Génie Alimentaire

La cuisson des aliments

Amrouche — 2020-05-11T17:51:00Z

Ce cours traite :

des objectifs de la cuisson
de la cuisson industrielle appliquée à la fabrication du jambon blanc
des différentes méthodes de cuisson
des technologies modernes de la cuisson extrusion, Infrarouge et microonde

La cuisson des aliments

La cuisson est un traitement thermique qui vise à transformer plus ou moins fortement l'aliment pour le rendre assimilable, nourrissant ou plus savoureux.
La cuisson va modifier les qualités organoleptiques de l'aliment (le goût, la saveur, l'aspect, la couleur, la texture, le volume, le poids), sa toxicité et ses qualités nutritives.

La cuisson va aussi améliorer l'hygiène alimentaire : selon les températures atteintes à cœur, la cuisson a un effet pasteurisateur : elle va détruire les microorganismes pathogènes et les parasites présents dans l'aliment.

Il s'agit d'une opération unitaire très utilisée dans de nombreux process de fabrication. Je vous propose d'aborder la cuisson à travers le process de fabrication du jambon cuit. Nous élargirons l'approche par la suite pour aborder les autres techniques de cuisson telles que les procédés infra-rouge, micro-onde et enfin la cuisson extrusion.

1- Généralités sur la cuisson' />

La cuisson est utilisée depuis que l'homme a maitrisé le feu ! Différentes techniques de cuisson sont pratiquées aussi bien dans nos cuisines familiales que dans les grands restaurants ou cuisines collectives.

11- les différents types de transferts de chaleur' />

La cuisson est une transformation sous l'effet de la chleur. Ce transfert de chaleur peut être réalisé de différentes manières, seule ou combinée :

►par contact avec une surface chaude (conduction)
C'est le cas lorsqu'on fait sauter des légumes sur une plancha,ou quand on saisit un morceau de viande sur une poêle ou une planche à griller très chaude pendant quelques secondes ou quelques minutes, ou quand on se prépare un œuf sur le plat.

► grâce à un liquide, à la vapeur ou l'air chaud (convection)
• Le milieu gazeux peut être l'air sec (four, broche, gril, etc.) ou humide (vapeur).
• Le liquide peut être :
- un milieu aqueux (eau, sirop, vin, lait, yaourt, fumet, court-bouillon, etc.)
- un corps gras liquide (huile) ou solide à température ambiante (graisse).
Les résidus de cuisson (liquide ou solide) peuvent être consommés (sauce, soupe, fumet) ou recyclés (bain de friture).

► aux micro-ondes ou aux Infrarouge (rayonnements)
• Le rayonnement de la braise d'un barbecue ou de résistances blindées chauffée au rouge d'un toaster,, d'un four, d'un tunnel IR permet de dorer la surface de divers produits : grillades, toast, biscuits,...
• Les fours et tunnels micro-onde permettent de cuire « sans brunissement » des aliments suffisamment humides et peu épais.

12- Trois types de cuisson' />

Selon le mode de cuisson choisi, celle-ci facilite la migration de certains composés rendus solubles :

□ soit vers l'intérieur de l'aliment
□ soit vers l'extérieur de l'aliment

C'est cette migration qui permet de classer les différents types de cuisson en trois catégories :

► la cuisson par expansion ou dissolution. Exemple : pocher (dans un liquide au départ froid) pour la cuisson des légumes secs, blanchiment des pommes de terre, cuisson de poissons pochés ou à court mouillement. L'échange entre l'aliment et le liquide de cuisson sont favorisés.

► la cuisson par concentration. Exemple : pocher (dans un liquide départ à chaud) pour la cuisson des légumes verts, du riz, des pâtes. Mais aussi cuire sous vide, cuire à la vapeur, rôtir, griller, frire, sauter, poêler. La brusque exposition de l'aliment à la chaleur provoque la coagulation superficielle des protéines, la formation d'empois, la caramélisation des glucides ou la réaction de Maillard (en particulier lorsqu'on « saisit » une viande). Les éléments nutritifs restent en partie à l'intérieur des aliments.

► les cuissons alliant les deux phénomènes (expansion et concentration) appelées cuissons mixtes. Exemple : braiser et sauter en sauce. Dans un premier temps cuisson par concentration (lors de la confection d'un sauté on fait saisir la viande en premier), dans un deuxième temps expansion (toujours pour la confection d'un sauté on fait « pocher » la viande dans la sauce ou le jus).

13- Classification des techniques de cuisson selon l'intensité du traitement thermique' />

On peut aussi classer les modes de cuisson en fonction de leur effet sur la transformation physico-chimique de l'aliment c'est-à-dire sur leur capacité à faire brunir l'aliment (réactions de brunissement non enzymatiques (BNE) appelées Réactions de Maillard) :

131- Cuisson avec brunissement' />

Pour favoriser le brunissement (BNE) ou réaction de maillard, il faut des températures supérieures à 120°C, peu d'eau et mettre en présence des sucres réducteurs avec des protides (acides aminés, protéines...). Cela va développer un brunissement plus ou moins poussé avec les arômes caractéristiques d'une viande rôtie, de la croute de pain, du café torréfié...etc.

Les méthodes de cuisson **avec brunissement**
Action	Méthode	Description	Appareil de cuisson	Exemples
Rôtir	Rôtissage	Cuire à découvert	Broche, Four, rôtissoire	La viande (kebab, poulet entier...) et la plupart des légumes-racines et des légumes-bulbes. Gâteau à la broche.
Sauter	Sauté	Cuire rapidement à feu vif et à découvert dans une petite quantité de corps gras	Sautoir, sauteuse, poêle, wok	Morceau de viande, escalope panée, omelette
Griller	Grillade	Cuire rapidement à chaleur vive par conduction thermique ou par chaleur rayonnante	Conduction thermique : planches à griller. Chaleur rayonnante : gril, barbecue, salamandre	Morceau de viande, cuisse de poulet, saucisse
Frire	Friture	Cuire par immersion dans un corps gras porté à haute température	Friteuse	Pommes de terre frites, poissons, beignets

132- Cuisson sans brunissement' />

Dans ce cas là, l'humidité est si élevée que la réaction de Maillard ne peu pas se produire ! Aucune coloration ne se développera, ni les arômes caractéristiques du brunissement non enzymatique.

Les méthodes de cuisson **sans brunissement**
Action	Méthode	Description	Appareil de cuisson	Exemples
Cuire dans un liquide : pocher	Pochage	Cuire dans un liquide départ à froid ou départ à chaud.	cocotte, faitout, sauteuse, casserole, ...	Légumes verts, riz, pâtes alimentaires...
Cuire à la vapeur	Cuisson à la vapeur	Cuire grâce à la vapeur d'un liquide, surtout l'eau, en ébullition.	Four à vapeur, cuiseur vapeur , Cuisson en papillote	Légumes vapeur : P. de terre, carottes, asperges, ...
Cuire sous–vide	Cuisson sous-vide	Placer un aliment dans un conditionnement (sachet ou barquette) étanche et thermorésistant, en extraire l'air et le souder hermétiquement.	four vapeur ou marmite de cuisson (eau)	légumes 5ème gamme, rôti cuit sous vide...
Cuire au four micro-ondes	Cuisson au four micro-ondes	La cuisson se produit par l'échauffement, sous l'effet des micro-ondes, des molécules d'eau contenues dans l'aliment à une température inférieure ou égale à 100 °C.	Four ou tunnel à micro-ondes

133- Cuisson mixte' />

Cette méthode combine les deux précédentes avec et sans brunissement, car on commence à faire brunir la viande dans très peu de gras (huile, beurre ou graisse) et on mouille ensuite à l'aide d'un liquide (eau, bouillon, vin...) à mi hauteur en général.
• Braiser
• Mijotage, pour les ragoûts ou sautés en sauce : c'est cuire à couvert, lentement et régulièrement dans un liquide lié, des aliments découpés en morceaux et préalablement rissolés

Activité N°1 :

Vous pouvez vous auto-évaluer en faisant le quizz sur les généralités de la cuisson en suivant ce lien !

14- Les paramètres influençant la vitesse de cuisson' />

La cuisson correspondant à une transformation de l'aliment soumis à de la chaleur , il peut être utile de connaitre les paramètres qui peuvent influencer la vitesse de l'opération.

Cuire un aliment revient à le chauffer ; or il existe différents moyens de transmettre la chaleur à un produit ; on parle de mode de transfert thermique.
Pour quantifier la vitesse de chauffage, il est pratique d'utiliser le flux thermique (= Q/Δt ; où Q représente la quantité de chaleur absorbée pendant la durée Δt ) ; ce flux thermique correspond en fait à la puissance échangée, en watts (W).

On rappelle que la quantité de chaleur (Q) absorbée par un aliment de masse m (en Kg) et de capacité calorifique C (en J/Kg/°C) , qui passe d'une température T1 à T2 correspond à :

Q= m*C*ΔT

□ m= masse de l'aliment en kg

□ C correspond à la capacité thermique de l'aliment, c'est-à-dire la quantité de chaleur qu'il faut fournir à 1 kg d'aliment pour élever sa température de 1 °C ; en d'autre terme, c'est elle qui permet de quantifier la possibilité qu'a l'aliment d'absorber de la chaleur. On note que l'eau est une substance qui possède la capacité thermique la plus élevée : C= 4.18KJ/Kg/°C.

□ ΔT=T2-T1= différence de température de l'aliment entre le début (T1) et la fin de la cuisson (T2).

On note donc que la vitesse de cuisson sera d'autant plus rapide que la quantité de chaleur à fournir sera faible c'est-à-dire que :
□ la masse m de produit sera faible
□ Que la température finale à atteindre sur l'aliment sera faible
□ Que l'aliment a une capacité thermique C faible (faible humdité)
D'autres paramètres dépendent du mode de transfert de chaleur et du matériau de conditionnement.

D'autres paramètres dépendent du mode de transfert de chaleur et du matériau de conditionnement.

141- La conduction' />

la conduction ou diffusion : le transfert de chaleur se fait par contact avec une surface chaude. La conductivité thermique est la propriété d'un matériau à conduire la chaleur. Elle est évaluée principalement grâce à la loi de Fourier pour la conduction thermique ;

Dans le cas d'un chauffage par contact, la puissance thermique transmise à l'aliment sera d'autant plus grande que :
□ la surface(S) de contact est importante
□ l'épaisseur (e) du produit est faible
□ la différence de température (ΔT) entre la surface chauffante et l'aliment est grande.
□ la conductivité thermique λ du matériau (W m⁻¹ K⁻¹) est élevée. La conductivité thermique est la propriété d'un matériau à conduire la chaleur. (Ex de conductivité thermique (en W m⁻¹ K⁻¹ ) de différents matériaux ou substances (à 20°C) : Acier Inox = 26 ; Fer=80 ; Aluminium= 237 ; Cuivre=290 ; Air= 0.026 ; Eau=0.6 ; verre=1.2)
Pour info , on retrouve ces différents paramètres dans la loi de Fourrier suivante :

Flux thermique= λ*S*ΔT/e

142- La convection' />

Par convection le transfert de chaleur est réalisé grâce au mouvement d'un fluide (gaz ou liquide) dans lequel se trouve l'aliment.

►La convection naturelle (ou libre) est due à la différence de masse volumique entre les particules composant le fluide. Les particules des zones chaudes, de masse volumique plus faible, montent et laissent leur place à des particules plus froides ; elles cèdent une partie de l'énergie thermique et leur température diminue, ce qui les pousse à rejoindre une partie plus chaude.

►La convection forcée est due à la mise en mouvement du fluide par une action extérieure comme un l'effet d'un ventilateur ou d'un mélangeur. Le mouvement accélère le transfert thermique.

