Pasteurisation à froid

Les techniques de pasteurisation « à froid » explorent des traitements physiques qui se retrouvent dans des applications industrielles avec l’usage des rayonnements ionisants et des hautes pressions. Ces énergies ont des propriétés stérilisantes lorsqu’elles sont exploitées à des puissances ou à des doses élevées. Elles peuvent détruire les insectes, les parasites, les microorganismes et même les spores bactériennes.

Cependant elles peuvent avoir des effets délétères sur la qualité organoleptique et nutritionnelle des aliments et même générer des molécules réactives toxiques, suspectées d’être à l’origine de cancers, de maladies cardiovasculaires ou d’autres pathologies. Ces technologies ont donc fait l’objet d’études afin de déterminer les doses ou les puissances à ne pas franchir. Aussi sont-elles très encadrées par la législation européenne et française et elles ne sont autorisées que sur des fourchettes d’énergie basses ou modérées. Dans ces limites imposées, elles perdent leur pouvoir stérilisant, mais conservent leur pouvoir pasteurisant et assainissant.

Également appelé « irradiation » ou « ionisation », le procédé de traitement par rayonnements ionisants consiste à soumettre les aliments à des rayonnements de haute énergie comme :
- des rayons gamma (photons) émis par les radionucléides cobalt 60 ou césium 137 délivrant respectivement une énergie de 1,33 MeV et 0,5 MeV (mégaélectronvolts) ;
- des rayons X (photons) produits par des appareils délivrant une énergie inférieure ou égale à 5 MeV ;
- des rayons bêta (électrons accélérés) produits par des appareils délivrant une énergie inférieure ou égale à 10 MeV.

Ces rayonnements agissent sur les biomolécules constitutives des cellules (ADN, protéines, lipides) et provoquent la mort de microorganismes (levures, moisissures, bactéries, virus), parasites (vers, protozoaires) et insectes (adultes, larves, œufs). L’ionisation représente ainsi une alternative à la pasteurisation thermique, aux agents bactéricides chimiques (conservateurs antimicrobiens) ou à la fumigation chimique (fumées insecticides et fongicides appliquées sur les produits secs en vrac). Elle permet de limiter le risque de toxi-infections alimentaires et d’augmenter la durée de conservation (de plusieurs jours pour les denrées réfrigérées à plusieurs semaines pour les denrées congelées). Toutefois, les doses maximales autorisées en France et en Europe, de 10 kGy (kilogray), ne permettent pas de stériliser totalement un aliment, car, par exemple, la destruction des spores bactériennes a lieu au-delà de 20 kGy.

Sur le plan nutritionnel et organoleptique, les nutriments énergétiques semblent plutôt bien préservés aux doses autorisées. Mais certains nutriments et micronutriments (amidon, acides gras et vitamines A, B1, C et E) subissent une altération chimique à partir d’une certaine dose de radioactivité (au-delà de 6 kGy). Ce phénomène est particulièrement présent dans les aliments gras (poissons gras, viandes rouges, charcuteries, produits laitiers) et se traduit par l’apparition d’une saveur rance et de résidus chimiques problématiques. Pour cette raison, la législation française a exclu les aliments gras de la liste des aliments pouvant être ionisés. Seul les herbes aromatiques (séchées ou surgelées), épices et condiments végétaux (oignons, ails, échalotes), légumes et fruits, les viandes de volaille, cuisses de grenouilles, crevettes… peuvent être ionisés avec une dose maximale autorisée selon l’aliment (elle est comprise entre 1 et 10 kGy).

Les rayonnements ionisants ont l’avantage d’agir sur des produits conditionnés même à travers plusieurs couches d’emballage pour les rayons gamma. C’est pourquoi le choix de la technologie (gamma, X, bêta) tient surtout à des critères productifs ou logistiques : coûts d’installation et de fonctionnement, matériaux et épaisseur des emballages, densité et poids des aliments, volume à traiter (barquettes à l’unité, lots en carton, palettes entières). 

En France, un peu moins de dix établissements sont autorisés à exploiter ce procédé. Les installations d’ionisation industrielle (irradiateurs ou accélérateurs d’électrons) doivent impérativement être déclarées aux autorités sanitaires. Il s’agit surtout de prestataires qui effectuent cette opération pour une grande diversité de clients (industries chimiques, pharmaceutiques, cosmétiques, alimentaires).

La législation européenne et française oblige les producteurs qui irradient leurs produits d’informer le consommateur en indiquant sur les emballages la mention « traité par ionisation » ou « traité par rayonnement ionisant ». Ces mentions ne sont toutefois pas obligatoires en dehors du territoire européen et les produits d’importation ne respectent pas tous cette obligation d’étiquetage. L’ionisation est interdite dans les productions labellisées AB (agriculture biologique).

