations physiques

• Ramollissement des tissus, surtout pour les fruits et légumes par déstructuration des cellules au cours du processus de congélation.
• Décollement de la croûte du pain (problème de la migration et de la congélation différentielle de l'eau entre la mie et la croûte).
•Perte irréversible de la tendreté de la viande :
Si une carcasse de viande a été congelée-surgélée trop tôt, c'est à dire en phase de pré-rigor (avant la phase de maturation), alors la viande va perdre à jamais sa tendreté !

Altérations bactériologiques

Lors de la décongélation, les bactéries se réveillent (on sait qu'à partir de -10 °C, on retrouve des bactéries comme les psychrophiles, en activité de multiplication). Elles sont d'autant plus actives qu'elles ont connu une période difficile de dormance.

La multiplication sera d'autant plus importante que le terrain est propice (eau de l'exsudat), que le temps de la bande - 5 °C à - 1 °C est long, que les tissus sont détériorés et qu'il n'y a plus de bactéries inhibitrices.

Pour toutes ces raisons, il est important de respecter le trépied frigorifique (produit sain, froid continu, froid précoce). Et surtout, de ne jamais recongeler un produit décongelé : la population bactériologique a pu être multipliée par 100 ou 1000. Il y aura un très grand danger surtout en produits carnés.

Les méthodes de décongélation par réchauffement externe

II est important que les méthodes soient rapides. On verra là encore, que le plus souvent, il vaut mieux coupler différentes méthodes.

Il faudra avoir des produits de petit format (ou en plaque mince).
Les meilleurs résultats seront obtenus avec un écart de température fluide-produit grand (mais la législation interdit des fluides à plus de 4 °C), et une humidité autour du produit importante (l'eau conduit mieux les calories que l'air sec).
Les méthodes utilisées emploient le principe de conduction thermique ou de convection thermique.

Air stagnant (chambre froide)

On utilise l'air à 4 °C ventilé autour du produit à décongeler. Procédé le plus sur au niveau bactériologique mais le plus long ! C'est une opération longue sur les grosses pièces (3 à 5 jours sur des morceaux de 75 kg).

Air ventilé (tunnel ou cellule)

Transmission de la chaleur par convection dans l'air humide à grande vitesse(70-90%HR)= air ventilé à grande vitesse. Cela se fait en trois étapes de températures (14 °C, 10 °C et 0 °C avec des hygrométries décroissantes). La méthode est adaptée aux gros morceaux (carcasses), et à des produits ayant obtenu une dérogation pour une température de 4°C.
Ex : Décongélation de quartiers de bœuf ; Air pulsé à 2m/s ; HR=98% ; T=14°C
Durée = 10 h pour les ¼ avant et 22 h pour les postérieurs !

Voici un exemple de chambre de décongélation très utilisée par les cuisine centrale :

Voici un exemple de fabricant de chambre de décongélation video

Eau

La chaleur est transmise par l'eau à 10/12 °C au produit, soit par contact en bain agité, soit par douchage. Les produits doivent être emballés (poissons, abats...) pour éviter le lessivage et les contaminations.

Vapeur d'eau et sous vide

De la vapeur d'eau est envoyée dans une enceinte sous vide ; par chauffage modéré, la vapeur d'eau se condense sur le produit et lui transmet de l'énergie par ce changement d'état : gaz -> liquide condensé. La décongélation se fait par pallier de 25 °C à 10 °C. L'échange thermique est très bon et le temps de l'opération court (4 h pour des cabillauds de 10 cm d'épaisseur). Ce procédé est adapté aux poissons et aux viandes.

Les méthodes externes sont les moins coûteuses (sauf sous vide), mais posent de gros problèmes de qualité, notamment bactériologique.

Les méthodes de décongélation par réchauffement interne

Les méthodes par réchauffement interne sont basées sur des courants électriques ou ondes, ce qui les rend très coûteuses. Par contre, elles sont très rapides et donnent de bons résultats gustatifs et bactériologiques.

Par résistance

Le produit congelé est mauvais conducteur. On place deux électrodes sur les faces du produit. Il se crée un « effet Joule » dans le produit au passage d'un courant électrique. Le produit s'échauffe de l'intérieur. Cette méthode est valable pour les blocs et les purées.

Par hautes fréquences

On applique des fréquences de 13,5 MHz, 27,1 MHz ou 40,6 MHz sur des armatures entourant le produit : ce procédé est rapide, facile, mais très coûteux.

Par Micro-ondes

Procédé le plus utilisé en industrie.
Les micro-ondes sont générées par des ondes de fréquences variables. En alimentaire, on retient 960 MHz (2450 MHz par dérogation)
Le procédé pose plusieurs problèmes :
• Difficile à mettre en œuvre sur de gros morceaux car on rencontre des problèmes de pénétration des ondes.
• Hétérogénéité du traitement au fil du temps : le produit est difficilement polarisable au départ, où il y a peu d'eau libre. Mais, plus l'eau libre se forme, plus les réactions d'agitation sont intenses et donc plus le produit s'échauffe : on a le phénomène « d'emballement thermique ». solution : produit de faible épaisseur et/ou micro-ondes par impulsion discontinues.
La décongélation industrielle se fait en général en tunnel, avec des champs d'ondes brassées, pour essayer de minimiser les effets de montée rapide en température. Elle se fait souvent en deux ou plusieurs étapes, avec des phases de repos intercalées pour permettre « l'égalisation des ondes ». On les utilise en général pour un traitement préalable, jusqu'à la température de - 5 °C environ. Ensuite, le produit sera repris par un autre procédé.
Ex : Poisson, viandes volailles épaisseur 5 à 9cm ; Ti = -18/-20°C ; Tf = -2/-3°C ; Durée = 4 à 15 min !

