A. PRINCIPES DE BASE

1. Introduction

L’importance des fruits et des légumes en matière de nutrition, de santé et d’économie, n’est plus à démontrer. Ce sont eux qui transportent le mieux les vitamines, les minéraux essentiels, les fibres alimentaires, les antioxydants phénoliques, les glucosinolates et autres substances bioactives. Outre ces éléments, ils fournissent également des hydrates de carbone, des protéines et des calories en assez grande quantité. Par les effets qu’ils ont sur la nutrition et la santé, ils permettent à l’homme de se sentir mieux tout en réduisant le risque d’attraper certaines maladies. Les fruits et les légumes jouent donc un rôle important dans notre alimentation quotidienne, et il est conseillé d’en prendre 5 portions par jour.

Les fruits et les légumes sont des denrées extrêmement périssables. Actuellement, jusqu’à 23 pour cent de ceux parmi les plus périssables sont perdus pendant leur parcours de la chaîne agroalimentaire parce qu’ils se détériorent: pourrissement, dessèchement, blessures dues à la mécanisation pendant le ramassage, le conditionnement et le transport, ou à cause des moyens de transport. On a estimé que ces pertes dépassaient 40 à 50 pour cent sous les tropiques et dans les régions subtropicales (FAO, 1995 a, b). Des pertes se produisent également au cours de leur durée de conservation et de leur préparation à la maison ou dans les services de restauration. De plus, dans beaucoup de pays en développement, seule une quantité limitée de produits dérivés de fruits et de légumes est destinée aux marchés locaux ou à l’exportation par suite du manque d’équipement et d’infrastructures. Pour limiter ces pertes élevées, il est nécessaire d’adopter diverses mesures qui permettront de les réduire au minimum pendant la récolte, le maniement, le stockage, le conditionnement et la transformation des fruits et légumes frais en produits adaptés à une meilleure conservation.

Ce manuel illustré explique de manière détaillée des techniques très simples et peu coûteuses permettant d’obtenir des produits à base de fruits à taux d’humidité élevé (PFTHE) comme à taux d’humidité intermédiaire (PFTHI) et stables en milieu ambiant. Les fraises, les pêches et les ananas sont conservés entiers, en tranches ou en purée grâce à l’application de facteurs de conservation combinés (technologie des barrières).

Les principales caractéristiques de ces techniques de conservation sont les suivantes:

• elles sont efficaces du point de vue énergétique (indépendantes de la chaîne du froid);

• elles ne nécessitent pas un matériel sophistiqué (peu d’investissements de capitaux);

• elles sont utilisables pour la transformation près des lieux de récolte;

• elles permettent de conserver les propriétés des matières premières comme si elles étaient fraîches (pour les PFTHE) ou d’obtenir des attributs d’excellente qualité (à savoir: la flaveur, la couleur, la texture et les éléments nutritifs) des matériaux traités (pour les PFTHI), même lorsque les produits sont stockés pendant plusieurs mois sans réfrigération;

• elles contribuent à surmonter les difficultés liées aux productions saisonnières;

• enfin, elles contribuent à réduire les pertes après récolte.

Ce manuel technique a pour objectif d’aider les formateurs et les vulgarisateurs à dispenser un enseignement aux petits agriculteurs et transformateurs de fruits en zone rurale. L’application de ces techniques ne demandant pas un équipement ni des matériaux chers, ni de connaissances particulières et pouvant servir à réguler l’offre, est susceptible d’avoir un impact économique et social dans les régions productrices des pays en développement.

2. Qu’est-ce que la technologie des barrières?

Les techniques de conservation alimentaire sont appliquées en vue de maîtriser la détérioration de la qualité des aliments. Cette détérioration peut être provoquée par des microorganismes et/ou diverses réactions physico-chimiques qui ont lieu après la récolte ou l’abattage. Tout procédé de conservation a cependant pour priorité de réduire au minimum les risques d’apparition ou de développement des microorganismes provoquant l’altération des aliments ou des intoxications alimentaires.

D’un point de vue microbiologique, la conservation des aliments implique l’exposition des microorganismes à un environnement hostile (à savoir à un ou plusieurs facteurs adverses) pour empêcher ou retarder leur croissance, abréger leur survie ou causer leur mort. Les exemples de ces facteurs sont l’acidité (c’est-à-dire un abaissement du pH), la restriction de l’eau disponible pour la croissance (c’est-à-dire la réduction de l’activité de l’eau), la présence de conservateurs, des températures élevées, des températures basses, la restriction d’éléments nutritifs, les rayons ultraviolets et les rayonnements ionisants. Malheureusement, les microorganismes ont développé différents mécanismes de résistance aux effets de ces facteurs de stress environnementaux. Ces mécanismes, appelés «mécanismes homéostatiques», agissent pour assurer que les activités physiologiques essentielles et les paramètres des microorganismes restent relativement inchangés, même si l’environnement autour de la cellule est différent et extrêmement perturbé (Leitsner et Gould, 2002). Ainsi, pour être efficaces, les facteurs de conservation doivent venir à bout de la résistance homéostatique microbienne.

En ce qui concerne les microorganismes végétatifs, les mécanismes homéostatiques sont dépendants de l’énergie parce que la cellule doit en dépenser pour résister aux facteurs de stress, par ex. pour réparer des composants endommagés, pour synthétiser de nouveaux composants de cellules, etc. Dans le cas de spores, les mécanismes homéostatiques ne consomment pas d’énergie mais sont intégrés à la cellule avant d’être exposés à un stress de l’environnement.

La disponibilité de l’eau, le pH et la température sont les principaux facteurs qui contrôlent la rapidité avec laquelle s’effectue l’altération des aliments et la croissance des microorganismes. La façon dont les microorganismes réagissent à ces facteurs est décrite brièvement ci-après.

On sait bien que la stabilité microbiologique des aliments contenant peu d’eau n’est pas fonction de la totalité de l’eau qu’ils contiennent mais de la proportion de l’eau disponible pour les activités métaboliques des organismes. La meilleure mesure de l’humidité disponible est l’activité de l’eau, a_w (c’est-à-dire le rapport de la pression de la vapeur de la solution ou de l’aliment (p) sur la pression de la vapeur de l’eau pure (p0) à la même température, p/p0). L’a_w optimum pour le développement de la majorité des microorganismes se situe entre 0,99 et 0,98. Lorsqu’un microorganisme est placé dans une solution aqueuse où le soluté est concentré et l’a_w réduite, l’eau est extraite du cytoplasme de la cellule et la membrane perd sa turgescence. L’homéostasie (ou équilibre interne) est perturbée et l’organisme ne se multipliera pas mais restera dans la phase de latence jusqu’à ce que l’équilibre soit rétabli. Le microorganisme réagit pour récupérer l’eau perdue en accumulant ce que l’on appelle les «solutés compatibles» dans le cytoplasme jusqu’à ce que l’osmolalité interne soit légèrement supérieure à celle de la solution et que l’eau rentre dans la cellule. La pression de la turgescence est rétablie et le microorganisme continue à se développer. Les solutés compatibles n’interfèrent pas avec les activités normales de la cellule et peuvent être synthétisés à l’intérieur de la cellule ou transportés du milieu environnant. En tout état de cause, ce processus consomme de l’énergie et de ce fait, l’énergie disponible pour la croissance diminue. Si la réduction de l’a_w est extrêmement importante, la cellule microbienne, incapable de réparer l’homéostasie, ne peut plus proliférer et peut même mourir. La capacité de régulation osmotique, et par conséquent, les limites de l’augmentation de l’a_w, diffère selon les organismes. En général, les bactéries qui produisent les altérations courantes sont inhibées à des a_w d’environ 0,97; l’agent pathogène clostridium à des a_w de 0,94; et la plupart des espèces bacillus à a_w 0,93. Le staphylococcus aureus est l’agent pathogène qui résiste le plus à l’a_w: il se développe en aérobiose à a_w 0,86 et en anaérobiose à a_w 0,91. Beaucoup de levures et de moisissures prolifèrent à des a_winférieures à 0,86, certaines levures osmophiles et moisissures xérophiles pouvant même se développer lentement à une a_w à peine supérieure à 0,6. Ainsi, pour conserver un aliment en n’utilisant que la réduction de l’a_w comme facteur de stress, on devra l’abaisser au minimum jusqu’à 0,6. Les aliments entièrement déshydratés ont par exemple des a_w d’environ 0,3 afin de contrôler non seulement la croissance microbienne mais aussi les autres réactions induisant l’altération.

