Ministère de l’Enseignement Supérieur

et de la Recherche Scientifique

REPUBLIQUE DE COTE D’IVOIRE

Union-Discipline-Travail

INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE

FELIX HOUPHOUËT -BOIGNY

CONSERVATION DES ALIMENTS PAR LE FROID : LA CONGELATION

Ecole Supérieure d’agronomie

(ESA)

INTRODUCTION AU TRAITEMENT DES ALIMENTS

THEME D’EXPOSE:

Présenté par :

SINDO Affoué Marie-Dominique

IAA3

PROFESSEUR :

Mme SOLOU Henriette

ANNEE ACADEMIQUE 2011-2012

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Sommaire INTRODUCTION ................................................................................................................................... 3

1. Généralités sur le froid .................................................................................................................... 4

1.1. Action du froid ........................................................................................................................ 4

1.1.1. Sur les micro-organismes ................................................................................................ 4

1.1.2. Sur les caractéristiques de l’aliment ................................................................................ 4

1.2. Règles d'application du froid ........................................................................................................ 5

2. Procédés de congélation et matériel ................................................................................................ 6

2.1. Mécanisme............................................................................................................................... 6

2.2. Conservation des produits congelés ........................................................................................ 7

2.2.1. Notion de « TTT » ........................................................................................................... 7

2.2.2. Conception des entrepôts et des véhicules ...................................................................... 8

2.2.3. Contrôles du respect des températures ............................................................................ 8

3. Matériel ........................................................................................................................................... 8

3.1. Paramètres importants ............................................................................................................. 8

3.2. Types de matériel .................................................................................................................... 8

3.2.1. Installations frigorifiques mécaniques ............................................................................. 9

3.2.1.1. Les congélateurs à air .................................................................................................. 9

3.2.1.2. Les congélateurs par immersion ................................................................................ 10

3.2.1.3. Les congélateurs par contact ..................................................................................... 10

3.2.2. La congélation cryogénique .......................................................................................... 10

4. Conditionnement et emballage des produits congelés ............................................................... 13

5. Durée de stockage d’un produit congelé ................................................................................... 13

CONCLUSION ..................................................................................................................................... 15

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES .............................................................................................. 16

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INTRODUCTION

Le froid correspond à un abaissement de la température d'un corps de façon à réduire

considérablement son évolution. L'usage de sources de froid existe depuis toujours : la

collecte et le stockage de la glace des lacs ou des rivières en hiver, pour refroidir les poissons

ou les viandes, l'évaporation de l'eau de jarre d'argile pour maintenir la nourriture au frais,

sont quelques exemples anciens. Aujourd'hui, on estime qu’au moins une grande partie de

notre nourriture a subi un traitement frigorifique. Le froid est donc un composant essentiel de

l'industrie agroalimentaire : en stockage des matières premières (lait cru maintenu en tank

réfrigéré à 3 – 4°C), lors de la fabrication des produits (blocage du processus d'acidification

par le froid vers 3°C pour la fabrication des yaourts), pour la conservation (stockage des

denrées fraîches en chambres froides), le transport (véhicules frigorifiques) et la distribution

(meubles de réfrigération ou de congélation).

Quand on parle de « froid » en agroalimentaire, on parle de deux niveaux de températures :

Au -dessous du point de changement d'état de solidification (moment ou le composé

passe de l'état liquide à l'état solide, soit de l'état frais à l'état « congelé») : on parle de

réfrigération et les produits se situent en moyenne entre 0 °C et 10°C ;

Au-dessus de ce point : on parle de congélation ou de surgélation, suivant la vitesse

de descente de la température. Les produits se situent entre – 28 °C et – 18°C.

Au cours de notre étude, nous allons nous intéresser au second volet, celui de la stabilisation

des aliments par la congélation.

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1. Généralités sur le froid

1.1. Action du froid

1.1.1. Sur les micro-organismes

Le froid ne tue pas tous les micro-organismes : il ne fait que ralentir les réactions. Et, il faut se

rappeler qu'il y a des microbes résistants au froid: ce sont les psychotropes, psychrophiles et

cryophiles. Les levures et les moisissures en particulier se complaisent dans des ambiances

froides et humides. Certaines bactéries, comme Yersinia ou Listéria aiment le froid positif. Il

faut retenir toutefois trois températures clés :

3°C : fin des risques dus aux bactéries pathogènes et toxinogènes ;

-10°C : arrêt de toute multiplication bactérienne ;

-18°C : arrêt de toute multiplication microbienne (y compris levures ct moisissures).

