Application du plasma non thermique pour augmenter la qualité des aliments et prolonger leur conservation
De nos jours, à tous les niveaux de la société, la prise de conscience des enjeux de santé s'est accrue et la demande d'aliments frais et riches en nutriments a connu une croissance exponentielle. De nombreuses maladies sont causées par des bactéries, des virus, des parasites et des produits chimiques dangereux. La diarrhée et le cancer en sont quelques exemples. Une solution pour lutter contre ce problème est l'utilisation d'une nouvelle technologie appelée plasma non thermique, qui a des effets positifs sur les aliments pendant leur transformation et leur stockage. Cette technologie a suscité un vif intérêt dans l'industrie agroalimentaire grâce à ses effets bénéfiques sur les aliments transformés. Elle permet également d'augmenter la durée de conservation des aliments traités. Cette méthode est très efficace car elle permet de désinfecter, de décontaminer, d'allonger la durée de conservation, etc., sans introduire de toxicité. Cette technologie est très prometteuse si elle peut être appliquée à grande échelle dans les usines de transformation alimentaire. Le maintien de la constance du plasma tout au long du processus est crucial pour une application à grande échelle dans l'industrie agroalimentaire. Il s'agit d'une technologie verte qui peut être appliquée pour préserver la pureté des produits alimentaires et améliorer leurs qualités organoleptiques. Cette technologie permet de réduire l'activité des spores, des enzymes et des toxines dans les aliments. Les maladies d'origine alimentaire sont transmises par des micro-organismes généralement présents dans les aliments riches en protéines et capables de résister à une large gamme de pH et de températures. Ces micro-organismes peuvent à terme provoquer une décoloration, une altération de la texture et de l'odeur des aliments.
La figure 1 montre les causes de contamination des aliments par des micro-organismes.
Figure 1 : Les bactéries, les champignons, les moisissures et les levures sont responsables des maladies d'origine alimentaire
Les agences gouvernementales du secteur alimentaire sont soumises à des pressions pour élaborer des normes réglementaires garantissant des aliments exempts de microbes. Cette demande a ouvert la voie à de nouvelles innovations. Diverses technologies innovantes ont été développées pour conserver les produits alimentaires de manière sûre et efficace. Il est également recommandé de combiner différentes technologies de conservation des aliments afin d'améliorer la sécurité sanitaire des produits et d'allonger leur durée de conservation. Bien qu'il soit possible d'utiliser des conservateurs alimentaires chimiques antibactériens pouvant prolonger la durée de conservation des aliments, ces agents chimiques ne sont pas écologiques. Ils peuvent également être dangereux pour la germination des graines et la croissance sans pesticides. L'allongement de la durée de conservation des aliments grâce à ces agents a un coût. C'est pourquoi le secteur alimentaire s'intéresse de plus en plus à de nouvelles technologies innovantes permettant d'inactiver les micro-organismes sans effets secondaires. La technologie du plasma froid (PC) est l'une de ces technologies, capable de détruire les micro-organismes tels que les bactéries, les virus, les champignons, etc., en utilisant un mélange hautement chargé de gaz et de matières. Cette technologie, également appelée plasma non thermique, est très efficace pour préserver la qualité et la sécurité des produits alimentaires et prolonger leur durée de conservation, car elle n'utilise pas d'agents chimiques. C'est une technologie verte utilisée pour préserver la santé des consommateurs.
Qu’est-ce que le plasma ?
Le terme plasma a été introduit par le physicien américain Irving Langmuir. Il s'agit essentiellement d'un mélange de gaz ionisé contenant des électrons chargés négativement, des ions chargés positivement, des atomes de gaz, des radicaux libres et des molécules à l'état fondamental ou excité. On distingue également le plasma thermique et le plasma non thermique. Ce dernier, qui fait l'objet de cet article, se produit lorsque la densité du plasma est faible et qu'il existe une grande différence de température entre les électrons et les particules plus lourdes, la température des électrons étant bien supérieure à celle des particules plus lourdes. Le plasma non thermique, à basse température et très efficace pour désactiver les micro-organismes, est particulièrement adapté à l'industrie agroalimentaire. Cet article décrit différents mécanismes de génération de plasma froid, mais un seul d'entre eux, la décharge à barrière diélectrique à pression atmosphérique, est détaillé.