Dans le cas du chauffage de l'aliment par convection (air sec, vapeur ou immersion dans un liquide), la puissance thermique transmise à l'aliment sera d'autant plus grande que :
□ la surface(S) de l'aliment est importante
□ l'épaisseur (e) du produit est faible
□ la différence de température (ΔT) entre le fluide chauffant et l'aliment est grande.
□ le coefficient de convection thermique h (W m⁻² K⁻¹) : entre le fluide et l'aliment est grand. Ce coefficient de convection augmente avec le mouvement du fluide (agitation ) et avec une faible viscosité du fluide, un bon contact avec l'aliment (l'eau ou un bouillon de légume a un meilleur coefficient de convection que les gaz comme la vapeur d'eau ou pire l'air sec )
Pour info , on retrouve ces différents paramètres dans la loi suivante :

Flux thermique = h*S*ΔT

143- Le rayonnement' />

le rayonnement, c'est le transfert de chaleur assuré par l'émission de rayonnement électromagnétique (rayons infra rouge du soleil ou de tubes de quarts industriels mais aussi les rayonnements micro-onde).
Ces technologies de cuisson Infra rouge et micro-ondes seront détaillées dans la suite de l'article.

Les paramètres à prendre en compte dans le cas des rayonnements IR ou Microondes sont :
□La surface du produit alimentaire
□Son épaisseur (IR et MO ont des limites de profondeur de pénétration)
□L'absorptivité de l'aliment ; certains matériaux comme le verre ou les matières plastiques n'absorbent pas du tout les MO ; ils sont dits transparents. Les aliments humides sont les plus absorbants !
□La valeur des longueurs d'ondes utilisée (notamment pour les IR)

Activité N°2 :

Vous pouvez vous auto-évaluer en faisant le quizz sur les paramètres de la cuisson en suivant ce lien !

2- Application au jambon cuit' />

21- Process de fabrication du jambon cuit ' />

Voir la description dans l'article suivant

La vidéo suivante d'un grand fabricant français décrit en bref le process de fabrication du jambon cuit :

Rappel des étapes précédant la cuisson :

Le jambon cuit est réalisé à partir du membre postérieur du porc ou de la dinde à l'exception de toute autre espèce. Après les opérations de contrôles à réception (agréage), les cuisses sont découpées jusqu'au niveau 5D (Découenné, Dégraissé, Désossé, Dénervé & Dépiécé) : on aboutit à une demi-douzaine de muscles par cuisse.

Ensuite il s'agit de traiter en salaison cette viande en lui faisant absorber du sel, des aromates, mais aussi des additifs pour corriger les défauts des viandes de basse qualité. L'ensemble de ces produits est mis en solution (on parle de saumure) dans de l'eau et on l'injecte grâce à des aiguilles. On favorise dans l'étape suivante du barattage ou malaxage la diffusion interne des substances de la saumure dans les muscles. Ensuite on reconstitue la cuisse dans une poche plastique en introduisant la peau (couenne) avec la demi-douzaine de muscles nécessaires. On tire la poche sous vide qui est introduite dans un moule aluminium qui va donner la forme du jambon.

On introduit les moules dans la cellule de cuisson.

22-La cuisson du jambon ' />

Il peut être cuit à la vapeur, braisé, au torchon, avec ou sans os, ou au bouillon : ainsi en est-il du jambon de Paris, d'York, de Prague, et du jambon à l'os.

La plupart des jambons sont cuits en cellule de vapeur après conditionnement sous vide dans des poches plastiques et placés dans des moules en aluminium.

La cuisson est très longue (une dizaine d'heures à cause de la taille des jambons (5 à 8kg et pour éviter les chocs thermiques (c.à.d. une trop grande différence de température entre la périphérie du jambon et le cœur, ce qui causerait une grosse perte de jus donc de rendement !

23- Les objectifs de la cuisson : ' />

La cuisson va permettre plusieurs objectifs pour le jambon :

231- la conservation (pasteurisation) ' />

Ici la cuisson doit permettre de pasteuriser le produit pour qu'il puisse se conserver plusieurs dizaines de jours à +4°C (voire plusieurs mois) s'il est toujours dans sa poche plastique sous vide. ; cela signifie que la chaleur et donc la température à cœur doit être suffisamment élevée pour détruire tous les microorganismes pathogènes. On veut que la cuisson ait un effet pasteurisateur.
Le microorganisme le plus pathogène résistant à la pasteurisation qu'on risque de rencontrer dans les produits carnés est une bactérie appelée : Streptocoque faecalis D. On dit qu'il s'agit du germe de référence pour la pasteurisation des produits carnés.

Remarque :cas du jambon cuit label rouge

Dans le cahier des charges du jambon « label rouge », la cuisson doit permettre d'atteindre un minimum de VP = 50 min. La VP (Valeur Pasteurisatrice) est un paramètre qui permet de mesurer l'efficacité de la pasteurisation.

Activité N°3 :

Vous pouvez vous auto-évaluer en faisant le quizz sur les roles stabilisateur de la cuisson en suivant ce lien !

232- la stabilité de la couleur : ' />

Le pigment de la viande est la myoglobine. Après une cuisson, elle devient grise et donc peu appétissante !
Le nitrite rajouté dans la saumure (additif conservateur chimique ou nitrates présents naturellement dans des bouillons de légumes), va réagir avec la myoglobine pour former grâce à la chaleur un composé rose claire stable pendant toute la durée de vie du produit. Cet additif conservateur n'a ici qu'un rôle marketing pour la couleur !
Or il est suspecté d'être à l'origine de cancers digestifs. De nombreux industriels ont reformuler leur jambon pour ne plus en mettre , en attendant que cet additif (nitrites, nitrates) soit complètement interdit par la réglementation européenne dans les charcuteries cuites.
Pour en savoir plus sur les problèmes posés par les nitrites dans les charcuteries : voir l' article suivant

233- la tenue au tranchage ' />

Le jambon cuit est constitué d'un assemblage de plusieurs muscles du membre postérieur du porc, il est nécessaire que ces différentes pièces musculaires se collent les unes aux autres pour avoir une bonne tenue de la tranche au tranchage !
Cette colle est naturelle et extraite des muscles pendant les opérations de malaxage (barattage ; il s'agit de protéines musculaires actine et myosine et de la gélatine. Pour les qualités bas de gamme, il est possible d'ailleurs de rajouter l'additif alimentaire « gélatine » dans la saumure !
C'est pendant la cuisson, à une température d'au moins 65C à cœur, que ces protéines coaguleront et colleront après refroidissement les pièces musculaires

234- la formation du gout ' />

Dans le cas classique de cuisson à la vapeur (cuisson humide sans brunissement) ou au bouillon du jambon, la cuisson a peu de rôles sur le gout du jambon qui est apporté essentiellement par les aromates ajoutés dans la saumure injectée ou le bouillon de cuisson.
En cuisson sèche (cas des jambons braisés où le jambon est à ½ immergé dans de la sauce), la réaction de Maillard forme des arômes et la couleur brune de rôti.
Rappel : réaction de Maillard : Glucides + protides + TC élevée et faible humidité : formation de composés bruns aromatiques
Ex : croute de pain, Viande rôti, poulet rôti.
Contre exemple : Cuisson à la vapeur, viande bouillie, poule au pot…

24- Les conduites de la cuisson : ' />

Les inconvénients majeurs de la cuisson sont les pertes en eau (et jus) qui peuvent être importantes si le traitement thermique est mal conduit ( traitement thermique trop fort). Les conséquences de ces pertes en jus du jambon sont une perte de rendement (réduction du poids du produit fini) et sécheresse de la texture à la dégustation.

Plus la température à cœur est faible, plus les pertes sont faibles ; mais l'objectif de la cuisson est de coaguler les protéines (texture gélifiée) et de détruire la totalité des microorganismes pathogènes, c'est à dire d'atteindre au moins 65°C à cœur.
La vitesse de cuisson est liée à la température d'ambiance de la cellule de cuisson (vapeur du four ou bouillon de la marmite) qui doit être la plus proche possible de la température à cœur désirée, sinon on ne peut éviter des phénomènes de sur-cuisson en périphérie qui s'accompagnent de pertes plus importantes de liquide du jambon !

Deux conduites sont possibles :

◊ Cuisson à température constante :

La température du milieu chauffant est fixé à 70°C du début à la fin de la cuisson. C'est une méthode très utilisée qui donne des résultats acceptables ; durée approximative = 8 heures.

◊ Cuisson progressive en ΔT (dite en Delta T)

La température du milieu chauffant (eau ou vapeur) suit la T°C du jambon qui possède donc une sonde thermométrique à cœur.
En général l'écart de température (Delta T) est autour de 15-20°C. Cette technique donne d'excellent résultats au niveau des rendements de cuisson, de la tenue de tranche, évite les sur-cuissons ; un seul gros inconvénient, la durée est très longue : 16-20H !

25- La cellule ou tunnel de cuisson ' />

Je ne traite pas ici des marmites qui permettent une cuisson au bouillon.
Nous allons étudier la cellule encore appelée tunnel (statique) de cuisson.

Le système repose sur la circulation d'un fluide caloporteur (air et/ou vapeur) dans une enceinte à température régulée. La chaleur se transmet au produit par convection.

2 types de cuisson peuvent être réalisés :
• Cuisson humide (T<100°C) :
des rampes d'injection diffusent de la vapeur basse pression directement dans la cellule. L'énergie est transmise soit par convection simple, soit par convection forcée (ventilation). Les coefficients de transferts thermiques sont élevés et proches d'une cuisson à l'eau.

• Cuisson sèche (jusqu'à T=180°C) :
un échangeur tubulaire (ou un ensemble de résistances) situé en voûte produit un air surchauffé sec. La convection est toujours forcée pour une meilleure homogénéité des températures.
Plus l'air est sec, plus les coefficients de transferts thermiques sont faibles.

à suivre...

Incidence des traitements thermiques sur la qualité des aliments

Amrouche — 2020-01-14T21:04:00Z

On note une perte de composants nutritionnels hydrosolubles (ex vitamines hydrosolubles) par lessivage surtout pendant les traitements préalables à la stérilisation (lavage, épluchage, blanchiment…)

solutions : choix de technologies de prétraitements adaptées et rapidité des traitements préalables !
les pertes de vitamines notamment sont très faibles pendant le stockage des conserves (abris de O2, obscurité, enzymes détruites…) C'est bien pendant les prétraitements en amont des traitements thermiques qu'ont lieu les pertes.

1- Influence sur les glucides
Surtout :

Amidon
saccharose et divers sucres
La cellulose est peu touchée !

11- Gélatinisation de l'amidon (si T>90°C)
Amidon = chaînes d'amylose (polymère de D-glucopyranose) et d'amylopectine (polymère du glucose) => forme des grains d'amidon
Quand on chauffe en présence d'eau, absorption d'eau et gonflement des grains (formation d'un empois) => augmentation du volume des grains : rôle épaississant.
Si le chauffage est continu et sévère : éclatement du grain => viscosité diminue. Parade : amidon modifié résistant à la stérilisation.
Lorsque l'amidon est partiellement hydrolysé en milieu acide : meilleure digestibilité

12- Réaction de Maillard
A T° >100°C, Sucres réducteurs (glucides) (notamment le lactose) + protéines ou acides aminés => composés odorants volatils + composés bruns
Recherchée : arômes et couleur de la croûte du pain
Ou évitée : brunissement du lait si traitement thermique trop prolongé.
Bloque les a.a => diminution de valeur nutritionnelle
Favorisée par :
-t° > 100°C (composés formés varient selon T°)
-humidité faible
-pH alcalin (acide défavorable)

13- Caramélisation du saccharose
Modifie arôme couleur et goût. Si T> 95°C (Appertisation de la compote : T cœur =80°C maxi ! problème en périphérie des boites qui caramélise ; parade : appertisation en eau ; si possible agitation des boites !)

