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.

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.

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.

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).

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) :

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.

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.

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 !

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 :

□ 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.

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 :

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 :

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 !

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.

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 !

La cuisson va permettre plusieurs objectifs pour le jambon :

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 !

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

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

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…

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 !

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...