S’il y a augmentation de l’acidité du milieu (c’est-à-dire que la valeur du pH diminue) les microorganismes essaient de maintenir le pH interne dans d’étroites limites stables et supérieures à celles du milieu. Les mécanismes homéostatiques empêchent les protons de traverser la membrane cellulaire et de pénétrer dans le cytoplasme, tout comme ils expulsent les protons qui pénètrent effectivement dans la cellule. Le fait de réparer le dérèglement de l’homéostasie du pH demande de l’énergie et le taux de croissance diminue. Plus le pH diminue, plus la demande d’énergie augmente, de telle sorte qu’il n’en reste plus pour les autres fonctions cellulaires. Si l’homéostasie ne peut plus se produire, le pH du cytoplasme chutera et la cellule mourra.

La capacité des microorganismes de se développer à un pH bas dépend de leur capacité à empêcher les protons de pénétrer dans le cytoplasme. Le pH optimum permettant le développement de nombreuses bactéries en rapport avec la nourriture se situe entre 6,5-7,5. Mais certaines bactéries pathogènes se développent à pH 4,2 tandis que d’autres bactéries induisant l’altération des aliments se multiplient lorsque l’acidité est plus élevée (pH de croissance à 2,0). Cependant, un pH acide favorise davantage le développement des moisissures et des levures que celui des bactéries car elles peuvent proliférer à des valeurs de pH aussi basses que 1,5. Une façon efficace de rendre sûrs certains produits alimentaires, étant donné la sensibilité à un pH élevé des bactéries responsables d’intoxications alimentaires, est d’abaisser le pH au-dessous de 4,2. Toutefois, pour maîtriser la croissance de tous les microorganismes par le pH en l’absence d’autres barrières, il faudrait un pH trop bas (< 1,5) qui entraînerait le rejet des produits pour des raisons d’ordre sensoriel.

Si l’on utilise des conservateurs acides organiques et faibles (à savoir, les acides propionique, sorbique, benzoïque), l’acidité doit être assez élevée pour faire en sorte qu’une grande proportion de l’acide soit dans une forme non dissociée. L’acide non dissocié agit comme un transporteur de protons à travers la membrane cellulaire, en augmentant leur taux de pénétration dans la cellule. Le microorganisme nécessite une énergie supplémentaire pour maintenir un pH constant et pour expulser les protons.

De même, les mécanismes de réparation de l’ADN endommagé par les rayons lui font retrouver son état antérieur. Lorsque les microorganismes sont exposés à des températures plus basses, ils réagissent de manière homéostatique en altérant la composition des lipides de leur membrane afin de garder leur fluidité et de ce fait leur «fonctionnalité».

Toutes ces réponses homéostatiques demandent une dépense d’énergie des cellules stressées. La réduction de la génération d’énergie et/ou la restriction de l’énergie disponible par l’emploi de facteurs de stress supplémentaires ou «barrières» amplifie l’efficacité de la conservation des aliments qui n’est fondée que sur un seul facteur. Si chaque réponse homéostatique à une «barrière» supplémentaire nécessite de l’énergie, la demande d’énergie devenant trop importante, la croissance s’arrêtera. Autrement dit, on peut combattre l’homéostasie microbienne non seulement par l’utilisation d’un facteur unique ou «barrière», mais aussi par la combinaison de ces facteurs, chacun étant appliqué de façon atténuée, ce qui améliorera par conséquent la qualité nutritionnelle et sensorielle.

En ce qui concerne l’homéostasie passive des spores bactériennes, le maintien d’un faible contenu d’eau dans le compartiment cytoplasmique central, et l’immobilisation de petites molécules dedans, semblent être les principaux facteurs qui permettent aux spores de résister. On peut agir sur cette homéostasie en appliquant certains facteurs de stress. Par exemple, l’abaissement du pH peut servir de barrière parce que les spores sont plus sensibles à la chaleur à des pH bas qu’à des pH neutres. L’incubation des spores à un pH bas entraîne la perte de cations tels que le calcium et leur remplacement par des protons. Cet échange s’accompagne d’une réduction importante de la résistance à la chaleur (Leitsner et Gould, 2002). Ainsi, la stabilité des aliments par traitement thermique est acceptable d’un point de vue organoleptique.

On emploie souvent l’expression technologie des barrières (également appelée méthodes combinées, procédés combinés, conservation combinée, techniques combinées) pour désigner la mise en conserve d’aliments effectuée en combinant de multiples facteurs de conservation. L’association délibérée et intelligente de traitements en vue d’assurer la stabilité, la sécurité et la qualité des aliments semble être une méthode extrêmement efficace pour obtenir des réactions homéostatiques des microorganismes, tout en gardant les caractéristiques nutritionnelles et sensorielles désirées. (Gould, 1995 a, b; Leitsner, 2000; Leitsner et Gould, 2002).

Par exemple, si une légère réduction du pH est associée à une réduction de l’a_w, acceptable d’un point de vue organoleptique, l’expulsion du proton, qui demande de l’énergie, devient plus difficile à cause du supplément d’énergie requis par la cellule pour résister à la baisse de l’a_w. Ainsi, la légère réduction de l’a_w d’un aliment entraîne une réduction des valeurs du pH permettant la croissance microbienne. En outre, si l’on utilise également des conservateurs qui sont des acides organiques, les effets du pH et de l’a_w s’amplifient.

3. Applications

Dans les pays industrialisés et en développement, on emploie de plus en plus la technologie des barrières pour mettre au point des aliments. Selon les besoins, on l’applique de diverses façons (Alzamoraet al., 1993, 1998):

• a différents stades de la chaîne de distribution alimentaire, pendant le stockage, la transformation, et/ou le conditionnement comme mesure de «renfort» pour les produits qui, ayant subi une transformation minimum, ont une brève durée de conservation, afin de diminuer le risque de microbes pathogènes et/ou augmenter leur durée de conservation (utilisation d’agents antimicrobiens ou réduction de l’a_w ou du pH, outre la réfrigération);

• comme outil pour améliorer la qualité des produits ayant une longue durée de conservation sans diminuer leur stabilité/sûreté microbienne (utilisation d’aide de chaleur pour réduire la rigueur des traitements thermiques dans la mise en boîte); ou

• comme nouvelle méthode de conservation pour obtenir des aliments originaux (en faisant des combinaisons innovantes de facteurs de conservation).

