L'oxydation des aliments est une réaction chimique causée par le dioxygène de l'air. L'exposition à la lumière ainsi qu'à une température modérément élevée accélère le phénomène. Pour protéger les aliments de l'oxydation, on agit en limitant le contact entre l'aliment et le dioxygène (emballage sous vide ou sous atmosphère protectrice), en limitant l'exposition à la lumière et en maintenant une température fraîche. Il est également possible d'opter pour une protection chimique par des antioxydants, comme la vitamine C par exemple. La conservation des aliments implique aussi et surtout la lutte contre le développement de micro-organismes :
- On les élimine par pasteurisation, stérilisation thermique ou irradiation.
- On empêche leur développement en les privant d'eau, de dioxygène ainsi qu'en utilisant des conservateurs chimiques.
- On ralentit leur développement par action du froid (réfrigération, congélation et surgélation.)
L'oxydation des aliments
La réaction chimique d'oxydation des aliments
Réaction chimique
On appelle réaction chimique une transformation d'un mélange réactionnel au cours de laquelle :
- Des espèces chimiques disparaissent ou voient leur quantité de matière diminuer. Ce sont les réactifs de la réaction.
- Des espèces chimiques apparaissent ou voient leur quantité de matière augmenter. Ce sont les produits de la réaction.
La réaction est décrite simplement par son équation qui permet de connaître les proportions avec lesquelles les réactifs sont détruits et les produits sont formés.
Au cours de la réaction de combustion du butane dans l'air, du butane et du dioxygène disparaissent tandis que du dioxyde de carbone et de l'eau apparaissent.
Le butane \ce{C4H10} et le dioxygène \ce{O2} sont donc des réactifs de la réaction de combustion.
Le dioxyde de carbone \ce{CO2} et l'eau \ce{H2O} sont donc des produits de la réaction de combustion.
L'équation de cette réaction s'écrit :
2 \ce{C4H10} +13 \ce{O2} \ce{->}10\ce{H2O}+8\ce{CO2}
L'oxydation des aliments se produit lorsqu'on laisse des aliments exposés à l'air. Elle se traduit par un changement de couleur et d'aspect en surface :
- Une pomme coupée en deux verra sa chair prendre la couleur marron en surface.
- De la viande rouge laissée à l'air libre prendra un aspect sec et une couleur plus foncée.
L'oxydation est un signe de vieillissement et de perte des qualités d'un aliment.
Oxydation d'une pomme coupée laissée à l'air
L'oxydation des aliments est une réaction chimique.
Lors de l'oxydation, on observe un nouvel aspect (texture, couleur), c'est donc qu'une nouvelle espèce chimique est apparue.
L'apparition d'une nouvelle espèce chimique est la preuve d'une réaction chimique.
La cause de l'oxydation des aliments
L'oxydation des aliments est due au dioxygène de l'air.
Deux observations permettent de démontrer que le dioxygène de l'air est un réactif de la réaction chimique d'oxydation des aliments :
- Seule la surface des aliments est oxydée. En effet, le dioxygène ne pénètre pas dans le cœur des aliments, seule la surface est exposée.
- Les aliments conditionnés sous vide ou sous atmosphère protectrice (diazote) ou encore dans l'huile ne subissent pas l'oxydation car ils ne sont pas en contact avec le dioxygène.
Les paramètres influençant l'oxydation des aliments
L'influence de la température
L'oxydation des aliments est favorisée et accélérée par une augmentation modérée de la température. Inversement, elle est ralentie par une diminution de la température.
L'influence de l'exposition à la lumière
L'oxydation des aliments est favorisée et accélérée par l'exposition à une forte lumière. Inversement, elle est ralentie par une conservation à l'obscurité.
Les moyens d'empêcher ou de limiter l'oxydation des aliments.
Une action sur la cause.
Pour empêcher l'oxydation, une des possibilités est d'éviter le contact entre un aliment et la cause de l'oxydation, c'est-à-dire le dioxygène contenu dans l'air. Pour cela, on protège les aliments par un emballage et on peut notamment :
- Mettre sous vide, c'est-à-dire aspirer l'air entre l'aliment et l'emballage.
- Conditionner sous atmosphère protectrice, c'est-à-dire remplacer l'air qui contient du dioxygène par un gaz inerte comme du diazote par exemple.
- Conserver dans un liquide comme de l'huile par exemple.
Une action sur les paramètres
Pour ralentir la réaction d'oxydation, on peut agir sur les paramètres et donc :
- Conserver à l'abri de la lumière.
- Conserver au froid.
Une protection chimique : les antioxydants
On peut protéger les aliments de l'oxydation par l'utilisation d'une substance chimique qui va être oxydée à la place de l'oxydant. On appelle ce genre de substance un antioxydant.
La vitamine C est un antioxydant naturellement présent dans le jus de citron par exemple. On peut ralentir et limiter l'oxydation de morceaux de pomme en les imbibant de jus de citron contenant de la vitamine C.
Les procédés de conservation des aliments
Les causes de la dégradation des aliments et les principes de lutte
L'oxydation des aliments n'est qu'une cause parmi d'autres de la dégradation des aliments. La dégradation de la qualité des aliments est surtout due à la prolifération de bactéries et d'autres micro-organismes qui les rendent impropres à la consommation.
Les bactéries et autres micro-organismes se développent principalement dans les conditions suivantes :
- Une température ni trop chaude, ni trop froide, typiquement entre 25 et 40°C
- Présence d'eau
- Présence de dioxygène
Les principes de lutte contre le développement des micro-organismes dans un but de conservation des aliments sont :
- L'élimination des micro-organismes et de leurs germes avant l'emballage ou la mise en vente.
