Notice
Etat des recherches sur l'application des hautes pressions pour la transformation du poisson
Chopin C., Han-Ching L.
Ifremer, Département Valorisation des produits, rue de l’Ile d’Yeu , BP 21105 , 44311 Nantes Cédex 03
Document original Bibliomer, 1993-10, p. 1-6
Analyse
Introduction. Issue des sciences physiques, la technique des hautes pressions et son influence sur les systèmes et les constituants biologiques est de plus en plus étudiée. La pression, comme la température, est un paramètre thermodynamique. Elle agit sur les réactions chimiques et biochimiques pouvant s'effectuer lors de variations de volume suivant le principe de Le Chatelier : les phénomènes accompagnés d'une diminution de volume sont favorisés par une augmentation de pression et réciproquement . Dans l'industrie agroalimentaire, le fluide permettant la transmission de la pression dans le produit est soit de l'eau, soit de l'huile. La pression est appliquée de manière isostatique : elle est transmise à l'échantillon de manière uniforme et instantanée.
L'équipement utilisé est constitué d'un cylindre en acier de forte épaisseur et de grande résistance, d'une pompe hydraulique et parfois d'un système de régulation de température. Ce procédé ne nécessite pas une grosse dépense d'énergie.
Figure 1. Procédé par batch (voir document Pdf)
Les aliments sont conditionnés dans des emballages flexibles et chargés dans le cœur de l'appareil. L'emballage doit être très flexible et scellable à chaud.
Figure 2. Principe d'une machine d'essai de traitement haute pression (voir document Pdf)
Eau. La molécule d'eau est très petite, constituée d'un atome d'oxygène et de deux atomes d'hydrogène liés au premier par liaison covalente. Cet atome d'oxygène est capable de se lier à deux atomes d'hydrogène supplémentaires. C'est cette possibilité qui confère à l'eau toutes ces propriétés. L'énergie de la liaison hydrogène est faible et est facilement perturbée par l'application d'une forte pression.
Figure 3. Schéma de l'association de molécules d'eau (voir document Pdf)
Le volume de l'eau est réduit de 4% sous une pression de 1kbar et de 15% sous une pression de 6kbar. Cette diminution de volume entraîne l'augmentation de la densité de l'eau et augmente les coefficients de diffusion des solutés dans les produits pressurisés.
La pression favorise également l'ionisation de l'eau. De pH 7.00 sous pression atmosphérique, elle atteint pH 6.27 sous une pression de 1k bar à température ambiante. La compression de l'eau s'accompagne d'une légère hausse de la température. Cette augmentation de température est faiblement ressentie dans les produits traités du fait d'échanges thermiques rapides entre le liquide de transfert et les parois de l'enceinte de pressurisation.
Ces propriétés peuvent être exploitées pour la décongélation des produits ou pour leur congélation rapide à des températures comprises entre 0°C et -22°C sous pression.
Myofibrilles et protéines. Le degré de fragmentation des myofibrilles, qui est inférieur à 10% dans des muscles non traités, est augmenté par pressurisation et peut atteindre 30, 70 et 90% pour des pressions de 1.2 et 3 kbar respectivement (Suzuki et al, 1991)
Figure 4. Influence de la pression sur la structure des myofibrilles (voir document Pdf)
Une pression hydrostatique a été appliquée à de la myosine de carpe non purifiée. Les gels formés deviennent stable pour des traitements de 20 bar, 30 mn. Les gels ainsi formés conservent l'odeur et la couleur du produit initial. Ils sont plus transparents et plus uniformes que les gels obtenus par chauffage. Les mesures de texture montrent que ces produits ont une dureté supérieure aux gels induits par chauffage mais leur caractère adhésif est moins important. Ils sont très extensibles et élastiques (Okamoto et al, 1990).
Des changements dans la turbidité de solutions de myosine et les profils de sédimentation montrent que la pression entraîne l’agrégation des molécules de myosine. La microscopie électronique confirme ces résultats (Yamamoto, 1991).
Typiquement, on observe deux têtes à une des extrémités de la molécule de myosine. Au cours de la mise sous pression il se forme des associations, par l'intermédiaire de ces têtes, intra ou intermoléculaires. Il se forme ainsi des dimères, trimères , tetramères... de molécules de myosine.
