PARTIE 1 (8 points) -  NOURRIR L’HUMANITÉ

L’application des hautes pressions dans la conservation des aliments

L’utilisation des hautes pressions dans la conservation des aliments remonte au début du XXème siècle, mais sa maîtrise et son utilisation industrielle ne datent que d’une dizaine d’années.
On cherche à étudier l’application des hautes pressions au domaine de la conservation de certains jus de fruits.

Document 1a : définition de la pasteurisation

Traitement de certains produits alimentaires consistant à détruire les micro-organismes, notamment pathogènes, par chauffage entre 60 °C et 90 °C sans ébullition, suivi d’un refroidissement brusque.

Source : d’après www.larousse.fr

Document 1b : définition et description de la pascalisation

Technique consistant à soumettre des produits alimentaires à des pressions très élevées dans le but d’améliorer leur conservation. Les produits conditionnés et scellés dans leur emballage définitif sont disposés dans une enceinte pleine d’eau qui est comprimée à l’aide d’une pompe.
Ce traitement n’est donc applicable que pour des produits conditionnés dans des emballages relativement déformables susceptibles de transmettre à leur contenu la pression subie.

Sources : d’après http://genie-alimentaire.com et http://agroalimentaire-simplement.e-monsite.com/

Document 2 : évolution de la teneur en vitamine C dans le jus d’orange conservé à 10°C

Source : d’après The effects of thermal and non-thermal processing on Vitamin C by Maria J. Esteve and Ana Frigola, Global Science Books 2008

Document 3a : comparaison entre un traitement thermique et un traitement haute pression d’un jus d’orange ou d’un jus de papaye

pH du jus d’orange : 3,1 – 4,1
pH du jus de papaye : 5,2 – 5,7

1 MPa : mégapascal, 1 MPa = 10⁶ Pa. La pression atmosphérique est environ égale à 10⁵ pascals.
2 sauf cas particuliers détaillés par la suite.
3 qui se rapporte aux sens tels que le goût et l’odorat.

Sources : d’après http://www.agrsci.jp/ et http://genie-alimentaire.com/

Document 3b : effets des hautes pressions sur les micro-organismes

L’inactivation de la croissance des micro-organismes induite par la pression est due à des dommages situés au niveau de la membrane cellulaire, à une dénaturation des protéines et à des modifications de l’activité enzymatique. Ces dommages induisent une interruption des fonctions cellulaires responsables de la reproduction et de la survie.

Les spores bactériennes, qui sont la forme résistante de certaines bactéries, supportent de nombreux stress tels qu’une forte température (…) ou une forte pression. En effet, l’inactivation directe des spores nécessite l’application de très hautes pressions, souvent supérieures à 1000 MPa¹. La température lors du traitement peut ainsi jouer un rôle significatif car, pour chaque microorganisme, il existe une valeur de température pour laquelle la résistance à la pression est maximale. Cette température se situe généralement aux alentours de 20°C à 25°C. Plus la température s’éloigne de cette valeur, moins le microorganisme tolère la pression. C’est la raison pour laquelle le traitement par hautes pressions sur des denrées alimentaires peut être effectué (…) à des températures modérées (50°C à 60°C) pour améliorer la destruction de tous les microorganismes.

La croissance des micro-organismes est toutefois stoppée sans traitement thermique additionnel dans le cas des produits dont le pH est inférieur à 4,9, et chez lesquels les spores ne se développent plus après un simple traitement haute pression.

¹ MPa : mégapascal, 1 MPa = 10⁶ Pa.

Source : d’après Traitements par hautes pressions hydrostatiques des denrées alimentaires : état de l’art M. LERASLE et collaborateurs

 

COMMENTAIRE RÉDIGÉ :

Un industriel qui commercialise des jus de fruits, notamment du jus d’orange et du jus de papaye, songe à intégrer le procédé de pascalisation dans la chaîne de conditionnement de sa nouvelle usine.
Analyser ce projet en expliquant en quoi un tel procédé de conservation de ces deux jus de fruits est une alternative intéressante à la pasteurisation mais qui, toutefois, possède ses limites.

Vous développerez votre argumentation en vous appuyant sur les documents et vos connaissances (qui intègrent, entre autres, les connaissances acquises dans les différents champs disciplinaires).


Éléments de correction (ce sujet reprend partiellement les données du sujet de Pondichéry 2015)
La pascalisation est nommée ainsi en hommage à Pascal, qui a aussi été honoré dans la dénomination de l'unité de pression internationale : le Pascal (1 atm ~= 10⁵ Pascal (Pa) = 0,1 MPa ). Comme son nom l'indique donc, il s'agit d'appliquer une haute pression (200 à 600 MPa soit 2000 à 6000 fois la pression atmosphérique) qui stoppe la prolifération des organismes (sans pour autant stériliser l'aliment) et sans altérer le goût de celui-ci.
En effet (document 3)  les hautes pressions produisent des dommages irréversibles aux bactéries (notamment au niveau de la paroi et de la membrane cellulaire), mais les spores, formes de résistance de certaines bactéries, ne sont endommagées que pour des pressions encore plus élevées, de l'ordre de 1000 MPa. Pour diminuer la pression de destruction des spores, on peut augmenter la température (vers 60°C), mais dans ce cas on perd les bienfaits de l'inactivation bactérienne à température ordinaire qui ne modifie pas les qualités gustatives des jus. Il est à noter que dans certains cas, notamment pour des produits dont le pH est faible (<4,9; ce qui est le cas du jus d'orange, mais pas du jus de papaye), le traitement haute pression, sans chauffage permet cependant d'inactiver à la fois les formes bactériennes en croissance et les spores.
La pascalisation permet même de mieux conserver certains éléments indispensables comme la vitamine C qui (document 2) se conserve plusieurs semaines sans presque diminuer dans un jus d'orange, à l'inverse du jus pasteurisé qui perd la moitié de sa teneur en vitamine C en 4-5 semaines.
Dans le cas de la vitamine C, l'altération consiste dans une oxydation de la molécule, qui devient alors inutilisable comme vitamine (unse substance indispensable à la vie que l'on doit trouver dans l'alimentation). Plus que les qualités organoleptiques (le goût et l'odorat de l'aliment), il s'agit surtout de conserver les bienfaits nutritionnels du jus frais de fruits.
On notera aussi que la pasteurisation - qui consiste à chauffer l'aliment un cours temps à assez haute température (ici 20 à 30 min à 65-75°C pour les jus dont la production est envisagée), si elle stoppe bien la prolifération des micro-organismes, ne permet pas de conserver les qualités gustatives du jus de fruits originel.
Il est à noter, du point de vue technique que l'emballage des produits traités par pascalisation doit rester souple et que c'est le produit dans son emballage définitif qui est soumis au traitement; ce qui est à l'origine de contraintes de manipulations de petits volumes...
Il reste enfin la question du coût : un équipement de traitement haute pression est plus de 500 fois plus cher qu'un équipement de traitement haute température. Au stade industriel le jeu peut en valoir la chandelle, mais pas au niveau artisanal.
En conclusion, la pascalisation est une méthode très sûre et très "naturelle" pour un industriel qui souhaite commercialiser des jus d'orange dont la plus grande partie des éléments naturels sera conservée. Par contre, pour le jus de papaye, étant donné la nécessite de chauffer pour détruire les spores, l'équipement de haute pression semble plus discutable. La pasteurisation sera alors peut-être préférable.