L’irradiation gamma demeure très controversée en France pour plusieurs raisons. Elle a une très mauvaise image auprès des consommateurs, c’est notamment pourquoi la législation autorise le terme « ionisé » plutôt qu’« irradié ». Aussi, les entreprises qui l’utilisent ne cherchent pas du tout à communiquer sur cette technologie, bien au contraire elles cultivent une forme de secret sur son utilisation. Certains scientifiques pointent un risque sanitaire mal évalué et soupçonnent les résidus chimiques générés par l’irradiation de favoriser certains cancers. Ils déplorent aussi que le consommateur ne soit pas informé de la présence d’aliments irradiés dans les mélanges de denrées, comme les plats préparés, et que le surdosage de rayonnements ne soit pas détectable, les fraudes passent inaperçues.

La pascalisation consiste à soumettre les aliments à de très hautes pressions, de l’ordre de 4 000 à 6 000 bars (la pression atmosphérique étant proche de 1 bar). Ce « process à hautes pressions » ou « pasteurisation à hautes pressions » détruit les cellules microbiennes (levures, moisissures, bactéries), mais aussi les parasites ou les insectes (œufs, larves). La pascalisation a un pouvoir pasteurisant et un caractère assainissant. Cependant, à une pression de 6 000 bars, maximum autorisé en Europe et pendant une durée de 3 à 5 minutes, les spores bactériennes demeurent intactes, elles ne sont détruites qu’au-delà de 10 000 bars. Au-delà de 1 000 bars, les protéines sont également dénaturées (déstructurées) et les enzymes inactivées. Les réactions enzymatiques impliquées dans la biodégradation des aliments sont donc également stoppées.

Sur le plan nutritionnel et organoleptique, les nutriments énergétiques sont préservés, ainsi que les micronutriments (vitamines, acides gras, minéraux) et les molécules aromatiques (arômes, saveurs). On note parfois un changement de couleur et de texture sur certains aliments contenant encore des protéines crues ou des graisses. C’est le cas des viandes et poissons tels que le saumon fumé ou mariné. À ces hautes pressions, les graisses passent à l’état solide et les protéines coagulent (elles perdent leur solubilité). On ne note toutefois aucune modification chimique.

Ce traitement n’est applicable que pour des produits préalablement conditionnés sous vide dans des emballages souples, fins et hermétiques. La pression exercée sur l’emballage doit pouvoir en effet se transmettre sans résistance aux aliments. Actuellement, la pascalisation est utilisée sur des préparations à bases de fruit ou de légumes transformés (jus, confitures, compotes, légumes cuits…), les viandes et poissons stabilisés (jambons blancs, charcuteries, poissons fumés, marinés, plats préparés…) ainsi que les coquillages et crustacés. Le procédé peut aussi faciliter certaines opérations comme le confisage des fruits et le décorticage des coquillages et crustacés. Cependant, il est moins intéressant pour la pasteurisation des aliments crus et frais, car les tissus vivants peuvent être altérés, ou des aliments secs en grains, car ils peuvent être broyés. 

Contrairement au Japon, au Canada ou aux États-Unis, la pascalisation reste encore marginale en France car la législation européenne a longtemps bridé son développement, celui-ci a démarré véritablement après 2010 suite à un assouplissement de la loi « Novel Food ». Cependant, ce mode de conservation pourrait se répandre en France car sa consommation énergétique est plus faible que la pasteurisation thermique (80 % de moins), son débit de production plus important, ses coûts d’installation diminuent, du fait d’une concurrence croissante, et son fonctionnement est écologique, sans chimie.

L’état supercritique correspond à un état de la matière intermédiaire entre l’état liquide et l’état gazeux. Celui-ci peut être atteint lorsque l’on soumet un fluide (liquide ou gaz) à une pression et à une température qui dépassent les valeurs critiques (propres à chaque fluide). Le dioxyde de carbone (CO2) est le plus utilisé en raison de la facilité d’obtention de l’état supercritique (température critique de 31 °C, pression critique de 74 bars) et de ses multiples atouts techniques, économiques et écologiques. Il offre aussi de nouvelles possibilités en stérilisation/pasteurisation ou assainissement des denrées alimentaires notamment dans les process à hautes pressions (HPP - High Pressure Processing). Le CO2 supercritique semble en effet fragiliser les parois cellulaires des microorganismes. Il permet ainsi de baisser la pression exercée sur les aliments et de travailler à basses températures pour préserver au maximum les arômes et micronutriments fragiles. Les résultats sont convaincants sur les insectes (effet assainissant) et les bactéries (effet pasteurisant). Des recherches prometteuses permettent d’envisager une action sur les spores (effet stérilisant).

