Qualité et innocuité des aliments de nos assiettes : conservation des aliments et santé


PLAN DU COURS

 

I-Des micro-organismes omniprésents dans nos assiettes

II- Les aliments : un milieu de vie pour les micro-organismes

III- Les conditions de croissance des micro-organismes

IV- Les conditions de préparation et de conservation des aliments


 

La vidéo suivante montre l'évolution de la dégradation d'hamburgers de chez McDonalds (et d'autre marques) au cours du temps.

On remarque que ces hamburgers ne se dégradent quasiment pas, simplement ils diminuent en volume sous l'effet de la perte d'eau. Alors que le propre de la matière organique est de se dégrader au cours du temps sous l'effet des micro-organismes par exemple.

 

Cette vidéo interpelle sur l'inocuité de la consommation de ce types d'hamburgers. Est-ce sans danger ? Qu'y a t-il dans ces hamburgers qui les empêchent d'être dégradé ? Cela doit aussi nous faire réfléchir sur les conditions de consommation et de conservation de nos aliments ? Est-ce que le goût ou les qualités nutritives doivent être sacrifiées au dépends de la conservation des aliments ?

 

Pb : comment conserver nos aliments pour les consommer en toute sécurité en préservant leur goût ?

 

I - Des micro-organismes omniprésents dans nos assiettes

 

Nous allons rapidement étudier la diversité des micro-organismes de notre environnement. Tout le monde a entendu parler de "microbes" et très souvent à la télé on vous demande de vous laver régulièrement les mains pour ne pas transmettre de maladies (grippes, rhume...) à d'autres personnes. Ces organismes microscopiques sont omniprésents, on en trouve :

- dans l'eau

- dans l'air

- à la surface de notre corps

- dans la terre

- sur toutes les surfaces existante (aliments, objets du quotidien...).

 

Sur les photos ci-dessus vous pouvez observer, de gauche à droite et de haut en bas:

- le virus de la grippe

- le champignon de la moisissure (Aspergillius)

- la bactérie du yaourth (le lactobacille)

- 3 paramécies

- un nématode (vers rond parasite de nombreuses espèces dont l'Homme et les plantes)

- le virus du SIDA (le VIH: virus de l'Immunodéficience Humaine) au centre de la photo en clair.

 

Nous observons que ces micro-organismes sont très différents en terme de formes, ou de taille (le virus de la grippe est 400 fois plus petit que l'aspergillius). De plus, certains sont pathogènes (virus de la grippe), la plupart sont inoffensifs (paramécies) et d'autre bénéfiques (lactobacille qui permet de créer des yaourts).

 

Il existe donc une très forte biodiversité (diversité des formes et du nombre des espèces) chez les micro-organismes.

 

BILAN: il existe différents types de micro-organismes dans notre environnement (les virus, les bactéries, les champignons, les parasites). Ces micro-organismes, invisibles à l'oeil nu, sont omniprésents dans notre environnement. On en retrouve dans nos assiettes car ils peuvent contaminer les fruits, les légumes et la viande que nous consommons.

 

 

Nous pouvons nous demander quels sont les effets de la présence de ces micro-organismes sur nos aliments ?

II - Les aliments : un milieu de vie pour les micro-organismes

 

Les photos suivantes montrent différents aliments en train de se détériorer.

 

L'étude de la dégradation des aliments permet de mettre en évidence différents points :

- tout d'abord, dans des conditions naturelles, la majorité de la matière organique qui compose les aliments (d'origine animale ou végétale) se dégrade

- l'observation microscopique d'aliments se dégradant met en évidence la présence de micro-organismes

- un aliment aseptisé à l'eau de javel (c'est-à-dire nettoyé avec de la javel pour tuer tous les micro-organismes) ne se dégradera pas.

 

Nous sommes plusieurs milliers de personnes à souffrir chaque année en France d'intoxications alimentaires. L'alimentation est devenue un véritable sujet de préoccupation pour les citoyens.

 

Les intoxications alimentaires résultent de l'ingestion d'aliments contaminés par un microorganisme nocif ou un agent pathogène. Les microorganismes pouvant causer des toxi-infections alimentaires sont les virus, les parasites et les bactéries. Les bactéries sont le plus souvent mises en cause dans les cas d'intoxications alimentaires.