1.1.2. Sur les caractéristiques de l’aliment

Les modifications vont dépendre du traitement et de la denrée.

Au cours de la réfrigération, les modifications sont minimes (mais observables) contrairement

à la congélation et la surgélation. En effet, les modifications vont être plus importantes dans la

mesure où il y a un changement d'état (passage de l'eau liquide à l'eau solide). Les

conséquences du froid négatif ne se verront que plus tard, en décongélation.

Les modifications observées sont :

Augmentation du volume, qui sera fonction de la quantité d'eau présente. Il se produit

un déchirement des cellules et des tissus et une exsudation à la décongélation ;

Détérioration des cellules : il se forme des cristaux au cœur des cellules, mais leur

taille, leur répartition et leur potentialité de destruction sont différentes suivant la

vitesse de congélation comme on le verra plus loin ;

Dessiccation de la surface: le froid dessèche d'où l'obligation de bien emballer les

produits stockés au froid. La dessiccation peut aussi être une réaction vive de

sublimation de la glace formée en surface (passage de l'eau solide en vapeur, sans

passer par l'état liquide). Cela a lieu lors d'un passage rapide dans une enceinte très

froide (vers – 20°C) : il y a alors « brûlure par le froid », exemple : couleur brune des

viandes congelées sans emballage adapté ;

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Variation sensible du pH interne par concentration du soluté. L’eau congelée,

immobilisée, ne joue alors plus son rôle de solvant. Les protéines en particulier vont

générer cette acidification sensible (0,1à 0,5 degré de pH), ainsi que les acides des

fruits ou des légumes.

Détériorations biochimiques : Ce sont en majorité les enzymes thermorésistantes qui

vont être impliquées. En effet, le froid ne dégrade pas toutes les enzymes. On

observe :

- le rancissement des matières grasses sous l'action des lipases, actives aux basses

températures et basses aw. Ceci explique la fragilité des poissons gras, des viandes (surtout

hachées car les lipases sont alors en contact avec le substrat), et des produits laitiers gras

(beurre et fromages) ;

- la dégradation des pigments colorés par protéolyse: on conseille donc le blanchiment

(ébullition rapide pour détruire les enzymes) sur les légumes sensibles (légumes verts en

général) ;

- l'apparition de saveurs désagréables par oxydation, comme le goût de « foin » remarquable

sur les légumes verts. On conseille alors l'ajout d'antioxydant tel que l'acide ascorbique

(vitamine C) pour limiter le phénomène. Cette réaction est sous le contrôle d'enzymes

oxydatives ou par réaction spontanée avec l'oxygène dissous.

1.2. Règles d'application du froid

On parle de trépied frigorifique. Il se représente par un triangle :

Ce schéma simple signifie que la conservation par le froid exige:

1. Des matières premières de qualité optimum, irréprochables sur le plan microbiologique et

biochimique.

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2. Un traitement par le froid appliqué rapidement. En particulier en congélation, le produit ne

doit pas attendre pour être traité (au niveau du consommateur, il est aberrant de congeler un

produit le jour de la date limite de consommation : le froid n'améliorera pas le produit bien au

contraire).

3. Il ne doit pas y avoir de rupture de la chaine du froid. Ceci est très important, car chaque

micro-rupture aura des conséquences irréversibles sur la qualité globale du produit. De plus,

la réglementation fixe les règles et contrôle leur application.

2. Procédés de congélation et matériel

2.1. Mécanisme

L'eau des tissus passe de l'état liquide à l'état solide. Ce changement d'état se fait de façon

progressive dans un aliment complexe car l'eau est combinée avec des substances dissoutes.

On note deux étapes importantes dans ce phénomène:

1) La nucléation

Formation du premier cristal de glace. Il sera le déclencheur du processus : il va catalyser la

réaction au tour de son centre.

2) La croissance des cristaux

L'eau migre vers le cristal « initiateur » et les cristaux grandissent. La taille, le nombre des

cristaux dépendra beaucoup de la vitesse de congélation (voir schéma ci-dessous).