Dans les pays industrialisés, qui disposent d’énergie et d’infrastructures et où la réfrigération est largement utilisée, le concept de barrière est surtout employé pour mettre au point un grand nombre d’aliments traités à température modérée et distribués réfrigérés ou surgelés. Parmi les applications typiques figurent la décontamination des matières premières (par ex. la viande, les fruits, les légumes); les viandes fermentées (saucisses fermentées, jambons crus) et les viandes peu chauffées à conservation stable (viandes semblant fraîches, prêtes à être consommées); fruits et légumes récemment coupés; plats sous vide et préparés, aliments diététiques (aliments allégés et/ou à faible teneur en sel et adaptés), aliments transformés par des techniques émergentes (par ex., haute pression hydrostatique, pulsations à haute tension, rayons ultraviolets, et.). Enfin, la mise en place de certaines barrières supplémentaires qui agissent comme garde-fou en cas de non-respect de la température, représente une technologie invisible applicable à de nombreux aliments réfrigérés (Leitsner et Gould, 2002; Ahvenainen, 1996; Wiley, 1994).

Au contraire, dans beaucoup de pays en développement, la réfrigération est chère et pas toujours disponible. De même, la mise en boîte et les procédés d’aseptisation nécessitent de gros investissements et les demandes d’énergie sont très élevées. La technologie des barrières insiste donc sur la mise au point d’aliments stables dans le milieu ambiant, qui demandent un minimum d’énergie, d’équipement et d’infrastructures pour la transformation, le stockage et la distribution (Leitsner et Gould, 2002). Les applications courantes portent sur des aliments ayant une a_wréduite (obtenue par séchage partiel ou adjonction de sel ou de sucre), habituellement associée à l’acidification (c’est-à-dire une réduction du pH) et à l’adjonction de conservateurs; des aliments fermentés; des aliments ayant un pH réduit et des agents antimicrobiens naturels (tels que des herbes, des épices ou leurs extraits) ou synthétiques; et des aliments conditionnés sans oxygène (à savoir, des aliments conditionnés sous vide ou des aliments recouverts d’un couche d’huile).

Dans les pays en développement d’Afrique, d’Asie ou d’Amérique latine, la plupart des aliments traditionnels qui restent stables, sûrs et savoureux pendant un long entreposage sans réfrigération sont des aliments à humidité intermédiaire, pour lesquels l’abaissement de l’a_w constitue l’un des principaux facteurs de conservation ou l’une des principales barrières (Welti-Chanes et al., 2000; Leitsner et Gould, 2002). Bien des procédés de fabrication ont été mis au point empiriquement. Mais maintenant les barrières et leurs rôles spécifiques sont mieux compris et peuvent être choisis rationnellement pour concevoir ou optimiser le système de conservation.

Il y a en fait deux catégories d’aliments ayant une a_w réduite dont la stabilité est basée sur une combinaison de facteurs: les aliments à humidité intermédiaire (HI) et les aliments à humidité élevée (HE).

Les aliments HI ont généralement une a_w de 0,60 à 0,90 et 10-50 pour cent de leur poids en eau (Davies et al., 1975; Jayaraman, 1995). Des barrières supplémentaires fournissent la marge de sécurité contre l’altération par les microorganismes résistant à l’a_w (principalement des moisissures et des levures susceptibles de se développer à une a_w aussi basse que 0,60) et également contre certaines espèces de bactéries qui risquent de se développer lorsque la valeur de l’a_w de la denrée HI est proche de la limite supérieure des activités de l’eau (à savoir a_w 0,90). Dans cette perspective, l’abaissement de l’a_w est souvent associé à des conservateurs chimiques (nitrites, sorbates, sulfites, benzoates, antimicrobiens d’origine naturelle, composants de la fumée) et à une réduction du pH (qui habituellement inhibe ou diminue la croissance bactérienne, accroît l’action des conservateurs et augmente les valeurs minimums de l’a_w pour le développement des bactéries), et parfois à des microorganismes concurrentiels. D’autres produits HI sont traités thermiquement pendant le processus de fabrication, ce qui inactive les microorganismes sensibles à la chaleur, tandis que leur introduction à dans des conteneurs hermétiquement fermés augmente par la suite la stabilité microbienne. (Leitsner et Gould, 2002).

La plupart des aliments HI sont conçus pour pouvoir être stockés pendant plusieurs mois à des températures ambiantes même sous des climats tropicaux et pour être consommés tels quels, sans réhydratation. Ils sont suffisamment humides pour être «prêts à manger» sans donner lieu à une sensation de sécheresse mais suffisamment secs pour rester stables par rapport au milieu (Karel, 1973; Jayaraman, 1995). Beaucoup de produits HI sont, à cause de l’adjonction de très grandes quantités de solutés (tels que le sucre ou le sel) en vue de réduire l’a_w au niveau désiré, trop sucrés ou salés, et deviennent peu attrayants du point de vue nutritionnel et sensoriel.

Par ailleurs, les aliments à humidité élevée (HE) ont une a_w d’une valeur bien supérieure à 0,90. Par conséquent, la réduction de l’a_w est une barrière qui a relativement moins d’importance pour cette catégorie, parce que la plupart des microorganismes peuvent proliférer (Leitsner et Gould, 2002). La stabilité à la température ambiante est atteinte en appliquant une technologie des barrières soigneusement conçue à cet effet. Les fruits semblant frais HE et les produits HE à base de viande cuite, conservés par l’interaction de l’a_w, d’un traitement par chaleur douce, du pH, de conservateurs et pouvant être stockés sans réfrigération, sont une application rationnelle de l’approche combinée (Alzamora et al., 1995, 2000c). Des techniques permettant d’obtenir des produits à base de fruits des deux catégories (PFTHI et PFTHE) sont décrites dans ce manuel.

4. Critères de sélection des facteurs de conservation combinés servant à mettre au point des produits à base de fruits

Afin de choisir les combinaisons de facteurs et leurs niveaux pour assurer la stabilité des fruits, il faut étudier au préalable les points essentiels suivants:

• les types de microorganismes susceptibles d’être présents et de se développer;

• les réactions physico-chimiques et biochimiques qui peuvent détériorer la qualité des produits à base de fruits;

• l’infrastructure disponible pour la fabrication durant le stockage; et enfin,

• les propriétés sensorielles, la durée de conservation en stock et les exigences de conditionnement du produit.

4.1 Microorganismes associés aux fruits

Du point de vue de la santé publique, les fruits jouissent d’une excellente réputation due essentiellement aux mécanismes de défense naturelle que beaucoup d’entre eux possèdent. Signalons entre autres une peau épaisse et des substances antimicrobiennes naturelles (huiles essentielles, anthocyanines, acide benzoïque, benzaldéhyde, etc.) et/ou des acides organiques (tels que les acides malique, tartrique et citrique) qui contribuent à l’acidité des fruits et des légumes et maintiennent souvent le pH à < 4,6.

La grande majorité des fruits sont des produits dont le taux d’acidité est haut bien que certains fruits, comme le chicozapote, la banane, le melon, le mamey, la figue et la papaye, aient un pH élevé. Le bas pH et la nature de l’acide organique en lui-même déterminent le développement des microorganismes tolérant l’acide, tels que les champignons (principalement des moisissures) et des bactéries de l’acide lactique. Si les levures, tout comme les moisissures, sont présentes en grand nombre sur les surfaces des fruits frais, elles ne possèdent pas pour autant les mécanismes permettant d’envahir les tissus végétaux, et sont, de ce fait, des agents d’altération secondaires (Alzamora et al., 1995).