Figure 5. Association des molécules de myosine (voir document Pdf)
Une solution de myosine pure ne forme pas de gel sous la seule action de la pression. Cependant, une solution de myosine préalablement soumise à la pression peut former un gel sous l’action de la température. Ce prétraitement ne diminue pas la rigidité des gels obtenus. Ces résultats indiquent que la partie terminale de la molécule de myosine n’est pas détruite par le traitement haute pression.
Les protéines sarcoplasmiques (dans KCl 0.05 M, pH 7.00) de la sardine, du lieu d’Alaska, du chinchard précipitent à une pression d’environ 15 bar. Si la concentration des protéines est supérieure ou égale à 50 mg/ml, le produit est texturé. La force à la rupture des produits formés augmente avec la sévérité du traitement.
La capacité de rétention d’eau des protéines sarcoplasmiques texturisées est maximum pour un traitement haute pression de 30 bar pour les espèces étudiées. Des études par microscopie électronique et par texturométrie montrent que les produits obtenus sont poreux et très élastiques et différents des produits obtenus par traitement thermique (Okasaki et al. 1992).
La gélification thermique de protéines musculaires de sardine et de lieu d'Alaska prétraité par haute pression a été étudié par Ko et al (1990). Le traitement haute pression favorise la gélification des muscles et des extraits de myosine. Cet effet entraîne des forces de gel 1,3 à 1,6 fois supérieures pour des traitements à 200 et 500 bar pour la sardine et 1,5 fois supérieure pour un traitement à 3 kbar pour le lieu d'Alaska.
Le traitement haute pression augmente de manière très significative la dureté du muscle de carpe et de maquereau (Yoshioka et al., 1991)
La dureté, l'élasticité et la viscosité des gels de surimi sont supérieures par traitement haute pression que par traitement thermique. La teneur en sel est étroitement corrélée à ces différentes caractéristiques (Yoshioka et al., 1991). Des gels très résistants et translucides ont été obtenus à partir de surimi de lieu d'Alaska contenant 2.5% de NaCl traité à 2 - 4 kbar à 0°C durant 10 mn. Un optimum a été décelé à 3 kbar. Leur texture semble plus fine que celle des gels obtenus par traitement thermique (Matsumoto T., 1992).
Les gels obtenus par pressurisation contiennent très peu de chaînes lourdes libres de myosine et une grande quantité de composés à très haut poids moléculaire. Ces résultats indiquent que la formation des gels par haute pression dépend étroitement de liaisons inter chaînes lourdes (Shoji et al., 1990).
Enzymes. Il est actuellement bien établi que l'interaction actine - myosine est modifiée au cours de la post-mortem du fait de l'activité ATPasique des myofibrilles. Pour des pressions supérieures à 1.5 kbar, on observe une quantité d'Atpase supérieure dans les muscles pressurisés comparés à ceux traités par la température. Si la pression appliquée est plus importante, on remarque une diminution du taux d'ATPase (Suzuki et al., 1991).
La dénaturation thermique (30°C) de l'activité Ca-ATPase de l'actomyosine est supprimée par un prétraitement haute pression (200 à 500 bar). L'activité Mg-atpase n'est pas modifiée par un traitement haute pression (Ko et al., 1990). La pression entraîne l'inactivation de l'activité Ca-ATPase des myofibrilles de carpe. Cette inactivation est proportionnelle à la durée et à la pression appliquée au cours du traitement. La Ca-ATPase n'est plus du tout active suite à un traitement à 2 kbar à 0°C, 60 min. Le mode d'inactivation est composé de deux phases de cinétique du premier ordre : une première très rapide suivie d'une phase lente.
L'addition de sorbitol au milieu protège l'activité Ca-ATPasique. Le sorbitol agirait en modifiant la structure de l'eau dans le milieu (Shoji et al., 1989).
La lipase du muscle de sardine est inactivée par un traitement de 1 à 4 kbar, à 4 - 20°C durant 30 mn, limitant la libération d'acides gras (Tanaka, 1991). Ce résultat est confirmé par les travaux de Wada (1991), qui observent une plus faible teneur d'acides gras dans des échantillons de sardine traités par la pression (> 30 bar) en comparaison avec un lot témoin non pressurisé.