La plupart du temps, l'intoxication alimentaire est provoquée par la consommation de produits contenant des toxines libérées par la croissance des bactéries.

Les virus sont des micro-organismes infectieux de très petite taille (c.-à-d. en moyenne d’une taille cent fois inférieure à celle de la plupart des bactéries) constitués d’un génome d’ADN ou d’ARN entouré d’une capsule protéinique3. À la différence des bactéries, les virus ne peuvent se reproduire qu’à l’intérieur de cellules vivantes d’autres organismes. Cependant, de nombreux virus font preuve d’une très grande résistance quand ils sont soumis à des conditions difficiles comme la chaleur, la congélation, l’exposition aux UV et autres, et sont capables de survivre pendant de longues périodes dans les aliments ou dans l’environnement.

 

Définitions:

- contamination : pénétration d'un micro-organisme dans le corps

- infection : multiplication des micro-organismes dans le corps

Voies d'entrée possible des micro-organismes dans le corps. En lien avec l'alimentation la voie digestive est la plus empruntée par les micro-organismes. Source : BORDAS SVT.
Voies d'entrée possible des micro-organismes dans le corps. En lien avec l'alimentation la voie digestive est la plus empruntée par les micro-organismes. Source : BORDAS SVT.
Principales infections alimentaires chez l'Homme et dècés associés. Source : Hatier1ère ES/L.
Principales infections alimentaires chez l'Homme et dècés associés. Source : Hatier1ère ES/L.

 

Certains aliments peuvent héberger des micro-organismes pathogènes (c'est-à-dire qui transmettent des maladies) même s'ils ne paraissent pas avariés. C'est particulièrement le cas pour les aliments crus (viandes, poissons...). De nombreuses maladies (comme le botulisme, la gastro-entérite...) sont liées à une mauvaise hygiène alimentaire.

 

Les infections alimentaires résultent d'une multiplications des micro-organismes dans le corps des consommateurs après les avoir ingérés.

 

Les intoxications alimentaires résultent de la production de toxines par certains micro-organismes (essentiellement des bactéries comme la bactérie responsable du botulisme (Clostridium botulinum) ou la bactérie responsable de la listériose (Listeria).

 

III - Les conditions de croissance des micro-organismes

 

Les aliments sont des milieux nutritifs dans lesquels les micro-organismes prolifèrent facilement. Ainsi la connaissance de la biologie des micro-organismes nous permettra de mieux comprendre comment limiter leur présence dans notre nourriture et d'empêcher leur prolifération.


Modalités de reproduction des bactéries et champignons. Source : BORDAS 1ère ES/L p120.
Modalités de reproduction des bactéries et champignons. Source : BORDAS 1ère ES/L p120.

Le document ci-dessous détaille les conditions de croissance de différentes bactéries en milieu oxygéné ou non (et suivant un gradient de concentration en O2) :

On observe que Pseudomonas a besoin de dioxygène en grande quantité alors que le bacille botulique nécessite un milieu anoxique (= sans dioxygène) pour se développer. Il s'agit d'espèces spécialistes.

 

Alors que la bactérie Echerischia coli (bactérie intestinale de l'Homme et des mammifères) n'a pas de préférence particulière à ce niveau (espèce généraliste).

 

Le document ci-dessous détaille certaines conditions de températures et les effets sur les bactéries. On comprendra aisément que certaines bactéries ont des préférences particulières pour la température. Ainsi, il existe des bactéries :

-psychrophiles (qui se développent à basses températures, 10°C)

- mésophiles (qui se développent à moyennes températures, 30°C)

- thermophiles (qui se développent à hautes températures, plus de 40-50°C comme la Legionella).

 

Températures et effets sur les bactéries. Source : http://www.hpci.ch/hh_docu_hpci_ems_cuisine-germes.htm
Températures et effets sur les bactéries. Source : http://www.hpci.ch/hh_docu_hpci_ems_cuisine-germes.htm

Ainsi les micro-organismes se reproduisent rapidement et en très grand nombre dès que certaines conditions sont réunies :

- présence de substances nutritives (dans les aliments)

- présence (ou non) de dioxygène

- une certaine température (ex: 35°C = développement optimal de la plupart des bactéries)...

