Séance 4 BIOLOGIE DES MICROORGANISMES & CONSERVATION DES ALIMENTS manuel p 124 à 141 Le développement des microorganismes dans les aliments peut les altérer. Quels effets jouent les conditions du milieu sur ce développement? En quoi leur connaissance permet-elle de conserver nos denrées alimentaires, sources de plaisir et couvrant nos besoins en matière et énergie via leur nutriments? A/ BIOLOGIE DES MICROORGANISMES 1/ qui? Définition : Un microorganisme est un être vivant visible au microscope. En font partie : les champignons, les bactéries, et d autres unicellulaires animaux (protozoaires) et végétaux (algues) diapo 1 Le développement des microorganismes se fait par multiplication. Dans des conditions favorables, une bactérie double son effectif en moins de 30 min. L évolution de leur nombre dans un milieu de culture sans renouvellement des nutriments suit une courbe précise diapo 2 Quelles risques si prolifération de certains microorganismes sur nos aliments? S il provoque une maladie, un microorganisme est appelé pathogène. Quels facteurs influencent cette multiplication? ( diapo 3, 4, 5, & 6) 2/ les facteurs de développement des microorganismes a/ la température : il existe des catégories de microorganismes différents se multipliant dans des gammes de températures plus ou moins larges, plus ou moins élevées. vocabulaire : mésophile signifie «qui se multiplie à température modérée, psychrophile à température basse, pathogène pouvant causer des infections (entre 30 et 40 C, gamme proche de la température du corps et thermophiles («aimant la chaleur») b/ le dioxygène (02) de l air c/ le ph : chaque microorganisme se développe dans une gamme de ph plus ou moins restreinte les moisissures (variétés de champignons) poussent dans un spectre très large de 0 à 11 en théorie!! d/ les UV : ils sont nocifs Pour leur croissance et leur développement, les microorganismes ont notamment besoin : d'eau, de nutriments, de dioxygène, d'autres facteurs du milieu comme le ph ou la température ont un effet important. Nos aliments constituent des milieux propices au développement des microorganismes. La plupart des microorganismes est inoffensive, voire utile à l'homme. Cependant, certains peuvent : - altérer nos aliments par putréfaction et/ou - sont pathogènes car ils provoquent des toxi-infections alimentaires, soit directement, soit par l'intermédiaire de substances qu'ils produisent : les toxines. La température de nos aliments, leur ph et les nutriments qu'ils contiennent en font 1
d'excellents substrats permettant la multiplication des microorganismes. Beaucoup de produits alimentaires non transformés sont protégés du milieu extérieur par des enveloppes protectrices (téguments, peau, coquille...) qui constituent une barrière naturelle à la pénétration des microorganismes. Suite aux opérations de récolte (récolte mécanique...) de stockage (congélation-décongélation...) et de transformation (broyage, malaxage...) ces enveloppes peuvent être dégradées, ce qui favorise l'infection microbienne. Remarque : les produits contenant très peu d'eau, comme le pain ou la farine se conservent beaucoup mieux que les produits contenant davantage d'eau, comme les fruits et légumes frais, les viandes, les poissons etc. Bilan : (schéma simple) Les facteurs influant sur le développement (la multiplication des microorganismes) sont : - la nature des ondes lumineuses (absence ou présence d UV ) - le température - le ph - la présence d O2 C est en s appuyant sur la compréhension, la connaissance du développement des microorganismes pathogènes qu on a pu mettre au point des techniques de conservation des aliments. Comment conserver les aliments de manière adéquate? B/ LA CONSERVATION DES ALIMENTS 1 / Ralentir ou bloquer la croissance des microorganismes a/ Les basses températures (inférieures à + 8 C) ralentissent voire bloquent les réactions métaboliques des microorganismes et donc leur multiplication : elles ne les tuent pas, un retour à température ambiante permet une reprise de la multiplication cellulaire. b/ La réfrigération consiste à entreposer les aliments à une température positive mais proche du point de congélation (entre + 0 et + 6 C). Elle est utilisée pour conserver les aliments périssables à court terme (de quelques jours à plusieurs semaines selon le produit). Elle doit s'appliquer à des aliments initialement sains et sans rupture de la chaîne du froid. c/ La congélation consiste à entreposer les aliments à une température négative (- 18 C à cœur). Elle est utilisée pour conserver des aliments périssables à long terme (1 à 24 mois). diapo planche