1

Science de l’Aliment

2

3

Introduction. Historique La science de l’aliment est une science appliquée qui étudie les

propriétés chimiques, biochimiques, physiques, physico-chimiques et biologiques des aliments et leur modification lors de la transformation.

En médecine elle est appelée bromatologie- science de nutriments. Science pluridisciplinaire est étroitement liée à diverses disciplines

comme la physique, la chimie, la biochimie, la biologie, la microbiologie, la nutrition, la génie des procédés etc.

Les connaissances scientifiques permettent de comprendre et d’améliorer en permanence les processus de fabrication et de conservation des aliments pour garantir au mieux cette qualité, dont les normes évoluent et diffèrent selon les sociétés.

La science de l’aliment s'intéresse surtout à l'étude des modifications chimiques et physico-chimiques qui interviennent durant toutes les étapes impliquées dans la transformation et conservation des aliments. Ces réactions sont parfois recherchées car elles améliorent la conservation et l'organoleptique du produit ; mais dans certains cas, ces réactions sont indésirables et il faut donc les éviter.

4

Depuis le début de l’Humanité, soit il y a environ 3.000.000 d’années, selon Y.Coppens, l’homme s’est toujours posé la même question: comment me nourrir?

Le temps humain, soit environ 3.000.000 d’années, peut être divisé en trois âges alimentaires, chacun étant caractérisé par la prédominance d’un système:

5

L’ÂGE PRÉ-AGRICOLE.Triomphe du système de la cueillette, de la chasse et de la pêche. L’homme prélève

ses aliments sur son environnement végétal et animal, soit sur les éco-systèmes naturels. Période de l’aliment sauvage.

L’ÂGE AGRICOLE L’homme passe du stade de prédateur à celui de producteur. Il substitue aux

écosystèmes naturels des agro-systèmes et artificialise les milieux et les produits. La consommation s’organise au sein d’unités domestiques qui sont le plus souvent,

à la fois de unîtes des production et de consommation. C’est la période de l’aliment agricole.

L’auto-consommation est fortement prédominante. 70 à 80 % de la population est agricole et l’agriculture est la source principale de la richesse des royaumes.

L’ÂGE AGRO-INDUSTIEL L’industrie se substitua d’abord à l’agriculture pour la transformation des produits

agricoles, puis aux activités domestiques, par la production d’aliments services (aliment prêt à cuire pré-cuit, cuisiné) et servis (développement de la restauration).

C’est la période du triomphe de l’aliment agro-industriel. Les “hypermarchés” sont les cathédrales de la société de consommation de masse.

6

Historique

Pline l'Ancien (23 -79 après J.-C ) - important écrivain et naturaliste romain, auteur d'une monumentale encyclopédie intitulée Histoire naturelle, 37 volumes .

In Vino Veritas... La vérité est dans le vin... (Pline l'Ancien) Emploi du souffre pour conserver le vin Rapporte « l'abondance du miel » produit en Crète, à Chypre

et en Afrique Technologies et vertus des laits fermentés Mariage de vin et de miel Defrutum (jus de raisin concentré par ébullition)-becmes

7

1549-Departement Sciences de marchandises a l’Universite de Padova, Italie 1673 : Antoine van Leeuwenhoek (24 octobre 1632 – 26 août 1723) - savant

néerlandais-Microscope Antoine Lavoisier (1743 - 1794 ) – chimiste français. Il a énoncé la première

version de la loi de conservation de la matière, identifié et baptisé l'oxygène (1778), et participé à la réforme de la nomenclature chimique. Il est souvent fait référence à Lavoisier en tant que père de la chimie moderne.

Nicolas Appert, (1749 -1841 -inventeur français. Il est le premier à mettre au point une méthode de conservation des aliments en les stérilisant par la chaleur dans des contenants hermétiques (bouteilles en verre puis boîtes métalliques en fer-blanc). Il crée en France la première usine de conserves au monde.

Louis Pasteur,  1822-1895, scientifique français, chimiste et physicien de formation, pionnier de la microbiologie.

1860:Модест Яковлевич Киттарa (1825—1880) «Публичный курс товароведения»

1901-Никитинский Я. Я.. Товароведение. СПб., 1901. 1902_Жиряева, Е.В. Товароведение. — 1-е изд.. — СПб.: Питер, 2002. 1927 - Я.Я. Никитинский опубликовал первую научную монографию

«Очерки по товароведению пищевых продуктов».

