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Isabelle ADT IUT Lyon 1 - Département de Génie Biologique, Bourg en Bresse (Uni

Isabelle ADT IUT Lyon 1 - Département de Génie Biologique, Bourg en Bresse (Université Lyon 1) BASES SCIENTIFIQUES POUR LA MAÎTRISE DES PROCÉDÉS ALIMENTAIRES PRESENTATION DE L’UE BSMPA Resp. : Isabelle ADT UE BSMPA – 6 crédits Enseignants/Intervenants: Isabelle ADT Resp. UE isabelle.adt@univ-lyon1.fr Philippe DANTIGNY philippe.dantigny@univ-lyon1.fr Adem GHARSALLAOUI Resp. Master GA adem.gharsallaoui@univ-lyon1.fr => enseignants-chercheurs, IUT Lyon 1 (site Bourg en B.) UE BSMPA – Programme 1- Introduction/Rappels : notions de GP et de science des aliments 2- Principaux risques d’altération des aliments 3- Les 5 principes des procédés de conservations des produits alimentaires/notion de gammes 4- Procédés thermiques de stabilisation/(Nouveaux procédés athermiques) 5- Transferts de chaleurs: solutions analytiques de la seconde loi de Fourrier et calculs d’échangeurs 6- Procédés membranaires 7- Procédés frigorifiques et transferts 8- Techniques de séchage – Lyophilisation et atomisation 9- Cuisson-Extrusion 10- Procédés de cuisson et impact sur les produits alimentaires 11- Bilan: impact des procédés de stabilisation sur les propriétés organoleptiques des aliments/relation avec les types de produits 12- Biotechnologie: Notion de réacteurs et bioréacteurs. Calculs appliqués aux bioréacteurs: rendement, taux croissance, et taux de conversion. Notion de métabolisme 13- Aspect technologie et instrumental (capteurs O2, pH, régulation O2 dissous…) INTRODUCTION/RAPPELS Notions de bases: « génie des procédés et science des aliments » INTRODUCTION: BASES DU GPA GENIE DES PROCEDES (ALIMENTAIRES) Matière Première Procédé (Process) Produit (PI ou PF) Analyser - problèmes - solutions possibles Optimiser - Généraliser les meilleures pratiques - Ajuster les pratiques (procédés et procédures) Etudier - état actuel - contrôle GENIE DES PROCEDES (ALIMENTAIRES) Matière Première Procédé (Process) Produit (PI ou PF) OU OU OU OU OU OU PU PU PU O.U.: op unique de nature j commune à plusieurs procédés / O.U. = propriétés physiques définies P.U.: étape simple, spécifique et identifiable dans la fabrication d’un produit Rq: combinaisons poss… GENIE DES PROCEDES (ALIMENTAIRES) 6 O.U. principales: Mélange, Séparation, Transfert de chaleur, Transfert de matière, Ajustement de la taille et écoulement Exp. P.U.: Filtration, Evaporation, Nettoyage, Tranchage, Fumage, Séchage, Concentration, Enrobage, Cuisson, Fermentation, Tamisage…. Exp. de P.U. combinant des O.U.: Filtration = écoulement + séparation Evaporation = transfert de chaleur + transfert de matière Caillage (fromagerie) = mélange (enz. ou bact.) + transfert de chaleur + réactions enzymatiques ou biochimiques (fermentation) + augmentation de taille + transfert de matière + séparation CLASSEMENT OPERATIONS/PROCEDES UNITAIRES MILIEU OPERATIONS MECANIQUES manutention, pesée, broyage, triage, etc. … solides particulaires, poudres TRANSFERTS DE QUANTITE DE MOUVEMENT pompages liquides, gaz, pâtes agitation, malaxage liquides, pâtes décantation solide - liquide, liquide - liquide centrifugation filtration, séparation par membranes Idem + solide - gaz essorage centrifuge solide - liquide extraction par pression chauffage – refroidissement divers TRANSFERTS DE CHALEUR réfrigération, congélation, surgélation TRANSFERTS DE MATIERES évaporation liquides séchage solides, liquides distillation liquides extraction par solvant solide - liquides et liquide - liquide réactions biochimiques et microbiologiques divers Dvitesse D°C D[ ] ou qté GENIE DES PROCEDES (ALIMENTAIRES) 6 O.U. principales: Mélange, Séparation, Transfert de chaleur, Transfert