Schéma I: Représentation schématique d’un refroidissement lent et d’un refroidissement

rapide.

Ainsi, on peut conclure que :

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• Un refroidissement lent entraîne la formation d’une quantité modérée de cristaux de taille

importante. Leurs arêtes peuvent endommager les parois des cellules.

• Plus le refroidissement est rapide, plus il se forme de cristaux et plus leurs dimensions sont

réduites. Cette « poussière » de cristaux reste à l’intérieur des cellules qu’elle n’endommage

pas. Lors de l’utilisation, le produit retrouve son aspect initial, sans rien perdre de ses

constituants.

Nous avons aussi un cas particulier qui est celui du givrage.

C'est un phénomène périodique de lyophilisation, qui résulte des fluctuations de températures

: quand la température extérieure diminue, et devient inférieure à la température à la sur face

du produit, il y a migration de la vapeur d'eau par sublimation sur les parois de l'emballage

(ou de la chambre froide) et dépôt sur la surface plus froide sous forme de givre. Le

phénomène peut aussi se dérouler à l'inverse. Ceci est important sur les produits emballés et

est un signe de fonctionnement intermittent en cycles longs ou de rupture forte de la chaîne du

froid.

2.2.Conservation des produits congelés

2.2.1. Notion de « TTT »

La législation a fixé un plafond de variation de température tolérée, à savoir :

1) + ou – 3°C au cours du transport ;

2) + ou – 4°C au cours de l'entreposage en chambre froide.

Mais, une qualité optimale nécessite :

une température la plus basse possible ;

une température la plus constante possible ;

une température d'ambiance de chambre froide la plus proche possible de celle du

produit ; (- 30 à- 35°C) ;

un maintien à la température le plus court possible.

La qualité est donc liée à toutes ces contraintes que l'on exprime par la loi du «TTT» soit la

loi de « Tolérance au Temps et à la Température » : les produits tolèrent des variations faibles

de températures, sur un temps très court (durée de la manutention) et il faut éviter de les

répéter.

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2.2.2. Conception des entrepôts et des véhicules

Les entrepôts doivent être des bâtiments parfaitement isolés thermiquement, présentant des

sas d'entrée avec sécurités de fermeture, des portes étanches au froid et des systèmes de

dégivrage automatique. Les véhicules sont le plus souvent frigorifiques.

2.2.3. Contrôles du respect des températures

Nous avons comme outils de contrôle des températures :

- des thermomètres simples pour les chambres froides en intérieur ou dans les

magasins ;

- des enregistreurs intégrateurs qui sont des appareils de suivi de l'évolution de la

température au fil du temps, couplé en général avec des alarmes ;

- des mouchards qui sont des pastilles placées sur les produits indiquant un

dépassement de zone de température: on a une variation de couleur ou un effet visuel

irréversible (5 à 10 F/pièce).

3. Matériel

3.1.Paramètres importants

La durée de conservation dépend de certaines données.

Nous avons d’abord la différence de température produit – fluide. Plus cette différence est

grande plus la vitesse de congélation est courte. Cela justifie l'usage du froid cryogénique

pour la surgélation. Ensuite, les caractéristiques du fluide : l'eau, l'air, les gaz cryogéniques

n'ont pas les mêmes coefficients d'échange de chaleur. Et enfin, les caractéristiques du

produit : sa forme, sa masse volumique, sa conductibilité (liée à sa composition en nutriments

et en eau), feront varier la durée de congélation. Aussi, le fabricant de produit congelés et

surgelés pourra intervenir sur ces différents facteurs pour optimiser la qualité finale de son

produit, en se rappelant qu’une vitesse élevée est un facteur primordial.

3.2.Types de matériel

On distingue :

les congélateurs domestiques (air stagnant à –18°C) qui ont une vitesse de congélation lente,

la vitesse d’abaissement de la température du produit étant de l’ordre de 2°C / min ;

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Les congélateurs industriels qui congèlent rapidement, la vitesse d’abaissement de la

température du produit étant de 10 à 100°C / min.

Les frigoristes proposent une large gamme de matériel, différant par :

Le mode de fonctionnement: continu ou discontinu ;

Le niveau de température utilisé (froid mécanique ou cryogénique) ;

La méthode de transfert de chaleur utilisée : par contact, ou par fluide intermédiaire.