La surgélation selon BONDUELLE

Amrouche — 2011-01-09T16:45:31Z

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Sommaire

Le Process de légumes surgelés

Voici les explications du process de fabrication de légumes surgelés selon l'entreprise BONDUELLE

Sélection des légumes et récolte

Nos partenaires agriculteurs fournissent la matière première en respectant une charte d'approvisionnement et pratiquent l'agriculture respectueuse de l'environnement

Réception en usine

Lors de la réception en usine, plusieurs contrôles sont effectués :

· analyses
· vérification(goût, couleur, calibre, maturité…)
· conformité aux exigences spécifiées

Epierrage

L'épierrage consiste à séparer les produits les plus denses (cailloux, verre…) des légumes par flux d'eau.

Lavage

Le lavage est une opération essentielle dans la préparation des légumes surgelés Bonduelle : les matières étrangères (terre, poussière) et les contaminations en provenance du sol sont éliminées.

Blanchiment

Le blanchiment est une opération classique en transformation des légumes, à l'eau chaude et/ou à la vapeur. Les gaz contenus dans les légumes et les goûts un peu forts sont éliminés. Cette étape a pour effet de réduire l'activité des enzymes de dégradation.

Surgélation

Pour assurer la qualité, la température est rapidement diminuée pour atteindre -18°C au cœur du produit en quelques minutes. Les légumes sont stockés dans des entrepôts au-dessous de -18°C, dans des containers de taille importante.

Pesage et ensachage

Le produit est dosé et mis en sachets ou en boîtes en carton. La date limite de consommation est ensuite imprimée sur chaque emballage.

Contrôles qualité

Depuis l'agréage et jusqu'au stockage sont effectués des dizaines de contrôles qualité, notamment pour la température, la bactériologie et le poids. Bonduelle assure ainsi une parfaite traçabilité du champ à l'expédition afin de réagir vite en cas de détection de problème qualitatif.

Conditionnement

Les produits ensachés sont emballés dans des boîtes en carton et stockés dans des entrepôts à moins de -18°C.

Expédition

Les légumes sont expédiés en camion frigorifique jusqu'au point de vente.

Voir le proces en animation 3D

La congélation & surgélation

Amrouche — 2010-08-15T16:24:37Z

La congélation consiste à refroidir puis à entreposer les aliments à des températures inférieures au point de congélation, généralement -18°C. Elle est utilisée pour la conservation des aliments à long terme (4 à 24 mois).
Ce cours explique comment l'utilisation de froid négatif (en dessous de 0°C) permet de conserver les produits alimentaires sur une longue période. j'évoque aussi :

la différence entre congélation et surgélation
les techniques industrielles utilisées ainsi que les matériels
les paramètres influençant la vitesse de surgélation
les conséquences sur la qualité des produits

Sommaire

{{1-Le froid, un besoin en agroalimentaire}}' />

11- Généralités sur le froid

Le froid correspond à un abaissement de la température d'un corps de façon à réduire considérable¬ment son évolution.
L'usage de sources de froid existe depuis toujours : la collecte et le stockage de la glace des lacs ou des rivières en hiver, pour refroidir les poissons ou les viandes, l'évaporation de l'eau de jarre d'argile pour maintenir la nourriture au frais, sont quelques exemples anciens. Aujourd'hui, en France, on estime que 50 % au moins de notre nourriture a subi un traitement frigorifique. Le froid est donc un composant essentiel de l'industrie agroalimentaire : en stockage des matières premières (lait cru maintenu en tank réfrigéré à 3 - 4 °C), lors de la fabrication des produits (blocage du processus d'acidification par le froid vers 3 °C pour la fabrication des yaourts), pour la conservation (stockage des denrées fraîches en chambres froides), le transport (véhicules frigorifiques) et la distribution (meubles de réfrigération ou de congélation).

Quand on parle de « froid » en agroalimentaire, on parle de deux niveaux de températures :
• Au-dessus du point de changement d'état de solidification de l'eau : on parle de froid positif ou réfrigération et les produits se situent en moyenne entre 0 °C et 10 °C.
• En dessous de ce point : on parle froid négatif ; il s'agit de la congélation et de la surgélation, suivant la vitesse de descente de la température. Les produits se situent entre - 40 °C et -10°C. (-18°C le plus souvent)

Voici en vidéo (par « C'est pas Sorcier ») l'explication de la congélation/Surgélation !

12 Sources de froid

On utilise des fluides frigorigènes, c'est-à-dire des fluides aux caractéristiques particulières, comme la facilité de changer d'état (liquide vers solide et inversement) à des pressions basses et des températures basses. On emploie globalement deux types de fluides :
121- Les frigorigènes obtenus par transformations chimiques (halogénation, chloration)
Deux générations de produits ont vu le jour :
• Les frigorigènes se composant de la lettre « R » (pour réfrigérant) suivie de deux ou trois chiffres : R - xyz. Ce sont les hydrocarbures halogènes, comme le R22, couramment utilisé, ou le RI 15. Ces frigori¬gènes relèvent d'une nomenclature spécifique que nous n'évoquerons pas.
• Les frigorigènes se composant de la lettre « C » qui sont des composés contenant du chlore, comme les CFC (chlorofluorocarbures) ou les HCHC (un atome d'hydrogène à la place d'un chlore). Ces composés sont fortement impliqués dans la destruction de la couche d'ozone. Aussi, sur le plan réglementaire, la CEE a limité l'utilisation des CFC et HCHC, avec un plafonnement des consommations dès aujourd'hui, une disparition en 2030.