On sait que plusieurs moisissures produisent des mycotoxines dans le fruit avant et après la récolte (patuline). Les agents pathogènes ne peuvent cependant pas proliférer dans les fruits à cause de leur faible pH mais peuvent survivre pendant une période suffisante pour causer des maladies véhiculées par les fruits. Occasionnellement, des maladies liées aux aliments causées par des agents pathogènes ou des toxines bactériennes de fruits (par ex. la salmonellose, l’hépatite A, le botulisme infantile, la listériose) ont été surtout attribuées à la contamination produite par l’exposition aux déchets humains ou animaux ou encore à une eau d’irrigation contaminée.

L’origine du fruit ainsi que les conditions dans lesquelles il se développe sont déterminantes pour la flore microbienne sur le produit, les agents pathogènes de la plante, cause de la maladie pendant la croissance, tout comme pour l’altération après-récolte et l’incidence des agents pathogènes humains et animaux. Les surfaces exposées du fruit étant contaminées par le sol, l’eau, l’air, les eaux usées, les animaux, les insectes, puis par le contact avec le matériel de transformation, on doit aussi tenir compte des microorganismes provenant de ces sources et de ceux que les autres ingrédients du produit final peuvent transporter.

La colonisation fongique avant la cueillette est habituellement la cause principale de la pourriture après récolte. Certains champignons peuvent pénétrer la cuticule intacte des feuilles, des tiges et des fruits. D’autres organismes nocifs pénètrent dans le fruit par le biais de blessures d’origine mécanique qui se produisent durant la récolte, le maniement et le conditionnement ou par le biais d’ouvertures naturelles de la cuticule, et attaquent les tissus internes.

L’altération post-cueillette peut prendre les formes suivantes: pourriture due aux moisissures brunes, bleues, roses ou grises; croissance superficielle de moisissures; noircissement des tissus (anthracnose); pourriture aigre; pourriture du bout de la tige, pourriture due aux levures et autres. L’apparition de la pourriture est associée à la production microbienne d’enzymes dégradant les parois cellulaires. A mesure que les fruits mûrissent, ils deviennent plus sensibles aux effets des microorganismes provoquant l’altération, d’une part, parce que leur production de composants antifongiques diminue, et d’autre part, à cause de la dégradation des parois cellulaires. L’altération est également favorisée par des conditions de température élevée et de grande humidité après la récolte.

4.2 Réactions physico-chimiques induisant l’altération

Outre l’altération microbienne, les modifications physico-chimiques intervenant au cours de la transformation et du stockage des fruits peuvent nuire à leur qualité en ayant un effet sur la couleur, la texture, le goût, l’odeur et la valeur nutritive.

Les cellules et les tissus des fruits contiennent des substances naturelles qui donnent aux fruits leur couleur caractéristique. Ces composants sont regroupés en carotènes et caroténoïdes, anthocyanines, chlorophylles et composants phénoliques. Les opérations qui consistent à peler et à réduire la taille des fruits permettent aux enzymes (chlorophyllase, péroxydase, polyphénoloxidase) d’entrer en contact avec les substrats, surtout à la surface des produits, et induisent des réactions enzymatiques liées à l’altération de la couleur.

D’importants changements visibles à l’œil sont la cause du développement enzymatique et/ou non enzymatique de substances à pigments bruns. Les tissus abîmés des fruits exposés à l’air noircissent rapidement à cause de l’action des enzymes polyphénolases et peroxydases - qui catalysent l’oxydation des composés phénoliques incolores en donnant des o-quinones qui produisent des pigments foncés ou bruns par polymérisation ou réagissent avec les anthocyanines. La couleur brune d’origine non enzymatique est le produit de réactions complexes qui interviennent pendant le stockage et la transformation des fruits (condensation Maillard, caramélisation des sucres, réaction d’oxydation de l’acide ascorbique).

La couleur peut également être modifiée par la transformation des chlorophylles en phéophytines par acidification et/ou par la modification des anthocyanines par oxydation (catalysation par lipooxygénase) et acidification du milieu. En outre les chlorophylles, les anthocyanines et les caroténoïdes peuvent être perdues par filtration, ce qui provoque une perte d’intensité de la couleur.

Sans inactivation, les enzymes causent aussi des changements de texture et des pertes de saveur.

Les propriétés mécaniques des fruits changent énormément, non seulement pendant la maturation, le mûrissement et le stockage, mais aussi durant la transformation à cause des altérations de leurs composants structuraux (à savoir, paroi cellulaire, lamelle médiane, plasmodesmes et membranes) (Vidales et al., 1998; Alzamora et al., 2002b).

4.3 Infrastructures disponibles pour la fabrication et le stockage

Ces techniques combinées ont été tout particulièrement conçues pour être appliquées simplement et à peu de frais, sans avoir besoin de matériel (ou un minimum), et pour permettre de mettre les fruits en conserve près des lieux de récolte. En outre, étant donné l’absence de moyens de transport et d’installations de stockage en chambre froide, la stabilité des fruits doit être assurée sans réfrigération pendant ces étapes.

4.4 Propriétés sensorielles, durée de vie et conditionnement du produit

Les PFTHE doivent satisfaire, au moins en partie, aux exigences du consommateur qui souhaite avoir des produits alimentaires de grande qualité et semblant frais, avec moins de traitements extrêmes (un léger traitement de chaleur) et/ou moins d’additifs, mais ayant en même temps une durée de vie égale ou supérieure à deux mois. Ils doivent aussi bien pouvoir être utilisés directement par les consommateurs que transformés en confiseries, produits de boulangerie ou laitiers, conserves, confitures et gelées, ou encore entrer dans la composition de nombreux plats.

Les PFTHI sont conçus pour avoir une durée de vie supérieure à celle des PFTHE et ont donc une faible a_w, mais ayant moins d’humectants, leur saveur est de ce fait meilleure que les produits traditionnels HI.

Les matériaux et les types d’emballage doivent, pour ces deux sortes de produits, être simples, bon marché et disponibles.

Dans cette perspective, un traitement thermique doux (blanchiment), la réduction de l’a_w, le contrôle du pH à une valeur basse et l’adjonction de conservateurs ainsi que d’agents contre le brunissement (et pour certains fruits d’additifs pour en améliorer la texture, tel que le lactate de calcium) sont les barrières choisies pour formuler la méthode de conservation combinée (Alzamora et al., 1995, Argaiz et al., 1995; Tapia de Daza et al., 1995, 1996; Guerrero et al., 1994). Le rôle de chaque barrière de la technique combinée est expliqué ci-après.

Le blanchiment dans de la vapeur saturée détruit les enzymes, inactive certains microorganismes et sensibilise les microorganismes restants aux autres barrières.

L’intérêt grandissant pour la préservation des caractéristiques de fraîcheur des fruits et pour les aliments à bas taux de sucre a conduit à choisir une a_w barrière entre 0,93-0,98 pour les produits FTHE. Pour les produits FTMI, l’abaissement de l’a_w dans l’étape de déshydratation osmotique est très faible (a_w = 0,97) afin d’éviter d’avoir un produit final trop sucré.

Le pH a été maintenu à une valeur égale ou proche de celle du pH du fruit frais (pH 3,0-4,1). Pour les fruits ayant un pH élevé, ce dernier a été ajusté à la valeur la plus basse compatible d’un point de vue organoleptique avec la saveur naturelle du fruit.

