Homogénéisation à haute pression comme solution de

Homogénéisation à haute pression
comme solution de rechange au
traitement thermique en vue
d’améliorer l’innocuité microbienne,
la durée de conservation et la
fonctionnalité du lait et des produits
laitiers
Maurice Ndagijimana, Francesca Patrignani*,
Patrignani Lucia Vannini,
Pamela Vernocchi, Rosalba Lanciotti et M. E. Guerzoni
*[email protected]
Du 12 au 16 mai 2008, Québec
SIXIÈME PROGRAMME CADRE PRIORITÉ 5
QUALITÉ ET SALUBRITÉ DES ALIMENTS
Technologies de transformation non
thermiques en vue d’améliorer la qualité
et la salubrité des aliments prêts-àmanger
HighQ RTE
FP6-FOOD-023140
Coordonnatrice : Prof. M. Elisabetta Guerzoni
Università di Bologna (IT)
Universitat Politècnica
de València (ES)
Vilniaus Universitetas (LT)
Institutet for Livsmedel
och Bioteknik AB (SE)
HighQ RTE
FP6FP6-FOODFOOD-023140
Consejo Superior de
Investigaciones Científicas (ES)
Institute of Food
Research (UK)
Laboratoire National de
Métrologie et d’Essais (FR)
Centro Tecnico Regionale di
Ricerca sul Consumo Europeo
(IT)
Le projet est axé sur l’amélioration de la salubrité et de
la qualité de trois catégories représentatives d’aliments
européens prêts-à manger :
¾Salades prêtes-à manger
¾Plats préparés à base de légumes
¾Aliments liquides
Technologies non thermiques étudié
tudiées
¾Photosensibilisation
¾Champs électriques pulsés
¾Homogénéisation à haute pression (HHP)
¾Pression hydrostatique et CO2
Homogénéisation à haute pression est une
technique en application dans plusieurs domaines
¾
Inactivation microbienne
aussi en combination avec la nisine
Feijoo et al., 1997
Guerzoni et al., 1996; 1997; 2000; 2002
Lanciotti et al., 1994; 1996; 1998
Vachon et al., 2002
Zapico et al., 1999
¾
Inactivation de bactériophages
bactériologiques
Moroni et al., 2002
Thiebaud et al., 2003
¾
Charkson et al., 1993
Geciova et al., 2002
Kesharvazz-Moore et al., 1990
Middelberg, 1995
Interruption cellulaire à grande
échelle aussi pour le recouvrement
metabolites intra cellulaires ou
d’enzymes
Modification de la microstructure et Desrumaux and Marcand, 2002
Fleury et al., 2000
rehologie des émulsions alimentaires
¾
Guerzoni et al., 1996; 1997; 1998; 2000
Metzger and Mistry, 1994
¾
Amélioration de la texture et
consistence des yogourts et fromages
Guerzoni et al., 2000
Lanciotti et al., 2004
¾
Fantin et al., 1996
Kelly et al., 2003
Vannini et al., 2004
Activation ou dé-activation des
enzymes
MÉCHANISME D’
D’ACTION
Pendant une homogénéisation à haute pression, un liquide est
forcé sous la pression à travers une valve étroite où il est sujet
à une accélération plus élevée que la vitesse du son. Ce
système est alors sujet à une dépression ultrarapide résultant
en une évaporation ultrarapide du liquide et la formation de
bulles de gaz (ou cavités) à l’intérieur du liquide (phénomène
de cavitation).
Diels and Michiels, Critical Reviews in Microbiology, 32, 201-216 (2006)
Homogé
Homogénéisation à haute pression
L’homogénéisation à haute pression (HHP) est
l’une des solutions de rechange les plus
prometteuses au traitement thermique classique
pour la conservation et la diversification des
aliments.