14- Dissolution et dégradation des substances pectiques
= ramollissement des fibres végétales ! parade : addition de CaCl2 dans les poires au sirop appertisées pour raffermir le fruit !

2- Influence sur les lipides

Résistent à haute T° ( friture)
Si t° > 200°C : destruction => diminution de la qualité nutritionnelle par :
Destruction d'ac. gras indispensables
Formation de composé toxiques
Couleur et odeur de l'huile modifiées => inutilisable
Lait concentré : formation de lactones => saveurs désagréables
Lipases thermorésistantes : haute pasteurisation pour les produits laitiers gras (crème, lait entier) qui ont une ddm plus courte que les même produits maigres (rancissité)

3- Influence sur les protides
31- Dénaturation des protéines

Toutes les protéines ne sont pas touchées de la même façon
Perte des propriétés biologiques (activités enzymatiques)
Ces modifications : souhaitées ou non
Viande : cuisson = coagulation des protéines myofibrillaires + facile à digérer
+ changement de couleur (transfo de la myoglobine)
Gélatinisation du collagène (Gélatine)= attendrissement de la viande !
Légumes : cuisson en présence d'air => dénaturation de la chlorophylle par oxydation => perte de couleur
Facteur anti-nutritionnel du soja détruit par chauffage léger
Peroxydase et phosphatase du lait : contrôle de leur inactivation = vérification de la pasteurisation

Améliore la digestibilité des protéines (lait par ex.)
Action sur le collagène : devient partiellement digestible suite à sa transformation en gélatine.
Formation d'ammoniac (cas du lait) => pb de goût
Démasquage de groupement SH => baisse du potentiel rédox et effet anti-oxygène.
Apparition de composés sulfurés libres => goût de cuit.

32- Modifications chimiques des résidus d'acides aminés

Modification d'arômes : libération d'H2S à partir de la cystéine => odeur et goût dans le lait
Diminution de la disponibilité en lysine du lait : perte de valeur nutritionnelle
Apparition de composés mutagènes lors du grillage

33- Interaction protéines-protéines

Modification des propriétés rhéologiques, par agrégation des protéines (floculation, formation de précipités, de gels…) => peau du lait en surface ; floculation et gélification du lait.
Dans lait : interaction β lactoglobuline / caséine κ par liaison S-S (max vers 85°C) : stabilise la micelle de caséine (stabilité accrue au chauffage)

4- Influence sur les vitamines et sels minéraux

41- Vitamines

Diminution de valeur nutritive par destruction des vitamines : surtout B1, C et B12
Vitamines liposolubles (A, E, D) peu affectées. Mais oxydation accélérée si chauffage sans protection

42- Minéraux

Modification des équilibres minéraux solubles et insolubles : insolubilisation du calcium du lait ; influence stabilité des micelles, retard à la coagulation par la présure …
Diffusion de l'aliment vers la phase aqueuse (lessivage des minéraux vers le liquide de couverture) Parade : sucrer ou saler le liquide de couverture de l'aliment dans la conserve.

Conclusion

Les pertes de qualité son donc fonction :
• de la thermolabilité et solubilité des nutriments (vitC et B1 très sensible = critère de qualité de conservation)
• choix du liquide de couverture (eau, sirop, saumure…)limite les pertes dues au phénomènes osmotiques (lessivage)
• des conditions de fabrication de la conserve (délai d'utilisation de la MP, prétraitement, technologie de stérilisation, condition de stockage. des conserves.)
• Le format des boites a aussi une importance : phénomènes de surcuisson en périphérie des grand formats de collectivités ; pertes + importantes à ce niveau ; évolution vers des boites moyen format pour les collectivités.

les traitements thermiques permettent stabilisation des denrées, mais doivent être maîtrisés pour éviter des dégradations trop importantes des produits => choix d'un traitement adapté.

IL FAUT ÉTABLIR UN COMPROMIS ENTRE L'OBJECTIF RECHERCHE (destruction des microorganismes ) ET SES CONSEQUENCES NON SOUHAITÉES (perte de qualité nutritionnelles, recherche d'effet de cuisson...) = optimisation des barèmes de stérilisation ou pasteurisation.

L'appertisation : les aliments en conserve !

Amrouche — 2017-07-05T17:56:17Z

L'appertisation est l'art de fabriquer des conserves : les aliments sont stérilisés dans leur emballage dans un autoclave.
A travers ce cours, vous découvrirez :

le process de fabrication des conserves
comment la chaleur détruit les microorganismes
comment on mesure l'efficacité de l'opération (valeur stérilisatrice)
les principaux matériels : les autoclaves

Sommaire

1- Historique' />

Voici une vidéo qui relate l'histoire de la naissance de la conserve :

L'appertisation est un procédé qui a été découvert par Nicolas Appert (1749-1841), un cuisinier français. L'invention remonte à 1795. Les Anglais Peter Durand, Bryan Donkin et John Hall avaient introduit l'emploi de boîtes en fer blanc vers les années 1810. Appert adopta ce procédé et le perfectionna par la suite. Selon la définition de Appert, l'appertisation est « la stérilisation à l'abri de l'air dans un contenant étanche ».

Au 19e siècle, le peuple français était bien conscient du manque d'aliments. La population était ainsi divisée : certains prônaient l'industrie de la boîte de conserve, tandis que les gens des classes populaires rejetaient l'idée. Ceux qui étaient pour l'appertisation étaient les gens des classes aisées qui aimaient l'idée de pouvoir s'offrir des fruits et des légumes en toute saison. Cependant, le prix de ces boîtes de conserve était plus élevé que le prix de l'aliment de base traditionnel. C'est ce que reprochaient les gens des classes populaires. Vers les années 1870, l'école devint un des principaux acteurs dans le processus d'acceptation de produits en conserve. L'éducation ménagère des jeunes filles voulait qu'elles effectuent des provisions pour l'hiver, qu'elles évitent le gaspillage, etc. L'idée fit son chemin et lors de la Première Guerre mondiale, l'armée accéléra le processus d'acceptation. Leur publicité incitait les gens à envoyer des boîtes de conserve aux soldats.

Même si, au début, l'industrie de la boîte de conserve a eu quelques ratés du côté sanitaire, elle a graduellement pris de l'ampleur. Il y a eu de grandes améliorations dans la qualité de la fabrication. Aujourd'hui, les conserves font partie de la vie de tous les jours.

2-Définitions' />

Produits appertisés ou conserves : définis à l'article 2 du décret n°55-241 du 10 février 1955 :
« Sont considérées comme « conserves », au sens du présent décret, les denrées alimentaires d'origine végétale ou animale, périssables, dont la conservation est assurée par l'emploi combiné des deux techniques suivantes :
1° Conditionnement dans un récipient étanche aux liquides, aux gaz et aux micro-organismes, à toute température inférieure à 55 °C ;

Remarque : considérant la date de signature du décret et les évolutions technologiques intervenues depuis 1955, les conditionnements hermétiquement scelles, étanches aux liquides et aux micro-organismes, mais ne présentant qu'une étanchéité partielle aux gaz, sont également employés, tels les récipients semi-rigides ou souples (c'est le cas des emballages en plastiques souples ou rigides).

2° Traitement par la chaleur, ou par tout autre mode autorisé par arrêté pris de concert entre les ministres [ … ]. Ce traitement doit avoir pour but de détruire ou d'inhiber totalement, d'une part, les enzymes, d'autre part, les micro-organismes et leurs toxines dont la présence ou la prolifération pourrait altérer la denrée considérée ou la rendre impropre à l'alimentation humaine. »

Le mode de fabrication des conserves ou produits appertisés doit permettre d'assurer leur stabilité biologique dans des conditions normales d'entreposage à température ambiante.

Stérilisation : traitement thermique a des températures supérieures à 100°C, visant a détruire les enzymes, les micro-organismes dans leurs formes végétatives et sporulées et leurs toxines thermosensibles, assurant la stabilité a température ambiante des produits. Ce traitement doit être appliqué aux denrées dont le pH est supérieur ou égal à 4,5.

Pasteurisation : traitement thermique a des températures inferieures a 100°C, visant à détruire les enzymes et les micro-organismes dans leur forme végétative.
Ainsi, les conserves ou produits appertises subissent un traitement de stérilisation. Pour les produits acides ou acidifies, la stabilité peut également être assurée par un traitement de pasteurisation, associe à un pH inférieur à 4,5.

A noter : l'application d'un traitement thermique de pasteurisation (température inferieure ou égale à 100°C) a une denrée alimentaire dont le pH est supérieur ou égal à 4,5 doit être associée a une REFRIGERATION du produit fini et à la détermination d'une date limite de consommation (DLC). Il ne s'agit pas d'un produit appertise mais d'une denrée microbiologiquement très périssable ; on parle d'ailleurs pour ces produits de « semi conserves ». Exemple : le foie gras mi-cuit se stocke au réfrigérateur et bénéficie d'une dlc, à ne pas confondre avec le foie gras stérilisé qui se garde à température ambiante et bénéficie d'une ddm (ex dluo)

3- Produits & Process de fabrication' />

31- Aliments concernés

Ce procédé de conservation est surtout utilisé pour les fruits, les légumes, les viandes, les poissons et les plats cuisinés. Pour chaque type de produit, les étapes de préparation diffèrent. Voici une liste de produits très couramment disponibles dans les marchés d'alimentation.
• Légumes :

petits pois, haricots verts, maïs, champignons, tomates, brocolis, endives, céleris. Ces aliments peuvent être cuisinés seuls, en jardinières, en macédoines ou encore en salades.

• Fruits :

framboises, groseilles, mûres, fraises, pommes, poires, oranges, pêches, abricots, poires. Ils sont disponibles en confiture, dans du sirop, en compote, etc.

• Produits de la mer :

thon, saumon, crabe, crevettes, sardines, maquereaux au naturel, à l'huile ou en sauce, coquilles Saint-Jacques et autres poissons et crustacés.

• soupes :
il s'agit de soupe de légumes ou de poissons...

• viandes :

il s'agit de pâté de campagne, de mousse de foie, de conserve de jambon, de foie gras stérilisé ou pasteurisé (mi-cuit)., mais aussi de confits de volailles..

• Sauces :

• Plats cuisinés :

spaghetti, boulettes de viande, chili, ravioli, etc.

32- Les étapes du process d'appertisation

Voici une video de fabrication de conserve de sardines présentée par l'émission célèbre : C pas Sorcier :

Voici une vidéo sur le process de fabrication des boites de sardines de la conserverie de Saint-Gilles-Croix-de-Vie (Vendée) :

Voici une autre vidéo de la fabrication de conserve de mais !

Récolte, abattage, pêche

La fraîcheur des produits est une nécessité, c'est pourquoi les denrées sont appertisées dans des délais très courts. Par exemple, les petits pois sont appertisés dans un délai de deux à trois heures après la cueillette. En effet, après la récolte la qualité des végétaux ne fait que diminuer ; il est donc important de réfrigérer au plus tôt la matière première et de la traiter en appertisation dans ce cas précis. D'autre part, il en va de même pour la qualité sanitaire qui se détériore avec la multiplication des microorganismes présents naturellement sur la matière première ; cette multiplication est d'autant plus rapide que les conditions s'y prêtent bien (Température élevée, présences de nutriments…).

Préparations

Cette étape varie selon le produit à conserver. Par exemple, pour les fruits et légumes, cela consiste à nettoyer, parer, éliminer les impuretés, peler et calibrer.
Le lavage se fait de deux façons : soit par aspersion, soit par trempage. Le pelage est nécessaire pour les légumes-racine, car la pelure n'est pas vraiment comestible et peut se faire de façon mécanique (couteaux tournants qui agissent comme abrasif), à la vapeur (la peau devient molle et éclate, puis le légume est lavé par des jets d'eau) ou chimique (bain de soude, suivi d'une neutralisation par un acide et rinçage).
Le calibrage permet de trier les légumes et les fruits selon leur grosseur. On utilise un calibreur à bandes de caoutchouc, à trous, à barreaux amovibles ou à rouleaux rotatifs avec pente, pour les pois, par exemple. Pour ce qui est des poissons, ils sont étêtés, éviscérés et éventuellement découpés. Les travailleurs doivent exécuter le travail à la chaîne avec leurs mains. Quant aux viandes, elles sont parées, c'est-à-dire que des morceaux sont enlevés des grosses pièces d'animaux et qu'elles sont découpées, dégraissées, dénervées et éventuellement hachées.