8

SA en MoldavieДми@ трий Кантеми@ р (1673-1723) DESCRIPTIO ANTIQUI ET HODIERNI STATUS MOLDAVIAE ОПИСАНИЕ

МОЛДАВИИ (1716)Mihail Kogălniceanu, Kostache Negruzzi -1841- Carte de bucate boiereşti.1842 г. была создана Бессарабская школа садоводства второй степени- Кишиневское училища

виноделия и виноградарства- Первое на Балканах, старейшее в Молдове- Кишиневский Национальный Коллед-ж Виноградарства и Виноделия

Выпускники М. Фролов-Багреев, (1877 —1953) — учёный-винодел, стоявший у истоков российской

технологии изготовления игристых вин. («Советское шампанское» - это его бренд). Петр Унгуряну (выпуск 1916 г.) – основатель Криковского комбинатa, молдавский советский

специалист в области виноделия.; И. Г. Дикусар (выпуск 1917 г.), знаменитый агрохимик, один из первых молдавских

академиков, Андрей Лупан (выпуск 1933 г.) 1909 Декретом русского царя Николая II создано экспериментальное виноградо-плодоводское

поле-с 1993 Национальный Институт Винограда и Вина- П. Унгуряну, Л. Малтабар, M. Пелях,, A. Суботович, M. Б. Гэинэ, Н. Таран, E. Русу, В. Цуцук,и.др.

1933:агрономический факультет (Кишинев) Ясского Университета 1958: Молдавский научно- исследовательский институт нищевой промышленности (МНИПП

(сублимация- Л. А. Бантыш,. Василий Григорьевич Поповский, асептическое консервирование -Бобраков Б. П)

1959: Специальности ТВ и ТК (Госуниверситет)1964: ТУМ-FTMIA 1974: Fac. Merceologie a USM 1993: UCCM

9

Основные труды Фролов-Багреева Антона Михайловича «Микроорганизмы плодовиноградных сусел и вин». — М., 1933 «Химия и методы исследования продуктов переработки винограда». — М.,

1933 «Ампелография СССР» (ответственный редактор А. М. Фролов-Багреев).

— М., 1946, 1953—1956 «Советское шампанское. Технология производства шампанских (игристых)

вин». — М., 1943, 1948Иван Георгиевич ДИКУСАР

российский агрохимик и физиолог растений. В 1925-1937 гг. работал на кафедре агрохимии сельскохозяйственной

академии К. А. Тимирязева, в 1931-1949 гг. – во Всесоюзном институте удобрений и агропочвоведения, в Московском и Кишиневском университетах.

В 1961-1964 гг. – директор Молдавского института почвоведения и агрохимии. Один из инициаторов исследования почв и создания агрохимической службы в Молдавии.

Василий Григорьевич ПоповскийСублимационная сушка пищевых продуктов растительного происхождения

Пищевая промышленность, 1975 - Всего страниц: 335

10

11

CONNEXIONS

Science de l’aliment - a l’interface de plusieurs disciplines

Connexions: technologie, physique, chimie, mathématiques, droit, économie, gestion, marketing, informatique, psychologie, sociologie, esthétique, etc .

12

Composition chimique des aliments

13

Fonctions alimentaires des constituants des aliments

1. énergétique (hydrates de carbone, lipides, protéines). 2. constitution et entretien des tissus (protéines, lipides,

éléments minéraux –Ca,P)3. régulation du métabolisme (vitamines- certaines sont des

cofacteurs enzymatiques, acides aminés essentiels, acides gras essentiels,éléments minéraux -Na, K, Ca, P, Mg, S, Fe, Zn,éléments traces ou oligo-éléments

4. fonction mécanique, péristaltisme intestinal (fibres alimentaires indigestes: cellulose, hémicelluloses)

5. fonction attractive (propriétés sensorielles: appétence sécrétion salive et sucs gastriques, odeur, flaveur, saveur, couleur, consistance etc.).

14

15

Constituants / Classification

Selon leur provenance: Substances endogènes (natives) Substances exogènes (additionnées, ajoutées ) Substances accidentelles (étrangers, toxiques)

Selon leur composition élémentaire: Substances anorganiques (eau et minéraux) Substances organiques (C,H,O, N)

16

EAU

Trois fonctions principales sont : Fonction de solubilisation (ou dispersion) : L'eau

dans les aliments est le solvant des constituants hydrophiles.

Fonction de structuration : configuration des macromolécules alimentaires, notamment les protéines et les glucides. L'eau détermine également la structuration de certains constituants en micelle. C'est le cas, par exemple, des caséines dans le lait.

Fonction de mobilisation : L'eau, par rapport aux autres fluides, est le facteur de mobilité le plus répondu dans les produits alimentaires.

17

EAU

18

EAU

La connaissance de la teneur en eau des produits alimentaires est souvent nécessaire et ce pour :

Nécessité technologique : pour la conduite rationnelle des opérations de récolte, de séchage, de stockage ou de transformation industrielle. C'est un paramètre essentiel pour l'évaluation et la maîtrise des risques d'altération pendant l'entreposage des denrées alimentaires.

