Science des aliments 1 Stabilisation biologique et physico-chimique Biochimie - Microbiologie - Procédés - Produits
La maîtrise de la qualité des aliments et le développement de nouveaux produits en adéquation avec les multiples exigences du marché impliquent de la part des responsables techniques du secteur agroalimentaire une démarche de plus en plus rigoureuse. Celle-ci s'appuie notamment sur les acquis scientifiques en microbiologie et [...] [lire le résumé du livre]
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La maîtrise de la qualité des aliments et le développement de nouveaux produits en adéquation avec les multiples exigences du marché impliquent de la part des responsables techniques du secteur agroalimentaire une démarche de plus en plus rigoureuse.
Celle-ci s'appuie notamment sur les acquis scientifiques en microbiologie et physico-chimie des aliments, et sur les technologies mises en oeuvre dans leur élaboration et leur conservation.
Science des aliments -Biochimie - Microbiologie - Procédés - Produits expose l'ensemble des fondements biologiques et physico-chimiques nécessaires à la maîtrise de l'élaboration des aliments et de leur évolution suivant les conditions de conservation, ainsi que les bases thermodynamiques des procédés mis en oeuvre.
Le volume 1, « Stabilisation biologique et physico-chimique » décrit les phénomènes microbiologiques, biochimiques et physico-chimiques impliqués dans l'évolution de la qualité des aliments, ainsi que les procédés et moyens technologiques permettant d'en assurer la stabilité biologique et physico-chimique.
Le volume 2, « Technologie des produits alimentaires » présente les bases biologiques, physico-chimiques et technologiques de l'élaboration des principaux aliments d'origine animale et végétale, ainsi que les perspectives en matière de technologie d'assemblage qu'offre le développement des ingrédients alimentaires.
Cet ouvrage, par son approche synthétique et didactique, s'adresse aux techniciens supérieurs et aux ingénieurs de l'ensemble des secteurs agroalimentaires. Il apporte également une contribution utile à la formation des étudiants des filières agroalimentaires ou biotechnologiques (BTS, IUT, licences, masters et écoles d'ingénieurs). Auteurs :
Romain Jeantet, Thomas Croguennec et Gérard Brulé sont tous les trois enseignants chercheurs au sein du département agroalimentaire d'Agrocampus Rennes. Pierre Schuck est ingénieur au laboratoire de recherche en technologie laitière du centre INRA de Rennes. Ils ont également participé à la rédaction d'Initiation à la technologie fromagère, Les produits industriels laitiers et Génie des procédés appliqué à l'industrie laitière, parus aux éditions Tec & Doc.
Sommaire et contenu du livre "Science des aliments 1 Stabilisation biologique et physico-chimique - Biochimie - Microbiologie - Procédés - Produits"
Table des mati?s
Introduction
Des proc?s ancestraux de conservation ?a naissance de l'industrie agroalimentaire 1
D'une demande quantitative ?es exigences qualitatives 3
Des crit?s de qualit?e mieux en mieux cern?5
Satisfaire la demande qualitative, un d? pour l'industrie agroalimentaire 9
Premi? partie
L'eau et les constituants des aliments
Chapitre 1
L'eau
Introduction.............................................................. 13
1.
Structure et ?t de l'eau 13
2.
Propri?s de l'eau 16
2.1.
Activit?e l'eau (~) 18
2.1.1.
D?nition 18
2.1.2.
Mesure 20
2.1.3.
Isotherme de sorption 20
2.2.
Transition vitreuse 26
2.2.1.
Principe 26
2.2.2.
Mesure et calcul 29
2.3.
Diagramme de phase 31
Chapitre 2
Autres constituants des aliments
1.
Glucides 33
1.1.
Structure des glucides 34
1.2.
Glucides en solution 36
1.2.1.
Mutarotation 11'
1.2.2.
Solubilit?es sucres 37
1.2.3.
Cristallisation des sucres 38
2.
Prot?es 40
2.1.
Structure des prot?es 40
2.2.
