Études de validation thermique des aliments en conserve dans des conteneurs métalliques. Pénétration de la chaleur

Comme nous l’avons mentionné dans la publication précédente, les études de validation thermique réalisées dans les conserveries sont obligatoires et exigées dans les audits externes réalisés par certaines accréditations qui promeuvent la sécurité alimentaire, telles que BRC, IFS, HSEQ, FSSC 22000, etc., et sont également demandées par les autorités internationales de contrôle sanitaire, notamment la Food and Drug Administration (FDA), l’Autorité européenne de sécurité des aliments (EFSA), l’UE, le Royaume-Uni, le DIPOA, le SENASA, etc.

Ces études font partie du processus de vérification du plan HACCP mis en œuvre dans les conserveries et garantissent que les conserves pasteurisées ou stérilisées, en particulier les conserves à faible teneur en acide (LACF), telles que la viande, le poisson, les fruits de mer, les asperges, les pois, les haricots, le maïs, les figues, le lait et autres, avec un pH final stabilisé supérieur à 4.5, ont achevé de manière satisfaisante leur stérilité commerciale et il n’y a aucun risque de présence de Clostridium botulinum dans l’aliment, puisque ce micro-organisme est le producteur de la toxine botulique qui peut causer la mort du consommateur.

Les études de validation thermique doivent être réalisées par une autorité chargée des procédés thermiques (TP), c’est-à-dire une personne ou une organisation ayant une connaissance approfondie des exigences ou des demandes pour que le traitement thermique des aliments en conserve soit totalement sûr pour le consommateur, et disposant de l’équipement et de l’expertise nécessaires pour réaliser ces déterminations de procédés.

Il y a deux études principales, l’étude de la distribution de la chaleur, qui est effectuée sur les équipements de chauffage ou les stérilisateurs, que nous avons développée dans la précédente publication de mars 2022, et l’étude de la pénétration de la chaleur, qui est effectuée directement sur les aliments, qui se trouvent à l’intérieur de conteneurs métalliques hermétiquement fermés, dont nous parlerons plus loin.

1. L’ÉTUDE SUR LA PÉNÉTRATION DE LA CHALEUR

Il s’agit d’une méthode scientifique permettant de déterminer les niveaux de stérilité commerciale ou de Fo qui sont atteints.

dans une conserve alimentaire pendant le traitement thermique prévu. Cette étude est spécifique à chaque taille de boîte, en fonction du pH final stabilisé de l’aliment et conçue pour détruire un micro-organisme particulier qui peut se développer dans cet environnement et provoquer une toxi-infection alimentaire (TI), qui infecte, intoxique, ou pire peut conduire à la mort du consommateur, avec une conséquence grave pour la santé publique.

Parmi les EST les plus courantes figurent le botulisme, la gastro-entérite, la listériose causée par Listeria monocytogenes, la salmonellose causée par Salmonella Sp, le choléra, l’hépatite, etc. Maintenant, en tenant compte du fait que le botulisme est l’EST la plus grave qui peut se produire dans la production industrielle et artisanale d’aliments en conserve, nous considérerons dans cet article Clostridium botulinum (Cb) comme une référence pour définir certains concepts, tels que la valeur D, la valeur z, le Fo minimum, les méthodes de calcul, les courbes de destruction thermique, l’analyse des données, les niveaux de stérilité commerciale et d’autres sujets qui seront abordés en temps voulu.

2. LE TRAITEMENT THERMIQUE OU LE PROCESSUS PROGRAMMÉ

Dans le processus de production des conserves, après avoir été remplies d’aliments et de liquides, évacuées et scellées pour assurer l’étanchéité à l’air, les boîtes sont chauffées pendant une durée et à une température prédéterminées, à l’aide d’un milieu chauffant qui peut être de la vapeur saturée sous pression, de l’eau chaude ou un mélange des deux, pour atteindre la stabilité microbiologique des aliments ou la stérilité commerciale (FDA, USDA), qui est définie comme la condition obtenue dans un aliment en conserve par l’application de chaleur pour produire un produit exempt de micro-organismes capables de se reproduire dans l’aliment dans des conditions normales de stockage commercial et de distribution sans réfrigération.

Le traitement thermique des aliments en conserve, en fonction de la température à laquelle le milieu chauffant est porté, peut être défini comme pasteurisé (en dessous de 100 °C / 212 °F) ou stérilisé (au-dessus de 100 °C). En raison du risque élevé de survie de bactéries pathogènes pouvant nuire à la santé du consommateur, il est considéré comme un point de contrôle critique (CCP) dans le plan HACCP de toute conserverie.

Pour certains, la résistance des bactéries est liée à la stabilité des protéines enzymatiques résistantes à la chaleur associées aux spores bactériennes, mais l’opinion la plus répandue est que les germes meurent par coagulation de leurs protéines cellulaires, et il existe en effet une multitude de données montrant que les facteurs affectant la coagulation des protéines exercent une influence marquée sur la résistance à la chaleur des bactéries et de leurs spores.