Nécessité réglementaire : pour des raisons d'hygiène ou pour garantir la loyauté des transactions commerciale.

Nécessité contractuelle : Dans le cas où des contrats commerciaux exigent une teneur limite en eau dans un aliment.

Nécessité analytique : Les résultats d'analyse des produits alimentaires sont souvent exprimés par rapport à une base fixe (matière sèche ou teneur en eau standard).

19

EAU

Comportement de l'eau dans les denrées alimentairesDans les denrées, l'eau peut être soit libre soit liée (liaisons

chimique hydratation, liaisons hydrogène, forces de Van der Waals);

Cette dernière perd son pouvoir solvant (elle n'intervient pas dansle processus de dégradation) et elle échappe à la congélation.La détermination des deux paramètres suivants: la teneur en eau (eau totale) l'activité de l'eau (proportion d'eau libre)permet de faire la distinction entre eau libre et eau liée et d'endéduire notamment les propriétés de conservation de ladenrée.

20

Activité d’eau

L'aw d'une solution peut être calculée par la formule de RAOULT :

aw = n1/(n1 + n2)

n1 = nombre de moles du solvant (eau).n2 = nombre de moles du soluté.

21

1-er CAS : 100 g H2O ; 1,75 g NaCl n1 = 100:18 = 5,556

n2 =1,75:58,5 = 0,097aw = 5,556 / ( 5,556 + 0,097) = 0,98

22

Activité de l'eau aw de produits alimentaires courants

23

EAU

L’activité de l’eau d’un produit décrit mieux que sa teneur en eau, le degré de disponibilité de l’eau pour des réactions chimiques (oxydation, brunissement, ) ou biologiques (développement de micro-organismes).

Elle est donc un paramètre essentiel décrivant l’aptitude d’un produit à se conserver.

Quelques règles en relation avec a w: aw toujours inférieure (ou égale) à 1 aw très proche de 1 pour une teneur en eau supérieure à

50 % aw définie de la même manière que l'humidité relative et à

l'équilibre: aw = humidité relative (%)/100, donc: aw fortement dépendante de la température.

24

Relation entre l'activité de l'eau et la teneur en eau

De manière générale, courbe en S, plus ou moins marquée, avec 2 points d'inflexion qui permettent de délimiter plus ou moins nettement 3 zones. Des approches théoriques (modèles) ont permis de calculer une partie de la courbe (zone A, travaux de Brunauer, Emmett et Teller, 1er point d'inflexion parfois désigné "point BET" des initiales des 3 auteurs).

25

26

EAU

Dans les 3 zones définies, l'eau a des propriétés distinctes:

zone A: aw à la limite supérieure: de l'ordre de 0,2 - 0,3 (pt BET,

précisément) ; eau fortement liée (énergie d'adsorption: 1 - 15 kcal/mole H2O) ; couche pratiquement mono moléculaire (associations par liaisons H

avec les constituants organiques polaires des denrées -protéines, hydrates de C) ;

eau de cristallisation des constituants minéraux ; eau non congelable (0% d'expansion de volume d'une solution de

saccharose à 60% dans l'eau) ; eau non disponible comme :solvant, moyen de transport, réactif

(processus biologiques)

27

EAU zone B:

eau faiblement liée ; couches successives sur la couche mono moléculaire de

base ; eau de remplissage des pores, la disponibilité de l'eau

dépend de la taille des pores) ; eau congelable ; eau disponible comme réactif et comme solvant ; eau non disponible comme moyen de transport.

zone C: eau libre ; eau disponible pour toutes les fonctions ; majorité de l'eau contenue dans les denrées fraîches (fruits,

légumes,viandes), retenue dans les tissus

28

29

EAU

Allures caractéristiques des isothermes

30

EAU Hystérésis/ Isotherme d'adsorption- désorption De manière générale, les isothermes d'adsorption- désorption présentent la propriété dynamique

d'hystérésis, la courbe d'adsorption est décalée par rapport à celle de désorption (figure ).

Le décalage est tel que la relation aw (adsorption) > aw (désorption) à teneur égale en H2O est toujours satisfaite. En pratique, pour une même valeur d'activité aw, la teneur en H2O en désorption peut être de 2 - 4 g/100 g supérieure à celle en adsorption (amidon de pomme de terre). Plusieurs explications ont été proposées, deux peuvent être retenues comme étant probablement les moins mauvaises:

31

Formes des cycles d’hystérèse d’adsorption/désorption.