122- Des frigorigènes naturels, appelés « gaz cryogéniques »
Ce sont l'azote liquide et le gaz carbonique qui ont la particularité de changer d'état à pression normale et à des températures très basses .

13 Techniques mises en œuvre

Deux techniques sont possibles : la technique de froid dite « mécanique » qui met en œuvre une machine frigorifique (type réfrigérateur) et la technique de froid dite « cryogénique » qui met en œuvre directement l'azote ou le gaz carbonique.

131 Le froid mécanique
Le concept de la machine frigorifique remonte au milieu du XIXe siècle grâce à Lord Kelvin.

a- Principe
Un fluide frigorigène (ou frigorifique) circule en boucle fermée et il change d'état facilement sous l'influence de la pression. On utilise le fait que tout changement d'état entraîne une consommation ou une libération d'énergie.
En particulier :
• le passage de l'état liquide à l'état gazeux demande de l'énergie extérieure (+Q),
• le passage de l'état gazeux à l'état liquide dégage de l'énergie (-Q).
En effet, il faut de l'énergie pour désorganiser la matière et écarter les molécules (Liquide Gaz) alors que le rapprochement de celles-ci libère de l'énergie.

b- Description simplifiée d'une installation de froid mécanique
(réfrigérateur ou congélateur…)

L'installation comprend un circuit fermé de circulation d'un fluide frigorigène : du fréon (gaz rare) ou des liquides frigorifiques de synthèse.
L'installation comprend :

L'évaporateur :
II renferme le fluide frigorigène à 20 °C ; sous pression atmosphérique normale P1, le liquide se vaporise (passage de l'état liquide à l'état gazeux) : il y a donc besoin d'énergie. Celle-ci est prise dans l'air qui se trouve dans le compartiment intérieur du réfrigérateur (l'enceinte). L'air et les aliments qui s'y trouvent sont refroidis.
L'évaporateur est l'organe principal de fabrication du froid.
Le compresseur
Dans le compresseur, la pression devient P2 > P1. Le fluide est toujours gazeux et sa température augmente à T2 > Tl.
Le condenseur
Dans le condenseur, le gaz se refroidit au contact de l'air ambiant ce qui provoque le liquéfaction du gaz (passage de l'état gazeux à l'état liquide) : il y a alors libération de calories, donc de chaleur (cela explique que le dos du réfrigérateur soit chaud).
Le Détendeur
II permet de baisser la pression du liquide frigorigènes pour la ramener à sa valeur initiale (P1) . La température chute aussi.

132 Froid cryogénique
• Principe
La vaporisation de certains gaz liquéfiés, au contact direct d'aliments, absorbe la chaleur de ceux-ci (énergie) et permet de les refroidir très vite.
En alimentaire, on utilise deux gaz liquides intéressants pour leur très basse température de changement d'état à basse pression :
• le CO2 liquide qui devient gazeux à - 78,5 °C sous 1 atm,
• le N2 liquide qui devient gazeux à -196 °C sous 1 atm.

14 Froid & Qualité

Définis par Alexandre MONVOISIN (1928), les principes fondamentaux de l'application du froid à la conservation des denrées périssables sont énoncés sous le vocable de « trépied frigorifique de MONVOISIN » :

1. Application du froid sur des produits sains : La réfrigération ayant comme conséquence le ralentissement des phénomènes d'altération et de multiplication microbienne, il est essentiel que les aliments soient initialement d'excellente qualité et peu contaminés.
2. Précocité : Le froid est à appliquer aussitôt que possible après l'abattage ou la récolte, avant que les diverses altérations n'aient commencées.
3. Continuité : Chaque type de produits réfrigérés est à maintenir à une température appropriée (par exemple, une température de 4°C maximum pour les viandes, les volailles,...) Toute élévation sensible de la température du produit au-dessus de cette valeur provoque une accélération de la multiplication microbienne et des phénomènes de dégradation. La température de conservation des denrées doit rester aussi constante que possible en dessous de cette limite, depuis l'abattage ou la récolte jusqu'à la consommation. On parle ainsi de « chaîne du froid », l ‘efficacité de celle-ci dépendant de celle du maillon le plus faible.

Voici une illustration des différentes Toxi-Infections Alimentaires Collectives (TIAC) provoquées par une rupture de la chaine du froid :

{{2- Action du froid}}' />

Le froid doit son pouvoir de conservation à 2 effets :

Un effet thermique d'abaissement des vitesse de réactions biologiques de développement (métabolisme des microorganismes) et des réactions biochimiques et enzymatiques qui peuvent aussi nuire à la conservation des aliments . C'est cet effet qui est mis en œuvre en réfrigération.
Un 2nd effet encore plus puissant mais qui n'existe qu'en congélation / surgélation : l'abaissement de l'activité de l'eau c'est à dire que l'eau cristallisée devient indisponible pour toutes les réactions (biologiques, chimiques et enzymatiques) ; ceci explique pourquoi la congélation/surgélation permet des durées de conservation beaucoup plus longues que la réfrigération où ce second effet n'existe pas !