Les plasmas correspondent à des gaz hautement réactifs, globalement neutres sur le plan électrique, mais composés de diverses molécules (ou particules) chargées et réactives : radicaux libres, électrons libres et ions instables susceptibles d’émettre des photons (rayonnements ultraviolets) lorsqu’ils reviennent à un état stable. L’état plasmatique peut être généré en envoyant un gaz pur ou un mélange de gaz dans un champ électrique entre deux électrodes. Le plasma produit à partir d’un gaz non toxique, comme l’air, le dioxygène, le dioxyde de carbone, etc. peut être dirigé sur des aliments en vue de les pasteuriser. Les ions et radicaux libres (couplés avec l’effet stérilisant des UV) vont en effet réagir avec les biomolécules constitutives des bactéries d’altération ou pathogènes (ADN, protéines, lipides) et provoquer leur destruction. En fonction des microorganismes à cibler et des produits alimentaires à traiter, l’industriel peut choisir le gaz le plus adapté et les conditions de traitement (température, pression, densité de gaz). Rapide et économique, cette méthode de pasteurisation à froid préserve les micronutriments et les arômes (bien davantage que l’ionisation classique par rayons gamma). Le plasma froid est déjà exploité pour stériliser l’air et les surfaces dans le domaine de la santé et de l’agroalimentaire, il pourrait être utilisé pour améliorer la conservation des aliments, notamment en association avec le process à hautes pressions (HPP).

Le traitement ultrasonique (sonication) est une technologie alternative de pasteurisation à froid. Les ultrasons produisent des forces de cisaillement très intenses (cavitation) qui peuvent en effet détruire les microorganismes impliqués dans la biodégradation des aliments et les toxi-infections alimentaires (les spores restent toutefois résistantes). La sonication est applicable sur les aliments pâteux/crémeux en semi-conserve, le lait et les produits laitiers, les ovoproduits, les jus et les soupes, les purées et compotes et bien d’autres aliments liquides ou semi-liquides. Le traitement peut être combiné à une élévation de température et de pression pour une plus grande efficacité (procédé de thermo-mano-sonication). Les traitements par ultrasons ont l’avantage de préserver les micronutriments et la qualité organoleptique des denrées alimentaires (davantage encore que la pasteurisation flash). Le procédé se développe grâce à des machines (sonicateurs) de haute productivité.

Cette technologie est appliquée à la pasteurisation des produits alimentaires liquides pouvant être pompés tels que les jus de fruits, les sauces, le lait, les œufs liquides, etc. Elle est appliquée également à l’extraction de composés naturels (en vinification par exemple) ou au séchage des denrées alimentaires. Le principe consiste à appliquer à un produit circulant entre deux électrodes de courtes impulsions électriques (de quelques µs à quelques ms) à très hautes tensions (de 15 à 20 kV ou de 0,3 à 80 kV/cm). Le procédé détruit les micro-organismes en perforant leur paroi cellulaire (électroporation). L’efficacité du traitement dépend de l’intensité du champ électrique, du nombre d’impulsions reçues, de la durée des impulsions, de la température ambiante… Les spores, les enzymes et les micronutriments ne sont en revanche pas altérés. Le traitement est efficace à froid et peut être amélioré par thermisation (vers 60°C). De nouvelles applications se développent pour les fruits et légumes frais découpés et les pommes de terre frites.
 

La stérilisation par lumière pulsée consiste à bombarder les aliments avec des flashs intenses de lumière blanche (21 % d’ultraviolets, 30 % de lumière visible et 49 % d’infrarouges) pendant des temps très courts (quelques centaines de µs). L’effet antimicrobien du traitement est lié à l’énergie appliquée (joules/cm2) et au nombre de flashs appliqués. Le procédé est économique, rapide et particulièrement efficace pour pasteuriser des boissons transparentes (jus de pomme, bières, sodas) ou pour assainir des surfaces. Il ne s’applique toutefois pas aux aliments opaques ou épais, trop riches en matières grasses ou en protéines, car les rayons ont un faible pouvoir pénétrant dans ces milieux.

La croyance que l’air et l’eau fourmillent d’organismes de petite taille existe dès l’Antiquité. Les Romains pensent que des agents infectieux microscopiques sont à l’origine des maladies.  Au Moyen Âge, Avicenne, philosophe et médecin persan, suppose que le corps est contaminé par des microorganismes présents avant même que la maladie ne se déclenche. Au XIV^e siècle, quand la peste noire fait des ravages, des savants arabes considèrent que la maladie vient d’entités inconnues ayant pénétré l’être humain. À la Renaissance, Fracastor, médecin et poète italien, évoque l’action d’organismes invisibles analogues à des semences. Sans instruments d’optique personne n’est capable de vérifier ces hypothèses.

