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Utilisation de la "technologie des obstacles" pour des aliments plus sûrs et plus frais
Traiter moins de produits tout en assurant une conservation fiable à long terme : la « technologie des obstacles » offre des avantages conséquents. Mais lequel des plus de cinquante obstacles est le plus adapté à votre projet ?
La surtransformation des produits (dans les produits carnés, par exemple) peut entraîner des pertes de goût, de texture, et donc de profit. La technologie des obstacles (également connue sous le nom de technologie des barrières ou "Hurdle technology" en anglais) est un outil précieux dans la lutte contre la surtransformation. Elle combine différents facteurs ou techniques de conservation pour atteindre une technique de conservation douce, mais fiable.
Une action combinée pour la sécurité alimentaire
La technologie des obstacles combine délibérément des techniques de conservation existantes et nouvelles pour établir une série de facteurs de conservation que les micro-organismes ne peuvent pas contourner. Ces obstacles peuvent être la température, l’activité de l’eau, l’acidité, le potentiel d’oxydoréduction, les conservateurs, les organismes concurrents, les vitamines, les nutriments, etc.
Fonctionnement des obstacles
Pour se développer et se multiplier, les micro-organismes doivent maintenir l’homéostasie, à savoir un environnement interne stable et équilibré. Les obstacles tentent de perturber un ou plusieurs mécanismes homéostasiques, entraînant l’inactivité, voire la mort des microbes. Les meilleurs obstacles se combinent pour perturber simultanément plusieurs mécanismes homéostasiques. Cette approche multi-cibles est plus efficace qu’un ciblage unique et permet de franchir des obstacles de moindre intensité.
La figure suivante montre comment les obstacles se combinent pour limiter la croissance microbienne.
La figure 1 présente plusieurs exemples de processus combinés. Chacune des illustrations indique, au moyen de lignes pointillées et de flèches, si ces processus sont efficaces ou non pour stopper la croissance microbienne. Dans l’exemple 3, la température seule ne permettait pas un contrôle efficace, mais l’activité de l’eau et la température se sont combinées pour empêcher la croissance des micro-organismes. Dans l’exemple 4, les obstacles n’étaient pas suffisants pour empêcher la croissance microbienne. Dans ce cas précis, il aurait été nécessaire de faire appel à la réfrigération afin d’accroître l’effet de l’obstacle « température ».
Coopération ou concurrence
L’effet des obstacles les uns sur les autres doit également être pris en compte. Parfois, l’intervention d’un deuxième agent ne fait que renforcer l’efficacité du premier. Parfois, les agents agissent en synergie, ce qui rend leur effet combiné encore plus important. Néanmoins, un agent peut également avoir un effet antagoniste ou négatif sur l’efficacité de l’autre, en annulant partiellement ou totalement l’efficacité de l’un ou des deux agents. Ces effets doivent être soigneusement étudiés avant que ces agents ne soient combinés.
L’activité de l’eau (aw) est l’un des obstacles les plus utiles, à la fois seul ou en combinaison avec un autre obstacle.
Il existe des niveaux d’activité de l’eau spécifiques en deçà desquels certains microbes ne peuvent pas se développer et un niveau d’activité de l’eau en deçà duquel aucun microbe ne prolifère. Ces limites de croissance microbienne s’appliquent à tous les types d’aliments, et s’étendent ainsi à tous les produits poreux.
Activité de l’eau et pH : des obstacles en synergie
L’activité de l’eau et le pH agissent en synergie, ce qui vous permet de contrôler la croissance microbienne à un degré impossible à atteindre avec un seul de ces facteurs. Cet effet synergique fait partie de la définition des aliments potentiellement dangereux établie par la FDA.
