Les Traitements Thermiques Pasteurisation et Stérilisation Ce sont les opérations unitaires les plus répandues en agroalimentaire. Il y a deux objectifs: assure la qualité hygiénique du produit et préserver les qualités de l'aliment. La pasteurisation est utilisée pour le lait, jus de fruits, bière; tandis que l'apertisation permet de stériliser les boîtes. 1. Destruction de microorganismes par la chaleur Facteurs influençant cette destruction Sensibilité des microorganismes à la chaleur: On distingue la flore «Thermosensible» qui est détruite à partir de 60 C comme les microorganismes végétatifs (bactéries, levures, moisissures). Puis la flore «Thermorésistante» qui nécessite une température plus élevée (comme les microcoques, Streptocoques lactiques, spores). A savoir qu'un microorganisme en phase exponentielle de croissance est plus fragile donc meurt plus rapidement. Composition de l'aliment: Une Aw faible diminue la sensibilité des microorganismes. Donc un produit plus humide est plus facile à stériliser qu'un produit en partie déshydratée. PH: Un ph bas augmente la sensibilité des microorganismes. Nature biochimique de l'aliment: Problème de conduction. Les lipides conduisent moins bien la chaleur que l'eau d'où une meilleure résistance des microorganismes dans les produits gras. Durée du traitement = barème (T C, Δt) Cinétique de destruction des microorganismes A t = 0, il y a N 0 individus. Avec T2>T1. N 0 = 10 10 ind/ml. On a donc y = ax + b d'où logn = -k.t + logn 0 t = Temps de réduction décimale (facteur 10) = D T: Il dépend de la température. D T est le temps nécessaire pour réduire la population d'un facteur 10 à la température T. Cette valeur est valable pour un microorganisme donné. Cette valeur D dépend de l'environnement du microorganisme. D T T [ Saccharose ] D 42 C 2,74min 2g/L D 42 C 7,2min 96g/L Plus c'est sucré, moins il y a d'eau donc l'aw diminue et ce qui augmente la résistance.
Z = Facteur de réduction décimale: Il s'agit d'un paramètre complémentaire de D T ; c'est l'écart de température exprimé en C permettant de faire varier D T d'un facteur 10. On trace la droite de «Résistance Thermique» : log(d T ) = f(t C) Z est spécifique de chaque microorganisme (paramètre de thermorésistance). En général Z varie de 4 à 7 C pour les formes végétatives, environ 10 C pour les spores. En déterminant Z on obtient une infinité de couple de températures pour le même degrés de résistance thermique. Log D T = (- 1/Z) x T + b Log (D T1 /D T2 ) = (T2 T1) / Z Pour Clostridium sporogenes: D121,1 C = 3min, Z=10. Pour un traitement à 115 C, quelle doit être la durée de traitement thermique pour une réduction décimale de 1?? T1 = 121,1 C, DT1 = 3min, Z = 10 T2 = 115 C, DT2 =? => log (3/x) = (115 121,1)/10 => x = 12,22min Optimisation du Barème Impératif hygiénique: mort du microorganisme Impératif nutritionnel: préserver les qualités de l'aliment, limiter la destruction des vitamines. Ainsi pour les vitamines on peut déterminer un D T permettant de diminuer la concentration de vitamines d'un facteur 10; donc détermination d'un Z également. L'optimisation consiste à trouver un couple (T C, D T ) permettant d'atteindre l'objectif nutritionnel et microbiologique. 