 

Le graphique ci-dessous détaille l'évolution du nombre de bactéries en fonction du temps en présence d'un substrat nutritif et de conditions optimales de développement. On observe 4 phases :

- Latence: il s'agit du moment qui suit immédiatement la contamination. Les bactéries se multiplient peu car elles se retrouvent dans un nouveau milieu de vie. Les bactéries s'adaptent, si elles le peuvent, aux nutriments et eau de l'organisme qui diffèrent de ceux présents dans l'environnement.

- Croissance: les bactéries se multiplient rapidement car toutes les conditions sont réunies (température, nutriments, absence de réaction du corps dans les première heures)

- Phase stationnaire: la multiplication des bactéries sur un milieu nutritif donne cette allure à la courbe car les bactéries se retrouvent trop nombreuses par rapport à la quantité de nourriture et d'espace disponible. Dans le corps, la défense immunitaire se met en place et normalement le nombre de bactéries diminue.

- Déclin: il s'agit des conséquences de l'action du système immunitaire. Dans une culture in vitro, il s'agit de l'effet de l’interaction entre les différentes bactéries qui meurent par manque de nutriments et/ou à cause de l'utilisation de toxines entre elles.

 

BILAN: les bactéries (comme la plupart des micro-organismes) peuvent se développer dans des conditions variées. Pourtant, ces organismes ont des limites vitales qu'elles ne peuvent franchir. Par exemple, les fortes températures diminuent le développement des bactéries.

Ces micro-organismes se multiplient rapidement dès que les conditions du milieu de vie leur sont optimales (ex: 20°C et humidité pour E.coli).

Afin de limiter leur développement dans nos aliments, et éviter la contamination des humains, des précautions doivent être prises : chauffer les aliments, ne pas rompre la chaine du froid, saler les aliments...

Ces méthodes de conservation créent certaines contraintes (prix plus élevé, dénaturation du goût ou des qualités nutritives des aliments...) mais les bénéfices sont importants sur la santé des individus.

 

 

 

La connaissance de la biologie des micro-organismes permet de combattre leur prolifération et permet de conserver les aliments selon différentes manières.

 

IV- Les conditions de préparation et de conservation des aliments

 

L’homme a toujours cherché des moyens de conserver les denrées alimentaires pour assurer sa survie en période de disette. Aux premières et simples méthodes de conservation (le séchage), ont succédé les techniques de salaison, la conservation par le sucre (les confitures) et la fermentation (vin, fromage, choucroute…).

 

 

L'étude du III a permis de mettre en évidence différents niveau d'action pour limiter la prolifération des micro-organismes. Nous pouvons jouer sur :

- l'eau disponible pour les bactéries (lyophilisation, déshydratation)

- la présence de micro-organismes (irradiation = pasteurisation à froid)

- leurs besoins en dioxygène (ou l'absence de ce besoin)

- la conservation par la chaleur (appertisation, pasteurisation,stérilisation,

- autre techniques

- la conservation par le froid (chaine du froid, congélation, surgélation)

 

Durées de conservation de quelques aliments. Source : Consoglobe.com.
Durées de conservation de quelques aliments. Source : Consoglobe.com.

A- La privation de l'eau

 

Tous les micro-organismes nécessitent de l'eau pour vivre (présence d'eau dans leur cellule). Ainsi, retirer l'eau des aliments permet de les conserver longtemps. C'est le cas de la déshydratation, de la lyophilisation et du salage des aliments.

 

En diminuant l’activité bactérienne liée à la présence d’eau, le salage fumage freine ou bloque le développement microbien. Cette technique est essentiellement utilisée en charcuterie et pour la conservation de certaines espèces de poissons (hareng, saumon…).

 

Découverte par les physiciens français d’Arsonval et Bordas la lyophilisation consiste en une congélation, une mise sous vide, puis une sublimation de la glace et une désorption de l’eau intracellulaire. Cela permet d’obtenir un produit sec en préservant forme, dimension, couleur et surtout qualités organoleptiques (qualités alimentaires) de l’aliment frais. La lyophilisation donne des produits de qualité se réhydratant correctement, mais reste d’un prix de revient élevé, et donc réservée à certaines applications comme le café soluble, certains potages instantanés et l’alimentation de personnes en conditions extrêmes (astronautes

B - La présence de micro-organismes

Si on veut éviter la prolifération des micro-organismes autant les éliminer tous sur nos aliments. C'est le principe de l'irradiation des fruits (comme les fraises). Ce procédé physique repose sur l’exposition des aliments à l’action directe de certains rayonnements électromagnétiques (rayons X) ou électroniques (rayonnement ß) permettant de les conserver par destruction des insectes et micro-organismes parasites, en préservant au mieux leurs qualités organoleptiques, sanitaires et nutritionnelles (avec néanmoins une perte en vitamines plus ou moins importante selon les aliments). Ce procédé de conservation doit être associé souvent à la réfrigération ou la surgélation.