Le tableau A peut permettre de déterminer si un aliment traité thermiquement et conditionné est un aliment potentiellement dangereux (APD), non potentiellement dangereux, ou encore nécessite une évaluation du produit. Les aliments doivent être cuits conformément aux prescriptions du Codex Alimentarius afin d’éliminer les agents pathogènes végétaux. Les agents pathogènes sporulés sont les seuls risques biologiques encore préoccupants. Les aliments sont conditionnés de manière à éviter toute recontamination. Par conséquent, un pH et une activité de l’eau plus élevés peuvent être tolérés en toute sécurité.
| Valeurs aw | pH : 4,6 ou moins | pH :>4,6-5,6 | pH :>5,6 |
|---|---|---|---|
| 0,92 ou moins | Aliments non TSC* | Aliments non TSC | Aliments non TSC |
| 0,92-0,95 | Aliments non TSC | Aliments non TSC | PA** |
| >0,95 | Aliments non TSC | PA | PA |
Tableau A. Interaction du pH et de l’activité de l’eau pour le contrôle des spores dans les aliments traités thermiquement pour détruire les cellules végétatives et conditionnés par la suite (*TCS signifie « contrôle de la durée/température à des fins de sécurité », **PA signifie « évaluation du produit requise »)
Le tableau B peut être utilisé pour déterminer si un aliment non traité thermiquement ou traité thermiquement mais non conditionné est potentiellement dangereux, non potentiellement dangereux ou nécessite une évaluation du produit. Les aliments non traités thermiquement peuvent contenir des cellules végétatives et des spores pathogènes. Les aliments soumis à un traitement thermique mais non encore conditionnés peuvent être de nouveau contaminés. Les valeurs de pH prises en compte dans le tableau B doivent inclure 4,2, car le Staphylococcus aureus (staphylocoque doré) peut se développer à ce niveau.
| Valeurs aw | pH :<4,2 | pH :4,2-4,6 | pH :>4,6-5,0 | pH :>5,0 |
|---|---|---|---|---|
| <0,88 | *Aliments non TSC | Aliments non TSC | Aliments non TSC | Aliments non TSC |
| 0,88-0,90 | Aliments non TSC | Aliments non TSC | Aliments non TSC | PA** |
| >0,92 | Aliments non TSC | PA | PA | PA |
Tableau B. Interaction du pH et de l’activité de l’eau pour le contrôle des cellules végétatives et des spores dans les denrées alimentaires non traitées thermiquement ou traitées thermiquement mais non conditionnées (*TCS signifie « contrôle de durée/température à des fins de sécurité », **PA signifie « évaluation du produit requise »)
pH limites de croissance microbienne
Tout comme l’activité de l’eau, le pH limite la croissance de micro-organismes spécifiques de manière bien définie. Tous les organismes préfèrent un pH neutre, mais la plupart d’entre eux peuvent se développer dans des environnements plus acides, la croissance microbienne s’arrêtant le plus souvent à un pH de 5. Bien que 4,6 soit considéré comme la limite de toute croissance microbienne, il existe quelques micro-organismes qui peuvent tolérer un pH aussi bas que 4,2.
| Micro-organisme | Minimum | Optimum | Maximum |
|---|---|---|---|
| Clostridium perfringens | 5,5-5,8 | 7,2 | 8,9 |
| Vibrio vulnificus | 5 | 7,8 | 10,2 |
| Bacillus cereus | 4,9 | 6-7 | 8,8 |
| Campylobacter spp. | 4,9 | 6,5-7,5 | 9 |
| Shigella spp. | 4,9 | 9,3 | |
| Vibrio parahaemolyticus | 4,8 | 7,8-8,6 | 11 |
| Toxine Clostridium | botulinum | 4,6 | 8,5 |
| Croissance de Clostridium botulinum | 4,6 | 8,5 | |
| Croissance de Staphylococcus aureus | 4 | 6-7 | 10 |
| Toxine de Staphylococcus aureus | 4,5 | 7-8 | 9,6 |
| Escherichia coli entérohémorragique | 4,4 | 6-7 | 9 |
| Listeria monocytogenes | 4,39 | 7 | 9,4 |
| Salmonella spp | 4,21 | 7-7,5 | 9,5 |
| Yersinia enterocolitica | 4,2 | 7,2 | 9,6 |
Tableau C. Limites de croissance microbienne en fonction du pH pour certains types de bactéries
Le pH d’un produit est souvent régulé par l’ajout direct d’un acide, tel que du vinaigre, de l’acide lactique, de l’acide citrique ou du jus de fruit. Il est également possible de le réduire par l’ajout d’ingrédients naturellement acides, comme les tomates, ou par la fermentation, qui utilise l’acide lactique produit par une bactérie spécifique pour abaisser le pH et empêcher la croissance d’autres micro-organismes.