Dans les produits alimentaires à a_w élevée peuvent se développer des bactéries, des moisissures et des levures. Mais une acidité élevée donne un milieu peu propice à la croissance de la plupart des bactéries. Néanmoins, un pH bas rend possible l’altération par des levures, des moisissures et des bactéries tolérantes à l’acide. En tenant compte du fait qu’une légère réduction du pH augmente la limite inférieure de l’a_w pour la croissance bactérienne et qu’inversement, une légère réduction de l’a_w diminue les valeurs du pH qui permettent la croissance, on s’attend à ce que l’interaction pH - a_w dans ces limites soit suffisante pour supprimer la croissance de la plupart des bactéries concernant la conservation des fruits. La capacité des champignons (moisissures et levures) de tolérer une a_w et un pH réduits, au contraire, exige d’incorporer des antifongiques, tels que des acides lipophiliques faibles (par ex. l’acide sorbique ou benzoïque) en quantité modérée (400-1 000 ppm de sorbate de potassium ou de benzoate de sodium).

Des sulfites sont utilisés en très basse concentration (habituellement 150ppm de bisulfite de sodium), lorsque c’est nécessaire, pour inhiber ou retarder les réactions de brunissement non enzymatiques. Ils jouent également le rôle de composés antifongiques, en particulier contre les levures tolérantes au sorbate.

Il est intéressant de noter que l’on choisit la combinaison de facteurs de conservation pour assurer la stabilité microbienne et la qualité sensorielle du produit tout en tenant compte des installations minimums, des services et du matériel disponibles. Cependant, le choix et l’intensité des barrières, tout comme la façon dont on les applique, ne devraient pas être considérés comme immuables, étant donné que d’autres combinaisons peuvent être égales ou convenir mieux à la stabilité microbienne, ou encore favoriser l’acceptabilité sensorielle, accroître la durée de conservation, satisfaire les habitudes alimentaires de la population locale. Toutefois, l’élimination ou la modification de toute barrière, ou de son niveau, doivent être soigneusement évaluées (Argaiz et al., 1995; Alzamora et al., 1993).

5. Principales techniques de production pour réduire la disponibilité de l’eau ou introduire des additifs, ou les deux

Il y a au minimum trois façons d’avoir une action sur l’a_w (c’est-à-dire la disponibilité de l’eau) pendant la préparation des PFTHE et des PFTHI:

a - L’eau peut être partiellement enlevée par un processus de déshydratation.

Outre le séchage au soleil traditionnel, le séchage par air chaud est la méthode la plus employée pour des raisons d’économie et de simplicité.

b - On peut rajouter un soluté.

L’imprégnation au moyen d’un soluté peut se faire par infusion humide ou par infusion sèche. L’infusion humide consiste à tremper les morceaux dans une solution soluté-eau d’une a_w inférieure alors que l’infusion sèche consiste à mélanger directement les morceaux dans les proportions requises. Lorsque des produits alimentaires solides riches en eau, tels que les fruits ou les légumes, sont soumis à une infusion humide ou sèche, trois flux ont lieu:

• un flux d’eau, du produit vers le milieu;

• un flux de soluté, du milieu vers le produit, et

• un flux des propres solutés du produit.

Ce processus s’appelle la «déshydratation osmotique» et permet également d’infuser non seulement le soluté utilisé pour maîtriser l’a_w mais aussi les quantités souhaitées d’agents antimicrobiens et contre le brunissement ou tout soluté destiné à améliorer la qualité sensorielle et nutritionnelle. Ainsi, cette technique propose deux actions simultanées: le retrait de l’eau et la formulation directe du produit sans endommager l’intégrité de sa structure.

Il est possible, en maîtrisant les échanges mentionnés ci-dessus, de concevoir différentes combinaisons où interviennent la perte d’eau et l’apport solide, d’un simple processus de soustraction de l’eau (une grande quantité d’eau partant et seulement une prise marginale de sucre) à un processus de glaçage ou de salaison (dans lequel est favorisée la pénétration du soluté et l’export de l’eau limité) (Torregiani, 1992; Torregiani et Bertolo, 2002).

En ce qui concerne les produits alimentaires poreux, l’infusion humide peut se faire également sous vide. Le gaz interne ou le liquide adsorbé dans les pores ouverts est échangé contre une phase liquide externe (de composition contrôlée) à cause des changements de pression. Beaucoup de fruits et de légumes ont un grand nombre de pores et peuvent être imprégnés par une solution déterminée de soluté et d’additifs. La composition du produit ainsi que les propriétés physiques et chimiques peuvent donc être modifiées pour améliorer sa stabilité. L’utilisation de basses pressions offre un avantage important: les temps d’équilibration sont plus courts que sous pression atmosphérique (par ex. 15 minutes sous vide au lieu de quelques heures en convection forcée sous pression atmosphérique, ou quelques jours en milieu sans agitation pour réduire l’a_w à 0,97) (Alzamoraet al., 2002c).

c - Par une combinaison de a- et de b-: on fait infuser les aliments avec les solutés et les additifs puis partiellement sécher.

Cette combinaison permet d’obtenir des avantages par rapport au seul séchage: la stabilité des pigments responsables de la couleur augmente, la saveur naturelle ressort, la texture est meilleure et le chargement du séchoir est plus important étant donné la réduction du poids et du volume. Par comparaison avec la seule déshydratation osmotique, la saveur du produit est moins profondément modifiée, étant donné que les solutés utilisés sont en moindre quantité.

6. Barrières utilisées pour la mise au point de la stabilité des produits dérivés des fruits

6.1 Blanchiment

Les différentes étapes de la préparation auxquelles les fruits frais sont soumis durant le processus de production des PFTHE et des PFTHI auront bien évidemment un impact sur la flore des fruits frais, étant donné que certaines procédures inactivent une grande partie des microorganismes présents, alors que d’autres peuvent avoir l’effet opposé. Ainsi, bien que le lavage puisse ôter beaucoup d’organismes à la surface, certaines opérations comme peler, couper et débiter en tranches peuvent endommager les cellules, en exposant aux milieux extérieurs les fluides nutritionnels des tissus intérieurs, et en fournissant de nouveaux accès aux microorganismes et aux autres contaminants (Tapia de Daza et al., 1995).

Le blanchiment, c’est-à-dire l’exposition des fruits à des températures élevées pendant quelques minutes, est une opération de contrôle décisive de leur transformation en produits stables. Dans les méthodes traditionnelles de conservation, ce traitement par la chaleur a pour principale fonction de détruire les enzymes susceptibles d’abîmer les légumes et les fruits. Mais dans ces techniques de transformation minimums, le blanchiment a un autre rôle important: réduire la charge microbienne initiale en inactivant les microorganismes sensibles à la chaleur. Les températures utilisées sont létales pour les levures ainsi que pour la plupart des moisissures et des microorganismes aérobies. On a trouvé que le blanchiment réduisait en fait la charge microbienne de 60 pour cent à 99 pour cent (Alzamora et al., 1995). De plus, ce traitement par la chaleur a un effet de sensibilisation sur les survivants rendus moins résistants aux stress imposés par la réduction de l’a_w et du pH ainsi que par la présence de sorbate et de sulfites ou d’autres agents antimicrobiens.

Le blanchiment peut s’effectuer dans de l’eau bouillante ou très chaude, ou encore dans de la vapeur d’eau saturée. Cette dernière méthode a la préférence car elle permet de garder les propriétés sensorielles (principalement la texture) et nutritionnelles (surtout les vitamines solubles dans l’eau) (Vidales et al., 1998; Alzamora et al., 2000b).