Blanchiment/pré-cuisson

Il s'agit d'un traitement thermique rapide. Il consiste à mettre l'aliment de 1 à 2 minutes dans l'eau bouillante ou dans de la vapeur d'eau puis à le refroidir rapidement. La figure montre le blanchiment à la vapeur d'un légume.
Le blanchiment a comme objectifs de :
• détruire les enzymes responsables du changement de couleur de l'aliment (polyphénoloxydases) et les enzymes de dégradation (isomérases, protéases) ;
• assouplir les tissus et réduire le volume apparent de l'aliment ;
• éliminer l'air emprisonné dans les tissus pour éviter l'oxydation lors de la cuisson ou de la stérilisation ;
• réduire le nombre de bactéries à la surface et les résidus de pesticides qui sont utilisés par les agriculteurs pour favoriser la croissance ;
• corriger la teneur en eau avant l'emboîtage.

La pré-cuisson ou pochage est généralement pratiquée pour les viandes grasses et pour certains poissons. Elle facilite le contrôle des teneurs en eau et en graisse et facilite le hachage et/ou cuttérage éventuel (pâté, mousse de foie…).

Cependant, le blanchiment n'a pas que de bons côtés. Il entraîne une certaine perte d'éléments nutritifs par dissolution. Certaines vitamines (C, par exemple) et minéraux sont aussi perdus. Il peut aussi y avoir un changement de couleur de l'aliment et une perte de texture, aussi dus à la dénaturation des protéines lors du traitement à la chaleur.
On peut rajouter des additifs alimentaires comme le chlorure de calcium qui va permettre de raffermir la texture des fruits comme la poire (poire au naturel ou poire au sirop)

Pour en savoir plus sur le blanchiment : voir l'article suivant

Emboîtage/remplissage

Cette étape doit être précise, c'est-à-dire que le poids net égoutté à l'ouverture de la boîte doit correspondre à ce qui est indiqué sur l'étiquette. La précision dépend beaucoup de la forme et de la taille de l'aliment à emboîter.

L'emboîtage peut se faire manuellement ou automatiquement. Le mode manuel est utilisé pour des aliments comme les asperges et les cœurs de céleri.

La température de ces aliments ne doit être ni trop élevée, ni intermédiaire. Si elle est trop élevée, les aliments brûlent les mains des gens ; à une température intermédiaire, le développement des microorganismes se fait très rapidement. C'est pourquoi cette étape se fait de préférence à froid. Pour l'emboîtage automatique, on procède généralement par dosage volumétrique. Le dosage volumétrique est utilisé lorsque la densité est homogène. On se fie alors au volume pour mettre la bonne quantité, donc le bon poids, dans la boîte. L'image précédente montre une façon de faire le remplissage automatique des légumes.

Le jutage est l'étape où l'on ajoute le liquide de couverture dans la boîte, c'est-à-dire du jus ou de la sauce. Ce jus permet de faciliter le transfert de chaleur lors de la stérilisation, et d'incorporer de façon homogène le sel, le sucre, les épices et les additifs. Il permet aussi de protéger le produit contre les chocs. Le jus est ajouté chaud ce qui présente deux avantages : dégazer le produit et raccourcir la durée de stérilisation ultérieure.
La juteuse (c'est le nom de la machine qui insère le jus dans la boîte) fonctionne parfois sous vide, surtout pour les produits qui flottent lors du remplissage.
Pour les plats cuisinés, c'est l'étape d'assemblage de la viande, des légumes et de la sauce. Pour le poisson, le liquide de couverture peut être de l'huile, une marinade ou une sauce.
Quant aux fruits, on ajoute un sirop plus ou moins sucré afin d'éviter un lessivage (fuite) trop important de matière soluble (sucre du fruit, vitamines, sels minéraux…) dans le liquide.
Pour les légumes on sale l'eau de couverture (et on peut y rajouter en même temps des arômes, épices…) pour limiter les phénomènes de lessivage déjà évoqués pour les fruits.

Sertissage/fermeture

Très rapidement après le jutage, on doit fermer les boîtes en enlevant le maximum d'air : c'est le sertissage pour les boites métalliques ou le capsulage pour les bocaux en verre. En enlevant l'air des boîtes et en fermant le tout, on doit s'assurer de la résistance à la surpression ou à la dépression ainsi qu'à l'étanchéité permanente. Les bocaux de verre sont fermés par des capsules « twist-off » en fer-blanc. Pour les bocaux de verre, cette étape se fait sous vide.

Cette étape est capitale car elle conditionne l'étanchéité de la conserve. C'est un point critique (CCP) au niveau de l'assurance Qualité « HACCP »

L'opération de sertissage permet donc la fermeture hermétique des boîtes métalliques. On pose sur la boîte un couvercle sur lequel se trouve un joint. Les deux bords du couvercle et de la boîte sont enroulés ensemble. Puis, par serrage, le tout est comprimé, ce qui permet de fermer la boîte d'une façon parfaitement étanche.

Autoclavage/traitement thermique

C'est l'étape de la stérilisation (ou pasteurisation si le produit est acide ou si le produit est destiné à être conservé au frais comme les semi-conserves).
Le chauffage sert à la fois à cuire les aliments appertisés et à détruire les microorganismes et les spores des bactéries. Des barèmes de stérilisation précis sont établis pour chaque type d'aliment, pour chaque modèle de boîte et valable pour un autoclave donné. Ces barèmes seront expliqués dans une section suivante.

La figure suivante nous montre un modèle industriel d'autoclave horizontal discontinu.

On voit l'opérateur refermer la porte de l'autoclave en contemplant les paniers de soupes qu'il va appertiser.

C'est grâce à l'autoclave que la stérilisation est possible, car il supporte les pressions engendrées dans les récipients chauds.

Le chauffage du produit dans l'autoclave est permis grâce à de l'eau surchauffée (supérieure à 100°C) ou de la vapeur d'eau. La conséquence directe de ces températures supérieures à 100°C est la montée en pression de l'autoclave qui le rend dangereux ! Il est obligatoire d'avoir obtenu une habilitation (formation technique par un professionnel) pour pouvoir piloter un autoclave !

Les étapes précises du traitement thermique dans l'autoclave seront décrites à la section Cycle de stérilisation. Dans les autoclaves industriels, les boites sont entassées dans des paniers métalliques qui sont disposés dans l'autoclave qui est le plus souvent horizontale.

Voici un film qui montre l'Installation d'une ligne compète d'autoclaves STERIFLOW rotatifs automatiques pour la stérilisation de plats préparés en conserve métal.

Refroidissement

Le refroidissement est l'étape finale. Il permet d'arrêter le traitement thermique pour éviter les phénomènes de sur-cuisson et il doit être fait rapidement. C'est directement dans l'autoclave et sous pression que le refroidissement a lieu. À la sortie, les boîtes de conserves sont donc prêtes à être stockées et transportées. À la section Cycle de stérilisation, le refroidissement est expliqué plus en détail.

Le traitement thermique d'un produit éa pour but d'assurer la stabilité biologique du produit a température ambiante.
Pour cela, les micro-organismes et leurs toxines, dont la présence ou la prolifération pourrait altérer la denrée considérée ou la rendre impropre à l'alimentation humaine, doivent être, soit détruits par le traitement thermique, soit inhibes par la composition du produit.

41- paramètres influençant le résultat de l'opération unitaire

De nombreux paramètres liés au produit et/ou aux microorganismes présents dans le produit peuvent faciliter ou rendre plus difficile la destruction des micro-organismes.

Voici les paramètres les plus influents :

411- paramètres liés au produit

le pH du produit

• Les produits dont le pH est supérieur ou égal à 4,5 sont traités a des températures supérieures a 100°C (stérilisation entre 105°C et 140°C) pour garantir une destruction suffisante des spores de Clostridium botulinum et assurer leur stabilité biologique a température ambiante. C'est le cas de la plupart des produits appertisés. La limite de pH fixée supérieure ou égale a 4,5 correspond à la limite de croissance de Clostridium botulinum (germe sporulé pathogène de référence) et aussi de la majorité des autres germes sporulés. Les levures, les moisissures et les bactéries non sporulantes sont, elles, capables de se développer a des pH inférieurs a 4,5 mais leur capacité de résistance a la chaleur est faible.

• Les produits acides de pH inférieur a 4,5 sont défavorables au développement des microorganismes pathogènes ; ils peuvent donc être soumis à un traitement thermique plus modéré souvent à une température inférieure a 100°C (pasteurisation). De plus, dans certains cas, lorsque le produit s'y prête, le pH peut être abaissé en dessous de 4,5, par exemple, par addition d'acides organiques, de vinaigre, etc.. Il s'agit, dans ce cas, de produits acidifiés à pH inférieur a 4,5 et il devient alors également possible de stabiliser la denrée par des traitements thermiques inférieurs a 100°C (pasteurisation).
Ce traitement thermique de pasteurisation, associe a un pH inférieur à 4,5 (homogène dans le produit) et à un conditionnement étanche, peut garantir la stabilité biologique a température ambiante des produits.
Exemples de produits pasteurisés par appertisation : compote de pommes, conserve de tomates, conserve de fruits au sirop (poire, pêche, abricot), conserve de cornichons,...

• Voici un schéma qui synthétise l'influence du pH sur l'intensité du traitement thermique appliqué en appertisation :

les caractéristiques microbiologiques du produit

• Charge initiale (N0) microbienne du produit :
même s'il est difficile d'évaluer à chaque fois la contamination initiale des matières premières, il est important de la maitriser à travers un cahier des charges qu'on passe avec le fournisseur. Si cette contamination initiale arrivait à augmenter par accident (rupture de la chaine du froid...), toute chose égale par ailleurs, l'appertisation ne détruisant qu'une proportion de microorganismes (appelée nombre ou taux de réduction décimale (n)), le produit appertisé verrait sa contamination finale (N) augmentée.
Des contrôles de stabilités sont d'ailleurs pratiqués sur les produits finis.
L'hygiène de fabrication est d'ailleurs importante à maitriser afin d'éviter l'augmentation de N0 pendant les étapes de préparation de la matière première !

• La thermorésistance des microorganismes :
Les bactéries résistent plus que les levures et les moisissures au traitements thermiques de conservation.
Les formes sporulées des bactéries résistent plus que les formes végétatives.
On mesure la thermorésistance des microorganismes par le paramètre D_Tqui correspond à la durée de réduction décimale à la température T ; en d'autres termes, D_T correspond à la durée de chauffage à la température T qui permet de détruire 90% (ou de diviser par 10) une population de microorganismes.
Voici des exemples :

On se doute bien qu'entre tous ces germes c'est B.Stéarothermophilus qui est le plus thermoresistant ! Mais heureusement il n'est pas pathogène !

On définit par germe de référence le microorganisme pathogène le plus thermorésistant ;en stérilisation, il s'agit de Clostridium botulinum qui comme son nom le laisse sous entendre est responsables du botulisme !!

L'Activité de l'eau (Activity of Water notée Aw)

L'activité de l'eau (Aw) est un facteur permettant d'évaluer, dans un produit, la teneur en eau disponible pour les micro-organismes.
L'abaissement de l'Aw s'oppose à l'activité microbienne. Les produits à humidité élevée, dont l'Aw est supérieure à 0,85, doivent donc subir un traitement de stérilisation pour être stables à température ambiante.