frigo Selon la vitesse de congélation des aliments, on distingue : - la congélation rapide ou surgélation au cours de laquelle l'abaissement de température est rapide : les cristaux de glace sont petits et ne détériorent pas les membranes cellulaires de l'aliment - la congélation lente s'applique à de produits ne supportant pas la surgélation : les cristaux de glace ont une taille importante par rapport à celle des cellules, ce qui peut perforer ces dernières et altérer l'aspect de l'aliment lors de la décongélation (aliment mou après décongélation). Plusieurs cycles de congélation / décongélation peuvent avoir pour effet de sélectionner les microorganismes les plus résistants au froid et provoquer ainsi une augmentation importante de certaines populations bactériennes pathogènes. Cette pratique est donc à proscrire. 2 / Tuer les microorganismes par la chaleur a/ Les températures élevées (supérieures à 63 C) ont pour effet de dénaturer les protéines et notamment les enzymes nécessaires au métabolisme des microorganismes, ce qui a pour effet de les tuer. Cependant, la sensibilité des microorganismes aux hautes températures est variable. D'une manière générale, plus la température est élevée et plus la durée d'exposition est longue et plus le traitement est efficace. La stérilisation, ou appertisation, consiste à exposer l'aliment à une température supérieure à 100 C (généralement 120 C) pendant un temps qui varie avec la nature de l'aliment (10 à 60 min). L'aliment peut ainsi être conservé de 3 à 5 ans à température ambiante. b/ La stérilisation ne suffit pas seule à conserver l'aliment à long terme. En effet l'aliment peut être à nouveau contaminé par les microorganismes environnementaux après refroidissement. Pour y remédier l'aliment doit être placé dans un récipient (bocal de verre, boîte métallique...) étanche à l'eau, aux gaz et aux microorganismes, avant stérilisation. 2
Les semi-conserves sont des denrées alimentaires périssables, conditionnées en récipients étanches aux liquides et ayant subi un traitement tel que la stérilisation (voir ci-dessus) ou le saumurage (voir ci-après), en vue d assurer une conservation limitée. Contrairement aux conserves elles doivent être entreposées au froid. Nicolas Appert est le premier à mettre au point en 1795, selon une démarche empirique, une méthode de conservation des aliments en les stérilisant par la chaleur dans des contenants hermétiques. Il refusa de breveter sa découverte préférant "faire profiter l'humanité de sa découverte plutôt que de s'enrichir". c/ La pasteurisation consiste à placer le produit à température élevée, mais inférieure à 100 C (70 à 85 C), pendant une durée réduite (de quelques secondes à quelques minutes). Le produit est ensuite soumis à un brusque refroidissement (choc thermique). Tous les microorganismes n'étant pas tués, l'aliment doit être entreposé au froid (+ 4 C). La durée de conservation est alors limitée (7 jours pour du lait). Cette technique concerne, par exemple, le lait et les produits laitiers, les jus de fruits, la bière, le vinaigre, le miel La flash pasteurisation est une variante de la pasteurisation au cours de laquelle la montée et descente de température sont particulièrement rapides. Elle a pour avantage de préserver les qualités organoleptiques (captées par les sens) et nutritives des produits (odeur, goût, texture, vitamines) afin qu ils restent les plus proches possibles des produits frais. d/ La stérilisation Ultra Haute Température (UHT) consiste à placer le produit à très haute température (135 à 150 C) pendant une très courte durée (1 à 15 secondes). Cette technique a l'avantage de préserver les qualités organoleptiques et, semble-t-il, nutritionnelles du produit, mais elle ne peut être utilisée que pour des liquides (lait, jus de fruits, ) ou de consistance peu épaisse (desserts lactés, crème, jus de tomate, soupes, ). La durée de conservation atteint 90 jours. Louis Pasteur : il met au point la pasteurisation du vin en 1863 à la demande de Napoléon III et l'applique ensuite à la bière mais ne pense pas à appliquer sa technique à d'autres produits comme le lait (d'autres s'en chargeront...). 