21 action du froid sur les micro-organismes

Le froid ne tue pas les micro-organismes : il ne fait que ralentir leur développement, c'est à dire les inhiber. Et, il faut se rappeler qu'il y a des microbes résistants au froid : ce sont les psychotrophes, psychrophiles et cryophiles. Les levures et les moisissures en particulier se complaisent dans des ambiances froides et humides.

Certaines bactéries, comme Yersinia ou Listéria aiment le froid positif.

Il faut retenir toutefois trois températures clés :
• + 3 °C : fin des risques dus aux bactéries pathogènes et toxinogènes,
• - 10 °C : arrêt de toute multiplication bactérienne,
• - 18 °C : arrêt de toute multiplication microbienne (y compris levures et moisissures).

22 Action du froid sur les caractéristiques de l'aliment

Les modifications vont dépendre du traitement et de la denrée.

221 En réfrigération
Les modifications sont minimes, mais observables.
voir article sur la réfrigération !

222 En congélation-Surgélation
Les modifications vont être plus importantes dans la mesure où il y a un changement d'état (passage de l'eau liquide à l'eau solide). Les conséquences du froid négatif ne se verront que plus tard, en décongélation.
Les modifications observées sont :
• Augmentation du volume, qui sera fonction de la quantité d'eau présente. Il se produit un déchire¬ment des cellules et des tissus et une exsudation à la décongélation.( ex à –18°C : + 9 % pour de l'eau ; + 8,3 % pour un jus de pomme ; +4% pour de la framboise entière ; + 8% pour de la viande de bœuf
• Détérioration des cellules : il se forme des cristaux au cœur des cellules, mais leur taille, leur répartition et leur potentialité de destruction sont différentes suivant la vitesse de congélation comme on le verra plus loin.
• Dessiccation de la surface : le froid dessèche d'où l'obligation de bien emballer les produits stockés au froid. La dessiccation peut aussi être une réaction vive de sublimation de la glace formée en surface (passage de l'eau solide en vapeur, sans passer par l'état liquide).
Cela a lieu lors d'un passage rapide dans une enceinte très froide (vers - 20 °C) : il y a alors « brûlure par le froid ».
Exemple : couleur brune des viandes congelées sans emballage adapté.
• Recristallisation progressive (augmentation de leur taille) des cristaux de glace ; modification de la texture des glaces et sorbets ; solution température de surgélation < -18°C (-30°C ou durée de stockage + courte !
• Agrégation des protéines musculaires du poisson (un peu viande) d'où exsudation à la décongélation et texture + sèche ; solution : température de surgélation < -18°C (-30°C ou durée de stockage + courte !)
• Givre : c'est un phénomène périodique de lyophilisation qui résulte des fluctuations de températures : quand la température extérieure diminue, et devient inférieure à la température à la surface du produit, il y a migration de la vapeur d'eau par sublimation sur les parois de l'emballage (ou de la chambre froide) et dépôt sur la surface plus froide sous forme de givre. Le phénomène peut aussi se dérouler à l'inverse. Ceci est important sur les produits emballés et est un signe de fonctionnement intermittent en cycles longs ou de rupture forte de la chaîne du froid. Ceci est important sur les produits emballés et est un signe de fonctionnement intermittent en cycles longs ou de rupture forte de la chaîne du froid.

Détériorations biochimiques : pendant la congélation, l'activité métabolique de la plupart des germes pathogènes et d'altération est inhibée. Cependant, les réactions d'altération chimique ne sont pas arrêtées complètement. Les plus importantes de ces réactions sont l'oxydation enzymatique des lipides, l'hydrolyse des glucides et la lipolyse. Pour en remédier, les industriels procèdent généralement à un blanchiment des produits (cas des légumes surgelées) avant leur congélation.
Ce sont en majorité les enzymes thermorésistantes qui vont être impliquées.
En effet, le froid ne dégrade pas toutes les enzymes. On observe :
• le rancissement des matières grasses sous l'action des lipases, actives aux basses températures et basses aw. Ceci explique la fragilité des poissons gras, des viandes (surtout hachées car les lipases sont alors en contact avec le substrat), et des produits laitiers gras (beurre et fromages) ;
• la dégradation des pigments colorés par protéolyse : on conseille donc le blanchiment (ébullition rapide pour détruire les enzymes) sur les légumes sensibles (légumes verts en général) ;
• l'apparition de saveurs désagréables par oxydation, comme le goût de « foin » remarquable sur les légumes verts. On conseille alors l'ajout d'antioxydant tel que l'acide ascorbique (vitamine C) pour limiter le phénomène. Cette réaction est sous le contrôle d'enzymes oxydatives ou par réaction spontanée avec l'oxygène dissous.
• l'apparition de taches brunes sur certains végétaux : il s'agit d'un brunissement oxydatif enzymatique (Brunissement Enzymatique) qui correspond à une défense du végétal face à l'agression que représente le choc thermique ; parade : blanchiment de certains légumes avant de les congeler.

{{3- Congélation ou Surgélation ?}}' />

Selon la vitesse de refroidissement des aliments, on distingue :

1. La congélation rapide ou surgélation : au cours de laquelle les denrées sont stabilisées par abaissement rapide de la température jusqu'à -18°C à cœur maximum (on peut descendre jusqu'à -30°C). Cette technique permet la formation de nombreux et petits cristaux de glace qui ne détériorent pas l'aliment.