On peut donner l'exemple de 2 produits similaires qui varient par leur Aw : le lait concentré sucré est pasteurisé alors que la version non sucrée qui a une Aw plus forte doit être stérilisée !

Le taux de matière grasse (MG) et d'extrait Sec (ES))
Une forte proportion de MG et/ou d'extrait sec dans le produit va protéger les microorganismes et va donc nécessiter un traitement thermique plus sévère !

La texture du produit

La texture du produit (viscosité, taille des particules et ratio solide/liquide) est un facteur essentiel puisque dans le procédé d'appertisation classique, la chaleur du fluide chauffant, est transmise au produit à travers la paroi du récipient et pénètre plus ou moins vite à l'intérieur du produit jusqu'au point le plus lent à s'échauffer, appelé point critique.
Ce point critique, ou zone critique, est la zone atteinte en dernier par la chaleur. C'est donc la température au point critique en fonction du temps qui doit servir de référence à l'évaluation du barème de stérilisation.
On placera la sonde du produit à ce niveau.

• Pour les produits solides (pâté de campagne par exemple) le point critique est situé au centre géométrique de la boite car les transferts thermiques se font par conduction.
• Pour les produit liquides (soupes, lait concentré...) le point critique est situé sur l'axe vertical de la boite à 1/3 du fond car les transferts thermiques se font par convection. On peut d'ailleurs accélérer ces transferts par agitation des conserves (autoclave avec option agitation des boites).
• Dans le cas des produits hétérogènes, le point critique est généralement localisé dans la particule la plus grosse ou la moins conductrice de la chaleur, qui n'est pas obligatoirement placée au centre géométrique du récipient.

Les additifs et ingrédients entrant dans la formulation et les prétraitements du produit peuvent apporter d'une part un comportement particulier lors du traitement thermique (augmentation de la viscosité, par exemple) ou d'autre part un effet sur la thermorésistance des germes.

Influence des prétraitements (blanchiment, précuisson)

Lors de la fabrication du produit, l'ensemble des prétraitements, tels que le blanchiment ou la précuisson, doivent être adaptés et maîtrisés pour tenir compte notamment de la cuisson du produit apportée par le traitement thermique de stérilisation ou de pasteurisation ultérieur. Ces opérations de traitements thermiques de surface permettent aussi de baisser la charge microbienne initiale.

Le préchauffage ou la précuisson des aliments permettent notamment d'évacuer l'air contenu dans les produits ou les récipients qui, en se dilatant au cours du traitement thermique, développerait des pressions excessives, nuisibles à l'étanchéité de l'emballage. Ce dégazage est indispensable pour certains produits renfermant beaucoup d'air comme les fruits, les légumes ou les produits carnés.

412- paramètres liés au process/autoclave

Nous allons étudier les paramètres liés à l'autoclave puisau conditionnement.

Le principe de la stérilisation fait intervenir trois paramètres : la
température, la pression et la durée. L'application précise de la
combinaison de ces paramètres doit être assurée par les matériels
de traitement thermique adaptés (discontinu/continu, statique/agité,
nature du fluide chauffant utilisé).
Par ailleurs, la maîtrise des contre-pressions et des transferts de
chaleur au cours des traitements est primordiale pour garantir
l'intégrité des emballages.

Rotation et/ou Agitation)

L'agitation du produit pendant l'appertisation va accélérer les transferts thermiques en créant une convection forcée pour les produits s'échauffant par convection (liquide plus ou moins visqueux) ; l'agitation ne présente donc aucun intérêt pour les produits solides !

La rotation des emballages (axiale ou End over End ) lors de leur
traitement thermique améliore pour certains produits la pénétration
de chaleur et le transfert de température dans le produit, en
induisant des mouvements de convection forcée.
L'efficacité de la rotation est conditionnée par différents facteurs
tels que la vitesse de rotation, le volume de l'espace de tête, le
type d'agitation, le ratio solide/liquide, la dimension des morceaux
ou encore la consistance des produits.
Si une rotation est prévue lors de l'établissement du barème, il
est indispensable de respecter sa mise en place tant en vitesse que
dans le positionnement des emballages (rotation End over End ou
axiale).

Plan de chargement)

La bonne circulation du fluide chauffant conditionne en grande partie l'homogénéité de température recherchée dans l'appareil. Il est très important que le fluide chauffant, eau ou vapeur ou air + vapeur, puisse circuler de façon homogène entre les récipients.
À cette fin, un plan de chargement des paniers doit être défini lors de la mise au point du barème : utilisation éventuelle d'intercalaires, règles d'empilement, etc.

Température initiale du produit)

La température du produit au début du traitement thermique doit être maîtrisée pour une stérilisation correcte. Une température initiale inférieure à la température de consigne peut avoir une influence sur l'intensité du traitement thermique dans le produit.
Cette température peut varier, d'une part, selon la maîtrise des températures initiales des composants lors du remplissage et, d'autre part, selon le temps d'attente entre le premier et le dernier produit chargé dans l'autoclave.

Délai de mise en régime de l'autoclave=CUT)

Le délai de mise en régime de l'autoclave (ou CUT Come up Time ) doit être pris en compte lors de la détermination d'un barème de stérilisation. Si le délai de mise en régime est plus court que la valeur de consigne, l'élévation de température du produit est moindre durant cette phase.
Le délai de mise en régime de l'appareil utilisé doit être déterminé dans des conditions normales de production, c'est-à-dire avec un remplissage habituel. Un barème déterminé pour un certain délai de mise en régime n'est pas applicable si ce délai est raccourci. Certains procédés continus induisent un CUT nul.

Température de régime

La température de consigne dans l'autoclave au cours du traitement
thermique doit être maîtrisée pour les différentes phases du cycle.
Une température de régime inférieure à la température de consigne diminue l'intensité globale du traitement thermique.

Refroidissement : température et débit d'eau

Le profil thermique du refroidissement (température et débit
d'eau de refroidissement) doit être maîtrisé pour assurer l'application
correcte du traitement thermique.
En effet, pour certains produits, une partie de la valeur stérilisatrice ou pasteurisatrice est acquise durant la phase de refroidissement, par conséquent une température d'eau de refroidissement trop basse peut accélérer le refroidissement du produit et ainsi réduire l'intensité globale du traitement thermique.
Par contre, un refroidissement à une température trop élevée peut entraîner une dégradation de la qualité finale du produit. Cette phase doit être prise en compte lors de l'établissement du procédé.
On estime qu'en fin de refroidissement le produit doit être en dessous de 50°C pour une qualité organo-nutritionelle optimale.
De plus, un traitement de l'eau peut être envisagé pour veiller à la qualité sanitaire de l'eau de refroidissement.

Abordons maintenant les paramètres liés au conditionnement :

Nature et format de l'emballage

La pénétration de la chaleur dans un produit dépend autant de la nature même de ce produit que de l'emballage qui le contient, déterminant par sa forme, sa nature, sa taille, son volume utile.
Le changement d'un contenant pour un autre n'est pas sans
conséquence sur le traitement thermique qui doit, de ce fait, être
adapté.

Influence du remplissage de l'emballage

Le remplissage de l'emballage doit être maîtrisé car un remplissage
excessif peut modifier défavorablement le traitement thermique appliqué au produit, compromettre l'étanchéité (par déformation des récipients), faire obstacle aux courants de convection et, de ce fait, ralentir les transferts de chaleur.

De même, la proportion solide/liquide influe aussi sur le transfert de chaleur et doit être également maintenue dans des limites appropriées.
Pour tous les procédés impliquant la rotation des emballages, la
maîtrise du volume d'espace de tête est primordiale puisque elle
conditionne la taille de la « bulle » dont le déplacement favorise les transferts thermiques dans l'emballage.

Importance de la maitrise du conditionnement

Si l'étanchéité du conditionnement n'est pas maitrisé, il y a risque de perte de la stérilité du produit ! En HACCP, l'étape de capsulage ou sertissage est un point critique pour la maitrise (CCP).
Le tableau suivant synthétyse les points à maitriser auniveau du conditionnement :

42- Notions de thermobactériologie

La thermobactériologie est généralement présentée comme
la science qui étudie l'impact des traitements thermiques sur la
survie ou la destruction des différentes formes de micro-organismes.

421- La courbe de survie

La destruction thermique des microorganismes (micro-organismes sous formes végétatives : bactéries, levures, moisissures, et sous forme sporulée : spores bactériennes, ascospores de moisissures), suit généralement des cinétiques d'ordre 1 : décroissance logarithmique en fonction du temps, pour une température constante.
On parle de courbe de survie !

L'équation de la droite de survie en 'coordonnées Log ' log N = f(t) nous donne les relations suivantes :

L'équation de la courbe de survie peut donc finalement s'écrire :

légendes :

N₀= concentration initiale en microorganisme

N= concentration en microorganisme survivant

t= durée du traitement thermique (en min.)

D_T= Durée de réduction décimale (en min.) à la température constante T (°C)

Remarque : on peut remarquer que scientifiquement parlant, la stérilité absolue n'existe pas ! La charge résiduelle après une stérilisation est très proche de 0 (ex:N=10^-6) mais N ne peut pas être nulle !
De fait, on considère toujours une probabilité de présence de micro-organismes « éventuellement survivants », qui s'exprime sous forme d'une très faible probabilité de rencontrer, dans un lot donné d'un très grand nombre de contenants, un contenant renfermant encore un micro-organisme survivant pouvant s'y développer et conduire à une non-stabilité microbiologique.
Une autre conséquence évidente est que le niveau initial de contamination biologique influe directement, pour un traitement d'intensité donné, sur cette probabilité résiduelle de survie. La contamination initiale est pour cette raison retenue comme point critique du procédé.
De ce concept généralement accepté que « la stérilité absolue n'existe pas » est née la notion de stabilité biologique « constatée » ou « pratique » ou stérilité « commerciale », c'est-à-dire un niveau de sécurité appliqué avec le traitement choisi très largement suffisant à conférer au lot une stabilité biologique de fait dans la pratique.
Le produit appertisé conforme doit ainsi présenter la stabilité biologique sans que la stérilité au sens strict ne soit absolument requise.

422- Influence de la température
Droite de destruction (ou résistance) thermique

Étude de l'influence du temps (t) de chauffage sur la température (T) du traitement pour une même efficacité de destruction thermique (n ou E=constante)

Le taux de réduction décimale (n ou E) se calcule de la manière suivante :
n=E= Log(N₀/N)

légendes :

N₀= concentration initiale en microorganisme

N= concentration en microorganisme survivant

La ﬁgure ci dessus montre la relation existant entre le temps de chauffage et la température létale d'exposition à la chaleur permettant d'obtenir un taux de réduction (n) donné.

Ces couples Température de chauffage pendant une durée donnée se nomment barème de traitement thermique.
Ces barèmes sont notés (T ; t).

Ainsi, plus la température de chauffage (T) est élevée, plus le temps (t) de destruction thermique est faible. Le modèle de Bigelow permet de montrer qu'expérimentalement, pour un taux de destruction (n)
donné, le temps de traitement (t) et la température T sont liés par une relation linéaire. Autrement dit, plusieurs barèmes de chauffage peuvent atteindre la même efficacité de destruction thermique (n=E= constante).
le temps de chauffage suit une loi de réduction d'ordre 1 en fonction de la température :
log(t) = a.T + b
Cette droite est appelée droite de destruction (ou résistance) thermique.