- gaz froid (pratiquement toujours de l’air),

- liquide à basse température (azote liquide),

- solide à basse température (surface métallique)

L’échange se faisant du milieu le plus chaud (l’aliment) vers le milieu le plus froid, le

transfert se fera d’autant plus rapidement que le fluide sera à une température basse. Pour

congeler un produit, on doit le mettre en contact avec un milieu froid, à température inférieure

à sa température de congélation, et l'y maintenir un temps nécessaire pour atteindre, en son

centre, point le plus long à refroidir, une température finale suffisamment basse. Cela revient

donc à retirer de la chaleur : les calories du produit à congeler sont rejetées à l’extérieur de

l’enceinte.

3.2.1. Installations frigorifiques mécaniques

La production de froid mécanique est la plus ancienne (près d'un demi-siècle) et continue de

se développer.

3.2.1.1.Les congélateurs à air

Le fluide frigorifique est de l’air pulsé et refroidi à travers l’évaporateur d’une installation

frigorifique. Les congélateurs à air peuvent être continus ou discontinus. Les congélateurs à

air sont les plus répandus.

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3.2.1.2.Les congélateurs par immersion

Les aliments sont immergés dans un réservoir contenant soit un fluide frigorifique (saumure

au chlorure de sodium), soit un fluide frigorigène (fréon remplacé par des

hydrofluorocarbones (HFC). En dépit de ces avantages, l’immersion est peu répandue.

3.2.1.3.Les congélateurs par contact

Le produit est refroidi au contact direct d’une surface solide refroidi par un fluide. Ce type de

congélation est adapté à des produits solides en vrac tels que le poisson, ou bien à des produits

liquides ou pâteux.

3.2.2. La congélation cryogénique

Cette technique récente est indispensable pour des produits plus fragiles. Le froid est produit

par le changement d’état (chaleur latente d’évaporation) d’un fluide cryogénique injecté dans

l’enceinte :

- le diazote qui se vaporise à -196°C

- le dioxyde de carbone qui se transforme en neige carbonique puis se sublime à -79°C.

Il faut environ 1 litre de N2 ou 1 kg de CO2 pour congeler 1 kg de produit alimentaire. La

cryogénie est réservée à des cas bien spécifiques : produits à haute valeur ajoutée, activité

saisonnière, faibles volumes de production.

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Sur le plan du matériel, on va trouver les systèmes suivants (voir page 11), adaptés à chaque

catégorie de produits:

1) Surgélateur par contact : schéma 1

Les plaques contiennent un fluide en circulation (froid mécanique) qui est à – 35°C. Ce

système est adapté aux liquides, purées, bandes de pièces homogènes comme des steaks

hachés, des poissons en filets ou de la pâte de poisson appelée « surimi » ;

2) Surgélateur en tunnel statique : schéma 2

C'est le procédé le plus classique et le plus ancien : les aliments emballés sont placés dans la

chambre froide et sont parcourus par un air à -50°C à une vitesse de 300 à 360 rn/min. Ce

système est essentiellement utilisé pour les grosses pièces entières, comme les carcasses et les

demi -carcasses de viande.

3) Surgélateur continu à bande porteuse : schéma 3

On l'utilise surtout pour les petites pièces qui sont surgelées individuellement : cerises,

haricots verts, crêpes fourrées...

4) Surgélateur continu à lit fluidisé : schéma 4

Il est utilisé pour des pièces inférieures à 35 mm de diamètre (petits pois, myrtilles...). Les

produits passés dans un air à – 40°C ressortent en moins de 8 min, surgelés individuellement.

5) Surgélateur par immersion

On utilise un liquide à très basse température. Ce procédé est adapté aux produits de taille

moyenne et de forme irrégulière comme la volaille emballée sous film plastique.

6) Surgélateur en tunnel à l'azote ou à gaz carbonique : schéma 5

La surgélation est quasi-instantanée, mais le système ne peut être utilisé que pour des petits

volumes et des produits très minces et à forte valeur ajoutée : crevettes par exemple.