Solubilit?es prot?es 42
3.
Lipides 44
3.1.
Composition de la fraction lipidique 45
3.1.1.
Lipides neutres 45
3.1.2.
Phospholipides 47
3.1.3.
Lipides« non saponifiables» 48
3.2.
Propri?s thermiques des lipides 49
3.2.1.
Propri? de fusion 49
3.2.2.
Comportement de cristallisation sa
4.
Vitamines 53
R?rences bibliographiques de la premi? partie 55
Deuxi? partie
Agents et m?nismes de modification des aliments
Chapitre 3
Alt?tions microbiennes
1.
Profil microbien des aliments 59
1.1.
Origine des micro-organismes 59
1.1.1.
Origine endog? 59
1.1.2.
Origine exog? 61
1.2.
?olution des micro-organismes 68
1.2.1.
Structure de J'aliment. 68
1.2.2.
Composition de l'aliment 68
1.2.3.
Activit?e J'eau 69
1.2.4.
pH 70
1.2.5.
Temp?ture 72
1.2.6.
Potentiel d'oxydor?ction 76
1.2.7.
Compos?antimicrobiens 78
1.2.8.
Ph?m?s d'interactions 78
2.
Modifications entra?nt l'alt?tion des aliments 79
2.1.
Modification de la texture et de la structure 80
2.1.1.
D?adation des prot?es 80
2.1.2.
Production de gaz 80
2.1.3.
Production de polysaccharides 80
2.2.
Modifications de la flaveur 81
3.
Modifications entra?nt un risque de pathog?cit?1
3.1.
Toxi-infections alimentaires collectives 81
3.2.
Principaux pathog?s et producteurs de toxine 85
3.2.1.
Micro-organismes producteurs de toxines 85
3.2.2.
Moisissures responsables de la production de mycotoxines 88
3.2.3.
Autres micro-organismes pathog?s 89
3.2.4.
Virus 92
3.2.5.
Prions 93
Chapitre 4
Oxydation des lipides
Introduction 95
1.
Substrats lipidiques 95
2.
M?nismes d'oxydation des lipides 96
2.1.
Auto-oxydation des lipides 97
2.1.1.
Initiation 97
2.1.2.
Propagation 99
2.1.3.
Terminaison 100
2.2.
Oxydation des lipides par oxyg? singulet 101
3.
Principaux compos?d?v?de l'oxydation des lipides 102
4.
Facteurs influen?t l'oxydation des lipides 104
4.1.
Teneur en oxyg? 104
4.2.
Catalyseurs de l'oxydation des lipides 106
4.2.1.
Radiations ?ctromagn?ques 106
4.2.2.
M?ux de transition 106
4.2.3.
Catalyseurs enzymatiques 108
4.3.
Inhibiteurs de l'oxydation des lipides 109
4.3.1.
Action antiradicalaire des antioxydants 109
4.3.2.
Action anticatalytique des antioxydants III
4.4.
Facteurs physico-chimiques........................................ .. III
4.4.1.
Activit?e l'eau III
4.4.2.
pH 112
4.4.3.
Temp?ture 113
5.
?aluation de la susceptibilit? l'oxydation et du niveau d'oxydation 113
5.1.
Mesure de la consommation des substrats d'oxydation 115
5.2.
Mesure des peroxydes form?115
5.3.
Mesure des produits de d?mposition des peroxydes 116
6.
Contr?et pr?ntion de l'oxydation des lipides 117
6.1.
Stabilisation par l'emploi de moyens physiques 118
6.2.
Formulation..................................................... .. 119
Chapitre 5
Brunis ement non enzymatique
Introduction 121
1.
Substrats ............................................................. 122
2.
M?nisme du brunissement non enzymatique 123
2.1.
Condensation 123
2.2.
R?rangement d'Amadori ou de Heyns 124
2.3.
D?mposition des c?samines 126
2.3.1.
Formation de compos?carbonyl?tr?r?tifs 126
2.3.2.