L'équation de cette courbe de barèmes équivalents s'écrit :
pour deux barèmes suivant équivalents : (T₁ ; t₁) = (T₂ ; t₂)

t1 = t2 * 10 ^{(T2 - T1)/z}

ou encore en Log :
log (t1/t2) = (T2-T1)/z

Cette formule est utilisable avec les durées de réductions décimale D_T

D_T1 = D_T2 * 10 ^{(T2 - T1)/z}

ou encore en Log :
log (D_T1/D_T2) = (T2-T1)/z

Le Facteur d'inactivation thermique (z)

En traçant la courbe log(t) =f(T) ou log(D) = f(T), il est possible de déterminer le facteur d'inactivation thermique z. La pente de cette droite est -1/z

Détermination graphique de z à partir de la droite : log(t) = f(T°C)

Détermination graphique de z à partir de la droite : t = f(T°C)

Définition de z :

Le facteur z est l'élévation de température qui permet de diviser par 10 le temps de chauffage t ou le temps de réduction décimal D pour une même efficacité de destruction microbienne (n ou E= constante)

Z est encore appelé facteur d'activation thermique

Sur une représentation graphique en coordonnées
semi-logarithmiques la détermination de z se réalise par interpolation.

Ainsi, z est un paramètre de thermonésistance caractéristique de chaque espèce de micro-organisme. En général, z est d'environ 10°C pour les formes sporulées et de 5'C pour les formes végétatives.

Exemples de valeurs de D et z

Le tableau donne quelques exemples de valeurs de D et de z pour des bactéries (forme sporulée) dans divers substrats ( aliments ou autres solutions tampon). Le temps d'exposition à la chaleur est un paramètre aussi important que la température.

Ces valeurs ne sont données qu'à titre indicatif ; ce ne sont que des ordres de grandeur et des mesures expérimentales effectuées en laboratoire, par exemple en suspension dans du tampon phosphate à pH 7 ou dans une matrice précise.
Ces valeurs doivent être utilisées avec une extrême prudence pour le calcul de traitements thermiques appliqués à des matrices alimentaires .
Il n'existe pas de valeurs « génériques » de D et Z utilisables en conception de barème. Ces valeurs dépendent étroitement de la nature du produit et la thermorésistance varie également fortement d'une souche à l'autre, à l'intérieur d'une même espèce bactérienne.

43- Notions de Valeur Stérilisatrice

Afin de permettre une comparaison facile de différents traitements, isothermes ou non isothermes, la valeur stérilisatrice (notée VS ou encore F₀ en littérature anglo-saxonne) est définie comme une « échelle d'intensité de traitement thermique » :
• il est postulé que la destruction thermique des spores microbiennes présente une valeur de Z proche de 10 °C ;
• la température de 121,1°C (250 F) est retenue comme référence internationale pour la stérilisation ;
• l'intensité totale intégrée (cumulative) d'un traitement non isotherme peut être exprimée comme la somme des intensités de chaque instant passé aux différentes températures.

Il est ainsi possible d'exprimer la valeur stérilisatrice :

431- Définition de la VS

On appelle valeur stérilisatrice notée VS ou F₀ la durée de chauffage (en minute) à la température de référence T_ref (121.1°C) correspondant au même taux de réduction décimale (n) que le barème réellement appliqué au produit .

432- Calcul de la VS à priori : par rapport à un cahier des charges

VS = F₀ = n * D_121.1°C

légende :

VS = F₀= valeur stérilisatrice en minute

n= nombre de réduction décimale à atteindre= log (N₀/N)

D_121.1°C= Durée de réduction décimale en min. à la température de référence de 121.1°C.

La VS à atteindre dépendra donc du taux de réduction décimale à atteindre (n) et de la thermorésistance du germe de référence qui est dans le cas de la stérilisation Clostridium botulinum dont on sait que D_121.1°C = 0.25 min.

En général le taux de réduction décimale à atteindre se situe autour de n=12 ( seuil de risque classiquement pris en stérilité commerciale), ce qui aboutit à une VS = 12*0.25=3 min, ce qui ne correspond en rien à une réglementation, ni à un minimum car en Europe, le paquet hygiène s'en remet à la responsabilité de l'industriel qui a une obligation de résultat (absence de toxicité du produit mis en vente) mais pas de moyen !

433- Calcul de la VS à postériori : à partir de l'enregistrement de températures

On peut connaitre la valeur stérilisatrice (VS) correspondant à un barème de pasteurisation appliqué à un produit grâce à la formule de BIGELOW qui est directement issue de la formule des barèmes équivalentes expliqués plus haut :
(T₁ ; t₁) = (T₂ ; t₂)

t1 = t2 * 10 ^{(T2 - T1)/z}

La formule de BIGELOW correspondant au barème (T₁ ; t₁) est :
F₀=VS= t1 * 10 ^(T1-Tref)/z)

légende :

VS = F₀= valeur stérilisatrice en minute

t1= durée du barème réellement appliqué en min.

T1= température du barème réellement appliqué en °C

T_Ref= Température de référence = 121.1°C.

z= paramètre de thermorésistance (facteur d'inactivation) du microorganisme de référence = 10°C.

Cas du traitement thermique non isotherme :

Si on peut concevoir que pour un traitement thermique isotherme, la VS se calcule facilement grâce à la formule de Bigelow (cas de la stérilisation en vrac en échangeur de chaleur type UHT non traité ici), le calcul est beaucoup plus délicat en appertisation lorsque le produit passe par une succession de température (traitement non isotherme) dont seules celles qui sont supérieures à 100°C ont un effet létal (stérilisant).

Pour un traitement thermique non isotherme, on utilisera la formule suivante pour calculer la VS :

Pour résoudre cette intégrale, on peut utiliser la méthode de calcul de la VS partielle avec la formule suivante, Il est ainsi possible de calculer les valeurs stérilisatrices partielles ( VSP) de chaque intervalle de temps le plus petit possible aﬁn de considérer que la température y est constante :

légende :

VS = F₀= valeur stérilisatrice en minute

At= intervalle de temps en min.

Ti= température dans l'intervalle de temps en °C

T_Ref= Température de référence = 121.1°C.

z= paramètre de thermorésistance (facteur d'inactivation) du microorganisme de référence = 10°C.

C'est cette méthode d'intégration numérique qui est utilisée par les calculateurs (type ELLAB (R) ) pour déterminer la VS d'un produit pendant sa stérilisation.

434- Exemples de VS

Il n'existe pas de VS standard qu'on pourrait choisir en fonction du produit à appertiser. L'industriel doit la déterminer en fonction de tous les paramètres influençant la thermorésistance des microorganismes étudiés plus haut la VS à appliquer à son produit ! Il existe des centres techniques comme le CTCPAqui sont spécialisés dans la détermination des VS pour les professionnels.

Voici des exemple de VS (en min.) pratiquées en industrie :

44- Les contrôles de l'efficacité de l'appertisation

Comme toute opération unitaire, il est important de pouvoir contrôler l'efficacité de cette dernière.

On peut vérifier l'efficacité d'une appertisation en enregistrant la température du produit pendant son autoclavage et en calculant la valeur stérilisatrice atteinte. Cette méthode permet de valider un barème de stérilisation, c'est à dire de vérifier que le barème utilisé sur l'autoclave en pratique permet d'atteindre la VS prévue.

Une deuxième méthode qui est systématiquement utilisée par les industriels est la réalisation de tests de stabilité biologique par incubation que nous allons détailler ici.
Les tests de stabilité prévoient généralement l'incubation d'échantillons durant plusieurs jours à basse (15 à 25 °C), moyenne (30 à 40 °C) et/ou haute (50 à 60 °C) température. Le test d'incubation valide si des micro-organismes mésophiles ou thermophiles vivants sont encore présents et capables de proliférer dans le produit supposé stérile.

La croissance des micro-organismes est usuellement observée indirectement par :
– la production de gaz (principalement du CO2 , parfois H2S, H2) dans l'emballage : la non stabilité est constatée en cas de déformation de l'emballage, ou par mesure de pression interne. Certains micro-organismes ne produisent que très peu de gaz durant leur croissance ; aussi il est indispensable de combiner la détection de production de gaz avec d'autres moyens de mesure ;
– la décroissance du pH durant l'incubation. Le pH de l'échantillon incubé ne doit pas être différent (maximum 0,5 unité de pH d'écart), du témoin non incubé gardé à température ambiante. Toutefois, certains micro-organismes ne produisent que peu d'acides organiques durant leur croissance. Dans le cas de chute discrète du pH (entre 0,3 et 0,5 unité de pH, par exemple), un examen microscopique des échantillons est utilisé comme moyen complémentaire pour le contrôle de la stabilité.

La réglementation française relative aux produits appertisés prévoit les contrôles de stabilité avec les paramètres suivants :
– l'échantillonnage de 3 ou 5 préemballages issus du même lot
de produit ;
– la conservation du témoin à 20°C ;
– un ou deux individus incubés à 37°C/7 jours (méthode rapide usuelle : norme AFNOR V08-408), ou 32°C/21 jours (méthode d'expertise de référence : norme AFNOR V08-401), puis refroidis à 20°C ;
– un ou deux individus incubés à 55°C/7 jours, puis refroidis à
20°C.
Ces contrôles de stabilité sont les suivants :

– Examen des emballages : ils ne doivent présenter aucune déformation
apparente.
– Mesure de pH : aucune différence supérieure ou égale à 0,5
unité de pH entre le témoin et l'individu incubé à 32 ou 37°C, n'est
tolérée.
– Examen du produit : couleur et odeur normales.

Si toutes les caractéristiques des échantillons incubés à 32 ou 37°C sont normales, comparées à celle des témoins, la stabilité est constatée et le lot entier est considéré comme stable commercialement et sain.

A titre d'informations, voici les points essentiels qui seront vérifiés lors d'une inspection d'une entreprise qui fabrique des conserves :
Lors des contrôles d'établissements mettant sur le marché des produits végétaux ou produits animaux appertisés, une attention particulière sera portée, notamment, sur :

– la compétence des opérateurs pour ces productions ; à défaut, il sera ordonné le suivi d'actions de formation adaptées à l'attention du personnel ;
– les mesures de maîtrise de l'étanchéité des récipients ;
– l'efficacité de l'acidification au-dessous du pH 4,5 et de son maintien dans le temps pour les produits acides ou acidifiés ;
– la validation et le respect des barèmes de traitement thermique ;
– la stabilité biologique des denrées ;
– les mesures prises pour empêcher toute recontamination après le traitement thermique, en particulier au cours du refroidissement ;
– la gestion des éventuels défauts de maîtrise du procédé de fabrication.

5-Les autoclaves' />

Les autoclaves sont des matériels permettant de chauffer le produit à travers son emballage grâce à un fluide thermique (eau ou vapeur) souvent à pression élevée,ce qui rend ce matériel dangereux à la conduite. Son maniement nécessite une habilitation (formation préalable).

5.1- Description d'un autoclave discontinu statique simple

L'autoclave est l'appareil classique de l'appertisation.
C'est une enceinte (cuve) fermée hermétiquement, qui permet de stériliser un produit à une température élevée sous pression (T° > 100°C).
Le chauffage est réalisé grâce à la vapeur saturante ou par de l'eau surchauffée.
La pression est soit simplement liée à augmentation de température, soit régulée en plus par injection d'air comprimée (contrepression).