6.2 Humectants

Augmenter la concentration des composés dissous ou solutés (à savoir les «humectants») fait baisser l’a_w. Le choix de l’humectant dépend de plusieurs facteurs, tels que sa capacité d’abaisser l’a_w, le coût, la solubilité et les caractéristiques organoleptiques du produit (Argaiz et al., 1995). Les solutions de sel et de sucrose ont été traditionnellement employées comme humectants dans la formulation de produits alimentaires THI. Depuis peu de temps, d’autres solutés comme le glycérol, le glucose, le fructose, les sirops de maïs, le sorbitol, le dextrose, le lactose, etc. sont employés pour de nouveaux produits alimentaires IM. (Jayaraman, 1995). En ce qui concerne les fruits, la possibilité de choisir porte principalement sur les sucres tels que le glucose, le fructose et le sucrose ainsi que sur certains polyols comme le glycérol. Un concentré de jus de fruits peut également être utilisé comme solution osmotique, ce qui donne un produit plus doux, entièrement à base de fruits. (Alzamora et al., 1995; Argaiz et al., 1995; Welti-Chanes et al., 2000).

Le type d’humectant et sa concentration influent grandement sur les échanges entre l’eau et le soluté pendant l’osmose et, par conséquent, sur les caractéristiques du produit final. Les saccharides à faible masse moléculaire (glucose, fructose, sorbitol, etc.) favorisent l’apport de sucre à cause de la pénétration facile des molécules; ainsi, le processus a pour principal effet un apport de solides au lieu d’une déshydratation. Au contraire, les solutés à masse moléculaire élevée induisant une perte d’eau au lieu d’un gain de solides, donneront un produit contenant peu de soluté.

En outre, l’abaissement de l’a_w est fonction du soluté employé (Chirife et al., 1980). La figure 1 montre les quantités (en (g soluté / g soluté + g eau) × 100) de ces humectants courants et autres, nécessaires au maintien de l’a_w entre 0,75-0,98 ainsi que l’effet produit par l’addition de chlorure de sodium sur l’abaissement de l’a_w. Comme on peut le voir sur la figure, plus l’a_w est élevée, plus les quantités de solutés requises sont réduites. A mesure que l’a_w décroît, il faut utiliser une plus grande quantité d’humectants, ce qui intensifie la saveur sucrée selon la sorte de sucre ou de polyol employée, ou la saveur salée lorsque l’on utilise du chlorure de sodium.

Les solutions proposées pour résoudre ce problème sont les suivantes (Argaiz et al., 1995): Utiliser l’a_w à une valeur aussi élevée que possible (compatible avec la stabilité du produit).

Choisir un sucre ayant un goût peu sucré. Les solides de sirop de maïs et le dextrose sont moins sucrés que les autres sucres ordinaires. Le glucose est moins sucré que le sucrose.

Remplacer totalement ou partiellement le sucre par un autre humectant ayant un goût moins sucré.

Utiliser d’autres méthodes d’ajustement de l’a_w, comme les combinaisons osmose-séchage.

Rechercher l’équilibre ºBrix/acidité du fruit pour optimiser son niveau de qualité.

Il faut aussi tenir compte du fait que la barrière de l’activité de l’eau peut changer pendant le stockage du produit lorsque le sucrose est utilisé comme humectant. Il se produit une hydrolyse du sucrose qui donne des monosaccharides (glucose et fructose) (Montes de Oca et al., 1991). Celle-ci fait baisser l’a_w des fruits en conserve (et augmente ainsi l’effet barrière sur la croissance microbienne) car le glucose et le fructose ont une plus grande capacité de réduire l’a_w, par ailleurs égale pour les deux sucres (Chirife et al., 1981).

Figure 1: Activité de l’eau en fonction de la concentration des solutions de solutés courants utilisés dans la formulation des produits alimentaires HE et HI

6.3 Agents antimicrobiens

La plupart des agents antimicrobiens couramment utilisés pour les PFTHI et les PFTHE sont les acides sorbique et benzoïque et les composés du sulfite. On les emploie essentiellement pour inhiber la croissance des levures et des moisissures. L’action de ces conservateurs dépend beaucoup du pH car ils sont plus actifs contre les microorganismes dans les denrées acides. L’effet antimicrobien des acides est dû en partie à l’influence qu’ils exercent sur le pH des aliments, et en partie à l’effet spécifique de l’acide luimême, attribué principalement à la forme non dissociée de l’acide, qui passe à travers la membrane cellulaire et participe au flux de protons.

L’acide sorbique se dégrade de façon appréciable en fonction du temps, de la température et du pH pendant le stockage des fruits en conserve et perd de son efficacité comme barrière. (Gerschenson et al., 1986). Par exemple, après 4 mois de stockage à 27 °C, l’acide sorbique est détruit à environ 40 pour cent dans l’ananas et la pêche à HE.

Les sulfites (dioxyde de soufre, métabisulfite de sodium, sulfites de sodium et de potassium, bisulfite de sodium ou de potassium et métabisulfite de potassium) ont de nombreuses fonctions. Ils empêchent les réactions d’oxydation tout comme les réactions de brunissement enzymatiques et non enzymatiques, agissent comme agents de décoloration et stabilisants de couleurs, stabilisent l’acide ascorbique, et ont une action antibactérienne ainsi qu’antimycosique. Pour ce qui concerne les PFTHI et PFTHE, on utilise les sulfites en très petites quantités, essentiellement pour inhiber le brunissement non enzymatique et pour empêcher le développement de levures et de moisissures, la croissance bactérienne étant inhibée par l’interaction a_w - pH et les enzymes inactivées par le blanchiment. Les sulfites s’appauvrissent dans les produits stockés à base de fruits, même plus rapidement et complètement que les sorbates, perdant de leur efficacité en tant que barrière contre le brunissement non enzymatique et le développement de champignons (Alzamora et al., 1995; Guerrero et al., 1996).

L’utilisation de conservateurs synthétiques pour empêcher le développement des microorganismes responsables de l’altération des denrées et d’intoxications alimentaires est mal perçue par les consommateurs (principalement des pays développés), l’innocuité de plusieurs additifs alimentaires étant, selon eux, discutable. Pour ce qui touche à la question des «conservateurs naturels», les systèmes antimicrobiens naturellement présents dans les plantes, les animaux ou les microorganismes, ou ceux générés par ces derniers dans des situations de stress, sont plébiscités par le public. Les activités antimicrobiennes des extraits de plusieurs types de plantes et des parties de plantes utilisées comme agents de sapidité dans des denrées alimentaires sont d’ailleurs reconnues depuis longtemps. En outre, dans nombre de pays en développement, (par ex. le Nigeria et autres pays africains), on préfère les extraits d’épices, conservateurs naturels, aux antimicrobiens synthétiques parce qu’on peut se les procurer facilement et qu’ils sont moins coûteux (Leitsner et Gould, 2002). Dans ce contexte, la vanilline, le composant cristallin des gousses de vanille, peut en partie ou totalement remplacer l’action de l’acide sorbique et des sulfites sur les champignons dans la formulation de certains PFTHE. On juge cet agent de sapidité, très utilisé dans les produits alimentaires et les boissons, compatible avec les caractéristiques organoleptiques de différents fruits (à savoir, la pomme, la banane, la fraise, la mangue, la papaye, l’ananas) en concentration pouvant atteindre 3 000 ppm (Cerrutti et al., 1996, 1997; López Malo et al., 1995, 1997, 1998, 2000). De plus, la vanilline semble être très efficace contre les levures résistant aux conservateurs ordinaires.