2. Études de paramètres influençant l'efficacité du traitement thermique Il faut mesurer la température au point le plus froid de l'aliment à stériliser. Généralement ce point est dit «le point critique». Le Cycle de l'autoclave Montée en température: «CUT» = Coming Up Temperatur Objectif: temps le plus faible possible pour éviter la surcuisson. T C autoclave > T C aliment P autoclave > P emballage => pas de problème de couvercle. Palier de stérilisation / pasteurisation = Barème: Température maintenue pendant une période déterminée, c'est le barème que l'on paramètre que l'appareil. Refroidissement: Temps le plus court possible pour éviter la surcuisson. T C produit > T C autoclave P emballage > P autoclave => nécessité de produire un surpression dans l'autoclave (ex: injection
d'air compressé). Évaluation de l'efficacité du traitement thermique Définition: Valeur stérilisatrice: durée du traitement appliqué à cœur du produit à température de référence de 121,1 C. Cette température de référence permet d'éliminer les spores de Cl. botulinium pour laquelle Z = 10, D 121,1 C = 12sec. Cette valeur est notée: F 10 121,1 C «Règle des 12D»: on veut une réduction décimale des spores de Cl. Botulinuim de 12. N 0 = 10 12 spores --> N = 1 durée minimale du traitement = n x D 121,1 C = 12 x 12 = 2,4min (ou 144sec) avec n = nombre de réductions décimales Donc ici un traitement de 2?4min < 3min est efficace. En France, jusqu'en 1996, il fallait que n >= 12 pour cette règle. D'après une directive européenne de 1996, c'est maintenant l'industriel lui-même qui choisit n, et il est responsable de son choix. L'emballage portera une DLUO. L'application de cette règle entraîne une «stérilité commerciale» et non une stérilité absolue du produit. Il peut donc y avoir certains microorganismes qui résistent mais ils ne peuvent pas pousser dans un milieux stérile. Par contre si on repique la conserve dans un milieu de culture il peut y avoir croissance des microorganismes résistants. Valeur pasteurisatrice: durée du traitement appliquée à cœur du produit à une température de référence de pasteurisation. Généralement la température de référence de pasteurisation est 70 C sauf pour les boissons, elle est de 60 C. Ici le microorganisme que l'on souhaite détruire est Entérocoque faecalis qui à D 70 C = 2,95min, Z = 10. Pour qu'un produit pasteurisé soit commercialisé il faut n=10 (donc que la population d' E.faecalis diminue de 10 10 ). L'emballage porte une DLC. Il doit être conservé au froid (+ 4 à 6 C) et de 7 à 24 jours max. pour qu'un produit soit pasteurisé il lui faut 30min à 70 C (2,95 x 10 ~ 30min). Approche de calculs de F (ou P): Taux de Létalité (par rapport à la température de référence): (T Tref / Z) L T = 10 Rapport d'efficacité entre le traitement enregistré par une sonde au point critique et un traitement de même durée à température de référence. Exemple: 125 C; Δt = 1min (au coeur du produit, point critique); Z = 10; T C = 121,1 C. L T = 10 ((125-121,1) / 10) = 10 (3,9 / 10) = 10 0,39 = 2,45 Un traitement de 1min à 125 C équivaut à un traitement de 2,45min à 121,1 C. On considère un traitement inefficace quand T C < T C ref -2Z. Exemple: 101,1 C pendant 1min. L T = 10 ((101,1 121,1) / 10) = 0,01 => négligeable Donc il faut, pour calculer F 10 121,1, ne prendre en compte que T C > 100 C. Valeur stérilisatrice partielle: F partielle = Δt x L 108 + L 105 / 2 = Δt x moyenne (LT) F 10 121,1 = Σ F partielle Il faut F 10 121,1 > 144 sec (règles des 12 D).