3 / Priver les microorganismes d'eau L'eau liquide est indispensable à la vie, la privation d'eau empêche donc les microorganismes de se développer. Outre la conservation de l'aliment l'extraction d'eau permet une diminution de masse et de volume (économie importante pour le conditionnement, transport et le stockage). Elle peut aussi être intéressante sur le plan organoleptique. La déshydratation consiste à éliminer par la chaleur ou l'aération l'eau contenue dans un aliment : - soit partiellement : concentration : augmenter la masse d'un produit par unité de volume (pruneaux, abricots...) - soit de manière plus poussée, le séchage pour avoir des produits alimentaires dits secs (haricots, saucissons, herbes aromatiques...). a/ La lyophilisation consiste à congeler un aliment puis à le dégeler sous vide, l'eau passe alors directement de l'état solide à celui de vapeur (sublimation). Cette technique donne des produits de qualité, qui se réhydratent bien mais reste d'un prix de revient élevé. Elle est réservée à certaines applications comme le café soluble, des potages instantanés et à l'alimentation en conditions extrêmes (alpinistes, spationautes...) b/ Le sucrage, généralement au saccharose, concerne des produits végétaux (sirops, fruits confits (1), confitures (2)...). Il permet des conservations de longue durée. La conservation par le sucre ne peut se faire qu à chaud puisque l aliment doit perdre une partie de l eau qu il contient par évaporation tandis que le sucre, une fois dissous, se lie aux molécules d eau restantes et les rend indisponibles pour la croissance de microorganismes. Par extension, confire consiste à conserver des denrées alimentaires en rendant l'eau indisponible par adjonction de sucre, mais aussi de graisse (3), d'huile (4) ou de sel (5). Confire une viande (3) consiste à la cuire dans la graisse puis à la conserver dans la graisse, donc à l'abri de l'air et d'une éventuelle contamination bactérienne. Aujourd'hui on préfère stériliser les confits de viande, ce qui est une précaution supplémentaire. c/ Le salage au chlorure de sodium NaCl, consiste à soumettre l'aliment à l'action du sel (soit en surface (salage à sec) soit en le plongeant dans l'eau salée (saumurage)). Cette méthode est utilisée pour des produits animaux (charcuteries, poissons, fromages) et permet des conservations de longue durée. La morue (2) est du cabillaud salé et séché. 4 / Tuer les microorganismes avec un antiseptique Un antiseptique est une substance qui tue ou prévient la croissance des micro-organismes. a/ la fermentation : utiliser des micororganismes contre d autres Certains microorganismes utilisent un mécanisme alternatif à la respiration pour utiliser l'énergie de leurs nutriments : la fermentation. Dans certains cas la fermentation libère deux types de composé organiques : - d'une part des agents anti-microbiens, comme l'acide lactique ou l'acide acétique ; - d'autre part des composés qui participent à la maturation organoleptique du produit. Exemples : des produits laitiers comme les yaourts ou les fromages (pâte molle et à croûte lavée) ; des produits carnés comme le saucisson ; des produits végétaux comme la choucroute ou les olives. 3
b/ L acidification consiste à ajouter un acide organique issu d'une fermentation, comme l'acide acétique du vinaigre, en quantité suffisante pour que le ph du produit soit inférieur à 4,5. L'action du ph est proche de celle de la température car des ph acides altèrent les protéines enzymatiques des microorganismes, ce qui les rend inactives. Certains microorganismes résistant à ce traitement, il est nécessaire de le compléter avec un procédé thermique comme la pasteurisation (câpres, cornichons, oignons) c/ Le fumage (ou fumaison) consiste à soumettre une denrée alimentaire à l action des composés gazeux qui se dégagent lors de la combustion de végétaux. Il s'applique principalement à des produits carnés (viande ou poisson) pour lesquels le séchage suivi du fumage permet la conservation grâce à l'action combinée de la déshydratation et des antiseptiques contenus dans la fumée. Le fumage à chaud (50 à 85 C) avec dénaturation thermique des protéines enzymatiques. 5 / Des techniques récentes de conservation des aliments a/ Le conditionnement sous vide consiste à priver les microorganismes de dioxygène, ce qui a pour effet d empêcher le développement des microorganismes aérobies. L emballage doit cependant être conservé au froid (entre 0 et + 3 C) afin de limiter le développement des microorganismes anaérobies. La durée de conservation est ainsi prolongée et peut atteindre plusieurs semaines. Le conditionnement sous atmosphère modifiée (ou atmosphère protectrice) consiste à priver les microorganismes de dioxygène en modifiant l'environnement gazeux du produit. Pour cela, on injecte dans l'emballage du dioxyde de carbone (qui a, de plus, une action bactériostatique) ou de l'azote (gaz quasi inerte). Cette technique améliore nettement la conservabilité de l'aliment (2 à 5 fois plus longtemps que sous atmosphère normale) mais