UE Sciences de la production et de la transformation UC Transformations des matières agricoles

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1 UE Sciences de la production et de la transformation UC Transformations des matières agricoles Microbiologie etqualité desaliments Catherine Béal Sandra Helinck Sophie Landaud Séverine Layec Eric Spinnler Département Sciences et Procédés Alimentaires et Biologiques

2 Stabilisation biologique et conservation des matières agricoles et biologiques Ralentir ou inhiber les réactions Diminuer l a W - éliminer partiellement l eau par concentration et/ou séchage évaporation filtration lyophilisation déshydratation osmotique - ajouter des solutés (sel, sucre, ) - congeler l eau Modifier les conditions physico- chimiques - baisser le ph : ajout d acide fermentations - baisser la température - introduire des molécules bactériostatiques ajout direct fermentations (métabolites) - fumage Détruire les enzymes les micro organismes - traitements thermiques blanchiment pasteurisation - stérilisation - hautes pressions : pascalisation - radiations et traitements ionisants - traitements chimiques: désinfection Séparer - microfiltration stérilisante TD qualité microbiologique 2 Déroulement du TD Pi Principe, i mise en œuvre et applications i de la microbiologie i Exemple e d application : DLC d une compote de pommes Présentation du logiciel PMP Influence de la température de conservation sur la DLC de 5 produits laitiers 3

3 Définitions to Qu est ce qu un un danger? Un danger (= hazard) ) est défini de façon restrictive comme tout composé physique (métal, verre), chimique (additif, pesticide) ou biologique (bactérie, virus) qui peut porter atteinte à la santé de l homme Qu est qu un risque? Un risque sanitaire se définit comme : la probabilité d une issue sanitaire défavorable le facteur qui augmente cette probabilité 4 La microbiologie : Définition La microbiologie ou quantitative (predictive e microbiology) a été définie par Roberts et Jarvis en 1983 C est la discipline qui s intéresse au développement de modèles mathématiques de prédiction de l effet des facteurs environnementaux au sein des produits alimentaires sur : la croissance des micro-organismes la production de métabolites la survie des micro-organismes organismes Prédire, c est cest estimer les risques c est anticiper sur les dangers c est assurer la qualité des aliments 5

4 Applications de la microbiologie Détermination des dates limites de consommation (DLC) : notion de dose minimale infectieuse (DMI) Puces fraîcheurs (1991) / TopCryo (Cryolog) Optimisation de procédés et les adapter afin de garantir la sécurité de l aliment : traitements thermiques, conditions de conservation Aide au développement de nouveaux produits : formulation et procédé Détermination des limites critiques des facteurs environnementaux Exemple: détermination des points critiques microbiologiques (HACCP) HACCP: Hazard Analysis Critical Control Point Système qui identifie, évalue et maîtrise les dangers significatifs au regard de la sécurité des aliments 6 Exemple : la compote de pommes Agréage Contrôles MP Visuels, physico-chimiques Microbiologiques Corps étrangers Triage et lavage Broyage des fruits Cuisson 50 C Tamisage Pasteurisation Conditionnement et étiquetage 7

5 Limites de la microbiologie Non prise en compte de certaines conditions environnementales et des phénomènes de compétition nutritionnelle Les interactions entre microorganismes et les situations de stress microbien ne sont pas encore intégrés dans les modèles Validation rare sur milieux complexes, solides comme les matrices alimentaires 8 Mise en œuvre de la microbiologie de modèles primaires Utilisation combinée et de modèles secondaires Croissance en fonction du temps Paramètres Paramètres en fonction des conditions environnementales Température aw (sel, sucre) ph aw : activité de l eau 9

6 Mise en œuvre de la microbiologie Les modèles primaires Ils décrivent la réponse d une population de microorganismes en fonction du temps dans un environnement donné : modèle cinétique de croissance Modèle exponentiel LnX X X exp µ M t lag 0 µ M Xm µ -1 M = taux de croissance maximum (h ) lag= durée de la phase de latence (h) X 0 = concentration initiale en biomasse (g/l) Xm = concentration en biomasse finale (g/l) X 0 lag t 10 Exemple de modèle primaire Modèle de Gomperz / Zwietering (1991) tration bacté érienne Log concent ln X Xo M.e a.exp exp.(lag t ) 1 a Influence des paramètres sur la croissance Modèle de Gomperz / Zwietering temps (jours) µ = taux de croissance maximum (h -1 M ) lag= durée de la phase de latence (j) X0 = concentration initiale en biomasse (log CFU/mL) a = log concentration en biomasse finale Référence : µ=0084h h-1 Log Xm = 8,3 latence = 2 j référence µ = 0,042 h-1 latence = 6 j 11

7 Mise en œuvre de la microbiologie Les modèles secondaires Ils décrivent les effets des facteurs environnementaux sur les paramètres des modèles primaires i : µ M = f (T, ph, aw, [NaCl] ) Modèle cardinal pour la température T a T T T T µ M min max µ M µ M Tmin Topt Tmax T 12 DLC d une compote de fruits Danger : Bacillus cereuseus Contamination initiale : 1 spore / g Dose minimale infectieuse (DMI) : 10 5 spores / g Modèle primaire : X XO exp( µm t) ) Modèle secondaire : µm 0,03 T (T en C, µm en h -1 ) Etape Température µm Durée X 0 X ( C) (h -1 ) (j) (spores/g) Usine 3 2 Détaillant t 4 2 Consommateur 7???? 13

