Td Pasteurisation 6b4qf

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

1- Objectifs & définitions de la pasteurisation 1.1- Objectifs : La pasteurisation est une technique utilisée très fréquemment en agroalimentaire. L’objectif est d’allonger de façon significative la durée de conservation des aliments. La pasteurisation réduit au maximum les activités biologiques d’un produit tout en évitant de modifier ses caractéristiques organoleptiques et nutritionnelles. Les activités biologiques détruites ou inactivées par la pasteurisation sont :



les flores non pathogènes d’altération des aliments ;



les flores pathogènes et toxinogènes (Salmanella, Brute/la, Listeria, etc) ;



les enzymes endogènes comme la lipoxygénase du soja (oxygénase qui catalyse l’oxygénation des acides gras polyinsaturés) ou la plasmine présente dans le lait (protéase dont le spectre d’action est assez large) ;



les enzymes intracellulaires nuisibles.

La pasteurisation, comme tout traitement thermique, doit permettre : 

de préserver l’aspect nutritionnel du produit tel que la non-destruction des vitamines ;



de ne pas modifier ses qualités organoleptiques telles que l’absence de brunissement, de décoloration, de goûts de cuit, de rupture de l’émulsion, de coagulation des protéines, etc.

La pasteurisation présente néanmoins un inconvénient majeur : elle est incapable de détruire les flores thermorésistantes et notamment les formes sporulées. La pasteurisation doit être associée à d’autre traitement de stabilisation microbiologique tel que : 

la réfrigération (+3°C)



l’acidité (un pH inférieur à 4,5 inhibe la germination des spores et le développement des microorganismes pathogènes)



une faible activité de l’eau (aw ou activity water) obtenue par le sucrage et/ou évapo-concentration, déshydratation, salage…



une modification de l’atmosphère du conditionnement (élimination de l’oxygène et addition de CO2)

1.2. Définition La pasteurisation est un traitement thermique à des températures comprises entre 60 et 100°C ayant pour but de détruire la totalité des micro-organismes pathogènes non sporulés et de réduire significativement la flore végétative présente dans un produit.

C’est un procédé de conservation qui doit être associé à d’autres moyens de stabilisations complémentaires (réfrigération, baisse d’aw, sous vide, atmosphère protectrice…) Les produits pasteurisés associés à la réfrigération ont une durée de vie assez courte et bénéficie d’une DLC (date limite de consommation).

2- Cinétique de destruction des microorganismes 2.1- Influence de la durée du traitement thermique 211- La courbe de survie On détermine à différents temps le nombre de micro-organismes survivants suite à l’exposition à une température létale constante. La figure suivante montre l’allure de la courbe : N=f(t)

On obtient une courbe décroissance exponentielle : c’est la courbe de survie. On voit que les microorganismes sont détruit progressivement. légendes : N0= concentration initiale en microorganisme N= concentration en microorganisme survivant t= durée du traitement thermique Afin de déterminer l’équation de la courbe, on trace la courbe précédente en coordonnée semi logarithmique, c’est à dire : Log(N) =f(t). On obtient la courbe suivante :

Les courbes N=f(t) et log N = f(t) sont appelées courbes de survie ou cinétiques de destruction microbienne. La courbe log N = f(t) est linéaire, autrement dit, les micro-organismes exposés à une température létale constante, suivent une loi de destruction d’ordre 1 en fonction du temps. Plus le nombre initial de micro—organismes (N0) est important, plus le temps de pasteurisation doit être long. De même, plus les micro-organismes sont thermorésistants,

plus

la

durée

de

pasteurisation

doit

être grande. 212- Durée de réduction décimale D T Définition de la durée de réduction décimale DT : On appelle DT la durée de réduction décimale DT, la durée de chauffage à la température T qui permet de diviser par 10 la population de microorganisme.

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

DT nous renseigne sur la thermorésistance des microorganismes :

Ici c’est B.Stéarothermophilus qui est la bactérie la plus thermorésistante ! L’équation de la courbe de survie peut donc finalement s’écrire

213- Taux de réduction décimale Le taux de réduction décimale n (ou nombre de réductions décimales) appelé aussi efficacité pasteurisatrice E à la température T est :

La durée du traitement thermique à la température T qui permet de détruire une proportion de microorganisme égale à n est : t = n x DT à la température T