32

EAU

L'intérêt pratique des isothermes d'adsorption - désorption est de:

prévoir aw (encore difficile et coûteux à mesurer) en fonction de la teneur en eau (séchage des céréales en vue de leur stockage)

prévoir l'évolution de aw en fonction de la modification de la teneur (hydratation, déshydratation) ou du passage, pour les denrées sucrées (confiserie) du sucre de l'état amorphe à l'état cristallisé

prévoir aw à l'équilibre dans le cas de mélanges de produits plus ou moins complètement déshydratés (préparations pour potages, soupes)

décider du mode de conditionnement (étanchéité ou non à la vapeur d'eau) pour une denrée en fonction de l'humidité relative de l'atmosphère dans laquelle elle est maintenue (sucre cristallisé en sacs en papier).

33

Dégradation des denrées alimentaires et activité de l’eau

EAU

34

Activité de l'eau et les réactions d'oxydation

Le rancissement est une des principales réactions de détérioration des aliments à faible ou moyenne teneur en eau ; il s’observe même pour des activités d’eau comprises entre 0 et 0,2 environ (courbe en rouge).

L’oxydation des lipides constitue souvent le facteur limitant de la conservation de certains aliments déshydratés ou à teneur moyenne en eau. L’addition d’antioxydants ou une élévation de la teneur en eau peut modifier ces données et aboutir à faire dépendre la stabilité d’autres réactions d’altérations en particulier le brunissement non enzymatique.

35

Activité de l'eau et le brunissement non enzymatique (Réaction de Maillard)

La vitesse de brunissement non enzymatique augmente rapidement avec l’activité de l’eau et atteint un maximum à des activités comprises entre 0,5 et 0,7 (courbe en gris). Au delà de ces valeurs, la vitesse de cette réaction diminue.

Tout comme l’oxydation des lipides, le BNE est souvent le facteur limitant de la conservation des aliments à teneur moyenne en eau. C’est aussi une réaction de détérioration gênante lors des opérations de déshydratation où il faut s’efforcer de traverser la zone critique le plus rapidement possible et à une température minimale.

36

Activité de l'eau et le brunissement enzymatique

L’activité enzymatique (courbe en orange) et le taux final d’hydrolyse s’élèvent considérablement lorsque l’activité de l’eau dépasse 0,7.

Pour éviter l'effet indésirable de l'activité enzymatique qui peut avoir lieu lors de l’entreposage des aliments même à l’état déshydraté ou congelé, on pratique généralement un blanchiment, avant la déshydratation ou la congélation, qui a pour but principal la destruction des enzymes.

37

Activité de l'eau et les activités microbiennes

La croissance des bactéries (courbe en noir) est généralement impossible lorsque l’aw < 0,90. Les moisissures et les levures (courbes en vert clair et vert foncé) sont inhibés respectivement vers une aw de 0,7 et 0,8 sauf certaines moisissures et levures osmophiles qui peuvent se développer jusqu’aux des aw de 0,6. Dans la plupart des cas, l’aw limite de croissance d'un microorganisme est différente de l’aw limite nécessaire pour la production de sa toxine .

38

Croissance des microorganismes dans les denrées alimentaires en fonction de l'activité de l'eau aw

39

Dans un aliment, une activité de l'eau de 0,7 est considérée comme une limite inférieure présentant toutes les garanties de stabilité microbienne. Cependant 0,91 est une limite en dessous de laquelle le développement des microorganismes est très fortement freiné.

40

La teneur en eau ou l’humidité d’un aliment s’exprime en masse d’eau % rapportée :

soit à la masse de matière sèche (ms) contenue dans l’échantillon.

Teneur en eau = S = (me/ms).100 = [(mh – ms)/ms].100

me : masse d’eaums : masse de matière sèche mh : masse humide soit à la masse totale de matière humide (mh) de

l’échantillon. Humidité = H = (me/mh).100 = [(mh – ms)/mh].100

41

METHODES

SS + W = 100 %

SS: Si teneur en eau < 50 %W: Si teneur en eau > 50 %

Le taux d’humidité peut être déterminé de différentes façons, qui peuvent être classées selon les catégories suivantes :

Les méthodes spectrométriques: Les méthodes chimiques:CaC2 + 2 H2O → C2H2 + Ca(OH)2

Les méthodes thermogravimétriquesAutres méthodes : la conductimétrie, la réfractométrie,

l’osmétrie…

42

Les méthodes thermogravimétriques peuvent à leur tour être classées en plusieurs catégories :

1. La méthode traditionnelle de l’armoire à dessiccation : l’étuve (100-104 C, 4 h)

2. La distillation3. Le séchage par infrarouge4. Le séchage par micro-ondes5. Le séchage par source halogène.

W = (M1-M2) x 100 / M1, %