8 Principaux logiciels de microbiologie Pathogen Modelling Program (Buchanan, USA, 1991) Decision Support System (Zwietering, NL, 1992) Food Micromodel (Mc Clure & al, UK, 1994) Ask-me (Rosso, France, 1995) Sym Previus (Collectif, France, 2005) 15 Le logiciel PMP Inventeurs : Buchanan (USA) Modèles pris en compte : Gomperz et polynomiaux Germes pathogènes Aeromonas hydrophila Bacillus cereus Clostridium botulinum Clostridium perfringens Escherichia coli Listeria monocytogenes Salmonella ssp. Salmonella thyphimurium Shigella flexneri Staphylococcus aureus Yersinia enterocolitica Facteurs d environnement Atmosphère Température ph Activité de l eau (NaCl) Concentration en nitrite (NaNO 3 ) 16

9 Utilisation du logiciel PMP DLC d une compote de fruit Lancer l application li en allant en bas à gauche dans le menu démarrer /tous les programmes/pmp61 lancer pmp6.1 (.exe) Cliquer sur «continue»et«accept» Aller dans models / bacterium/growth/aerobic Sélection du microorganisme : microorganism Sélection des conditions de culture : Fixer les caractéristiques physico-chimiques chimiques des matrices alimentaires (température, ph et aw ou [NaCl]) Préciser X 0 en log10 et la dose minimale infectieuse en log10 Un tableau récapitule : temps de latence, temps de génération, durée pour atteindre la dose infectieuse Visualisation de la croissance 17 Utilisation du logiciel PMP DLC d une compote de fruit En considérant le stockage chez le consommateur : Danger = Bacillus cereus Température = 7 C ph = 5,3 aw = soit NaCl = minimum i (0,5%) Nitrite = 0 Population initiale = 3 CFU/mL (chez le consommateur) «Level of concern» = DMI = 10 5 CFU/mL CFU = colony forming unit CFU/mL spore/g ou bactérie/g Alors DLC =???? jours 18

10 DLC de 5 produits laitiers frais Influence de la température é t de conservation et tdes propriétés physico-chimiques Cinq produits sont contaminés par trois microorganismes à un niveau de 1 bactérie / g de produit (Listeria monocytogenes, Salmonella ssp. et Staphylococcus aureus) ) Classer intuitivement les produits par risque décroissant (DLC croissante) Visualiser, pour deux des cinq aliments, le développement des microorganismes si les produits sont conservés à température ambiante (21 C) ou dans un réfrigérateur (5 C) Déterminer pour les deux températures étudiées la DLC de chaque produit 19 Classement des produits selon leur DLC Produits DLC intuitive DLC calculée Lait pasteurisé Yaourt Camembert Comté Dessert lacté 20

11 Caractéristiques physico-chimiques des aliments Produits ph aw Teneur en Teneur en sel (%) sucre (g/l) Lait pasteurisé 6,6 0, Yaourt 4,5 0, Camembert 6,8 0,982 1,8 Comté 5,5 0,948 2,0 Dessert lacté 63 6,3 0, Valeurs à rentrer dans le logiciel Valeurs indicatives 21 Caractéristiques physico-chimiques des microorganismes pathogènesè Listeria monocytogenes Salmonella ssp. Staphylococcus aureus Tg (h) 06 0,6 10 1,0 11 1,1 Min Temp Opt ( C) Max 42 Min 4,5 5,6 4,5 ph Opt 6,7 6,8 7,0 Max 7,5 9,0 aw 0,928 0,974 0,911 DMI CFU/mL Tg : temps de génération (h) ; DMI : dose minimale infectieuse (CFU/mL) 22

12 Influence de la température de conser- vation sur la DLC et le risque sanitaire Produit DLC +21 C Pathogène* DLC +05 C Pathogène* Lait pasteurisé Yaourt Camembert Comté Dessert lacté * présent le premier à une dose infectieuse 23 Conclusion sur la microbiologie Anticipation et maîtrise des risques Praticabilité, rigueur, accès aux utilisateurs Indissociable de l expérience Dans les années à venir : Elargissement vers l appréciation des risques pour le consommateur Prises en compte de scenarii de plus en plus divers, et de plus en plus complexes 25

13 Effet de la température sur le temps de génération (à ph 6,6) 16 ) ération (h) Temp ps de gén tg Staphylococcus (h) tg Salmonella (h) tg Listeria (h) Température ( C) 26 Effet du ph sur le temps de génération (à 21 C) 6 ) temp ps de géné ération (h) tg Salmonella (h) tg Staphylococcus (h) tg Listeria (h) 0 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 ph 27

14 Effet de l aw sur le temps de génération (à 21 C et ph 6,6) 16 ) ération (h) temp ps de gén tg Salmonella (h) tg Staphylococcus (h) tg Listeria (h) NaCl (g/l) 28 Bibliographie Modelling microorganisms in food (2007) Stanley Rul, Suzanne van Gerwen, Marcel Zwietering CRC Press (Ed.) 294 pages 29