Son efficacité à réduire la charge bactérienne dépend de plusieurs facteurs :
9L’intensité du traitement
9La température à l’entrée de l’échantillon
9La composition du milieu
9La sensibilité des souches et des espèces
De plus, le traitement HHP agit également sur les constituants
alimentaires en modifiant :
Leurs propriétés fonctionnelles
Leur sensibilité aux attaques enzymatiques
La microstructure alimentaire
Homogé
Homogénéisation à haute pression
Les principaux objectifs étaient d’évaluer,
comparativement aux traitements thermiques
classiques, l’efficacité de l’homogénéisation à
haute pression (HHP)
1. pour la décontamination du lait cru de vache
2. L’activité de la lysozyme et de la lactoferrine
inoculé délibérément dans le lait contre les
espèces pathogènes
3. La pertinence du lait à produire un fromage
probiotique avec des propriétés fonctionnelles
et organoleptiques améliorées
Plan expérimental
Inoculum
Listeria
monocytogenes
Lait cru
8 Log CFU/ml
Salmonella enteritidis
Lait cru
7 Log CFU/ml
Traitement HHP : 100 MPa:
Variable : nombre de poussées à 100
MPa
Numération sur plaque des survivants immédiatement après le traitement et
durant la conservation à 4 °C :
¾L. monocytogenes: gélose sélective pour l’isolement de Listeria
¾S. enteritidis: gélose au désoxycholate citrate; gélose au vert brillant
Listeria monocytogenes dans le lait
Inactivation par HHP de Listeria monocytogenes dans
le lait en fonction du nombre de cycles
HPH-AB-LG
(, , )
9
8
µ= - 0.57± 0.063
R^2= 0.994
Log (UFC/ml)
7
6
5
4
3
2
1
0
0
5
Number of HPH pusches
Témoin = lait inoculé (pression de 0,1 MPa)
10
Listeria monocytogenes dans le lait
Récupération après un traitement à pression avec différents
nombres de cycles et durant la conservation réfrigérée
10
Control
Log (UFC/ml)
8
1p
2p
6
3p
4
4p
5p
2
6p
7p
0
0
2
4
6
8
10
8p
Days of recovery
Témoin = lait inoculé (pression de 0,1 MPa)
Salmonella enteritidis : lait
cru
logc (log cfu)
8
7
CMT
6
PSI
Salmonella enteritidis dans le lait.
Récupération : tout de suite après
le traitement à pression.
CF
5
CT
4
SALM (bga)
3
SALM(dca)
2
1
0
0
2
4
6
n: number of pressure pushes
9
8
CMT
logc (log cfu)
7
Salmonella enteritidis dans le
lait. Récupération : 7 jours après
le traitement à pression.
PSI
6
CF
5
CT
SALM (bga)
4
SALM(dca)
3
2
1
0
0
2
4
n: number of pressure pushes
6
TRAITEMENTS THERMIQUES
Inoculum
Listeria
monocytogenes
Salmonella enteritidis
Lait cru
Lait cru
3 Log CFU/ml
5 Log CFU/ml
8 Log CFU/ml
Traitements thermiques à 70 °C
Variable : durée de traitement
Numération sur plaque des survivants :
¾L. monocytogenes : gélose sélective pour l’isolement de Listeria
¾S. enteritidis : gélose désoxycholate citrate
Inactivation thermique à 70°C de Listeria monocytogenes
inoculée dans du lait cru à différentes densités d’inoculum
Cell load (Log CFU/ml
10
3 Log CFU/ml
8
5 Log CFU/ml
8 Log CFU/ml
6
4
2
0
0
50
100
150
Time (sec)
200
250
300
Cell load (Log CFU/ml)
Inactivation thermique à 70 °C de Salmonella enteritidis
inoculée dans du lait cru à différentes densités d’inoculum
10
3 Log CFU/ml
8
7 Log CFU/ml
9 Log CFU/ml
6
4
2
0
0
100
200
300
Time (sec)
400
Caractérisation par couplage CG-SM/MEPS des
métabolites volatils de lait cru traité par HHP et par
traitement thermique
‰Colonne capillaire Chrompack CB 52 50 m x 0,32 mm
‰Appareil CG-SM quadripole Agilent, impact électronique de 70 eV
‰Microextraction en phase solide (MEPS) avec fibre carboxènepolydiméthylsiloxane
‰Absorption à 40 °C X 40 min.
‰Identification par comparaison avec la bibliothèque des spectres
de masse du NIST (2005)
500
thiophene
Profil de microextraction du lait en phase chromatographique gaz-solide
après HHP et traitement thermique
8 cycles 1000 bar
150 sec à 70°C
Capric acid
Imidazole-4-carboxamide
ethanol
Acide caproique
Methyl propionate
2-propanone
Ethyl acetate
2-butanone
IS
contrôle
Effet de la lactoferrine (LF), de l’homogénéisation à haute pression à 100 MPa (HHP)
et du traitement thermique (à 70 °C pendant 30 s) sur la charge de Listeria
monocytogenes Scott A, inoculée sur gélose cœur-cervelle immédiatement après les
traitements expérimentaux et après 24 heures d’incubation à 6 °C et à 37 °C
Luciana Iucci, Francesca Patrignani, Melania Vallicelli, Maria Elisabetta Guerzoni, Rosalba Lanciotti (2007).