6.4 Acidulants

Le pH est l’une des barrières les plus importantes des PFTHI et des PFTHE étant donné qu’il détermine le type d’organismes qui peuvent proliférer et leur taux de croissance, l’activité des conservateurs et la stabilité de nombreuses vitamines. En général, le pH des fruits en conserve doit être aussi bas que le goût le permet. Fort heureusement, les fruits tolèrent des réductions sensibles de pH sans diminution de la saveur.

Le pH des PFTHI et des FPHE est maintenu aux alentours de celui du fruit frais ou, dans le cas de fruits ayant un pH élevé, ajusté aux valeurs inférieures requises pour la stabilité microbienne en ajoutant un acidulant à la solution osmotique ou directement au fruit.

Le choix de l’acidulant dépend principalement du type de fruit, du coût, de l’équilibre sucre/acidité, etc. Les acides les plus utilisés pour ajuster l’acidité des fruits conservés par les méthodes combinées, sont les acides citrique et phosphorique à cause de leur prix peu élevé et de leur compatibilité sensorielle (Argaizet al., 1995). L’acide citrique est aussi l’acide le plus couramment employé pour prévenir le brunissement enzymatique parce qu’il inhibe l’oxydase du polyphénol en réduisant le pH et en chélatant le cuivre sur le site d’activité de l’enzyme.

7. Graphiques généraux d’évolution de la production des fruits à taux d’humidité élevé et intermédiaire, à conservation stable, par la technologie des barrières

Les figures 2 et 3 représentent respectivement les graphiques généraux d’évolution relatifs à l’obtention de produits dérivés de fruits à taux d’humidité élevé, dont la conservation est stable, par infusion humide et sèche ainsi qu’à la préparation de produits dérivés de fruits à taux d’humidité intermédiaire.

7.1 Produits dérivés de fruits à taux d’humidité élevé

La stabilité des PFTHE est basée sur la combinaison d’un faible traitement thermique (blanchiment pendant 1 à 3 minutes dans de la vapeur saturée), d’une légère réduction de l’activité de l’eau (à 0,98-0,93, par l’adjonction de glucose ou de sucrose), de l’abaissement du pH (à 4,1-3,0 en additionnant de l’acide citrique ou phosphorique, ou les deux mélangés), et de l’addition d’agents antimicrobiens (sorbate ou benzoate, vanilline et bisulfite, en petite quantité).

Cette combinaison de facteurs a été analysée en vue d’assurer une durée de vie de 3 à 8 mois à température ambiante.

Les opérations préliminaires consistent à sélectionner, laver, éplucher et couper les fruits (certains fruits peuvent être mis en conserve en entier). Après avoir été relavés et pesés, les fruits sont blanchis, puis suit l’étape de l’abaissement de l’a_w (pendant laquelle les fruits perdent de l’eau et prennent du sucre) en même temps que sont ajoutés les additifs. Les valeurs finales après l’équilibration de l’a_w = 0,94-0,98 sont les suivantes: pH = 3,0-4,1; 400-1 000 ppm sorbate de potassium ou benzoate de sodium et en général 150 ppm de bisulfite de sodium. La perte d’eau et l’imprégnation est un processus qui s’effectue à température ambiante en plaçant les fruits dans des solutions aqueuses de sucre et d’additifs (infusion humide) (Figure 2) ou en mélangeant les fruits, le sucre et les additifs dans les proportions voulues (infusion sèche) (Figure 3).

Après équilibration (entre 5 et 10 jours selon la taille des fruits entiers ou coupés), les tranches de fruits préparées par infusion humide sont séchées et conditionnées, en laissant juste assez de sirop pour les recouvrir. Les tranches de fruits (et leur propre jus) préparées par infusion sèche sont directement conditionnées.

Les fruits peuvent être conditionnés dans des bocaux en verre ou en polyéthylène haute densité, dans de grands récipients ou dans des sacs en polyéthylène à haute densité et peuvent être gardés à température ambiante pendant le stockage. En ce qui concerne les pays en développement, où la réfrigération est coûteuse et pas toujours disponible, ces techniques visant à obtenir des fruits qui ont subi une transformation minimum représentent une alternative particulièrement intéressante (Leitsner, 1995). Ce procédé a été appliqué avec succès à l’ananas, la mangue, la figue, la prune, la fraise, le chicozapote, les fruits de la passion, la papaye, le tamarin, la pêche et la pomalaca, en fruits entiers, en morceaux ou en purée. (Alzamora et al., 1995).

Toutefois, les méthodes d’infusion humide laissent un sirop dilué résiduel dont la teneur en sucre et en additifs est élevée qui, s’il n’est pas efficacement recyclé, augmente le coût et cause de graves problèmes d’effluence (Jayaraman, 1995; Leitsner, 1995). Argaiz et al (1995) ont trouvé que ce sirop pouvait être réutilisé cinq fois (après avoir rajouté du sucre et des additifs pour qu’il retrouve son état initial) sans affecter la qualité microbienne et sensorielle des produits dérivés de fruits. Leitsner (1995) a déclaré que le sirop peut représenter un danger par rapport à certains microorganismes résistant aux conservateurs, et a recommandé qu’il soit pasteurisé avant sa réutilisation.

7.2 Produits dérivés de fruits à taux d’humidité intermédiaire

Pour obtenir des produits FHI, après la phase d’équilibration de la méthode d’infusion sèche (Figure 3), on sépare le jus des fruits qui sont partiellement déshydratés.

Les taux d’humidité finaux sont très variables selon les fruits. Ils varient habituellement de 15 à 50 pour cent d’eau par rapport au poids et de 0,65 à 0,90 a_w (Jayaraman, 1995). Ces produits sont stables sans réfrigération ni traitement thermique pendant un an et peuvent être consommés «tels quels» sans réhydratation. Sinon, leur propre jus sucré peut être stocké sans réfrigération pendant 3 à 8 mois selon le type de fruits. Il peut être utilisé comme sirop de table de qualité supérieure ou pour la production de parfums naturels.

Les PFTHE sont très différents des PFTHI parce que leur qualité se rapproche de celle des fruits frais; leur concentration de sucre est plus basse (24-28 pour cent contre 70 pour cent de sucres réducteurs) et leur taux d’humidité élevé (55-77 pour cent w/w contre 20-40 pour cent w/w). Les PFTHI ont une texture et une saveur plus agréables et sont plus succulents que les fruits entièrement séchés. Comparativement aux PFTHE, ils sont moins agréables au goût (trop sucrés) mais ont souvent une meilleure texture; ils ont également une plus longue durée de vie.

8. Calculs pour la préparation des fruits à taux d’humidité élevé et intermédiaire dont la conservation est stable

Figure 2: Schéma de la production de fruits à taux d'humidité élevé dont la conservation est stable (infusion humide)

Figure 3: Schéma de la production de fruits à taux d'humidité élevé (infusion sèche) et de fruits à taux d'humidité intermédiaire dont la conservation est stable

Les quantités d’humectants (glucose, sucrose ou autres sucres ou polyols), de composés chimiques tels que les agents antimicrobiens (benzoates, sorbates, vanilline, bisulfite de sodium), d’agents contre le brunissement (bisulfite de sodium, acide ascorbique), d’agents améliorant ou maintenant la fermeté (lactate de calcium, gluconate de calcium) et d’agents pour augmenter l’acidité (acide citrique, acide phosphorique) doivent être déterminées en fonction du poids des fruits et des concentrations finales requises pour la stabilisation du produit (Alzamora et al., 1989, 1995; Guerrero et al. 1994; Tapia de Daza et al., 1995, Welti-Chanes et al., 2000).

