Conservation des aliments par hautes pressions

Introduction

Le traitement par hautes pressions (HPP : High Pressure Processing), encore appelé « Pascalisation », est un procédé qui consiste à appliquer une pression sur un liquide dans lequel le produit d’intérêt est immergé. Cette pression peut atteindre 6000 fois la pression atmosphérique.

Le traitement par hautes pressions des aliments est également appelé « pasteurisation à froid ». Il permet de prolonger la durée de conservation des aliments tout en conservant leurs propriétés nutritionnelles et organoleptiques essentielles.

Les nombreux avantages de ce procédé ont été vantés et mentionnés : une dégradation de la flore bactérienne, aucune modification des vitamines, une faible modification de la couleur et du goût. Ce traitement constitue donc une alternative au procédé de pasteurisation thermique.

La pression : définition

Lorsqu'une force s'exerce sur une surface, l'effet engendré s'exprime par le quotient de l'intensité de cette force par unité de surface. Ce quotient s'appelle la pression.

Pression (en Pascal)  = Force (en Newton) / Surface (en m2)

Dans le Système International d'unités (S.I), la pression s'exprime en pascal (Pa) : 1 Pa = 1 N.m-2. Il existe d'autres unités de pression, les plus courantes étant l'atmosphère (atm), le bar et le « millimètre de mercure ».

Au niveau de la mer, la pression moyenne est égale à 760 mm de mercure, ou 1013 millibars (mbar): cela représente la pression atmosphérique. Cette pression décroît avec l'altitude.

L’histoire des hautes pressions

Quoique les premières études prouvant l’efficacité des traitements des aliments par hautes pressions remontent à la fin du XIXème siècle (les travaux de Regnard en 1884, Roger en 1885 et Hite en 1899), les premiers produits alimentaires pascalisés n’ont pu voir le jour qu’en 1990 au Japon. Il s’agissait de certains produits relativement acides comme les boissons et les confitures. Les japonais ont ensuite diversifié les produits pressurisés (jus de fruits, viandes, poissons, gâteaux de riz, jambon de bœuf, saké, etc.) ainsi que la gamme des machines de traitement.

Par la suite le procédé a dépassé les frontières japonaises et d'autres pays se sont lancés dans cette nouvelle technologie. En 2001, la Commission Européenne a autorisé la mise sur le marché de préparations pasteurisées à base de fruits produites au moyen d’un traitement de pasteurisation à haute pression (Décision 2001/424/CE). On a alors vu l’apparition de nouveaux produits : En France, du jus d'orange fraîchement pressé de la société Ulti-Fruit de Pernod Ricard et en Espagne, du jambon cuit tranché pressurisé vendu par la société Espuña.

En Amérique, on a aussi vu l’apparition de certains produits pressurisés comme le guacamole commercialisé par Avomex et les huîtres crues de Motivatit.

La conservation par les hautes pressions est représentée maintenant sur presque tous les continents mais l’avance des japonais reste indéniable. Elle n’est plus considérée comme « une mode » mais comme un procédé qui a réellement sa place dans l’industrie agro-alimentaire.

Les hautes pressions et la conservation des aliments

L’effet des hautes pressions sur la conservation des aliments est dû essentiellement à la modification de la structure des constituants cellulaires, notamment les protéines et les membranes cellulaires.

La structure tertiaire des protéines est modifiée pour des pressions au delà de 200 MPa. Au dessus de cette valeur, c’est essentiellement la structure quaternaire des protéines qui est affectée. La conséquence directe de la dénaturation des protéines est la perte de leurs activités biologiques.

Les hautes pressions induisent également des modifications des membranes cellulaires, qui sont l’une des principales causes de mortalité bactérienne, de la morphologie des cellules conduisant à des élongations des cellules, des pertes de mouvements pour les micro-organismes voués à se déplacer et des éclatements de certaines vacuoles intracellulaires.

La pression joue aussi un rôle sur la disponibilité de l’énergie au sein des cellules car elle affecte les réactions biochimiques chargées de produire de l’énergie. Elle peut aussi affecter certaines réactions moléculaires comme l’expression génétique et la synthèse protéique entre 30 et 50 MPa.

Effet des hautes pressions sur les microorganismes

Différentes études ont démontré que les hautes pressions sont capables de détruire la plupart des micro-organismes. Mais cela dépend de l’amplitude de la pression, de son temps d’application, de son mode d’application (continu ou fragmenté), du pH du milieu, du type de micro-organismes et enfin de la température du traitement (positive ou négative).

Le traitement par hautes pressions permet alors de pasteuriser différents produits à basse température, et d'augmenter ainsi leur durée de vie (shelf-life), tout en leur conservant des caractéristiques les rendant proches des produits frais. L’optimisation de ce procédé peut aussi se faire par des traitements combinés (pression-température, pression-pH, etc.).

La cinétique de destruction des microorganismes par les hautes pressions peut généralement être exprimée par la formule suivante :

Log (N) = Log (N0) – (t/D10)

 N0 : Nombre initiale de microorganismes.
N : Nombre de microorganismes survivants après pressurisation.
t : temps de traitement
D10 : Temps nécessaire, pour une pression donnée, pour réduire de 90% le nombre des microorganismes présents.

La figure 3 donne un exemple de la cinétique de destruction de Listeria monocytogenes sous différentes pressions.

cinétique de destruction de Listeria par hautes pressions

En général, les micro-organismes résistants à la température sont aussi résistants à la pression : Les levures et les moisissures sont moins résistantes que les bactéries ; les formes sporulantes sont plus résistantes que les formes végétatives et les bactéries Gram+ sont plus résistantes que les Gram-. En plus, la présence de sucres et de protéines sur la surface externe des cellules augmente la résistance des micro-organismes face aux hautes pressions.