Seul un faible exsudat se produit lors de la décongélation.

2. La congélation lente qui s'applique à des produits qui, par leur aspect ou leur mode de récolte, ne peuvent satisfaire à certaines exigences, par exemple vitesse de congélation à laquelle sont soumis les produits surgelés. Le refroidissement de l'aliment s'effectue lentement et rarement en dessous de -18°C, ce qui entraîne la formation de cristaux de glace de taille relativement importante par rapport à celle des cellules du produit.

Les aiguilles tranchantes des cristaux de glace peuvent percer et déchirer la paroi des cellules peu résistantes et favoriser une certaine exsudation lors de la décongélation.

La technique de conservation par le froid négatif qui préserve le mieux les qualités des produits alimentaires est comme vus l'avez compris la surgélation ! Néanmoins on pourra utiliser la congélation (technique moins onéreuse) quand il n'y a pas d'effets remarquables sur la qualité du produit notamment quand ce dernier ne comporte pas de structure fragile comme les tissus végétaux ou animaux (exemple ; jus de fruit, purée de fruit...)

{{4- Évolution de la température}}' />

Un jus de fruit et de l'eau pure placés dans un congélateur vont voire leur température diminuer mais selon des cinétiques (vitesses) différentescomme le montre le graphique ci dessous :

1.- Cas de l'eau pure :

Lors du refroidissement de l'eau pure jusqu'à sa cristallisation, on observe 3 phases

Phase de refroidissement de l'eau jusqu'à 0°C = T°C de fusion de l'eau.
Point de surfusion de l'eau : c'est le début de la nucléation (formation des premiers cristaux) qui fait descendre l'eau liquide à une température légèrement inférieure à 0°C.
Pallier de température au point de fusion de l'eau (= 0°C) ; ceci pendant toute la durée du changement d'état ; seule la chaleur latente de fusion (Lf = 79.7 kcal/kg = 318.8kj/kg) est absorbée par le fluide frigorigène
Refroidissement de la glace : lorsque toute l'eau a été cristallisée, la glace formée se refroidit plus rapidement que l'eau liquide ! (Cp glace= 1.96 kj/kg/°C ; Cpeau = 4.18 kJ/kg/°C)

2- Cas du produit alimentaire :

Du point de vue thermodynamique, un tissus biologique se comporte comme une solution diluée.

On observe :

Une température de fusion (ou congélation) commençante (Tc) en dessous du point de congélation de l'eau pure (0°C) ; c'est l'abaissement cryoscopique : l'écart entre le point de congélation commençante de la solution et celui de l'eau pure (0°C) est d'autant plus grand que la solution est concentrée !

Un pseudo pallier : au fur et à mesure que l'eau cristallise, le soluté restant se concentre dans la phase liquide (procédé de cryoconcentration utilisé pour la concentration des vins et jus de fruits) ; le point de fusion de l'eau restante diminue alors en même temps que la concentration augmente : on obtient donc un pseudo pallier !
Une température de « fin de congélation » (Tf) : elle correspond à la température qui a permis de cristalliser la totalité de l'eau congelable (fin du pseudo pallier) ;on parle encore de température eutectique ; cette température est très basse notamment pour les produits alimentaires qui sont des solutions très complexes !

Conséquences : en IAA on n'utilise rarement des températures de congélation aussi basses (- 55°C) ! ; cela signifie qu'il restera toujours de l'eau congelable (eau libre) dans un aliment congelé à –18°C ; il faudra pour certains produits sensibles (gras par ex) raccourcir la durée de stockage et/ou recourir à des températures + basses (<-18°C)

{{5- Étude des paramètres}}' />

De nombreux facteurs peuvent influencer la durée de congélation/Surgélation.

La durée de congélation est une caractéristique importante à connaître car elle va permettre :
• de déterminer le temps de séjour ou le débit du produit à congeler (tunnel continu)
• de dimensionner le matériel lors d'un achat .

La durée de congélation va donc dépendre des caractéristiques du produit mais aussi de celle du matériel utilisé

5.1- Caractéristiques du produit
• Quantité : masse ou volume
• Température initiale et finale
• Humidité : l'énergie à fournir augmente avec la teneur en eau du produit
• Chaleur spécifique (Cp en kcal/kg/°C) = quantité de chaleur à enlever pour diminuer de 1°C la température de 1 kg de produit.le Cp de l'eau (1 kca/kg/°C) est supérieure à tous les autres ingrédients des aliments (ex : lipide = 0.5 kcal/kg/°C)
Conséquences : plus l'aliment est riche en eau, plus il faudra de l'énergie pour le congeler !
• Conductibilité thermique (en kcal/m.°C) :
Glace (1.9 kcal/m.°C) > Aliment congelé > Eau (0.51) > Aliment non congelé > Lipides (0.05) > Air (0.02)
• Masse volumique (air = isolant thermique)
• Géométrie : forme et épaisseur

5.2- Caractéristiques du matériel
• Température du fluide frigorigène et différence de température entre produit et fluide frigorigène ou air
• Les caractéristiques du fluide réfrigérant : l'eau, l'air, les gaz cryogéniques n'ont pas les mêmes coefficients d'échange de chaleur.
• Puissance frigorifique disponible (en kW ou kcal /h ou frigorie)
• Coefficient de transfert de chaleur (fonction du type de contact entre le produit et le milieu réfrigérant)

{{6- Les techniques de congélaton }}' />

La congélation / Surgélation des produits alimentaires utilisent plusieurs techniques. Parmi ces techniques on distingue les congélateurs à tunnels, les congélateurs à plaques et les systèmes de congélation directe (congélation cryogénique).