Appareils de traitements thermiques On tiens compte de différents critères: - conditionnement et emballage viscosité du produit. Les traitements en vracs: Assez proches pour la stérilisation et la pasteurisation, seul le barème change. Traitement classique: Appareillage qui comporte des échanges et un chambreur (enceinte isolée, température constante). Échangeur 1 : le lait froid, 5 C, passe à 40 C. Echangeur 2 : le lait passe de 40 C à 72 C. Le lait repasse dans l'échangeur 1 pour sortir. Le lait à 72 C permet de chauffer le nouveau lait entrant à 5 C. Echangeur 3 : refroidissement. Le système thermique d'une pasteurisation comprend: ٥ une section de récupération de chaleur = préchauffage du produit entrant et prérefroidissement du produit sortant. ٥ une section de chauffage qui permet d'atteindre la température du barème = utilisation d'un fluide caloporteur (souvent de l'eau chaude ou de la vapeur d'eau). ٥ un chambreur, souvent «calorifugé» c'est-à-dire possédant une isolation thermique, le produit y reste à la température du barème et le temps du séjour est ajusté par le débit. ٥ une section de refroidissement où le produit frais refroidis par un fluide de refroidissement. Types d'échangeurs: à plaques ou tubulaires. Avantages: méthodes très modulaires, peut servir pour plusieurs produits. Risques: «croûtage en surface». Traitement U.H.T.: Traitement par chauffage indirecte: cf doc associé Traitement par chauffage direct par vapeur d'eau («uperisation»): cf doc associé Avantage: barème beaucoup moins long en temps., donc moins de perte de qualité organoleptique et nutritionnelles). Produit visqueux: Risque de «croûtage en surface», tubulaires à gros diamètre, à surface raclée. BILAN: Avantage: application précise du barème dans tout le produit. Inconvénient: risque de recontamination lors du conditionnement. Traitements dans produits conditionnés: Les produits ont été conditionnés, on va stériliser le contenu et le contenant. Il existe beaucoup d'appareil du type «Autoclave». Apertisation: Appareils discontinus: Par exemple l'autoclave. L'appareil est chargé avec un lot de bouteilles, de tubes à stériliser, puis déchargé à la fin du cycle. Avantage: faible coût d'investissement; Inconvénients: cadences faibles, coût de fonctionnement élevé. Appareil continus: Des boites ou des bouteilles circulent dans un autoclave. Avantage: cadence élevées ( environ 100 boites par minutes), souvent automatisés; Inconvénient: investissement élevé. Appareil statique ou agités: Rotatif = plus coûteux mais créé une agitation du produit et donc un meilleur transfert de chaleur au sein de la boîte. Choix du fluide caloporteur: Vapeur d'eau = plus économique, monte en température plus rapidement dans l'autoclave. Eau chaude = évite les chocs de températures lors des chauffages / refroidissements. Conditionnement aseptique Maintenant que le produit est stérilisé, comment faire pour maintenir le produit stérile?
Apertisation: cf document associé Conditionnement à chaud: Ceci concerne tous les produits sous pression atmosphérique qui peuvent atteindre des températures élevées (ex: confitures, compotes,...). La stérilisation de l'emballage est donc réalisé par les produits chauds (sous réserve que le produit entre en contact avec l'intégralité de la surface interne de l'emballage). Conditionnement aseptique: Il faut réaliser une zone stérile = aseptique. Avantage = traitement stérilisant sur le liquide dans des conditions idéales de temps et de température (grâce au système continu). Les contrôles a effectuer Lors du traitement: Mesure de la température, de la pression. Température: Une sonde de température est piquée au point le plus froid du produit, il est relié à un enregistrement. Il existe également des capteurs embarqués («thermoboutons») = petits cylindres en inox avec une sonde thermique et un microprocesseur que l'on enferme dans le pot. Après stérilisation on analyse le processeur. Il existe des indicateurs dans des tubes scéllés, qui sont des indicateurs chimique de la température; ils changent de couleur en fonction de la température. Il existe des indicateurs microbiologiques dans tubes scéllés; on y enferme des Bacillus thermorésistants et après traitement on vérifie si les Bacillus ont bien été inactivés. Contrôle microbiologiques = zone aseptique: Boites de pétri ouvertes, par contact, présence de stérilité. Sur le produit: Par exemple sur des boites de conserves, on vérifie l'aspect extérieur des boites (couvercles, déformation). On mesure le ph à l'intérieur de la conserve, si le ph diminue alors il y a contamination microbienne. Les contrôles microbiologiques s'effectuent selon les normes de chaque produit.