Lipides. L'oxydation des lipides de la sardine est favorisée par le traitement haute pression (1.8 kbar) et son importance est proportionnelle à l'intensité et à la durée du traitement.
Le taux d'oxydation est corrélé à la teneur en eau du système, 7% > 35% > 24% > 17%. Pour des teneurs en eau de 17% et 24%, on n'observe aucune oxydation sur un stockage de 4 jours. D'un autre côté, pour des teneurs en eau supérieure, le taux d'oxydation des lipides dans le système pressurisé est plus faible que dans un système témoin (Tanaka, 1991).
Aucune oxydation n'est mise en évidence dans un extrait lipidique traité par haute pression. Ceci impliquerait que l'oxydation des lipides est basé sur un effet joint à la dénaturation des protéines par la pression.
Aspects microbiologiques et qualité. C'est l'aspect stérilisation par les haute pressions qui a tout d'abord intéressé les secteurs de l'industrie agro-alimentaire et de la recherche. Certains travaux ont tenté d'expliquer le mécanisme de l'inactivation (perméabilité membranaire,...).
La résistance des microorganismes à la pression est variable. Les cellules, sous forme végétative, en phase de croissance sont les plus sensibles. Les bactéries gram positive sont plus sensibles que les bactéries gram négative. Les levures et moisissures sont très sensibles à la pression, alors que les formes sporulées sont très résistantes et peuvent supporter des pressions allant jusqu'à 10 kbar (Cheftel, 1991).
Tableau 1. Pulpe de poisson inoculée et traitée à 3.5 kbar (Dall'Aglio et al., 1992) (voir document Pdf)
L'efficacité du traitement est fonction de la valeur de la pression appliquée, de la durée du traitement, de la température. Les autres facteurs influençant la cinétique d'inactivation sont le pH, l'aw, la teneur en sucre, la concentration en sel.
Tableau 2. Effet de la Haute Presssion sur les microorganismes (Gola et al., 1993) (voir document Pdf)
Un des avantages de la stérilisation par la pression pour la conservation des aliments est qu'elle conserve les caractéristiques organoleptiques des produits (Rhimaru Hayashi, 1991).
La différence de couleur entre des muscles pressurisés et chauffés est importante pour le muscle de carpe, appréciable pour le muscle de maquereau et pour les gels de surimi.
Les muscles de poisson traités par la technique de la haute pression, testés par évaluation sensorielle, ont un aspect plus dense, translucide et cru et une texture plus élastique et ferme que les produits chauffés (Yoshioka et al., 1991).
Exemples d’applications. La haute pression (1.5 kbar) a été utilisée pour décongeler du thon (Murakami et al., 1991). La couleur du muscle est modifiée : les paramètres chromatiques (L*, a*, b* ) augmentent lorsque la pression de décongélation augmente.
L'eau d'exsudation est moins importante par décongélation par la pression que dans le procédé traditionnel. La pressurisation améliore la capacité de rétention d'eau du muscle au cours de la décongélation.
La pressurisation de crevettes, 4 kbar 10 mn, ne modifie pas leur apparence externe. La chair a cependant l'aspect d'un muscle cuit. Après cuisson, ces crevettes prétraitées deviennent rouges et développent les arômes de crustacés cuits (Rishimaru Hayashi, 1991).