Food Control
Effet du lysozyme (Ly), de l’homogénéisation à haute pression à 100 MPa (HHP) et
du traitement thermique (à 70 °C pendant 30 s) sur la charge de Listeria
monocytogenes Scott A, inoculée dans du lait de vache avant les traitements
Luciana Iucci, Francesca Patrignani, Melania Vallicelli, Maria Elisabetta Guerzoni, Rosalba Lanciotti (2007).
Food Control
Micrographies de cellules de Listeria monocytogenes inoculées sur gélose cœurcervelle (a) sans enzyme ajoutée et (b) avec lysozyme homogénéisé à haute
pression (100 MPa)
Potentialities of HPH to produce safe and functional probiotic
cheese
HPH milk (100 MPa)
HPH milk (100 MPa)
P milk (72°C 15 sec)
P milk (72°C 15 sec)
Cooling at 40°C and addition of acidulant
Addition of starter Streptococcus thermophilus St0.20 at level of 6
cfu/ml)
L. paracasei and L. acidophilus (7.5 cfu/ml)
L. paracasei and L. acidophilus (7.5 cfu/ml)
3mL of commercial rennet (12,500 U, 20% pepsin, 80% chymosin, concorde)
Coagulation in 15 min then at pH 5.15 storage at 4°C
HPH –probiotic cheese HPH –cheese
P –probiotic cheese
P –cheese
Crescenza fait Crescenza + probiotiqueCrescenza fait deCrescenza +
probiotique
lait pasteurisé
de lait HHP
fait de lait HHP
fait de lait pasteurisé
Utilisation de l’HHP appliquée au lait pour accroître le
rendement des cultures probiotiques co-inoculées dans du
fromage Crescenza
Numération (log cfu/g ± écart type) de la flore microbienne dans divers types de
fromages Crescenza durant l’affinage
Profils d’amplicons par électrophorèse en gel de gradient dénaturant
(DGGE) des différents types de fromage Crescenza durant la période de
conservation réfrigérée.
Principaux scores (± écart type) obtenus pour chaque attribut des différents
types de fromage Crescenza après 8 jours de conservation réfrigérée.
Conclusions
Les résultats démontrent le potentiel de l’HHP pour la décontamination du lait cru,
sans effets négatifs sur les propriétés fromagères.
Plus particulièrement :
¾ Salmonella enteritidis était plus sensible au traitement à haute pression.
¾ Le traitement HHP (8 cycles à 100MPa) a réussi à améliorer l’activité
antimicrobienne des enzymes traitées contre Listeria monocytogenes (4 log).
¾ Listeria monocytogenes a pu récupérer durant la conservation réfrigérée du lait
HHP.
¾ Le traitement HHP a réussi à améliorer l’activité antimicrobienne des enzymes
traitées contre Listeria monocytogenes
De plus, l’utilisation de lait traité par HHP, plutôt que du lait pasteurisé, a accru le
maintien de la viabilité cellulaire durant la conservation de L. acidophilus.
L’homogénéisation a contribué, de concert avec l’ajout de cultures probiotiques, à
la modification des caractéristiques organoleptiques des produits.
Conclusions
Concenant les propriétés fromagères
¾ Le traitement par HHP accroit les possibilités de production de fromages
probiotiques salubres ayant des propriétés fonctionnelles et sensorielles.
¾ L’utilisation de lait traité par HHP, plutôt que du lait pasteurisé, a accru le
maintien de la viabilité cellulaire durant la conservation de L. acidophilus et de
Lb. casei.
¾ L’homogénéisation a contribué, de concert avec l’ajout de cultures
probiotiques, à la modification des caractéristiques organoleptiques des produits.
Les résultats obtenus confirment le potentiel énorme du traitement
par homogénéisation pour la salubrité et la fonctionnalité du lait et
des produits laitiers.
Bien que les donné
données concernant l’l’inactivation des deux espè
espèces
pathogè
pathogènes soient encourageantes, il y a encore plusieurs facteurs à
considé
considérer avant de remplacer la pasteurisation...
Plus particuliè
particulièrement :
9L’effet des différents niveaux d’inoculum
monocytogenes et de Salmonella enteritidis).
(de
Listeria
9L’effet de la matrice alimentaire envisagée (matières grasses,
protéines).
9L’effet du nombre accru de cycles d’HHP sur les populations
résiduelles.
Merci de votre attention
des remerciements spéciaux vont à :
Prof. M.Elisabetta Guerzoni
Prof. Rosalba Lanciotti
Dr. Lucia Vannini