Les levures et les moisissures sont inactivées par des pressions entre 200 et 300 MPa. La majeure partie des spores de levures ou de moisissures est facilement inactivée par une pression à 400 MPa.

La plupart des bactéries sous forme végétative sont inactivées par des pressions entre 400 et 600 MPa. Par contre les spores bactériennes peuvent résister à des pressions supérieures à 1000 MPa. Néanmoins, un traitement entre 50 et 300 MPa peut induire la germination des spores. Ainsi, le processus pour minimiser la survie des spores consiste en une première pression modérée pour la germination et en une seconde beaucoup plus importante pour les inactiver.

Effet des hautes pression sur les enzymes

L’effet des hautes pressions sur les enzymes peut être positif ou négatif. Il est positif lorsque les hautes pressions permettent de désactiver les enzymes ; et il est négatif lorsque les hautes pressions font activer les enzymes au lieu de les désactiver.

L’effet négatif (activation des enzymes) est observé lorsqu’on applique des hautes pressions aux alentours de 100 MPa. En effet, cette gamme de hautes pressions est incapable de dénaturer les protéines constituantes des enzymes. Par contre elle peut mettre les enzymes et leurs substrats en contact en modifiant les membranes qui les séparent.

L’effet positif (désactivation des enzymes) est observé lorsqu’on applique des hautes pressions au-delà de 100 MPa. En effet, cette gamme de pression modifie la structure tertiaire et/ou quaternaire des protéines constituantes des enzymes, ce qui les rend inactifs.

Les techniques de pascalisation

La technique de pressurisation (ou de pascalisation) consiste à appliquer une pression sur un liquide qui contient les produits devant subir le traitement. La compressibilité du liquide transmettant la pression est faible. Souvent, le liquide utilisé est l’eau. Il en découle ainsi l'appellation « hautes pressions hydrostatiques ».

Le produit est enfermé dans son emballage de vente (souvent un sachet imperméable et flexible), dans lequel le vide a été fait puis submergé sous l'eau. La pression appliquée est isostatique (elle est identique dans toutes les directions de l'espace) en tous points de l'enceinte et donc du produit. Ainsi comprimé, le produit peut reprendre sa forme initiale quand la pression est libérée. La gamme des hautes pressions appliquées varie de quelques dizaines de MPa (méga pascals) à 1 GPa (giga pascal).

Enceinte hautes ressions

Ce procédé présente des avantages suivants :

  1. le traitement par hautes pressions se fait à des températures inférieures à 100°C et même en général à température ambiante,
  2. ce traitement requiert beaucoup moins d'énergie que la majorité des autres systèmes de conservation,
  3. il n’y a aucun gradient de pression dans le produit car la transmission de cette pression se fait instantanément par opposition à un traitement thermique.

L’équipement est composé d'une enceinte résistante à la pression, d'un circuit « hautes pressions », d'une pompe externe de compression du fluide, d'une unité de commande et d'un dispositif de chauffage ou de refroidissement.
Deux types de compressions sont à ce jour disponibles : la compression « directe » et « indirecte ».

La compression directe

Dans le système de compression « directe » (Figure 5), la pression est générée directement à l’intérieur de l’enceinte par la compression d’un piston sur son milieu en contact. Le fluide, ainsi vecteur de la pression, arrive sous basse pression dans l’enceinte ; ensuite le piston permet de générer les pressions. L’avantage de cette méthode, est d’atteindre rapidement des pressions élevées, mais néanmoins elle reste limitée à des enceintes de faible diamètre du fait de problèmes d'étanchéité.

Compression directe

La compression indirecte

La deuxième possibilité est la compression « indirecte ». Dans ce cas, une pompe « hautes pressions » envoie un fluide de pressurisation dans une enceinte close (Figure 6). Cette méthode est la plus répandue dans les industries.

Compression indirecte

Application du procédé dans l’industrie agro-alimentaire

L’utilisation des hautes pressions est une alternative aux traitements thermiques classiques pour détruire les micro-organismes. Ce procédé permet de prolonger la stabilité à l’entreposage des produits tout en conservant les propriétés nutritionnelles et sensorielles des aliments.

Aspects réglementaire

La législation européenne, sur les produits traités par hautes pressions dans l’industrie agro-alimentaire est basée sur le règlement CE 258/97, entré en vigueur le 15 Mai 1997. Il introduit, avant toute commercialisation, une autorisation de mise sur le marché (AMM) dans l’Union Européenne pour de nouveaux aliments ou de nouveaux ingrédients. Les produits soumis à un traitement par hautes pressions sont considérés comme tels. Cette démarche demeure obligatoire pour l’ensemble des états membres.

Aux États-Unis, la réglementation est beaucoup plus favorable au développement de « nouveaux produits ». Les deux services responsables de l’autorisation de commercialisation du produit sont : la FDA (Food and Drug Administration) et le FSIS (Food Safety and Inspection Service). La FDA autorise la commercialisation mais décline toute responsabilité ; l’industriel est seul responsable. La FSIS demande simplement que le traitement par hautes pressions soit capable de détruire Listeria monocytogenes dans les plats cuisinés ou dans les produits prêts à consommer, à base de viande ou de volaille.

Les risques potentiels du procédé hautes pressions

Il n’y a à ce jour aucune étude qui montre une toxicité des produits alimentaires traités par hautes pressions. Il est connu que les hautes pressions affectent la structure des protéines, l’activité de certaines enzymes et certaines liaisons moléculaires. Il serait nécessaire de compiler toutes les données sur les effets des hautes pressions afin de clarifier leurs rôles envers la toxicité, l’allergénicité, la perte de digestibilité et la modification des qualités nutritionnelles.

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