doit être associée à une conservation au froid. b/ Le stockage sous atmosphère contrôlée (2% de dioxygène) s'applique à des aliments qui, comme les fruits en vrac, conservent une activité biologique (respiration, transpiration) qui modifie leur environnement gazeux. Il faut donc intervenir régulièrement pour maintenir une atmosphère gazeuse protectrice dans les chambres froides. Cette méthode permet en outre de maîtriser la maturation des fruits : la ralentir quand la demande est faible ou l'accélérer quand la demande est élevée. On peut ainsi consommer des pommes toute l'année alors que la récolte a lieu au début de l'automne. c/ La microfiltration repose sur l utilisation de membranes poreuses (diamètre d ouverture des pores compris entre 0,1 et 10 µm) qui retiennent les microorganismes et font de cette technique un procédé de stérilisation à froid notamment pour les liquides comme le vin ou le lait. Ainsi, le lait, d abord écrémé car la crème colmaterait les pores du filtre, puis microfiltré est ensuite recomposé avec la teneur en matière grasse voulue. Il se conserve au froid. d/ Les radiations ionisantes sont des rayonnement électromagnétiques (du même type que la lumière visible ou les ultraviolets) particulièrement puissants. Ce sont soit des rayons X soit des rayons gamma, ces derniers étant obtenus à partir de sources radioactives (mais les aliments irradiés ne sont nullement radioactifs). Ces rayonnement entraînent une inhibition de le croissance voire la mort cellulaire. Ce procédé est généralement utilisé pour les épices ou les herbes aromatiques mais les fruits, légumes et viandes peuvent également être traités. Effets indésirables : - destruction d'une grande partie des vitamines et des nutriments ; - formation d'espèces chimiques mal connues pouvant modifier les propriétés organoleptiques ; - etc. e/ Le traitement par haute pression (ou pascalisation ou pasteurisation à froid) consiste à soumettre le produit à une pression qui peut atteindre 6000 fois la pression atmosphérique pendant 5 à 20 minutes. Cela a notamment pour effet de modifier la structure des protéines membranaires ce qui entraîne la mort des microorganismes. Ce traitement permet de prolonger la durée de conservation de l'aliment tout en conservant ses propriétés nutritionnelles et organoleptiques. Ce procédé peut s'appliquer aux confitures, aux jus de fruits, aux desserts lactés mais aussi pour la conservation de la viande. La plupart des aliments achetés ont une DLC ( Date Limite de Consommation = limite impérative ) ou une DLUO ( Date Limite d Utilisation Optimale = préférence de limite ). Une fois dépassées, l aliment peut perdre ses qualités organoleptiques (de goût), physiques et nutritionnelles. D où proviennent les microorganismes des aliments? de l air, des mains, de la peau et de nos sécrétions Pour les conserver, l Homme peut les stériliser mais à l ouverture, des contaminations peuvent avoir lieu : spores de champignons (moisissures) et bactéries de l air. Tous les ans en France, on a des milliers de cas de TIAC (Toxi-Infections Alimentaires Collectives) parmi lesquelles les Salmonelles affectant le tube digestif et provenant de la crudité ou de l insuffisance de cuisson de certains aliments et la bactérie Clostridium botulinum qui provoque très rarement (1 seul cas en France en 2008) le botulisme, maladie paralytique rare pouvant être mortelle. 4
Globalement, il y a 2 grands types d attitudes à adopter pour cuisiner et conserver nos aliments : - des règles d hygiène : a/ laver le plan de travail pour cuisiner b/ se laver les mains c/ laver régulièrement son réfrigérateur - le respect des températures adéquates Pour favoriser la conservation des aliments, l Homme a utilisé des ressources de son environnement (sel...) puis a développé des techniques pour préserver leur comestibilité et leurs propriétés gustatives et nutritives. Quels avantages et inconvénients à ces techniques? Remplissez le tableau suivant en vous aidant des documents des pages 130 et 131 : nom de la technique avantages inconvénients C/ LA SANTE DU CONSOMMATEUR EN JEU Nous mangeons pour satisfaire un plaisir mais aussi par besoin (en énergie, éléments bâtisseurs, et en éléments pour renouveler nos constituants, grandir, fabriquer de la matière organique à l échelle de nos cellules et nous protéger contre les infections, notamment contre les microorganismes)... Des mentions portées sur les aliments achetés comme «riche en calcium et fer», «enrichi en omega 3», «yaourt 0%», «pauvre en sodium»... sont des allégations fréquentes. Sur les emballages figurent également les