 

C - La privation de dioxygène (ou d'une atmosphère particulière)

Les micro-organismes ayant des besoins très stricts en dioxygène peuvent être éliminés si on leur supprime le O2. C'est le cas des aliments préservés sous atmosphère protectrice comme pour les salades en sachet.

 

D - La conservation par la chaleur

 

La pasteurisation

Du nom de Louis Pasteur, son inventeur, elle consiste à placer les produits traités à des températures entre +70 et +100°C, afin de détruire les bactéries thermosensibles. Les produits pasteurisés sont de bonnes qualités organoleptiques. Les macro-nutriments sont bien conservés ainsi que les vitamines.

 

Néanmoins, en raison de la présence d’une flore résiduelle, les produits pasteurisés doivent être conservés au froid positif (entre +3 et +6°C), ce qui limite leur développement et leur utilisation (respect de la chaîne du froid et durée de vie courte).

 

L’appertisation

Cette technique découverte par Nicolas APPERT vers 1810, porte les produits à plus haute température (+115 à +140°C) que la pasteurisation. Elle détruit toutes les flores bactériennes, permettant ainsi une conservation à température ambiante et une durée de vie longue.

Les produits appertisés sont conditionnés en boîtes métalliques ou en bocaux de verre pour les conserves appertisées classiques, en barquettes et briques pour les produits les plus récents.

Schéma de prinicpe de l'appertisation. Source : http://sophie-anfray.fr/schema-appertisation-william-saurin/
Schéma de prinicpe de l'appertisation. Source : http://sophie-anfray.fr/schema-appertisation-william-saurin/

E - La conservation par le froid

 

La réfrigération

Cette méthode est surement connue depuis très longtemps : au Moyen-Age on conservait déjà de la viande et d'autres aliments dans la neige/glace.

Cette technique freine le développement des principales bactéries pathogènes par entreposage des denrées à +3°/+4°C. La réfrigération retarde de quelques jours l’évolution d’une denrée périssable et permet d’allonger la durée de distribution des produits frais (produits laitiers, viandes, poissons, fruits et légumes). La réfrigération est aussi utilisée à grande échelle pour conserver des fruits (pommes, poires) plusieurs mois dans les stations fruitières.

 

La surgélation

La surgélation consiste à abaisser très rapidement la température d’une denrée en dessous de -18°C, pour bloquer le développement bactérien. L’abaissement rapide à -40°C dans des cellules de refroidissement ou des surgélateurs, entraîne la formation de très petits cristaux de glace où se conserve la structure cellulaire des produits. Cependant les étapes préalables à la surgélation (blanchiment notamment) occasionnent une perte en vitamines.

 

Rayon surgelé d'un supermarché Carrefour.
Rayon surgelé d'un supermarché Carrefour.

F - Les conservateurs chimiques

 

Un conservateur agit généralement en empêchant le développement d'une famille de micro-organismes par inhibition d'une étape de leur mécanisme de multiplication. Par exemple les nitrites : les sels de nitrites sont très utilisés par l'industrie agro-alimentaire. Mais son utilisation est très controversée car le nitrite est très certainement cancérigène et très nocif pour l'environnement.

 

 

Tableau des principales techniques de conservation des aliments.
Tableau des principales techniques de conservation des aliments.

 

BILAN : les techniques de conservation des aliments permettent de reculer la date de péremption mais entraine des modifications plus ou moins prononcées de la qualité nutritive et de 'aspect des aliments. Par exemple, les trop fortes chaleurs détruisent tous les micro-organismes mais détruisent aussi les vitamines.

De plus l'utilisation de certaines techniques (salaison...) peut entrainer des maladies comme l’athérosclérose si les aliments consommés le sont en trop grande quantité (ex: charcuterie...).

 

Schéma-bilan du cours. Source : SVT Nathan, 1ère ES/L
Schéma-bilan du cours. Source : SVT Nathan, 1ère ES/L

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