L'autoclave comporte toujours : voir schéma ci dessus

Une chambre de stérilisation, horizontale ou verticale
Une admission de fluide caloporteur (vap ou eau surchauffée)
Une régulation fine de la température
Une entrée et sortie d'eau de refroidissement
Des soupapes de sécurité
Un thermomètre à alcool et disque enregistreur
Un manomètre

Souvent on peut trouver aussi :

Une régulation de Pression (air comprimé)
Un dispositif d'agitation du produit
Un récupérateur d'eau et d'énergie

5.2- Principe de base de classification des autoclaves

On peut trouver des classifications des autoclaves suivant différents critères tels que :

Fonctionnement continu ou discontinu :

Discontinu : traite les produits par lot (quantité limitée dans des paniers), avec nécessité d'un arrêt entre les cycles de stérilisation des différents lots.
Un point fort => même appareil peut être utilisé pour des boites de plusieurs types, ou plusieurs formats ou géométrie – continu : 1 seul type de boite voir 1 seul format.
Simples, fiables et faciles d'entretien car moins d'éléments mécaniques.
Continu : traite les produits en continu => sont amenés dans chambre d'autoclavage par convoyeur => pas d'arrêt entre les différents lots.
Nécessite moins de main d'œuvre => pas besoin de personnel pour charger décharger, transporter les boites même si discontinus sont de + en + automatisés ;
Pas de nécessité de chauffer l'autoclave à chaque cycle : l'autoclave continu est thermiquement en état stationnaire => économies d'énergie
Consomme moins d'eau de refroidissement car on ne refroidit que le produit, alors qu'en discontinu Il faut refroidir produit et autoclave.
Mais si conçus pour fort débit et durée de stérilisation élevée => très encombrant au sol.
Continu conviendra pour des entreprises ayant une grosse production et une gamme de produits restreinte
Discontinu : production + restreinte mais avec gamme large (ex : Giraudet)

Autoclaves statiques ou rotatifs :

Rotatifs => agitation du produit pour accélérer le transferts de chaleur qui sont de type convectifs (liquide plus ou moins visqueux).
Pas intéressant pour produits solides où les transferts thermiquesse font par conduction (l'agitation n'apporte rien) ;
Peu intéressant pour produit très liquide (peu visqueux) : rotation apporte peu / convection naturelle.
Si produit en barquettes => pas de retournement possible => pas utilisable.

Stérilisation à l'eau ou à la vapeur :

Conductibilité thermique eau + faible / vapeur => montée en T° plus lente avec eau.
Mais eau limite risques de choc thermique au chauffage et surtout au refroidissement.
L'eau est le fluide thermique obligatoire pour les emballage en verre (type bocaux ou bouteille, car le matériau verre nécessite pas au chocs thermiques présents avec la vapeur !) ; on pourra utiliser la vapeur pour stériliser les autres matériaux plus résistants (boites métalliques ou plastiques) ;
Consommation d'énergie plus importante avec l'eau car nécessité de chauffer l'eau avec de la vapeur (chauffe eau puis produits ; avec vapeur => chauffe directement le produitdt). Parfois atténué par récupération de chaleur de l'eau de chauffage.

5.3-Principaux types d'autoclaves discontinus

531 - Le Stériflow :

Voir l'animation très bien faite du fonctionnement du Stériflow :

Voici les principales caractéristiques :

Discontinu, horizontal avec agitation en option
Boites aspergées sous pluie violente d'eau surchauffée (T°> 100°C grâce à P > Patm)., produite dans un échangeur à plaques utilisant de la vapeur. Eau recyclée circule en circuit fermée => économie d'eau.
Pour le refroidissement : l'eau d'aspersion est refroidie dans l'echangeur par de l'eau froide remplaçant la vapeur
Régulation de P par air comprimée (contrepression)
Cycle entièrement automatisé par programmation.
Statique ou rotatif : panier contenant les boites tourne selon axe horizontal de la chambre (5-27 t/min).
Avantages :
Polyvalence des autoclaves discontinus.
Utilise petite quantité d'eau pouvant être chauffée ou refroidis très rapidement + pas de purge (fonctionne à l'eau + régulation de P indépendante) et pas de vidange car eau recyclée => pas de temps morts => rapidité.
Economie d'eau + d'énergie (condensats de vapeur recyclable ; eau ayant servie à refroidir eau de refroidissement dans echangeur => chaude et facilement réutilisable ; pluie violente d'eau chaude => rapidité des tranferts de chaleur et homogénéité des traitements thermiques.)
Tendance aujourd'hui => appareils souples (diversité de produits) souvent discontinus et très automatisés.

Pour en savoir plus : voir le site de l'entreprise ici

532 - Le Lagarde :

L'autoclave LAGARDE est un autoclave discontinu à vapeur

Autoclave discontinu, horizontal avec ou sans agitation
Stérilisation par mélange air-vapeur brassé énergiquement par ventilation.
Refroidissement par eau sous forme de brouillard puis par ruissellement et enfin remplissage à mi-niveau => rapide et homogène

Voir l'animation suivante qui est très bien réalisée :

En détail :

Temps de montée et de maintien de la température :
La vapeur est injectée automatiquement et directement dans la chambre de l'autoclave ; Un ventilateur agitant la vapeur et l'air avec efficacité permet une répartition uniforme de la chaleur dans la chambre de l'autoclave afin de garantir une excellente précision de température pendant le temps de traitement.

Étape de refroidissement :

– Le refroidissement est réalisé par la circuclation d'eau refroidie par de l'eau douce ou par un échangeur de chaleur à plaques.
– L'eau provient de condensats de vapeur auxquels on ajoute une quantité d'eau de pré-refroidissement. L'addition d'eau froide est automatiquement et progressivement maîtrisée afin d'éliminer le « choc thermique » et de contrôler la diminution de température.

Pendant toutes les étapes de chauffe et de refroidissement, le système de contrôle surveille précisément la température et la pression à l'intérieur de la chambre de l'autoclave.

AVANTAGES : en théorie, les autoclaves à vapeur sont plus économiques que les concurrents à l'eau au niveau énergétiques car les transferts de chaleur sont meilleurs avec la vapeur.

Pour en savoir plus, voir le site de l'entreprise ici

5.4- Principaux types d'autoclaves continus

Nous n'aborderons ici qu'un seul exemple d'autoclave continu !

Le Caravallo :

Il s'agit d'un autoclave hydrostatique : la pression est régulée par des colonnes d'eau de plus de 10 m !
Il y a 3 colonnes : une pour la montée en température, une poue maintien de la température de pallier de stérilisation, et enfin une pour le refroidissement.

Continu, statique, verticale
Enceinte de vapeur (vapeur introduite dans la chambre) où se fait stérilisation, maintenue sous P par 2 colonnes d'eau en U.
T°C de stérilisation = T°C de vapeur saturée à la pression de la chambre (T°C de la vapeur saturée en eau dépend de sa pression).
Boites transportées par un convoyeur, pénètrent par la colonne de préchauffage : P et T°C augmentent progressivement. Les boites pénètrent ensuite dans chambre de vapeur : le temps de séjour est fonction de la vitesse du convoyeur. Les boites ressortent par l'autre colonne : P et T°C diminuent progressivement.
L'eau froide, introduite en permanence à l'extrémité de la colonne de refroidissement, circule à contre courant / boite =>échauffement progressif et sort à 80°C environ : chaleur est récupérée dans un échangeur.
Si fait varier hauteur d'eau dans colonne => variation de P dans la chambre => variation de la T° de la vapeur = utiliser pour réguler la T°C , car permet régulation fine (H=10 m => T°=121°C ; H = 15 m => T° =127°C).
Utilisable pour boites, bouteilles en verre ou en plastique, bocaux.

Avantages :

Robuste ;
Cadences élevées ;
Consommation d'eau et d'énergie modérée.
Pas de valve d'entré => permet de traiter des récipients de formats divers : boites, bocaux, bouteilles verre, bouteilles plastiques…
Mais :
Très encombrant en hauteur (15 m) ;
Complexité mécanique limite sa fiabilité (pannes).

Conclusion' />

Voici la réactualisation du guide pratique de stérilisation rédigé par un formateur du centre de formation de Florac, Christophe Picard.
Cliquez sur le lien suivant pour avoir les références.

Farid AMROUCHE
Professeur Certifié en Génie Alimentaire
mel : Genaliment@gmail.com

Les pasteurisateurs

Amrouche — 2017-04-17T15:13:41Z

Cet article décrit la conception des pasteurisateurs ainsi que leur principe de fonctionnement.

Le pasteurisateur est un matériel industriel qui fonctionne en continu et permet de conserver grâce à la pasteurisation des boissons (lait, produits laitiers, jus de fruits...).

Vous découvrirez à travers ce cours :

la conception des échangeurs thermiques
la conception des installations de pasteurisation
des exercices d'application

La théorie de la pasteurisation est abordée dans un autre cours : https://genie-alimentaire.com/spip....

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Les produits peuvent être pasteurisés suivant différents types de traitements :

les traitements en vrac :

soit en mode discontinu (batch) dans une cuve agitée thermostatée à double enveloppe contenant le produit pendant un temps de séjour donné avant la vidange de la cuve (mode souvent rencontré à petite et moyenne échelles) ;

soit en mode continu dans un pasteurisateur dans lequel le produit s'écoule de manière continue (mode rencontré à l'échelle industrielle) ;

les traitements après conditionnement qui consiste à l'opération unitaire d'appertisation (non traité ici).

L'étude porte ici sur les a appareils permettant de pasteuriser en vrac un produit liquide en mode continu.

1. Sections du pasteurisateur

Le pasteurisateur est composé de quatre sections :

une section de récupération de chaleur pour le préchauffage et le pré-refroidissement : elle permet de diminuer les coûts énergétiques ;

une section de chauffage pour porter le produit à pasteuriser à sa température de traitement ;

un chambreur, tube isolé thermiquement dans lequel le produit circule à la température du barème : sa taille et le débit du produit déterminent la durée de la pasteurisation ; ce temps correspond
au rapport entre le volume du chambreur et le débit volumique du produit ; ce maintien à la température du barème est appelé chambrage ;

une section de refroidissement pour porter le produit à température de stockage.

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Farid AMROUCHE
Professeur Certifié de Génie Alimentaire
Mel : genaliment@gemail.com

La théorie de la pasteurisation est abordée dans un autre cours : https://genie-alimentaire.com/spip....

La pasteurisation : aspects théoriques

Amrouche — 2017-04-08T07:29:28Z

A travers ce cours, vous découvrirez les aspect théoriques de la pasteurisation :

la définition et les objectifs de la pasteurisation
comment la pasteurisation détruit les microorganismes
les paramètres influençant la pasteurisation
comment on mesure l'efficacité de la pasteurisation grâce au calcul de la valeur pasteurisatrice (VP)
l'impact de la pasteurisation sur la qualité du produit pasteurisé

Les matériels (pasteurisateurs) sont abordés dans un autre cours : https://genie-alimentaire.com/spip....

Depuis 1864, date de la fin des travaux de Pasteur, la pasteurisation s'est peu à peu imposée dans le secteur de l'agroalimentaire comme l'une des techniques les plus utilisées pour l'allongement de la conservation des aliments.
Moins radicale que la stérilisation, elle ne détruit qu'une partie des micro-organismes d'un produit mais préserve ses propriétés organoleptiques et nutritionnelles.

Cet article décrit tous les aspects technologiques de la destruction des micro-organismes (influence des facteurs température et temps, détermination de la valeur pasteurisatrice et du barème de pasteurisation).

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Entre 1860 et 1864, Pasteur démontra que la ﬂore non désirable du moût de raisin pouvait être éliminée par un chauffage de quelques secondes à 55-65 °C. Il donna son nom à ce procédé qui fut utilisé un peu plus tard pour allonger la durée de conservation du lait.

La pasteurisation est un traitement thermique destiné à détruire des micro-organismes par la chaleur. Contrairement à la stérilisation qui détruit tous les micro—organismes susceptibles de se développer dans un produit par l'application d'une température supérieure à 100°C, l'objectif principal de la pasteurisation est de détruire la ﬂore pathogène non sporulée et la majorité de la ﬂore non pathogène d'altération des aliments.

Ces deux procédés permettent d'allonger la durée de conservation des produits : ainsi, les aliments pasteurisés présentent une date limite de consommation de quelques jours avec une conservation à une température de + 4°C alors que les produits stérilisés se conservent plusieurs mois, voire plusieurs années, à température ambiante.

Le choix du traitement thermique à appliquer dépend ainsi des objectifs souhaités tant au niveau de la réduction biologique que des qualités nutritionnelles et organoleptiques à obtenir et du coût du procédé à mettre en œuvre.