Nous pouvons aussi dire que le choix du matériel est fortement lié au produit, aux coûts

d'achat et de fonctionnement et aux objectifs de qualité finale (un goût et une couleur les plus

proches possibles du produit frais, un exsudat de décongélation limité).

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Schéma II : Les technologies de conservation des aliments (Dossier scientifique de l'IFN n° 2)

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4. Conditionnement et emballage des produits congelés

Les produits surgelés et les crèmes glacées sont obligatoirement préemballés afin de préserver

tout au long de la chaîne du froid, c'est-à-dire depuis la fabrication jusqu’au moment de

l’utilisation, leur qualité et leur salubrité.

Le conditionnement assure tout d’abord la protection contre chocs, poussières, lumières ; il

permet également de renseigner l’utilisateur par un étiquetage détaillé ; il procure aussi

d’autres avantages en s’adaptant aux besoins du consommateur (paquets, barquettes et moules

en aluminium ou en plastique permettant la cuisson directe, Sacs plastiques, sachets en

plastiques à utiliser dans l’eau bouillante (boiling bags), etc.).

Présentés en conditionnement familial ou individuel, les surgelés et les glaces offrent à

l’utilisateur un usage sur mesure. Pour les produits surgelés comme pour les glaces,

l’étiquetage comporte obligatoirement des indications précises :

- La dénomination de vente avec la mention « surgelé » ;

- La liste des ingrédients ;

- La quantité nette ;

- La date jusqu’à laquelle la denrée conserve ses propriétés spécifiques ainsi que

l’indication des conditions particulières de conservation (date limite de l’utilisation

optimale désignée D.L.U.O.) ;

- Une indication permettant d’identifier le lot de fabrication ;

- Le nom ou la raison sociale et l’adresse du fabricant ou du conditionneur ;

- Le lieu d’origine ;

- Le mode d’emploi ;

- La mention « ne jamais recongeler un produit préalablement décongelé ».

5. Durée de stockage d’un produit congelé

La durée de conservation des produits surgelés est très variable selon le type de produits, mais

aussi selon le type d’appareil. En ce qui concerne la conservation industrielle, nous pouvons

dire que, dans un congélateur industriel ou 4 étoiles (-18°C à -30°C), la durée de conservation

est de plusieurs mois (date sur l’emballage). De plus, à titre indicatif, la durée de conservation

des produits surgelés dans un congélateur 4 étoiles ou industriel est de :

8 à 24 mois pour les viandes et les poissons ;

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12 à 24 mois pour les pâtisseries ;

24 à 36 mois pour les fruits et légumes.

Plus les températures sont basses, mieux l'aliment conservera ses qualités organoleptiques et

nutritionnelles. La température de -30°C est souvent adoptée pour l'entreposage, en particulier

du poisson et aussi des crèmes glacées (pour éviter l'accroissement des cristaux de glace dans

celle-ci). Ces températures basses sont coûteuses et difficiles à maintenir jusqu'au

consommateur.

Les exemples de durées pratiques de conservation des denrées congelées impliquent des

températures considérées comme constante.

Épices, sucre, certains additifs augmentent la durée de l'entreposage. Le hachage, le broyage

la diminuent. La cuisson accroît considérablement la durée d'entreposage, de même l'enrobage

par de la chapelure ou une sauce.

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CONCLUSION

Au terme de notre étude, nous pouvons affirmer que la surgélation ou congélation rapide est

le mode de conservation le plus sûr et le plus efficace pour préserver toutes les qualités d'un

aliment. Surgelés très rapidement, les produits conservent ainsi intactes leurs qualité

gustatives et leurs valeurs nutritives dont leurs vitamines. Il s’agit donc de trouver le meilleur

couple temps-température. De plus, de nos jours, tout gain de temps est précieux ; les produits

surgelés sont faciles à utiliser, ils sont disponibles à tout moment de l’année et sont des

produits prêts à l’emploi qui ne nécessitent pas d’épluchage, pas de nettoyage, pas de

découpage. Cependant, le coût de production des ces produits surgelés étant élevé, fait de

ceux-ci des produits de luxe vis-à-vis des consommateurs.

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REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

Christine OUDOT, 1999. La transformation des aliments Génie alimentaire. 79 pages.

www.airproducts.fr

http://fr.wikipedia.org/wiki/Surg%C3%A9lation