Pasteurisation
La pasteurisation est un procédé de conservation contrôlé et non stérilisant, principalement conçu pour réduire la charge microbienne et l'activité enzymatique des aliments, ce qui minimise le risque de maladies d'origine alimentaire et prolonge la durée de conservation des produits alimentaires. La pasteurisation peut être effectuée à l'aide de techniques de pasteurisation non thermiques, telles que le traitement à haute pression (HPP) et le champ électrique pulsé (PEF). Ces techniques ont été développées plus récemment pour répondre à la demande croissante d'aliments plus frais et peu transformés [1].
Les méthodes traditionnelles de pasteurisation impliquent toutefois l'application d'une chaleur douce à l'aliment pendant un certain temps. La chaleur appliquée doit être suffisante pour inactiver les micro-organismes pathogènes et les agents de détérioration, tout en conservant la plupart des propriétés organoleptiques, nutritionnelles et fonctionnelles des produits. Classic Les méthodes de pasteurisation thermique comprennent [2] :
- Batch (Vat) ou Low-Temperature, Long-Time (LTLT) : Chauffage à 65°C pendant 30 minutes.
- Haute température, courte durée (HTST) : Chauffage à 72°C pendant 15 secondes.
- Ultra pasteurisation : Chauffage à 89-100°C pendant 1 seconde.
- Pasteurisation ultra-haute : Chauffage à 138°C pendant 2 secondes.
Le traitement thermique peut avoir des effets néfastes sur le produit alimentaire, par exemple : altération de la couleur due à l'évaporation de l'eau ou à la réaction de Maillard1, perte partielle de la valeur nutritionnelle ou dénaturation des protéines. Ce dernier point est extrêmement important si le produit pasteurisé est utilisé comme ingrédient fonctionnel dans un produit alimentaire. La dénaturation des protéines peut affecter la solubilité, la capacité d'émulsification et les propriétés de gélification. Le choix de la technique de pasteurisation doit donc concilier la sécurité microbienne et la qualité sensorielle, nutritionnelle et fonctionnelle souhaitée du produit alimentaire.
Kinetics Neo est un outil logiciel spécialisé dans l'analyse cinétique des processus chimiques dépendant de la température. Ces processus peuvent impliquer des changements de masse, d'enthalpie, de décomposition et de CristallisationCrystallization is the physical process of hardening during the formation and growth of crystals. During this process, heat of crystallization is released.cristallisation, entre autres phénomènes. Le logiciel prend en charge les analyses cinétiques sans modèle et basées sur un modèle.
Dans l'approche basée sur un modèle, Kinetics Neo permet une caractérisation détaillée des étapes de réaction individuelles, fournissant des paramètres cinétiques critiques tels que l'énergie d'activation, l'ordre de réaction et la contribution quantitative de chaque étape au processus global. Cette analyse complète facilite la prédiction précise du comportement de la réaction sous des profils de température non mesurés ou inaccessibles expérimentalement. Elle inclut la prédiction du degré de dénaturation des protéines, appelé ici conversion, en raison d'un certain temps d'exposition à différentes températures, comme nous le verrons ci-après.
1Laréaction de Maillard est une réaction de brunissement non enzymatique dans laquelle des groupes aminés libres réagissent avec des composés réducteurs tels que les sucres. La réaction de Maillard est responsable du brunissement et du développement de la saveur dans divers processus de cuisson.
Prévision de la dénaturation des protéines
L'effet de la pasteurisation sur l'extraction des protéines de levure a été étudié à l'aide d'un DSC 300 Caliris® et du logiciel NETZSCH Kinetics Neo .
La protéine de levure a été dispersée dans de l'eau distillée à une concentration finale de 15% (w/v)2. Une masse d'échantillon de 25 mg de dispersion, correspondant à 3,75 mg de protéine, a été analysée dans des creusets en aluminium à basse pression3 sous atmosphère d'azote gazeux à une vitesse de chauffage de 5 K/min entre 0°C et 140°C. La dénaturation des protéines de levure se produit entre 44°C et 78°C, comme le montre la première courbe de chauffage (verte) de la figure 1. L'effet EndothermiqueA sample transition or a reaction is endothermic if heat is needed for the conversion.endothermique est large et présente deux maxima, ce qui indique que l'échantillon contient un mélange de protéines, comme prévu pour une extraction de protéines. La deuxième courbe de chauffage (noire) montre l'absence d'effets thermiques, ce qui indique que la dénaturation est irréversible.
La dépendance de la dénaturation par rapport à la vitesse de chauffage permet d'évaluer le processus à l'aide du logiciel NETZSCH Kinetics Neo . À cette fin, des courbes DSC ont été acquises à différentes vitesses de chauffage, 5 K/min, 20 K/min et 50 K/min. Plusieurs modèles cinétiques différents ont été essayés afin de trouver la meilleure adéquation. Les deux meilleurs résultats ont été l'analyse de Friedman et le modèle cinétique à trois étapes, avec des coefficients de corrélation de 0,9988 et 0,9989, respectivement ; voir figure 2.
2 poidspar volume
3Le creuset à basse pression est constitué d'aluminium et résiste à une légère surpression qui pourrait se produire pendant la mesure.
Les résultats DSC obtenus ont été utilisés pour prédire la dénaturation des protéines sous quatre schémas de température de pasteurisation différents décrits dans la littérature [2]. Selon la prédiction, l'analyse de Friedman, non montrée, et le modèle cinétique en trois étapes, présenté dans la figure 2 ci-dessous, trois des quatre méthodes de pasteurisation testées ne seront pas applicables à ce produit ; voir figure 3.
La méthode Batch (Vat) conduirait à une conversion de 90 % après 3 minutes de chauffage, ce qui ne représente que 10 % de la durée totale recommandée. La méthode UHT serait également trop sévère ; après 1 s à 138°C, la teneur totale en protéines natives ne serait que de 10 %. La méthode HTST dénaturerait encore 27 % de la teneur totale en protéines.
Seule l'ultra-pasteurisation permettrait d'obtenir des taux de conversion acceptables : 7 % de conversion après 1 s à 95°C.
Validation des résultats
Afin de valider le modèle cinétique calculé par Kinetics Neo pour la prédiction du comportement de dénaturation dans des conditions isothermes, un échantillon de protéine de levure de 25 mg, 3,75 mg de protéine, a été chauffé à 65°C et maintenu IsothermeTests at controlled and constant temperature are called isothermal.isotherme pendant 20 minutes. La figure 4 compare l'effet endothermique déterminé par la mesure à ceux déterminés par la prédiction (Kinetics Neo). La comparaison montre la bonne concordance entre les deux courbes et donc la fiabilité du calcul.
Conclusion
Sur la base de ces résultats, une fenêtre de traitement a été trouvée pour la pasteurisation des produits protéiques destinés à l'industrie alimentaire. Kinetics Neo offre la possibilité de développer un modèle mathématique qui représente avec précision le comportement expérimental des échantillons pendant le traitement thermique. Cette approche simplifie le processus d'identification du profil de température le plus prometteur, éliminant ainsi la nécessité de recourir à des méthodes d'essai et d'erreur qui prennent beaucoup de temps.