« des formes en bâtonnets, en filaments droits ou courbés, en tire-bouchon »

C’est le naturaliste Antoni von Leeuwenhoeck, en 1675, grâce aux premiers microscopes qu’il vient de fabriquer, qui le premier reconnaît l’existence d’organismes infimes. Pour déterminer leur taille, il les compare à un grain de poussière d’un quart de millimètre, en examinant les deux objets avec la même lentille. Malgré l’imperfection du procédé, il décrit sommairement plusieurs espèces de bactéries ; il en signale la présence dans l’eau, dans l’intestin des mouches, des grenouilles, du poulet, dans les matières intestinales humaines. Il décrit des formes en bâtonnets, en filaments droits ou courbés, en tire-bouchon. Il prend ces organismes pour des animaux et cette opinion prévaut jusqu’au XIX^e siècle.
Après Leeuwenhoeck, l’étude des organismes microscopiques cesse faute d’appareil sophistiqué. La découverte du microscope composé fait accomplir un grand pas. Grâce à lui, en 1774, Otto Friedrich Müller, naturaliste danois, réussit à mettre un ordre relatif dans ce fouillis d’êtres microscopiques. Il décrit quarante-cinq espèces d’organismes réparties en deux genres Monas et Vibrio, dont les dénominations subsistent encore. À l’aide d’instruments plus perfectionnés, le naturaliste et zoologiste allemand, Christian Gottfried Ehrenberg poursuit et réalise une classification innovante en quatre genres : Bacterium, Vibrio, Spirillum et Spirochaete. En 1859, le médecin français, Casimir Davaine ajoute un genre nouveau, Bacteridium, après avoir établi que les bactéries étaient des végétaux voisins des algues.

« la découverte de ces organismes vivants est regardée comme un phénomène fortuit »

Cependant, la découverte de ces organismes vivants est regardée comme un phénomène fortuit. On observe en même temps des altérations très appréciables des milieux en question, mais on est loin de supposer qu’il y a entre les deux un rapport étroit de cause à effet. Si Leeuwenhoeck a constaté l’augmentation considérable des êtres microscopiques dans les selles en cas de diarrhée, les savants considèrent ces vibrions comme des éléments accidentels. Davaine signale toutefois comme un fait curieux, mais sans y attacher grande importance, la présence d’une bactérie dans le sang des animaux morts de la curieuse maladie appelée « sang de rate ». 
En 1860, commence une ère nouvelle. Louis Pasteur établit avec certitude les rapports de causalité qui unissent les altérations de certains liquides, certaines fermentations, au développement et à la vie d’êtres vivants appelés bactéries. Dans son travail sur la fermentation lactique, il pose les bases de l’étude physiologique de ces organismes. Il réussit à élucider en détail deux terribles maladies des vers à soie qui font la ruine des éleveurs : la pébrine, causée par des microorganismes de la classe des sporozoaires, et la flacherie, d’origine bactérienne. Ce sont les premières études complètes d’une affection contagieuse dont on tire des conclusions sur la contagion, la réceptivité, le milieu, l’hérédité et qui jouent un rôle majeur dans le développement des maladies infectieuses.

« ces organismes […] sont apportés par l’air atmosphérique, et ne [se] montrent qu’après la mort »

Grâce à ces expériences, Pasteur démontre également que le sang et les liquides d’un métabolisme animal en bonne santé ne contiennent pas de bactéries et que ces organismes y sont apportés par l’air atmosphérique, et ne s’y montrent qu’après la mort ou dans certaines maladies. À partir de 1870, les recherches sur les bactéries et leur rôle dans les maladies se multiplient. En 1872, les travaux des médecins français Léon Coze et Victor Feltz montrent que les changements du sang, dans les maladies infectieuses humaines, sont dus à des bactéries. Ils fournissent une étude d’une de ces affections les plus terribles, la septicémie. Quatre ans plus tard, en Allemagne, c’est Robert Koch qui découvre le Bacillus anthracis, responsable de la maladie du charbon. Il isole la bactérie sur un animal mort, puis, après culture, la réintroduit dans un animal en bonne santé, qui contracte alors la maladie. En 1882, il met en évidence le Mycobacterium tuberculosis ou « bacille de Koch » responsable de la maladie la plus grave de l’époque, la tuberculose. Durant cette même période, il établit les règles qui permettent de démontrer rigoureusement si une bactérie est à l’origine ou non d’une infection. Ses travaux sur la tuberculose lui valent le prix Nobel de médecine en 1905.  À la fin du XIX^e siècle, la réalité des infections bactériennes est établie. Il n’existe pas pour autant de véritable traitement pour combattre les maladies causées par des bactéries. Tout au plus quelques prémices que le siècle suivant fera aboutir.