Le processus programmé ou établi est conçu par une autorité PT, qui détermine, à l’aide d’études de pénétration de la chaleur, les paramètres de temps et de température auxquels un aliment en conserve doit être soumis pour atteindre la stérilité commerciale, elle établit également la température initiale de l’aliment avant le début du processus et d’autres facteurs critiques.

3. LA RÉSISTANCE THERMIQUE DES MICRO-ORGANISMES

Toute température supérieure à la température maximale idéale de croissance du micro-organisme est létale. Les formes végétatives des bactéries, des levures et des champignons sont rapidement détruites à 100 °C (212 °F) et ne présentent normalement pas de risque lors du traitement thermique des aliments en conserve, mais les spores de certaines espèces bactériennes sont extrêmement résistantes à la chaleur et nécessitent une exposition prolongée à des températures élevées pour être détruites. Par conséquent, les conditions létales pour un micro-organisme ne peuvent pas seulement être exprimées en disant qu’il meurt à telle température, mais il est également nécessaire d’indiquer un temps de maintien effectif, défini comme le temps d’exposition létal.

La quantité de chaleur nécessaire pour détruire les bactéries dans un produit peut être calculée à l’aide de différentes méthodes. La science qui l’étudie est la thermobactériologie, qui tient compte, dans ses évaluations, des caractéristiques de croissance des micro-organismes, de la nature de l’aliment dans lequel les micro-organismes sont chauffés et du type d’aliment dans lequel les bactéries qui ont été traitées thermiquement pourront se développer ou se métaboliser.

Une méthode largement utilisée est le thermorésistancemètre, qui est un appareil spécialement conçu pour mesurer la chaleur nécessaire à la destruction des bactéries et de leurs spores dans des conditions de température élevée et de courte durée. Des disques ou récipients identiques sont préparés avec la même quantité d’aliments inoculés avec une charge connue du micro-organisme étudié et introduits dans la chambre à vapeur du thermorésistomètre. A la fin du temps de chauffage, les disques sont retirés de la chambre à vapeur pour les refroidir, puis les aliments sont immédiatement placés dans des tubes contenant un milieu de culture bactériologique, incubés à la température optimale du micro-organisme étudié pour évaluer sa survie.

Une autre méthode pour étudier les micro-organismes producteurs de gaz, en utilisant des boîtes 208×006 pour définir les temps de destruction thermique, aussi appelées boîtes TDT, la méthodologie est la même que l’exemple précédent, avec la différence qu’à la fin du processus, pendant l’incubation, on évalue la survie du micro-organisme lorsqu’il produit du gaz en gonflant les boîtes.

4. LES VALEURS D, Z ET FO CONSIDÉRÉES POUR LES ÉTUDES DE PÉNÉTRATION DE LA CHALEUR

Les informations recueillies lors des études de résistance thermique des micro-organismes définissent pour eux leur valeur D, leur valeur Z et le Fo nécessaire pour obtenir la stérilité commerciale de l’aliment.

La valeur D est spécifique à chaque micro-organisme ou spore. Elle établit le temps, en minutes et à température constante, pendant lequel on obtient une réduction décimale de la charge microbiologique de l’aliment, c’est-à-dire le temps nécessaire pour détruire 90% des bactéries présentes à une température donnée en Celsius ou Fahrenheit. Plus la valeur D d’un micro-organisme est élevée à une température donnée, plus sa thermorésistance est élevée. Par exemple, à 121,1 °C (250 °F), la valeur D du C. botulinum mésophile est de 0,21 minute et, à la même température, le B. thermophile. Stearothermophilus a une valeur D égale à 5 minutes.

La valeur Z est le nombre de degrés Celsius ou Fahrenheit nécessaires pour que la courbe du temps de destruction thermique traverse un cycle logarithmique et sert à déterminer sur cette même courbe, à quelle autre température on peut obtenir le même effet létal pour le micro-organisme étudié. La valeur Z de Cb est tous les 10 °C ou son équivalent tous les 18 °F.

La valeur F est le temps en minutes nécessaire pour détruire un nombre défini de micro-organismes à une température définie. Sa formule générale est F = D (log a – log b), où D est la résistance du micro-organisme de référence à détruire, log a est la charge initiale de ce micro-organisme et lob b est la charge finale. La formule permet de conclure que le Fo devrait être plus élevé, si les bactéries sont plus résistantes à la chaleur et également si la charge initiale de micro-organismes dans l’aliment est plus élevée. Pour gérer ce dernier point, les procédures opérationnelles standard d’assainissement (SSOP) doivent être bien mises en œuvre dans la conserverie. La valeur Fo minimale pour Cb, pour obtenir 12 réductions décimales, est de 2,52 minutes, mais dans l’industrie, des valeurs de 4 et même 6 ou plus sont utilisées dans le cas des conserves tropicales.