Le tableau suivant montre comment l’activité de l’eau et le pH de plusieurs aliments courants interagissent pour contrôler la croissance microbienne. Les confitures de fraises présentent une activité de l’eau très élevée, mais l’acide citrique abaisse suffisamment le pH pour empêcher la croissance microbienne. La moutarde a également un pH très bas et une forte activité de l’eau. Ces deux produits sont conservés en fonction du pH et non de l’activité de l’eau. Pour le sirop d’érable en revanche, c’est sa faible activité de l’eau qui permet de le conserver. Le sucre contenu dans le sirop est un humectant qui maintient l’activité de l’eau à un faible niveau.
| Type | Activité de l’eau | pH |
|---|---|---|
| Confitures de fraises | 0,9874 | 3,7 |
| Moutarde jaune | 0,9745 | 3,6 |
| Sauce piquante | 0,9642 | 3,6 |
| Vinaigrette à l’italienne | 0,9628 | 3,8 |
| Sauce Ranch | 0,9561 | 3,9 |
| Sauce asiatique aux graines de sésame grillées | 0,9488 | 4,1 |
| Ketchup | 0,9440 | 3,6 |
| Mayonnaise | 0,9393 | 4,1 |
| Vinaigrette française | 0,9344 | 3,4 |
| Sauce barbecue | 0,9333 | 3,8 |
La mayonnaise présente une activité de l’eau très élevée, mais le vinaigre maintient son pH à 4,1. Ce faible pH ne favorise pas la croissance microbienne. Toutefois, en raison de sa teneur élevée en huile, la mayonnaise est sensible à l’oxydation des lipides. La mayonnaise est réfrigérée, non pas pour empêcher la croissance microbienne, mais pour éviter le rancissement. Il est intéressant de noter qu’il n’y a pas de relation directe entre l’activité de l’eau et le pH. Si l’on ajoute de l’acide à un produit pour en abaisser le pH, l’impact sur l’activité de l’eau est minime.
Les saucissons secs sont stables à température ambiante pendant de longues périodes. Il est important qu’une série d’obstacles entre en jeu à différents stades du processus de maturation. Les premiers obstacles utilisés sont le sel et le nitrate, qui inhibent de nombreuses bactéries présentes. D’autres bactéries se multiplient à ce stade, consomment de l’oxygène et provoquent une baisse du potentiel d’oxydoréduction, ce qui inhibe les organismes aérobies et favorise la sélection des bactéries lactiques. Ces bactéries prolifèrent, provoquent l’acidification du produit et accroissent les effets de l’obstacle que constitue le pH. Au cours du long processus de maturation du salami, les obstacles initiaux s’affaiblissent. Le nitrite est épuisé. Le nombre de bactéries lactiques diminue. Le potentiel d’oxydoréduction et le pH augmentent. Toutefois, lorsque le saucisson sèche, l’activité de l’eau devient l’obstacle principal qui permettra sa conservation. Le processus de maturation doit être géré avec soin lors de la production de saucissons secs.
Une liste d’obstacles de plus en plus longue
Une cinquantaine d’obstacles différents ont été identifiés dans le domaine de la conservation des aliments. Outre les obstacles les plus importants et les plus couramment utilisés, tels que la température, le pH et l’activité de l’eau, il existe de nombreuses autres options potentiellement intéressantes : l’ultra-haute pression, la mano-thermo-sonication, l’inactivation photodynamique, le conditionnement sous atmosphère modifiée, les enrobages comestibles, l’éthanol, les produits de la réaction de Maillard et les bactériocines.
Activité de l’eau et pH : une interaction salutaire pour la sécurité des produits
Dans ce webinaire, le Dr Brady Carter explique la théorie et la mesure de l’activité de l’eau et du pH. Il décrit également comment combiner ces outils avec efficacité pour atteindre le plus haut niveau de sécurité des produits.