Conclusion. Il existe très peu d'applications commerciales à l'heure actuelle. La mise au point des appareils de traitement haute pression constitue la première étape évidente avant tout développement industriel du procédé. La liste suivante, non exhaustive, donne les principaux domaines d'application potentielle des hautes-pressions dans le domaine de la transformation du poisson :
- Pasteurisation des produits de la mer :
- conservation des caractéristiques fraîches des produits
- meilleur conservation à température ambiante ou en ambiance réfrigéré
- Destruction des microorganismes : stérilisation
- Restructuration et texturisation :
- gélification de la pulpe de poisson et du surimi
- produit restructuré à faible température à partir de blocs de filets
- moulage d'analogues des produits de la mer
- Dénaturation des enzymes
- Décongélation uniforme des produits
- Stockage à -5°C à -20°C de produits non congelés
Bibliographie
Cheftel, J.C. (1992). Effects of high hydrostatic presure on food constituents : an overview. High Pressure and Biotechnology. Eds C. Balny, R. Hayashi, K. Heremans & P. Masson. Colloque INSERM / John Libbey Eurotext Ltd. Vol. 224, 195-209
Dall'Aglio G., Gola S., Carpi G. (1992). Impiego delle alte pressioni nell'industria alimentare. Industria conserve, 67, 23-28
Gola S., Maggi A., Rovere P., Carpi G., Dall'Aglio G.F. (1993). Effecto delle alte pressioni sui microorganismi in substrati culturali e alimentari. Communication orale, colloque Haute Pression CTCPA/CITPPM du 07 Avril 1993
Hayashi R. (1992). Utilization of pressure in addition to temperature in food science and technology. High Pressure and Biotechnology. Eds C.Balny, R. Hayashi, K. Heremans & P. Masson. Colloque INSERM / John Libbey Eurotext Ltd. Vol. 224, 185-193
Ko W.C., Tanaka M., Nagashima Y., Taguchi T., Amano K. (1990). Effect of high pressure treatment on the thermal gelation of sardine and Alaska pollack meat and myosin pastes. Nippon Shokuhin Kogyo Gakkaishi, Vol. 37,n° 8, 637-642
Matsumoto T. (1992). Use of high pressure for development of new foods and improvment.of food production process. Zairyo, Vol. 41, n° 462, 294-298
Murakami T., Kimura I., Yamagishi T., Yamashita M., Sugimoto M., Satake M. (1992). Thawing of frozen fish by hydrostatic pressure. High Pressure and Biotechnology. Eds C. Balny, R. Hayashi, K. Heremans & P. Masson. Colloque INSERM / John Libbey Eurotext Ltd. Vol. 224, 329-331
Okamoto M., Kawamura Y., Hayashi R. (1990). Application of high pressure to food processing : textural comparison of pressure and heat induced gels of food proteins. Agricultural and biological chemistry, 54 (1), 183-189
Okasaki E., Nakamura K. (1992). Factors influencing texturization of sarcoplasmic protein of fish by high pressure treatment. Nippon Suisan Gakkaishi, 58 (11), 2197-2206
Shoji T., Saeki H., Nakamura M., Sasamoto Y., Nonaka M. (1989). High pressure induced inactivation of Carp myofibrillar Ca-ATPase and protecting effect of sorbitol. Nippon Suisan Gakkaishi, 55 (10), 1841-1844
Shoji T., Saeki H., Wakameda A., Nakamura M., Nonaka M. (1990). Gelation of salted paste of Alaska pollack by high pressure and change in myofibrillar protein in it. Nippon Suisan Gakkaishi, 56 (12), 2069-2076
Suzuki A., Kim K., Honma N., Ikeuchi Y., Saito M. (1992). Acceleration of mat conditionning by high pressure treatment. High Pressure and Biotechnology. Eds C. Balny, R. Hayashi, K. Heremans & P. Masson. Colloque INSERM / John Libbey Eurotext Ltd. Vol. 224, 219-227
Tanaka M., Xueji Z., Nagashima Y., Taguchi T. (1991). Effect of high pressure on the lipid oxydation in sardine meat. Nippon Suisan Gakkaishi, 57 (5), 957 - 963
Wada S., Ide S., Mihori T., Yamanaka H. (1991). Quality and lipid change of sardine meat by high pressure treatment. Journal of Tokyo University of Fisheries, 78 (1), 119-126
Yamamoto K., Hayashi S., Yasui T. (1992). Hydrostatic pressure induced aggregation of myosin molecules in 0.5 M KCl at pH 6.0. High Pressure and Biotechnology. Eds C. Balny, R. Hayashi, K. Heremans & P. Masson. Colloque INSERM / John Libbey Eurotext Ltd. Vol. 224, 229-233
Yoshioka K., Kage Y., Omura H. (1992). Effect of high pressure on texture and ultrastructure of fish and chicken muscles and their gels. High Pressure and Biotechnology. Eds C. Balny, R. Hayashi, K. Heremans & P. Masson. Colloque INSERM / John Libbey Eurotext Ltd. Vol. 224, 325-327
Imprimer
Analyse au format pdf