6.1- Les congélateurs à tunnels
Ces matériels utilisent de l'air pulsé comme fluide frigorifique intermédiaire. Celui-ci est refroidi à travers l'évaporateur de la machine frigorifique, pulsée sur le produit par un ventilateur, puis recyclé pour être refroidi à nouveau. Ce système existe en continu (tunnel à bande porteuse ou dynamique) et en discontinu (tunnel dit statique).
L'avantage des tunnels de congélation réside dans leur souplesse d'utilisation. Ils sont recommandés lorsqu'on est amené à congeler plusieurs types de produits, de forme et de taille différente.

Voici le schéma d'un tunnel statique :

Tunnel dynamique à bande transporteuse
Voici une animation décrivant le fonctionnement d'un tunnel de surgélation à bande porteuse (ou dynamique) :

Tunnel dynamique à bande transporteuse hélicoidale
Afin de limiter l'encombrement au sol et pour satisfaire à des durées de surgélation plus longue, les fabricants ont rallongé la longueur de la bande porteuse qui décrit un parcourt hélicoïdal (comme un escalier en colimaçon) ; on parle de « Gyrofreezer » ou « spiralfreezer ».

Voici le schéma du modèle Frigoscandia :

Légendes :
1-entrée du produit ;
2-Sortie du produit ;
3- tambour ;
4-Bande transporteuse ;
5-ventilateur ;
6- refroidisseur de l'air(évaporateur du groupe froid) ;
7-faux plafonds ;
8-actionneurs ;
9-panneau electrique ;
10-systeme de lavage de la bande transporteuse ;
11-ventilateur du séchoir de la bande transporteuse.

Voir ci dessous l'animation développée par Frigoscandia :

Tunnel dynamique à bande transporteuse à lit fluidisé
Les tunnels surgélateurs à lit fluidisé permettent de réaliser une surgélation individuelle de petits aliments tels que les petits poids, les fleurettes de choux fleurs... en mettant en suspension les aliments dans un courant d'air froid.
Cette technique permet d'obtenir des produits surgelés de manière individuelle (sans se coller) ; on parle de procédé « IQF » (Individually Quick Frozen"

6.2- Les congélateurs à plaques
Dans le cas des congélateurs à plaques, le produit est refroidi au contact de la surface des plaques, à l'intérieur desquelles circule le fluide frigorifique.

Ce type de congélateurs peut être à plaques horizontales ou verticales selon que les plaques sont disposées horizontalement (sous forme d'étagères) ou verticalement. Leur avantage réside dans leur efficience énergétique. Malheureusement, ils ne peuvent être utilisés que pour des produits de forme géométrique, avant ou après emballage, régulière. De plus, ils ne sont plus aptes pas au fonctionnement continu.

6.3- Les surgélateurs cryogéniques

La surgélation cryogénique (ou directe) consiste à mettre le produit directement en contact avec une source de froid, par aspersion d'un liquide comme l'azote liquide ou le CO2 liquide qui s'évaporent au contact du produit. Dans ce cas, l'apport frigorifique est apporté par la chaleur latente d'évaporation du liquide en contact avec le produit (l'azote liquide s'évapore à -196 °C et le CO2 liquide s'évapore à -54 °C).

Ce système de congélation a l'avantage d'être rapide et ne nécessitant pas une installation frigorifique proprement dite. Toutefois, il est assez coûteux et ne peut être donc utilisé que pour les produits alimentaires à haute valeur marchande.

Cette technique permet aussi d'obtenir des produits surgelés de manière individuelle (sans se coller) ; on parle de procédé « IQF » (Individually Quick Frozen"
Voir l'animation suivante :

La Réfrigération

Amrouche — 2010-08-15T16:15:24Z

Sommaire

La réfrigération des produits agricoles et alimentaires

La réfrigération consiste à refroidir puis entreposer les aliments à une température basse, proche du point de congélation, mais toujours positive par rapport à celui-ci. Généralement, la température de réfrigération se situe aux alentours de 0°C. A ces températures, la vitesse de développement des microorganismes contenus dans les aliments est ralentie.

La réfrigération est utilisée pour la conservation des aliments périssables à court et moyen terme. La durée de conservation va de quelques jours à plusieurs semaines suivant le produit, la température, l'humidité relative et le type de conditionnement.

Exemple de la durée de conservation de certains aliments par la réfrigération :

Pommes : -1 à 5 °C ; 3 à 8 mois ;
Abricot : 0°C ; 1 à 2 semaines ;
Haricot vert : 5 à 7°C ; 7 à 10 jours ;
Melons : 0 à 10°C ; 5 jours à 6 semaines ;

Des règles fondamentales (trépied frigorifique) doivent être respectées dans l'application du froid pour conserver de façon optimale les qualités du produit réfrigéré : la réfrigération doit être faite le plus tôt possible après collecte, elle doit s'appliquer à des aliments initialement sains et être continue tout au long de la filière de distribution (notion de chaine du froid).

Le froid doit son pouvoir de conservation à un effet thermique d'abaissement des vitesse de réactions biologiques de développement (métabolisme des microorganismes) et des réactions biochimiques et enzymatiques qui peuvent aussi nuire à la conservation des aliments .