Différentes technologies sont utilisées pour pasteuriser les produits agroalimentaires. Le tableau suivant présente des exemples d'aliments pasteurisés et des exemples de traitements réalisés.

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Farid AMROUCHE
Professeur Certifié de Génie Alimentaire
Mel : genaliment@gemail.com

les matériels sont abordés dans le cours suivant : https://genie-alimentaire.com/spip....

LE BLANCHIMENT des aliments

Amrouche — 2010-08-15T18:09:54Z

Le blanchiment est un traitement thermique superficiel de quelques minutes à 70 °C à 100 °C destiné à détruire les enzymes susceptibles d'altérer les légumes ou les fruits avant leur traitement ultérieur (surgélation, séchage, etc.).

En réalité la destruction des enzymes n'est qu'un objectif parmi bien d'autres et le rôle du blanchiment qui constitue un prétraitement avant séchage, lyophilisation, appertisation ou surgélation, est multiple.

Rôles du blanchiment

Avant séchage ou lyophilisation, le blanchiment est utilisé comme un prétraitement pour la destruction des enzymes responsables d'altérations organoleptiques telles que des modifications de flaveurs et/ou de couleur. Le traitement permet aussi la réduction de la charge microbienne et facilite la réhydratation.

Avant appertisation, le blanchiment n'est pas destiné à détruire les enzymes du moment où les barèmes appliqués suffisent largement à leur destruction. Dans ce cas, le blanchiment a d'autres rôles :

Élimination des gaz occlus dans les tissus avant emboîtage, faute de quoi leur présence entraîne une surpression interne, avec risque de bombage ou de flochage des boîtes.
Remplissage à chaud : On prend généralement la précaution de remplir les boîtes de jus chaud de manière à ce que le sertissage (ou capsulage) ait lieu sous atmosphère de vapeur et que l'air soit ainsi chassé. Le blanchiment permet d'emboîter les légumes chauds et d'empêcher un refroidissement du jus au contact de légumes qui seraient froids.
Élimination de faux goûts : Les choux-fleurs non blanchis conserve un goût âcre intolérable.
Élimination de troubles : Le blanchiment permet d'éliminer les troubles tels que ceux apportés par extraction d'amidon.

Avant surgélation, le blanchiment permet, outre la destruction des enzymes, l'élimination des gaz occlus dans les tissus et limiter par conséquence les phénomènes d'oxydation.

Contrôles du blanchiment

L'efficacité du blanchiment peut être contrôlée en testant l'inactivation ou la présence de deux enzymes largement répandues dans les végétaux : la catalase et la peroxydase.

La catalase est une enzyme oxydative qui donne lieu à la formation d'oxygène à partir du peroxyde d'hydrogène :

2 H2O2 ? 2 H2O + O2

L'activité de la catalase est mise en évidence en broyant le produit blanchi et on le mélangeant à des carbonate de calcium et du peroxyde d'hydrogène : un dégagement gazeux (O2) indique une activité catalasique.

La peroxydase est une enzyme qui catalyse l'oxydation par le peroxyde d'hydrogène de divers substrats :

H2O2 + 2 AH ? 2H2O + 2 A

L'activité de la peroxydase est révélée par l'apparition d'une teinte brun-noir lorsqu'on place du guaïacol et du peroxyde d'hydrogène au contact du produit blanchi.

La peroxydase est réputée la plus thermorésistante ; l'efficacité du blanchiment peut alors être évaluée en se basant uniquement sur le test d'inactivation ou de présence de cette enzyme.

Les matériels et techniques de blanchiment

1- Blanchiment à l'eau bouillante

Immersion dans l'eau bouillante => appareil = blancheur
Blancheur classique continu : cylindre perforé immergé à ½ dans cuve d'eau et qui tourne sur lui-même ; à l'intérieur, paroi hélicoïdale fait avancer les légumes d'un bout à l'autre
Le chauffage peut également se faire par aspersion d'eau (douche) sur le produit (eau chauffée dans un échangeur).
Temps de séjours des légumes dans eau (temps de blanchiment) réglé par vitesse de rotation du tambour (cylindre)
Eau chauffée par injection vapeur (réglage facile de la température de l'eau) ; Alimentation eau en continue (absorption par les légumes).
Blancheur généralement polyvalent (peuvent servir à ≠ légumes / fruits)

Avantages :

Coût faible à investissement
Rendement NRJ moins mauvais / vapeur (environs 60%)
Effet de lavage des légumes / fruits.

Inconvénients :

Pertes par lessivage et diffusion dans eau (protéines ; sucres)
Effluents en quantité importante et concentrés (sucres ; protéines) => pollution importante + conso. eau importante ;
Risque de sélection d'une flore bactérienne thermophile si renouvellement eau insuffisant.
Pénétration eau dans le légume : participera à altération mécanique des tissus si congélation.

Pour limiter perte eau/énergie et pollution : blancheur toujours conçus avec recyclage d'eau (donc de chaleur), alors chauffée dans un échangeur (limite perte chaleur)
Si,produit doit être surgelé : refroidissement aussitôt après blanchiment => blancheur-refroidisseurs intégrés (un seul appareil).

2- Blanchiment à la vapeur

Le plus simple : légume circule sur un tapis dans un tunnel et traverse atmosphère de vapeur.
Temps de séjours dans vap : réglé par vitesse du tapis.

Avantages :

Nettement moins polluants / eau : extraction de composants moins importante ;
Masse d'effluent réduite.
Inconvénients :
Rendement NRJique très mauvais (5-15%) : fuite de vapeur + transfert de chaleur + mauvais car vapeur mélangé à air => transferts de chaleur + lents que quand immersion dans eau (cf cours transfert chaleur).
Risque de dessiccation du produit en surface ;
Pas d'effet de lavage des légumes / fruits cô pour blancheur eau + élimination moindre des faux-goûts.
Nécessité de laver les treillis métalliques convoyant les produits.

Farid AMROUCHE
Professeur Certifié de Génie Alimentaire
Mel : genaliment@gemail.com

LA THERMISATION

Amrouche — 2010-08-15T18:06:18Z

N'hésitez pas à apporter votre contribution

La thermisation est un traitement thermique appliqué au lait cru. Ce dernier devra être porté à une température d'au moins 63ºC pendant 16 secondes.

La thermisation est une forme amoindrie de pasteurisation. Son objectif principal est la destruction des bactéries pathogènes qui pourraient se trouver dans le lait, sans modifier autant ses caractéristiques technologiques. Cependant, ce traitement peut entraîner une diminution de la charge microbienne banale du lait (bactéries lactiques, bactéries d'affinage, etc.). Ladite charge est généralement exploitée pour la préparation du fromage au lait cru. Dans ce cas, on doit faire appel aux bactéries cultivées en laboratoire pour remplacer celles qui sont disparues.

La pasteurisation des jus en Doypack

Amrouche — 2010-08-15T18:03:35Z

N'hésitez pas à apporter votre contribution si vous le désirez

La Pasteurisation

La pasteurisation est un traitement thermique modéré et suffisant permettant la destruction des microorganismes pathogènes et d'un grand nombre de microorganismes d'altération.

La température du traitement est généralement inférieure à 100 °C et la durée est de quelques secondes à quelques minutes. Le tableau suivant donne, à titre d'illustration, quelques exemples de barèmes de pasteurisation.

Exemple de barème de pasteurisation :

Jus de fruit acide (pH<4.5) : [65 °C ;30 min] ; [77 °C ;1 min] ; [88 °C ;15 s]
Bière (pH<4,5) : [68 °C ;20 min] ; [75 °C ; 4 min]
Lait (pH>4,5) : [63 °C ;30 min] ; [72 °C ; 15 s]
Crème glacée (pH>4,5) : [65 °C ;30 min] ;[71 °C ;10 min] ;[80 °C ; 15 s]

Tous les microorganismes n'étant pas éliminés par la pasteurisation, ce traitement thermique doit être suivi d'un brusque refroidissement. Les aliments pasteurisés sont alors habituellement conservés au froid (+4 °C) afin de ralentir le développement des germes encore présents. Leur durée de conservation est ainsi limitée.

En dehors de la réfrigération, d'autres moyens de conservation peuvent être utilisés parallèlement pour contrer le développement des microorganismes survivants, comme l'ajout d'agents chimiques de conservation, la réduction de l'activité de l'eau (aw), l'acidification, etc.

Pasteurisation de jus en Doypack

Les sachets une fois remplis de jus et thermoscellés , sont délivrés debout puis sont saisis par des pinces et transférés sur le convoyeur d'entrée du bain de pasteurisation (eau chaude avec turbulence) .

La température est maintenue à 85 °C dans ce cas mais est réglable . En sortie les sachets sont repris en pince , et séchés en continu .

D'autres produits peuvent être traités ainsi barquettes de plats cuisiné, poches avec aliments , sauces , soupe,j ambon en poche sous vide etc..

www.hmi-packing.com

DOYPACK(R) une marque de THIMONNIER, ? constructeur de ligne de fabrication et remplissage des sachets DOYPACK(R)

LA STERILISATION

Amrouche — 2010-08-15T17:50:19Z

N'hésitez pas à apporter votre contribution si vous le désirez

La stérilisation par la chaleur consiste à exposer les aliments à une température, généralement supérieure à 100°C, pendant une durée suffisante pour inhiber les enzymes et détruire la totalité des microorganismes, y compris les bactéries sporulantes.

La stérilisation permet ainsi de conférer au produit une longue durée de conservation à température ambiante. (exemples ! lait stérilisé UHT, conserves,...)

La stérilisation d'un aliment ne suffit pas, à elle seule, pour sa conservation à long terme. Une contamination ultérieure de l'aliment par les microorganismes environnementaux pourrait survenir. Pour en remédier, on procède à la stérilisation du contenant (récipient) et du contenu (le produit alimentaire) ; le récipient doit être étanche à l'eau et aux microorganismes pour ne pas avoir une recontamination ultérieure à la stérilisation.

La stérilisation de l'aliment et de son contenant peut être réalisée de deux façons : La première consiste à une stérilisation simultanée du contenant et du contenu (appertisation), alors que la deuxième consiste à une stérilisation séparée du contenant et du contenu suivie d'un conditionnement aseptique.

1- L'appertisation est un procédé de conservation qui consiste à stériliser par la chaleur des denrées périssables dans des contenants (boîtes métalliques, bocaux, etc.) hermétiquement fermés. Sa découverte remonte aux années 1790. Nicolas Appert était le premier qui a mis au point ce procédé de stérilisation par la chaleur dans un récipient hermétiquement clos.

L'appertisation est largement utilisée aujourd'hui pour la conservation à long terme des denrées alimentaires d'origine animale ou végétale. La durée de conservation des aliments appertisés est de plusieurs mois à quelques années.

2- dans le cas de la stérilisation en vrac , le produit alimentaire (le contenu) est stérilisé en vrac, par traitement thermique, avant d'être renfermé dans son contenant stérile (stérilisation par procédé chimique, thermique ou UV) et ceci de façon asceptique ( ambiance stérile et matériel de conditionnement stérile) pour éviter toute recontamination post stérilisation.

L'opération de conditionnement se déroule dans une enceinte qui empêche la contamination du produit par les microorganismes de l'environnement : C'est le conditionnement aseptique. Cette technique est utilisée généralement pour la conservation des produits liquides (lait, jus, etc.) dans des emballages qui ne peuvent supporter l'appertisation comme les sachets en plastique et les cartons type Tetra-brik.

Lorsque la stérilisation du produit est réalisée à haute température (135°C à 150°C) pendant une courte durée (15 sec. à 1 sec.), on parle de stérilisation UHT (Ultra Haute Température). Cette technique a l'avantage de préserver la qualité organoleptique et nutritionnelle du produit stérilisé. Cependant, elle ne peut être utilisée que dans le cas des produits liquides comme le lait.