2.2. Facteurs de variation de la thermorésistance

D qui est un paramètre caractérisant la thermorésistance des microorganismes dépend de plusieurs paramètres : 

de l’espèce du micro—organisme considéré,



de son état physiologique,



de la température



et du milieu dans lequel il est présent. DT caractérise

Ainsi,

la

thermorésistance

d’un

micro-organisme

dans

des

conditions physico-chimiques bien définies. Les micro—organismes sont plus facilement détruits lorsqu’ils se trouvent en phase exponentielle de croissance. Il existe deux types de flores : — les micro-organismes détruits par un traitement à 63°C pendant 30 min (ou par un traitement équivalent) = flore thermosensible ; — les micro-organismes résistants à un traitement à 63°C pendant 30 min (ou par un traitement équivalent) = flore thermorésistante. La thermorésistance des micro—organismes varie en fonction des caractéristiques physico-chimiques de l’aliment telles que le pH, l’activité de l’eau et la teneur en lipides : 

plus le pH de l’aliment est éloigné de la neutralité, plus les micro-organismes sont sensibles à la chaleur ; c’est pourquoi les aliments sont classés selon leur pH en trois classes.



plus

l’Aw

de

l’aliment

est

faible,

plus

les

micro-organismes

sont

thcrmorésistants et donc plus le traitement par la chaleur est inefficace ; 

plus l’aliment est gras, plus les micro-organismes seront résistants à la chaleur car les lipides sont de médiocres conducteurs de la chaleur.

2.3. Influence de la température 2.3.1. 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) 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

nomment barème

de de

chauffage

pendant

une

traitement

durée

donnée

se

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 2.3.2. 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) 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. 2.3.3. Exemples de valeurs de D et z Le tableau donne quelques exemples de valeurs de D et de z pour des formes végétatives de bactéries dans divers aliments. Le temps d’exposition à la chaleur est un paramètre aussi important que la température.

2.3.4. Notion de barème On définit un barème de traitement comme le couple température de palier de chauffage/ temps de chauffage (T ; t) appliqué à un produit. Le tableau suivant présente quelques exemples de barèmes utilisés en industrie alimentaire.

Exercices d’application Exercice 1 : À partir des données fournies, compléter les deux tableaux ci-dcssous. 1.

Soit

un

échantillon

contaminé

par

105 micro-organismes.

Déterminer le temps de chauffage et la population de survivants après divers traitements à 72°C. Donnée : D72°C = 20 s.

2. Déterminer la durée de réduction décimale (DT) pour chaque température T, sachant que D60°C= 600 secondes et que Z=5°C.

235- Température de référence et micro-organisme de référence En pasteurisation, la température de référence Tref est : 

Tref=70°C notamment lorsque le produit est contaminé par des bactéries.



Tref=60°C ou 65°C pour les produit acide colonisé parles levures ou moisissures

Le facteur z dépend aussi des microorganismes qui colonisent le produit : 

z=10°C en général (bactéries)



z= 5 à 7°C en général pour les produits acides colonisés par des levuresmoisissures

Germe de référence : C’est le microorganisme pathogène le plus thermorésistant qui colonise le produit à pasteuriser ; son choix dépend donc du produit. Exemple : 

Pour la pasteurisation des produits carnés et plats cuisiné, on choisit souvent : Entérococcus faecalis



pour les produits laitiers : Mycobactérium tuberculosis (bacille tuberculeux) ; on peut aussi choisir E. coli.

2.4. Valeur Pasteurisatrice (VP) 241- Définition On appelle valeur pasteurisatrice notée VP ou FTref z la durée de chauffage (en minute) à la température de référence Tref correspondant au même taux de réduction décimale (n) que le barème réellement appliqué au produit . 242- Calcul de la VP à priori : par rapport à un cahier des charges VP = F = n * DTref

légende : VP = F= valeur pasteurisatrice en minute n= nombre de réduction décimale à atteindre= log (N0/N) DTref= Durée de réduction décimale en min. à la température de référence. Tref= température de référence La VP à atteindre dépendra donc du taux de réduction décimale à atteindre (n) et de la thermorésistance du germe de référence colonisant le produit (DT) En général le taux de réduction décimale à atteindre ne dée rarement n=5, car les produit à pasteuriser sont de bonnes qualité sanitaire initiale (N0). D’autre part la charge finale (N) à fixer dépendra de la durée de vie (DLC) à atteindre. Exemple : Pour la pasteurisation d’un produit, on choisit un micro-organisme de référence : c’est à dire particulièrement résistant (par exemple Enterococcus faecalis) et un taux de réduction décimale à atteindre (n = 6). À température de référence (70 °C), sachant que le temps de réduction décimale d’Enteroccus faecalis est D70 = 2,95 min, alors la valeur pasteurisatrice est :