de matière, Ajustement de la taille et écoulement Exp. P.U.: Filtration, Evaporation, Nettoyage, Tranchage, Fumage, Séchage, Concentration, Enrobage, Cuisson, Fermentation, Tamisage…. Exp. de P.U. combinant des O.U.: Filtration = écoulement + séparation Evaporation = transfert de chaleur + transfert de matière Caillage (fromagerie) = mélange (enz. ou bact.) + transfert de chaleur + réactions enzymatiques ou biochimiques (fermentation) + augmentation de taille + transfert de matière + séparation + Phénomènes réactionnels: Réactions enzymatiques / Fermentations Additions chimiques (conservateurs, arômes, colorants…) = opérations chimiques et biochimiques importants pour la transformation des aliments GENIE DES PROCEDES (ALIMENTAIRES) Ligne de production Séquence de procédés schématisant le processus de fabrication de la matière première à la commercialisation du produit fini Diagramme de production ou de fabrication ou flux « Flow Chart » Notion d’équilibre Equilibre de matière Equilibre d’énergie GENIE DES PROCEDES (ALIMENTAIRES) IAA: Objectifs de la production => Modification de la nature et des propriétés des MPs/produits pour Transformer: Stabiliser: Le tout en conférant une forme particulière GENIE DES PROCEDES (ALIMENTAIRES) IAA: 4 principes Transformation (cuisson, fermentation…) Mélange => texturation, goût (biscuiterie, charcuterie…) Stabilisation (séchage, température, salage, confisage…) Extraction , Séparation, Purification des constituants (sucrerie, huilerie, minoterie…) SCIENCES DES ALIMENTS Sources de MP des IAA agriculture (+++) (production animales et végétales) produits de la mer (pêche, algues, sel marin) sous-sol (eaux minérales, sel gemme) industrie chimique (--- mais VA/fonction +++) - Substances nutritives • protéines • glucides • lipides - Micro nutriments • vitamines • minéraux Substances annexes • arômes • pigments • fibres Substances contaminantes • xénobiotiques • contaminants • toxiques Aliment = structure complexe (pas tjs homogène) Autres… SCIENCES DES ALIMENTS fonctionnalité SCIENCES DES ALIMENTS : Lipides => Essentiels au fonctionnement de notre organisme: Apport énergétique, en AG essentiels, vitamines liposolubles… + Rôle organoleptique sous-estimé: texture, sapidité des aliments, nombreux emplois culinaires Nutritionnel Fournisseur de calories (37-38 kJ/g) Véhicule pour vitamines liposolubles (ex. vit A, E, D et K) Source d’AG essentiels Sensoriel Véhicule pour arômes liposolubles Texture en bouche (mouthfeel) Tendreté Lubrifiant Brillant Technologique Moyen de transfert de chaleur pendant la friture Lubrification Modification et contrôle de la viscosité Barrière contre l’humidité, l’oxygène et les microbes Agent texturant des aliments riches en graisse, comme la mayonnaise et le beurre Nutritionnel Fournisseur de calories (37-38 kJ/g) Véhicule pour vitamines liposolubles (ex. vit A, E, D et K) Source d’AG essentiels Sensoriel Véhicule pour arômes liposolubles Texture en bouche (mouthfeel) Tendreté Lubrifiant Brillant Exhausteur de goût Technologique Moyen de transfert de chaleur pendant la friture Lubrification Modification et contrôle de la viscosité Barrière contre l’humidité, l’oxygène et les microoganismes Agent texturant des aliments riches en graisse, comme la mayonnaise et le beurre (tensioactifs/emulsifiants)  Les huiles et graisses => TG  Les beurres et les margarines => émulsions d’une phase aqueuse dans une phase grasse / propriétés plastiques.  