D?adation de Strecker. 128
2.3.3.
Fragmentation des c?samines 130
2.4.
R?tions de polym?sation 131
3.
Facteurs influen?t la r?tion de Maillard 131
3.1.
Substrats 132
3.1.1.
Nature des substrats 132
3.1.2.
Quantit?e substrats 132
3.2.
Conditions physico-chimiques 133
3.2.1.
Temp?ture et temps de chauffage 133
3.2.2.
pH 134
3.2.3.
Activit?e l'eau 134
3.3.
Pr?nce d'activateurs ou d'inhibiteurs 135
4.
Cons?ences du brunissement non enzymatique 135
4.1.
Cons?ences organoleptiques 135
4.2.
Cons?ences fonctionnelles 136
4.3.
Cons?ences nutritionnelles 136
5.
?aluation du brunissement non enzymatique 138
6.
Contr?et pr?ntion du brunissement non enzymatique 138
6.1.
?imination des substrats 139
6.2.
Facteurs physico-chimiques 139
6.3.
Formulation (inhibiteurs) 140
Chapitre 6
Brunissement enzymatique
Introduction 143
1.
Substrats et enzymes du brunissement 144
1.1.
Substrats ph?liques 144
1.2.
Enzymes du brunissement 148
2.
M?nisme du brunissement enzymatique 149
2.1.
Formation de quinones 149
2.2.
R?tions ?artir de quinones 149
3.
Facteurs influen?t le brunissement enzymatique 151
3.1.
Substrats 151
3.2.
Conditions physico-chimiques et pr?nce naturelle d'inhibiteurs 152
4.
Cons?ences du brunissement enzymatique 153
5.
?aluation du brunissement enzymatique 155
6.
Contr? pr?ntion du brunissement enzymatique 155
6.1.
D?turation ou inhibition des po1yph?loxydases 156
6.2.
Modification ou ?mination des substrats d'oxydation 157
6.3.
Action sur les produits de r?tion 159
Chapitre 7
Dynamique mol?laire dans les matrices alimentaires
Introduction 163
1.
Migration de l'eau et modification de la qualit?es aliments 163
1.1.
Migration d'eau 164
1.2.
Mise en ?ilibre avec l'atmosph? environnante 165
1.3.
Mise en ?ilibre au sein d'un aliment « h?rog?» 165
lA.
Mise en ?ilibre suite ?n changement d'?t et/ou de structure 166
2.
Contr?et pr?ntion 169
2.1.
Facteurs thermodynamiques 169
2.2.
Facteurs cin?ques 170
R?rences bibliographiques de la deuxi? partie 173
Troisi? partie
Traitements de stabilisation des aliments
Chapitre 8
Bases de la stabilisation biologique et physico-chimique des aliments
Introduction " 179
1.
Stabilisation biologique 180
1.1.
Destruction des agents biologiques 181
1.2.
Inhibition par baisse d'~ 182
1.3.
Inhibition chimique , 182
2.
Stabilisation physico-chimique 183
Chapitre 9
Les transferts, bases des op?tions unitaires
Introduction 185
1.
Transferts en mode conductif 186
1.1.
Transferts de chaleur: loi de Fourier 187
1.1.1.
?ablissement du r?me stationnaire dans une plaque infinie 187
1.1.2.
Transfert de chaleur dans une plaque infinie en r?me stationnaire 188
1.1.3.
Transfert de chaleur dans une plaque composite en r?me stationnaire .. 188
1.1.4.
Transfert de chaleur en r?me non stationnaire 190
1.2.
Transferts de mati?: loi de Fick 195
1.3.
Transferts de quantit?e mouvement 196
1.3.1.
Loi de Newton 196
1.3.2.
Application au calcul des ?ulements dans les conduites en r?me
laminaire: loi de Poiseuille 198
2.
Transferts en mode convectif 200
2.1.
Introduction ?a similitude g??ique et physique: J'exp?ence de Reynolds. 200
2.2.