1- Action du froid sur les microorganismes' />

Les températures positives vont agir sur la vitesse de développement des microorganismes.

[(

La réfrigération diminue la vitesse de croissance des microorganismes (augmente le temps de doublement)
La réfrigération diminue la vitesse de démarrage (augmente la phase de latence)
La réfrigération sélectionne les bactéries psychrophiles )]

Le froid ne tue pas les micro-organismes : il ne fait que ralentir leur développement, c'est à dire les inhiber. Et, il faut se rappeler qu'il y a des microbes résistants au froid : ce sont les psychrotrophes, psychrophiles. Les levures et les moisissures en particulier se complaisent dans des ambiances froides et humides.

Températures minimales, optimales et maximales de croissance
	T°C Minimale	T°C Optimale	T°C Maximale	Exemples
Psychrophile	-5/5°C	12/15°C	15/20°C	Yersinia enterocolitica, Listeria, Erwinia
Psychrotrophe	-1/5°C	25/30°C	35/40°C	Pseudomonas levures, moisissures
Mésophile	5/15°C	30/45°C	35/50°C	Escherichia coli
Thermophile	35/45°C	55/75°C	60/90°C	Bacillus stearothermophilus

Différence entre psychrophile et psychrotrophe

Psychrophile : ne pousse qu'à température basse et ne tolère pas des températures supérieures à 15/20°C
Psychrotrophe : aime froid, mais supporte les températures tièdes.

[(Y-a-t'il des bactéries PATHOGENES qui sont psychrophiles ?
Oui, hélas !
Important à retenir, elles sont quatre :

Clostridium botulinum E, pousse jusqu'à 3,3°C
Listeria monocytogenes, 3°C dans l'aliment, et 0°C en milieu de culture, mais très lente
Yersinia enterocolitica
Escherichia coli (seulement certaines souches sont « psychrophiles »))]

Il faut retenir toutefois une température clé :
• + 3 °C : fin des risques dus aux bactéries pathogènes et toxinogènes.

2- Les paramètres de la réfrigération' />

21-La température

Les matières premières agricoles vont supporter plus ou moins bien des températures basses de réfrigération ;on classe les produits en 3 catégories en fonction de leur résistance au froid :

produit peu ou pas sensible,
produit moyennement sensible et
produit très sensible au froid.

À chaque produit, il y a une température de conservation réglementaire (art. du 18-06-1980, modifié). Pour l'illustrer, voici quelques données :

• filière fruits et légumes : les températures de stockage sont les plus variées. (voir tableau ci dessus)
• produits laitiers : il faut distinguer les produits ultra-frais, pour lesquels la consigne est de 4 °C et les fromages où les consignes sont très variables suivant le type de fromage et surtout, suivant l'affinage (les produits à pâte dure tolérant des températures plus élevées),
• produits carnés et poissons : 0 °C à 4 °C. (glace fondante pour les poissons) ;
voir ci dessous les durées pratiques se conservation des viandes et produits d'origine animale en réfrigération en fonction du mode de conditionnement » selon l'Institut Technique du froid (1979)

22-L'humidité de l'air

En général, 85 à 90 % d'hygrométrie est souhaitable, sauf pour les produits secs non emballés où l'humidité relative (HR) doit être inférieure à 70 %. Si l'HR est trop élevée, il y a développement des bactéries et des moisissures ; si l'humidité relative est trop faible, il y a perte en eau et déshydratation des produits.

23-Circulation et composition de l'air ambiant

II faut un air sain et propre, surtout pour des produits non emballés.
Cet air sera de composition adaptée au produits stockés.
Exemple : atmosphère modifiée sur O₂ pour les fruits et légumes ou en N₂ sur les fromages.

La circulation de l'air se mesure par les paramètres de vitesse de brassage (le brassage doit assurer l'homogénéité du froid), par le renouvellement de l'air pour éviter l'accumulation d'odeurs, par le sens de circulation de l'air : la position, le nombre de ventilateurs déterminent le flux de l'air dans la chambre.
Dans les chambres froides, on conseille de surveiller la composition globale de l'air en entrée et en sortie afin de noter les évolutions.

3- Froid & Qualité ' />

1. Application du froid sur des produits sains : La réfrigération ayant comme conséquence le ralentissement des phénomènes d'altération et de multiplication microbienne, il est essentiel que les aliments soient initialement d'excellente qualité et peu contaminés.
2. Précocité : Le froid est à appliquer aussitôt que possible après l'abattage ou la récolte, avant que les diverses altérations n'aient commencées.
3. Continuité : Chaque type de produits réfrigérés est à maintenir à une température appropriée (par exemple, une température de 4°C maximum pour les viandes, les volailles,...) Toute élévation sensible de la température du produit au-dessus de cette valeur provoque une accélération de la multiplication microbienne et des phénomènes de dégradation. La température de conservation des denrées doit rester aussi constante que possible en dessous de cette limite, depuis l'abattage ou la récolte jusqu'à la consommation. On parle ainsi de « chaîne du froid », l ‘efficacité de celle-ci dépendant de celle du maillon le plus faible.

Voici une illustration des différentes Toxi-Infections Alimentaires Collectives (TIAC) provoquées par une rupture de la chaine du froid :

4- Réfrigération des plats cuisinés' />

Le barème de refroidissement est défini réglementairement :

Dans le Guide des Bonnes Pratiques du Restaurateur, il est prévu un abaissement de la température de plus de 63°C à moins de 6°C en moins de 2 heures.