Les huiles et les graisses => points de fusion ≠  Les huiles => liquides à 15°C (≠ ) SCIENCES DES ALIMENTS : Lipides  + n C augmente + T° de fusion augmente mais + les = liaisons augmentent + la température de fusion des matières grasses diminue SCIENCES DES ALIMENTS : Protéines  Enchainement d’AA (AA  peptides  protéines)  Structuration: Séq. = structure primaire Repliements de chaine = structure secondaire : feuillets b, hélice a + coudes/boucles Forme tridimensionnelle = structure tertiaire (exp: collagène = protéine fibreuse = structure rigide  dénaturation = déstructuration = gélatine) Déstructuration par la chaleur, le pH…. parfois réversible Forme quaternaire (fac.) = assemblage de plusieurs sous-unités SCIENCES DES ALIMENTS : Protéines Propriétés technologiques Capacité de rétention d’eau Pouvoir moussant (agents tensioactifs) Pouvoir émulsifiant Pouvoir gélifiant => Multiples applications en IAA SCIENCES DES ALIMENTS : Protéines/Enzymes Enzyme:  Protéine globulaire  Catalyseur de réactions biochimiques (hydrolyse, oxydation,…) avec svt cofacteur/coenzyme  Spécifique  Très sensible aux conditions (pH, T°,…)  Auxiliaire de technologie poss. SCIENCES DES ALIMENTS : Glucides = Composés organiques composés à minima de 1 cétone/aldéhyde + 2 fonctions hydroxyles  monomères = oses = saccharides  polymères = osides (oligo/polyosides) = oligo/polysaccharides SCIENCES DES ALIMENTS : Glucides = source énergétique (sucres lents/sucre rapides) Rq: sucre ≠ sucres ≠ glucides (étiquetage) exhausteurs de goût propriétés épaississantes/gélifiantes (amidons) => vitamines : indispensables / apport uniquement nutritionnel 9 vitamines hydrosolubles : B1, B2, B3, B5, B6, B8, B9, B12, C (pas de stockage sauf B12 =>reins) 5 vitamines liposolubles: A, D, E, K1, K2 (stockage dans les graisses) - carence = conséquences graves (exp. vitamine A = rétinol => cécité/croissance) - risque si surdosage pour certaines - très sensibles à la température SCIENCES DES ALIMENTS : Vitamines PRINCIPAUX RISQUES D’ALTÉRATION DES ALIMENTS (exemples non exhaustifs) INTRODUCTION Ǝ 4 grandes causes d’altération des aliments: altération microbiologique altération chimique altération enzymatique altération physico-chimique I - CONTAMINATION MICROBIOLOGIQUE I.1- NOTION DE MICROBIOLOGIE Principaux microorganismes contaminants alimentaires = bactéries, levures et moisissures I.1.1- Bactéries = microorganismes vivants unicellulaires procaryotes (0,2 à 2 µm) 2 formes principales: sphériques (coques) et bâtonnets (bacilles) ubiquitaires : eau, sols, plantes, animaux… CONTAMINATION MICROBIOLOGIQUE => notion de Gram + et -: sys. de classification basée sur la paroi généralement + résistantes CONTAMINATION MICROBIOLOGIQUE => 1 forme très résistante: spore (cert. bacilles G+) CONTAMINATION MICROBIOLOGIQUE I.1.2- Levures  microorganisme eucaryote unicellulaire  de forme ovoïde, d'environ 6 à 10 microns et jusqu’à 50 micromètres de diamètre; se multiplient par bourgeonnement ou par scissiparité (division cellulaire) ; le terme courant de levure désigne Saccharmyces cerevisiae (levure de bière ou levure de pain) CONTAMINATION MICROBIOLOGIQUE I.1.3- Moisissures  microorganismes eucaryote généralement pluricellulaires 2 grands groupes: zygomycètes et ascomycètes très envahissant CONTAMINATION MICROBIOLOGIQUE I.1.4- Quelques éléments de croissance et nutrition des microorganismes pour leur croissance, les microorganismes exigent: de l’eau, une source d’énergie, de l’azote, des sels minéraux, éventuellement de l’oxygène et/ou des facteurs de croissance facteurs environnementaux ayant une forte influence: pH, température, osmolarité, aw en absence des conditions favorables de croissance, certains micro- organismes se transforment en une forme de résistance (spores) pour continuer à survivre, mais sans se multiplier ; lorsque le milieu devient favorable, les spores se transforment en forme végétative durant laquelle sont assurées uploads/Science et Technologie/ master-gpa-cours-ta-complet-module-bsmpa-2020-2021-cours-master-1-pdf.pdf