AJR ( Apports Journaliers Recommandés ), valeurs officielles des besoins de référence, et les ANC (Apports Nutritionnels Conseillés) qui eux, plus difficiles à atteindre, varient selon l âge et le sexe. Les additifs sont désignés par «E + 4 chiffres» : ils peuvent être naturels, approchant la nature ou artificiels. Ils sont soumis à de nombreux contrôles préalables (toxicologiques et allergologiques). Quelle attitude adopter face à cela? documents p 132 et 133 : - expliquer la différence entre allégation nutritionnelle et allégation liée à la santé Une allégation nutritionnelle est un message lié aux propriétés d un aliment ou de ce qu il contient ex : «riche en calcium» tandis qu une allégation liée à la santé met en avant un lien entre un nutriment qu il contient et la santé du consommateur ex : «les acides gras omega 3 réduisent les risques cardio-vasculaires» - pourquoi enrichir un aliment? Il s agit d éviter les carences nutritionnelles du consommateur ou d améliorer sa santé mais hélas, le plus souvent, c est une logique commerciale. - exemples de substances ajoutées : les vitamines, les sels minéraux et les acides gras 5
Bilan : Depuis 150 ans, la biologie a permis de valider le bien-fondé et de préciser le domaine d'application des méthodes de conservation des aliments dont beaucoup sont utilisées depuis l'antiquité cela a permis de renforcer la sécurité sanitaire des aliments mais demande une vigilance permanente car nous ne sommes pas à l'abri de toxi-infections accidentelles. Les techniques de conservation des aliments visent à empêcher les microorganismes de se multiplier de manière à préserver la comestibilité et les propriétés gustatives ou nutritives des aliments. La plupart des méthodes sont anciennes et ont été établies grâce à une démarche empirique (basées sur la science espérimentale). Aujourd'hui, la biologie permet de comprendre les fondements de ces méthodes : on peut : - inhiber le développement des microorganismes par le froid (réfrigération ou congélation) - tuer les microorganismes par la chaleur (appertisation, pasteurisation...) ou avec un antiseptique (fermentation...) - supprimer l'eau disponible (déshydratation, salage, sucrage...), etc... La combinaison de plusieurs techniques de conservation peut également être envisagée afin d'augmenter la durée de vie d'un aliment sans provoquer une modification significative de ses caractéristiques organoleptiques et nutritives. Avantages et inconvénients des techniques de conservation des aliments Les techniques de conservation des aliments peuvent modifier les propriétés organoleptiques et nutritionnelles des aliments. Si c'est parfois recherché (confitures, choucroute, yaourts, confits...), c'est souvent une altération de l'aliment (perte de vitamines, altération du goût...). Les additifs alimentaires (colorants, édulcorants, conservateurs, antioxydants, épaississant, émulsifiants) peuvent présenter des risques pour la santé (allergies, troubles respiratoires ou digestifs voire de cancers...). Les conseils de conservation permettent de préserver les propriétés nutritionnelles d'un aliment. Le respect de la chaîne du froid est indispensable pour les aliments réfrigérés ou surgelés mais aussi pour les viandes, les plats cuisinés etc. La date de péremption de l'aliment est soit indicative (DLUO : "À consommer de préférence avant..."), pour les denrées non périssables, soit impérative (DLC : "À consommer avant...") pour les produits réfrigérés par exemple. Les allégations nutritionnelles indiquent l'apport en énergie et en nutriments de l'aliment. Elles insistent parfois sur un aspect particulier : "riche en calcium", "pauvre en sodium", "riche en oméga 3" etc. D'autre part, certains aliments ont fait l'objet d'un enrichissement soit en vitamines (B et D surtout) soit en sels minéraux (calcium, fer, magnésium, phosphore), en acides gras ou en acides aminés. Or, une alimentation variée et équilibrée suffit à apporter ces substances en quantité suffisante. L'enrichissement alimentaire obéit davantage à une logique commerciale de l'industrie qu'à un réel souci d'équilibre. Les allégations de santé doivent être considérées avec prudence. Depuis 2010 l'union européenne vérifie les allégations de santé des produits alimentaires sur des bases scientifiques. " Les gens ont adopté les produits alimentaires qui présentaient des avantages pour la santé car ils ont naturellement tendance à rechercher la solution miracle plutôt que de limiter leur consommation de graisses saturées, de sucre ou de sel, ou de manger davantage de fruits et de légumes." (source : www.who.int) 6