Il existe aujourd’hui deux méthodes principales de calcul de la létalité utilisées dans les études de pénétration de la chaleur pour les aliments en conserve, la formule Ball ou la méthode mathématique qui donne la possibilité de calculer des processus alternatifs à d’autres températures du processus thermique programmé et la méthode générale décrite par Bigelow qui considère toute la courbe de chauffage ainsi que la courbe de refroidissement pour le calcul de la létalité pour le micro-organisme de référence. Personnellement, je considère que l’apport biologique de l’aliment doit être pris en charge, en évitant la dénaturation des protéines, vitamines et autres nutriments, pour cette raison je préfère utiliser la méthode générale de Bigelow pour le calcul de la létalité ou Fo dans les conserves.

5. RÉALISATION DE L’ÉTUDE DE PÉNÉTRATION DE LA CHALEUR

Il est préférable d’utiliser la préparation commerciale du produit à l’usine de mise en conserve pour les tests de pénétration de la chaleur, mais les produits préparés en laboratoire peuvent être utilisés pour les tests, en veillant à ce que le produit soit préparé dans des conditions raisonnables de pire cas. Par exemple, augmenter la concentration d’amidon pour créer un produit plus visqueux, augmenter la taille des particules de l’aliment, augmenter les poids emballés, dans les produits utilisant un mélange d’eau et d’huile, utiliser uniquement de l’huile, car les substances grasses augmentent la résistance à la chaleur des spores, toutes ces considérations aident à compenser les variations inattendues qui peuvent se produire dans la production ordinaire.

Les thermocouples de type T sont normalement les capteurs de température de choix pour les études, ils sont calibrés comme indiqué dans la publication précédente et sont généralement montés sur le côté des boîtes de conserve, le point du thermocouple qui enregistrera la température de l’aliment sera situé au point le plus froid ou dans la zone où le chauffage est le plus lent. Dans le cas de conserves remplies d’aliments solides ou très visqueux, le transfert de chaleur se fait par conduction et le point le plus froid est généralement le centre géométrique du récipient ou la plus grande particule d’aliment. Dans le cas de conserves remplies de soupes, de légumes en saumure ou dont le pourcentage de liquides est élevé, le transfert de chaleur se fait par convection et le point froid est généralement situé entre le centre géométrique du récipient et le fond. Il est important de noter que les conserves chauffées par convection peuvent être chauffées plus rapidement et donc raccourcir le temps de traitement, lorsque la convection forcée est obtenue en secouant ou en faisant tourner le récipient pendant le processus thermique programmé.

Chaque thermocouple doit être identifié avec un numéro de canal particulier dans l’enregistreur et doit correspondre au même numéro de la sonde placée à l’intérieur de chaque boîte, ceci doit être documenté dans l’enregistrement de l’emplacement de la sonde pour une analyse ultérieure, au moins une sonde de température doit être située dans le bulbe du thermomètre de l’autoclave. Le nombre de boîtes à utiliser est défini par l’autorité PT, ainsi que l’orientation et la position du récipient, l’utilisation de feuilles de séparation, la température initiale du produit, la température et le temps de levage de l’autoclave. L’étude doit se poursuivre jusqu’à ce que la boîte la plus froide atteigne 2,77 °C (5 °F) de la température de l’autoclave pour le chauffage par conduction ou 1,11 °C (2°F) de la température de l’autoclave pour tous les autres produits.

6. PRÉSENTATION DE L’ÉTUDE AVEC ANALYSE DES DONNÉES

L’étude de pénétration de la chaleur est présentée dans un rapport écrit qui doit enregistrer : identification de la conserverie, jour de l’essai, identification de l’étude, personne effectuant l’essai, description de l’autoclave, taille du récipient, produit traité, possibilité d’emboîtement des boîtes ou d’emboîtement, poids emballés, graphique avec l’emplacement des sondes, température initiale, temps et température du processus, rapport de température avec calcul de la Fo pour chaque thermocouple, définition de la Fo minimale obtenue, présentation de la courbe de létalité et autres informations ou facteurs critiques considérés par l’autorité PT.

La présentation de la courbe de temps de mort thermique du micro-organisme de référence ou de la courbe de létalité (Thermal Death Time Curve) est de la plus haute importance, car elle démontre de manière irréfutable que le Fo ou le Po trouvé, respecte de manière satisfaisante la réduction décimale du micro-organisme cible, par conséquent le produit en conserve évalué est commercialement stérile.

La température la plus basse ou le Fo minimum obtenu sur un thermocouple situé au point froid de l’un des produits en conserve évalués est généralement utilisé pour établir la létalité atteinte dans les procédés thermiques. Pour les aliments faiblement acides (LACF), la Fo minimale obtenue doit être comprise entre 4 et 6 pour C. botulinum, c’est-à-dire en chauffant l’aliment jusqu’au point froid 121,1 °C (250 °F) pendant 6 minutes.