VP70°C = F70°C= n*D70=6 x 2,95 = 17,7 min La valeur pasteurisatrice est définie comme le temps de traitement à une température de référence (en général 70°C) appliquée au cœur du produit, avec un micro-organisme de référence en fonction du produit et un nombre de réduction décimale minimum de 5. La valeur pasteurisatrice est donc une fonction thermobiologique exprimée en minutes quantifiant à une température de référence l’effet létal de la pasteurisation sur un micro-organisme de référence. La température au cœur du produit est mesurée à l’aide d’une sonde introduite à l’intérieur du produit traité. Celle-ci est couplée à un enregistreur des couples temps/température qui fonctionne en continu. Le traitement informatique de ces données permet d’obtenir directement la valeur pasteurisatrice.

243- Calcul de la VP à postériori : à partir de l’enregistrement de températures On peut connaitre la valeur pasteurisatrice (VP) 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 : F=VP= t1 * 10 (T1-Tref)/z) Exemple : Un lait destiné à préparer du yaourt est pasteurisé à 95°C pendant 3 minutes. Calculer Pour

la

valeur

calculer

pasteurisatrice

cette

VP

atteinte

on

donne :

par

ce Tref=

traitement 70°C ;

thermique. z=

10°C.

VP= 3*10(95-70/10) = 948min. (Rque : dans le cas du yaourt, la VP est très élevé car le barème de pasteurisation a en plus des objectifs sanitaires, des objectifs de précipitations des protéines sériques pour optimiser la gélification pendant l’étuvage) Exercice 2 Un lait est pasteurisé pendant 2 s à 85 °C. 1. Le nombre d’unités de pasteurisation (ou VP) étant calculé sur la base d’une température de référence de 70 °C (z = 5 °C), déterminer la valeur pasteurisatrice atteinte en min. 2. Le temps de réduction décimale d’Enterococcus faecalis est D 70 = 2,95 min. Déterminer le taux de réduction décimale atteint au cours de la pasteurisation du lait 2 s à 85 °C. 3. Sachant que la pasteurisation est en fait réalisée à une température réelle de 84,5 °C au lieu des 85°C affichés par une sonde de température défectueuse, calculer le nouveau taux de réduction décimale. En déduire le facteur d’augmentation du nombre de microorganismes survivants suite à cet écart de température.

Exercice 3 Le

lait

subit

un

traitement

thermique

à

son

arrivée.

Deux traitements thermiques sont envisageables : 

traitement 1 : couple temps-température 12 min / 72 °C ;



traitement 2 : couple temps-température 2 s /90 °C.

Données : 9M : 70 °C / z = 7 °C / Temps de réduction décimale du germe de référence D70 : 0,75 min. 1. Déterminer pour les deux traitements la valeur pasteurisatrice (en min). 2. Déterminer la flore résiduelle après les deux traitements thermiques. Donnée : la charge microbienne du lait de départ est de 5 .106 UFC par L. Exercice 4 Les ovo-produits utilisés dans la préparation des quiches sont achetés sous forme d’œuf entier liquide pasteurisé. 1. L’œuf entier liquide est pasteurisé à 70 °C pendant 90 s : quelle est la valeur pasteurisatrice atteinte (Tref = 60 °C avec z = 10 °C) ? 2. Dans l’œuf liquide pasteurisé, le germe de référence utilisé a une durée de réduction décimale, à 70 °C, de 0,12 min avec z = 10 °C. Déterminer le taux de réduction décimale atteint lors de la pasteurisation. 3. À la suite d’un dysfonctionnement du pasteurisateur, plusieurs cuves d’œufs entiers ont été pasteurisées à 69 °C (au lieu de 70 °C). Quel est le nouveau taux de réduction décimale ? Commenter. Calcul de la VP pour des températures variables (produits appertisés) : Dans le cas des produits acides appertisés comme les conserves de compote, de tomates et tout autres conserves de produits acides, le produit subit à cœur une succession de températures létales. Au cours du traitement thermique, la température varie entre le début et la fin du traitement à cause de l’inertie thermique des produits et des appareils : en début de

traitement, celle-ci augmente au cours du préchauffage du produit puis diminue pendant le refroidissement. Il est donc rare qu’un traitement thermique s’effectue à température constante.