Méthodes de génération de plasma froid
La figure ci-dessous montre le mécanisme de décharge de barrière diélectrique à pression atmosphérique.
Figure 2 : Décharge de barrière diélectrique à pression atmosphérique
La décharge à barrière diélectrique (DBD) est produite en maintenant une tension élevée entre deux électrodes métalliques [Référence 1]. Les électrodes métalliques sont constituées d'un matériau diélectrique, tel que la céramique, et leur distance entre elles est importante et variable. Certains paramètres de fonctionnement courants, tels que la fréquence, le courant, la pression du gaz et le courant continu pulsé, peuvent être contrôlés par l'amplitude de la tension. Cette méthode de génération de plasma est très polyvalente et offre de nombreuses applications grâce aux différentes conceptions d'électrodes et au choix du matériau diélectrique utilisé [Référence 2].
D'autres méthodes de production de PC sont le jet de plasma à pression atmosphérique, la décharge couronne et le plasma micro-ondes. Pour plus d'informations sur ces méthodes, consulter la [Référence 1].
Plasma non thermique dans l'industrie alimentaire
La technologie du plasma froid a été utilisée dans plusieurs domaines de l’industrie alimentaire et les catégories suivantes peuvent être mentionnées dans cet article.
- Boissons
- Céréales
- Viande et volaille
- Épices
Boissons
Les exemples suivants peuvent être donnés pour l’utilisation du CP dans l’industrie des boissons.
- Diminution de l'activité antioxydante et de la teneur microbienne ainsi qu'augmentation des acides gras libres dans l'eau de coco tendre
- Réduction du taux de survie des spores dans le jus de kiwi
Céréales
- Le jet de plasma a été utilisé avec succès pour la détoxification des microbes dans les germes de riz particulaires.
- Le traitement au plasma a considérablement réduit le nombre de microbes et la population de levures s'est améliorée dans les grains de mil, ce qui a contribué à la sécurité et à la durée de conservation des grains.
Viande et volaille
- La méthode DBD a été utilisée sur des filets de poulet. Le traitement de surface a significativement réduit l'activité microbienne et le pH.
- Le traitement au plasma a éliminé les bactéries chez le poisson-globe
Épices
- Lorsque la poudre de piment rouge a été traitée avec du CP, il a été constaté que l'E. coli était éliminé et que la qualité de la menthe poivrée séchée était également préservée.
- Le CP a été utilisé dans le traitement des épices et des herbes aromatiques qui sont difficiles à traiter à des températures élevées.
- Le traitement CP a été utilisé pour détruire les salmonelles dans les grains de poivre noir
- Le traitement au plasma généré par micro-ondes a désactivé les moisissures dans les épices comme les graines de poivre noir et a prolongé leur durée de conservation
Conclusion
La technologie CP a un potentiel énorme pour devenir la méthode la plus efficace pour désactiver les micro-organismes dans l'industrie alimentaire et prolonger leur durée de conservation. L'absence d'agent chimique dans ce traitement constitue un avantage majeur, garantissant sécurité et efficacité.
Références
- Application de la technologie du plasma non thermique pour améliorer la transformation et le stockage des aliments : une revue, U Vaka et MC Ramkumar, Food chemistry advances, 2024.
Traitement au plasma : une approche verte alternative et durable pour la décontamination des mycotoxines dans les produits alimentaires séchés. Ranjan, R., Gupta et al. Journal of Agriculture and Food Research, 14 (2023).
Auteur : Rez Mani (PhD) Scientifique d'application