L'arrêté du 21 décembre 2009 reprend également ce barème (de +63°C à +10°C en moins de 2 heures) dans son annexe IV applicable à la restauration collective.

Dans le cas très particulier des produits ayant subi une cuisson à forte valeur pasteurisatrice (quiches, tartes…) un refroidissement plus lent peut être toléré à condition que la préparation soit protégée des contaminations éventuelles.

4.1- L'intérêt du refroidissement rapide

Le refroidissement rapide des préparations après cuisson consiste à abaisser rapidement la température à cœur afin de limiter la croissance bactérienne. En effet, dans la plage de température située entre 10°C et 63°C la multiplication des micro-organismes est rapide (la population double toutes les 20 à 30 minutes à 25°C).

4.2- Les mauvaises pratiques !
Plusieurs pratiques trop fréquemment rencontrées en restauration sont à risque. La liste ci-dessous n'est pas exhaustive :

Refroidissement en enceinte réfrigérée

Le refroidissement d'un plat en enceinte réfrigérée est à proscrire pour deux raisons. La première est que l'équipement n'est pas adapté à cette opération, le groupe réfrigérant créant un froid positif ventilé, et non un froid négatif hyperventilé. Ainsi, les autres denrées présentes dans l'enceinte réfrigérée vont voir leur température de stockage être augmentée en raison de la présence du plat chaud, ce qui va affecter la qualité de leur conservation.

Refroidissement à température ambiante

A température ambiante, une préparation culinaire va mettre beaucoup plus de temps pour refroidir, et ne pourra pas atteindre une température inférieure à celle de l'air ambiant qui l'entoure (aux alentours de 20°C, voire plus dans certaines cuisines) ce qui va entrainer une multiplication rapide des micro-organismes présents dans la denrée. Après 2 heures dans la plage de température située entre 50°C et 15°C, la plupart des denrées alimentaires ne respectent déjà plus les critères réglementaires microbiologiques.

Refroidissement et ébullition répétés

Quand le refroidissement a été lent, par exemple pour les plats cuisinés ou les fonds de sauce, certains pourraient se dire qu'une nouvelle ébullition permet de détruire la flore microbiologique de la denrée, et donc la conserver plus longtemps.
C'est sans compter sur les toxines que libèrent certains micro-organismes lors de leur multiplication. Celles-ci sont résistantes à la chaleur. Ainsi, les Staphylocoques dorés ou les germes de Bacillus cereus pourront être éliminés, mais les toxines qu'ils auront produites précédemment seront toujours présentes et pourront provoquer des vomissements aux conséquences parfois très graves pour le consommateur.

5- Les techniques de réfrigération' />

Hydrocooling :Traitement par de l'eau glacée ; ex= fruits, carcasse de volailles.
Les produits sont refroidis soit par immersion dans l'eau froide ou bien par aspersion d'eau froide.

voici un exemple de matériel utilisé par les maraichers ;

Aircooling : ventilation forcée d'air froid ; ex : fruits et légumes, carcasses (T°C d'air= -1 à –10 °C ; HR=90%) ; il s'agit des tunnels (statiques ou dynamiques) et cellule de refroidissement rapide.

La cellule de refroidissement est composée d'un ou plusieurs échangeurs thermiques permettant d'envoyer un froid hyper ventilé sur les plats, souvent à des valeurs négatives (entre -5°C et -25°C selon la puissance de l'appareil). Une sonde de contrôle de la température, destinée à être piquée dans les préparations, permet de réguler le fonctionnement de l'appareil. Une fois que la température à cœur souhaitée est atteinte dans la denrée, un automatisme (lié à la sonde citée précédemment) permet à la cellule de basculer en mode « réfrigération simple », afin d'éviter toute congélation accidentelle.

La vitesse de refroidissement dépend de plusieurs facteurs : le volume de préparation, la consistance et la densité. Réduire les volumes ou les diviser en plusieurs portions permet donc de faciliter cette étape. De la même manière, une bonne répartition des plats dans la cellule va faciliter la circulation de l'air froid. Plus la surface de contact entre l'air et la denrée est grande, plus l'échange thermique est rapide. Il est donc préférable d'utiliser des bacs en forme de plaque.

Vacuum cooling : Refroidissement sous vide : en diminuant la pression, la température d'évaporation diminue et cette évaporation superficielle provoque le rafraichissement de la surface des produits types légumes feuilles (laitues…) ; la vapeur d'eau est piégée sur des plaques à –6°C.

voici un exemple de fabricant de vacuum coolers

Brumisation : pulvérisation de fines gouttelettes d'eau (30 à 100µm) à la surface des carcasses de gros bovins par exemple (qui doivent être refroidies de 40°C à +7°C) . Cette techniques couplée avec la ventilation forcée d'air froid permet d'améliorer la vitesse de réfrigération (multiplication par 2,5 du coefficient de transfert de chaleur) et diminue les pertes en masse de la carcasse de 50% (la perte peut représenter jusqu'à 2.5% du poids sans la brumisation !)

brumisation de fruits et légumes sur les étals des GMS (Grandes & Moyennes surfaces)

Afin de tester votre maitrise du cours, vous pouvez réaliser le Quiz suivant

F.AMROUCHE , professeur certifié de Génie Alimentaire