Pour réduire l’a_w à la valeur désirée, on dissout une quantité suffisante d’humectant (c’est-à-dire de sucre) dans de l’eau (infusion humide)ou on l’ajoute aux fruits (infusion sèche). Pour calculer la quantité de sucre, on applique l’équation de Ross qui détermine l’a_w de systèmes aqueux complexes (dans ce cas, le produit dérivé en conserve) avec divers composants lorsqu’ils sont en équilibre:

L’activité de l’eau des fruits en conserve (a_w du produit dérivé) est le produit des valeurs de l’activité de l’eau des solutions aqueuses de chacun des composant n (fruits, sucre, ..., composant n) lorsqu’elle est mesurée à la même molalité que dans les fruits en conserve ou le système complexe (c’est-à-dire, que dans l’eau des fruits plus l’eau de la solution lorsqu’il s’agit de l’infusion humide, ou que dans la seule eau des fruits lorsqu’il s’agit de l’infusion sèche).

L’a_w° des fruits est approximativement égale à 1 et l’activité de l’eau des solutions aqueuses de sucres (a_wº du sucre), polyols et autres molécules organiques peut être calculée avec précision en appliquant l’équation de Norrish (Chirife et al., 1980):

xs étant la fraction molaire du sucre ou du soluté organique, xw la fraction molaire de l’eau, et K est une constante. Les valeurs de K sont 6,47 pour le sucrose, 2,25 pour le glucose ou le fructose, 1,65 pour le sorbitol et 1,16 pour le glycérol. La relation entre l’activité de l’eau et la concentration des solutions aqueuses pour ces composés est également représentée dans la Figure 1.

Outre ces deux équations, on doit résoudre les équilibres des masses suivantes:

CAS 1 - INFUSION HUMIDE

Equilibre de la masse de l’eau

Equilibre de la masse du sucre par rapport à l’eau

CE est la concentration de la solution aqueuse de sucre requise pour obtenir l’a_w nécessaire à l’équilibre des fruits en conserve (c’est-à-dire l’a_w du produit). On peut l’estimer en appliquant l’équation de Norrish (équation 2) ou à partir de la Figure 1.

On considère que CF est égal à zéro, étant donné que la quantité de sucre des fruits frais est négligeable (l’a_w est environ de 1 pour les fruits frais).

Equilibre de la masse du sorbate de potassium

Equilibre de la masse de bisulfite de sodium

CAS 2 - INFUSION SÈCHE

Equilibre de la masse d’eau

Equilibre de la masse de sucre par rapport à l’eau

CE est la concentration de la solution de sucre nécessaire pour obtenir l’a_w requise pour les fruits en conserve après équilibre (à savoir, de l’a_w du produit dérivé). On peut la déterminer en appliquant l’équation de Norrish (équation 2) ou à partir de la Figure 1.

Equilibre de la masse du sorbate de potassium

Equilibre de la masse du bisulfite de sodium

Ce calcul s’applique à la préparation des tranches de fruits à taux d’humidité élevé comme à la préparation de la purée de fruits.

Voici quelques exemples de calculs nécessaires à la préparation de PFTHE par infusion humide et sèche.

Exemple 1

Déterminer les quantités de glucose, de sorbate de potassium et de bisulfite de sodium à ajouter à 1 kilogramme d’ananas frais pour obtenir des tranches d’ananas à taux d’humidité élevé, à longue conservation, par infusion sèche. Le taux d’humidité de l’ananas est de 91 pour cent w/w. Les barrières à appliquer sont les suivantes:

• aw = 0,97

• 1 000 ppm sorbate de potassium

• 150 ppm bisulfite de sodium

• pH = 3,0

Solution

Equilibre de la masse de l’eau (équation 9):

WF = 0,91 g eau / g fruit · 1 000 g fruits = 910 g eau.

Équation de Ross (équation 1):

a_w du produit dérivé = 0,97 = a_wº des fruits · a_wº du glucose.

Mais a_wº des fruits » 1, ainsi:

a_w du produit dérivé = a_wº du glucose = 0,97.

L’équation de Norrish (on peut utiliser l’équation 2 mais il est plus facile d’employer la Figure 1):

• de la courbe correspondant au glucose, il résulte que la concentration d’une solution de glucose pour obtenir une a_w à 0,97 est de 24 pour cent w/w; or

• 0,24 (g glucose / g glucose + g eau) correspond à 24/76 (g glucose / g eau) = 0,32 g glucose / g eau;

• ainsi, CE = 0,32 g glucose / g eau.

Masse de glucose (équation 10):

MS = 0,32 g glucose / g eau · 910 g eau = 291 g.

Masse de sorbate de potassium (équation 11):

MKS = 0,001 g sorbate de potassium / g masse totale · (1 000 g fruits + 291 g glucose) = 1,3 g

Masse de bisulfite de sodium (équation 12):

MSB = 0,00015 g bisulfite de sodium / g masse totale · (1 000 g fruits + 291 g glucose) = 0,19 g.

Exemple 2

Semblable à l’exemple 1, mais les tranches d’ananas à taux d’humidité élevé sont préparées par infusion humide.

Solution

Equilibre de la masse de l’eau (équation 4):

WF = 0,91 g eau / g fruits · 1 000 g fruits = 910 g eau.

Equation de Ross (équation 1):

a_w du produit dérivé = 0,97 = a_wº des fruits · a_wº du glucose.

Mais awº des fruits » 1, ainsi:

a_w du produit dérivé = a_wº du glucose = 0,97.

Equation de Norrish (on peut utiliser l’équation 2 mais il est plus facile d’utiliser la Figure 1):

• de la courbe correspondant au glucose, il résulte que la concentration d’une solution de glucose pour obtenir une a_w à 0,97 est de 24 pour cent w/w; or

• 0,24 (g glucose / g glucose + g eau) correspond à 24/76 (g glucose / g eau) = 0,32 g glucose / g eau;

• ainsi, CE = 0,32 g glucose / g eau.

D’après l’équation 5, la masse de l’eau dans la solution s’exprime ainsi:

Pour résoudre cette équation, il est nécessaire d’attribuer une valeur à CS. Supposons que l’on prépare une solution de glucose à 40 pour cent w/w (c’est-à-dire 40/60 g glucose / g eau = 0,667 g glucose / g eau); ce qui appliqué à l’équation 13 donnera:

WSO = (0,32 / 0,667 - 0,32) · 910 = 839 g eau.

Ainsi, la masse de glucose nécessaire pour préparer la solution (équation 5) est:

MS = 0,667 (g glucose / g eau) · 839 g eau = 559 g glucose.

Masse de sorbate de potassium (équation 6):

MKS = 0,001 g sorbate de potassium / g masse totale · (1 000 g fruits + 559 g glucose + 839 g eau) = 2,4 g.

Masse de bisulfite de sodium (équation 7):

MSB = 0,00015 g bisulfite de sodium / g masse totale · (1 000 g fruits + 559 g glucose + 839 g eau) = 0,36 g.