Ainsi, l’aliment e au cours du préchauffage et du chauffage par une série de températures croissantes entraînant au-delà de 50°C la destruction d’une partie de la population microbienne. Au cours du refroidissement, tant que la température n’est pas en dessous de 50 °C, la population microbienne présente dans l’aliment continue à diminuer. Comme T varie avec le temps, il faut procéder à une intégration. La valeur pasteurisatrice globale du traitement (VP) est calculée à partir de l’équation :

Afin de déterminer la VP on pourra utiliser la méthode des VP partielles suivante : Il est ainsi possible de calculer les valeurs pasteurisatrices partielles ( VPP) de

chaque intervalle de temps le plus petit possible afin de considérer que la température y est constante. La valeur pasteurisatrice partielle est le temps de maintien à une température de référence Tref permettant d’obtenir le même taux de destruction d’une population microbienne donnée qu’une unité de temps à la température T effectivement appliquée. Ainsi, pour chaque température au-dessus de 50°C, on décompose le traitement thermique global à température variable en une succession de traitements thermiques courts et supposés à température constante pendant ces courts instants. En additionnant chaque valeur pasteurisatrice partielle VPP, on détermine la valeur pasteurisatrice globale VP.

est appelé le faccteur de Bigelow ou taux de létalité (L). Ainsi, pour At = 1 min, la valeur pasteurisatrice partielle est appelée taux de létalité (L).

Le taux de létalité (L) correspond à la durée de chauffage à la température de référence Trefqui conduit au même taux de destruction décimale qu’une minute de traitement à la température T.

Méthode de détermination graphique de la VP La valeur pasteurisatrice correspond à l’aire sous la courbe L = f(t). Ainsi, la valeur pasteurisatrice représente le temps théorique de chauffage d’un produit à une température constante de référence équivalent à la durée des différentes

phases

(augmentation

de

température, plateau, diminution de température) nécessaire pour obtenir le taux de réduction décimale à atteindre.

3- Prise en compte de la dégradation thermique du produit La

pasteurisation

provoque

en

parallèle

la

dégradation

des

constituants

thermosensibles du produit comme les protéines globulaires dont les enzymes, les glucides et les vitamines. L’ industriel peut rechercher : 

soit l’absence de dégradation d’un constituant important, comme une vitamine, pour préserver les critères nutritionnels du produit ;



soit l’’inactivation de molécules comme certaines enzymes qui peuvent altérer le produit et le rendre impropre à la consommation (ex. : la pectine méthylestérase ou la polyphénoloxydase du jus d’orange).

La cinétique de dégradation des constituants est généralement d’ordre 1 comme la cinétique de destruction microbienne. En ce qui concerne le lait, le tableau ci-dessous présente quelques exemples de valeurs de DT et de z pour des constituants thermosensibles.

La figure suivante montre la destruction des micro-organismes et la dénaturation de constituants thermosensibles du lait.

Dégradation des molécules thermosensibles du lait et destruction des microorganismes

Dégradation des molécules thermosensibles : -* inactivation de la peroxydase et de la phosphatase alcaline ; -* dénaturation de 5 % des protéines du lactosérum.

-* Destruction des différentes Formes végétatives de microorganismes pathogènes du lait : zone délimitée par une ligne supérieure (microorganismes les plus thermorésistants) et une ligne inférieure (micro-organismes les plus thermosensibles). Application : Le diagramme temps-température de pasteurisation présenté dans la figure ci dessus permet d’analyser les effets de la pasteurisation sur la destruction des microorganismes pathogènes et sur la destruction d’enzymes (phosphatase alcaline et peroxydase) ou de protéines sériques du lait. Énoncer les effets sur la destruction de ces constituants de :

4-



la basse pasteurisation : 63 °C / 20 min ;



la pasteurisation haute 72 °C / 1S s ;



la flash pasteurisation 85 °C / 2 s. Détermination

d’un

barème

de

pasteurisation

En conclusion, l’ensemble de ces données de cinétiques de destruction des micro— organismes

et

de

dégradation

des

constituants

du

produit

permettent de déterminer le barème de pasteurisation. Après avoir choisi le microorganisme de référence et retenu la température de référence, il est possible de déterminer expérimentalement le temps de réduction décimale DT et le facteur d’inactivation thermique z pour le micro-organisme considéré. Le taux de réduction décimal étant fixé, la valeur pasteurisatrice peut être déterminée. Après analyse des constituants dégradés dans le produit et réalisation des tests organoleptiques du produit porté à différentes températures, il est possible de déterminer la température à cœur maximale que peut er le produit tout en conservant ses qualités nutritionnelles. A partir de la valeur pasteurisatrice et de cette température maximale, on calcule alors le temps du barème de pasteurisation.

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