Int?t de la similitude 200
2.3.
Similitude totale 202
204.
Similitude partielle 203
2.4.1.
Invariants de similitude dans le domaine de la dynamique 203
204.2.
Invariants de similitude dans le domaine ?rg?que 204
2.5.
Analyse dimensionnelle 205
2.5.
I. Th?? n 205
2.5.2.
D?acement d'une sph? dans un fluide sous l'action d'une force 205
2.5.3.
Perte de charge dans une conduite cylindrique 206
2.5.4.
D?rmination des coefficients de transfert de chaleur 209
Chapitre JO
Op?tions de stabilisation biologique
1.
R?ig?tion et cong?tion 211
1.1.
D?nitions et principes d'action 211
1.1.1.
D?nitions 211
1.1.2.
Influence de la temp?ture sur les r?tions biochimiques
et biologiques 212
1.1.3.
Immobilisation de l'eau 212
1.2.
Formation de la glace 213
1.2.1.
Nucl?ion et croissance des cristaux 213
1.2.2.
Temp?ture de cong?tion des aliments 214
1.3.
Mise en œuvre 217
1.3.1.
Bilan ?rg?que de cong?tion et cin?que de refroidissement. 217
1.3.2.
Cin?que de cong?tion et influence sur les produits 218
1.3.3.
Modifications des aliments pendant la cong?tion
et au cours du stockage 221
1.3.4.
D?ng?tion 223
2.
Concentration par ?poration 224
2.1.
?aporation simple effet 226
2.1.1.
Principe 226
2.1.2.
Production de vide 228
2.2.
R?ction de la consommation d'?rgie 228
2.2.1.
?aporation multiple effet 229
2.2.2.
Compression des bu?: thermocompression et recompression
m?nique 230
3.
D?ydratation 233
3.1.
S?age par ? llition 234
3.1.1.
Principe 234
3.1.2.
?ergie 234
3.1.3.
Mat?eL 235
3.2.
S?age par entra?ment 236
3.2.1.
Thermodynamique de l'air humide 236
3.2.2.
Construction du diagramme enthalpique de l'air humide 238
3.2.3.
Propri?s du diagramme enthalpique 240
3.2.4.
Cin?ques de s?age 241
3.2.5.
Mat?el. 243
3.3.
Lyophilisation 248
3.3.1.
Principe 248
3.3.2.
?apes 249
4.
Stabilisation par inhibition chimique 252
4.1.
Additifs conservateurs (antibact?ens, antifongiques) 252
4.1.1.
G?ralit?253
4.1.2.
Salage 254
4.1.3.
Sucrage 256
4.1.4.
Fumage 257
4.1.5.
Autres mol?les antiseptiques 259
4.2.
Fermentations 260
5.
S?ration: d?ntation et filtration 265
5.1.
D?ntation 265
5.1.1.
Loi de Stokes 265
5.1.2.
D?ntation centrifuge 267
5.2.
Filtration tangentielle 268
5.2.1.
Lois de transfert de solvant 269
5.2.2.
Influence des param?es de filtration 272
6.
Traitements thermiques 275
6.1.
Destruction des micro-organismes ?emp?ture constante 277
6.1.1.
Cin?que de destruction microbienne ?emp?ture constante 277
6.1.2.
Influence de la temp?ture 278
6.1.3.
Influence du milieu: ordre de grandeurs de Do et z 281
6.2.
Cin?que d'alt?tion des constituants ?emp?ture constante 282
6.3.
Traitements thermiques ?emp?ture variable 285
6.4.
Mise en œuvre des traitements thermiques 288
6.4.1.
Valeurs pasteurisatrices ou st?lisatrices objectifs 288
6.4.2.
Traitement en vrac 289
6.4.3.
Traitement apr?conditionnement 295
7.
Ionisation 299
7.1.
Principe 299
7.2.
Destruction des micro-organismes 300
7.3.
Domaines d'application 301
7.4.
D?ction des aliments ionis?302
8.
Traitements coupl?303
Chapitre Il
Op?tions de stabilisation physico-chimique
1.
Aliments complexes: g?ralit?sur les syst?s dispers?305
1.1.
D?nitions 305
1.1.1.
?u1sions 305
1.1.2.
Mousses et ?lsions foisonn? 305
1.2.
Stabilit?es ?lsions 306
1.2.1.
S?mentation ou cr?ge 306
1.2.2.
Floculation ou agr?tion 308
1.2.3.
Coalescence 310
1.3.
Stabilit?es mousses 311
1.3.1.
M?sement d'Ostwald 312
1.3.2.
Drainage 312
1.3.3.
D?rption de ['agent moussant 312
2.
Production des ?lsions 313
2.1.
M?nismes de fractionnementlcoalescence 313
2.1.1.
Aspects thermodynamiques et ?rg?ques 313
2.1.2.
Cassage des gouttelettes 314
2.1.3.
R?des tensioactifs 314
2.2.
Mise en œuvre 316
2.2.1.
Proc?s d'?lsification 316
2.2.2.
Influence de l'augmentation de temp?ture 318
2.2.3.
Effets du traitement dynamique hautes pressions 319
3.
Stabilisation des syst?s dispers? 320
3.1.
Macromol?les de nature glucidique ou prot?ue 320
3.1.1.
Origine, propri?s et applications 320
3.1.2.
Propri?s ?ississantes et g?fiantes des macromol?les 321
3.1.3.
Propri?s interfaciales des macromol?les 328
3.2.
?ulsifiants de faibles poids mol?laires 331
3.2.1.
Origine et structure chimique 331
3.2.2.
Caract?stiques et fonctions des ?lsifiants 332
R?rences bibliographiques de la troisi? partie 338
Quatri? partie
a?ise et ?luation de la qualit?
Chapitre 12
a?ise de la qualit?es aliments
1.
R?ementation 343
1.1.
R?ementation nationa le 343
1.2.
R?ementation de l'Union europ?ne 343
1.2.1.
Directive 93/43/CEE du 14 juin 1993 « Hygi? des denr?
alimentaires » 343
1.2.2.
R?ement CE 17812002 344
2.
Outils 344
2.1.
Guide des bonnes pratiques 344
2.2.
M?ode HACCP 344
2.2.1.
Constitution de l'?ipe 346
2.2.2.
Description du produit 346
2.2.3.
Utilisation attendue 346
2.2.4.
Description du proc? de fabrication 346
2.2.5.
V?fication du proc? de fabrication 347
2.2.6.
Analyse des dangers 347
2.2.7.
Identification des points critiques pour la ma?ise (CCP) 347
2.2.8.
?ablissement pour chaque CCP des valeurs cibles et des tol?nces 348
2.2.9.
Syst? de surveillance et actions correctives 348
2.2.10.
V?fication 348
2.2.11.
Documentation de la d?rche HACCP 348
2.3.
Syst? d'Assurance qualit?349
Chapitre 13
?aluation des caract?stiques physico-chimiques et de la qualit?es aliments
1.
?aluation microbiologique 352
1.1.
Choix des micro-organismes ?echercher 352
1.1.1.
Micro-organismes indicateurs 353
1.1.2.
Micro-organismes pathog?s 356
1.2.
M?odes 356
1.2.1.
D?mbrement apr?culture: m?ode classique 356
1.2.2.
D?mbrement: m?odes alternatives 358
1.2.3.
D?ction: m?odes classiques et rapides 359
1.3.
Limites de l'?luation microbiologique 364
2.
Analyse physico-chimique et biochimique 364
2.1.
Analyse de la texture par les m?odes rh?ogiques 364
2.1.1.
D?nitions 364
2.1.2.
Comportements rh?ogiques 365
2.1.3.
M?odes de mesure 368
2.2.
Analyse de la couleur 370
2.3.
Analyse de la composition des aliments 373
R?rences bibliographiques de la quatri? partie 377
Index " 379
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