- Une action sur la température afin de limiter et de ralentir le développement des micro-organismes.
- Une privation d'eau et d'oxygène afin de limiter et de ralentir le développement des micro-organismes
L'action de la température
La conservation par le froid
Le froid limite et ralentit le développement des micro-organismes, et permet ainsi de prolonger la durée de conservation des aliments.
La réfrigération à une température de 1°C à 5°C permet de ralentir nettement la multiplication des bactéries et des moisissures.
La congélation et la surgélation se font à des températures beaucoup plus basses ( de l'ordre de -35°C à -80°C pour la surgélation) et bloquent le développement des micro-organismes.
Quelques repères dans l'histoire de la conservation des aliments par le froid
La maîtrise théorique et pratique de la production industrielle de basses températures a permis le développement de l'industrie agroalimentaire au cours de la deuxième moitié du XXe siècle. Parmi les exemples les plus marquants, on peut citer les produits laitiers et les plats préparés surgelés.
L'exposition à une chaleur intense
L'exposition à une température très élevée permet de tuer une grande partie des micro-organismes présents dans un aliment. La conservation est prolongée grâce à l'absence initiale de micro-organismes.
Afin de tuer les micro-organismes, on peut utiliser :
- La cuisson
- La pasteurisation, qui se fait à une température de l'ordre de 70°C.
- La stérilisation, qui se fait à une température de l'ordre de 120°C.
La pasteurisation et la stérilisation se font généralement sur une durée très courte afin de ne pas dénaturer l'aliment. Il ne s'agit pas de le cuire, l'aliment doit garder son aspect frais et ses qualités gustatives. Seule la stérilisation permet par sa température plus élevée de tuer tous les micro-organismes et leurs spores.
Les techniques de privation d'eau
Les sucraisons et les salaisons
La conservation de certains aliments se fait en limitant l'eau disponible pour les micro-organismes grâce à l'action :
- Du sel : c'est la technique de la salaison.
- Du sucre : c'est la technique de la sucraison.
Ces techniques historiques sont encore utilisées pour :
- La charcuterie, les jambons crus, les poissons secs pour la salaison
- La confiture pour la sucraison
La lyophilisation
La technique de la lyophilisation permet d'enlever toute l'eau d'un aliment en utilisant le changement d'état de l'eau appelé sublimation, c'est-à-dire le passage direct de l'état solide à l'état gazeux.
La lyophilisation se produit en deux étapes :
- Congélation de l'aliment et maintien d'une température négative : l'eau liquide se transforme en eau solide (glace).
- Réduction de la pression par aspiration : l'eau solide se transforme en vapeur d'eau qui est éliminée par aspiration.
La principale utilisation de la lyophilisation est l'obtention de café soluble.
Les procédés de conservation et les changements d'états de l'eau
Changement d'état
On appelle changement d'état une transformation physique de la matière d'un état à un autre. Les trois états principaux de la matière sont :
- L'état gazeux : les particules sont éloignées les unes des autres et sont agitées de mouvements incessants et aléatoires.
- L'état liquide : les particules sont au contact les unes des autres mais sont en mouvement.
- L'état solide : les particules sont au contact les unes des autres et sont rigidement liées à leurs voisines.
Il ne faut pas confondre réaction chimique et changement d'état.
Un changement d'état est une transformation physique. La transformation concerne l'organisation de la matière mais pas les particules qui la composent. Il n'y a ni apparition, ni disparition d'espèces chimiques.
Lors de la fusion d'un glaçon, les molécules d'eau vont passer d'un état dans lequel elles sont rigidement liées les unes aux autres (état solide) à un état où elles sont plus mobiles tout en restant proches (état liquide).
Il s'agit d'une transformation physique de la matière : l'organisation de la matière est changée.
En revanche au cours de cette opération, aucune molécule d'eau n'a été détruite, ni aucune espèce chimique d'aucune sorte créée : ce n'est donc pas une réaction chimique.
Les états de l'eau et les changements d'état
L'eau est présente dans de nombreux aliments et les techniques de conservation utilisant la température sont souvent associées à un changement d'état de l'eau :
- La lyophilisation est fondamentalement une sublimation de l'eau
- La congelation et la surgélation sont des solidifications de l'eau. Ces techniques vont ainsi non seulement ralentir l'activité des micro-organismes par l'action du froid mais également par la privation d'eau liquide.
- Lors de la stérilisation thermique, la température doit monter jusqu'à 120°C. On utilise alors la vapeur d'eau pour accélérer les échanges entre la source de chaleur et l'aliment.
Les techniques de privation de dioxygène
La privation de dioxygène permet d'empêcher le développement des micro-organismes (et également l'oxydation). On peut procéder de plusieurs manières :
- Conservation dans des "boîtes de conserve" : on empêche le contact entre l'aliment et l'air par un emballage étanche.
- Conservation sous vide : on aspire l'air entre l'aliment et l'emballage.
- Conservation sous atmosphère protectrice : on remplace l'air par un gaz inerte ne contenant pas de dioxygène.
D'autres méthodes physiques et chimiques
L'irradiation par rayonnement radioactif
L'irradiation par des rayonnements ionisants (radioactivité) permet la destruction des micro-organismes.
Cette technique permet, à l'instar de la pasteurisation et de la stérilisation thermique, de conserver les aliments plus longtemps en limitant le nombre de micro-organismes avant la commercialisation de l'aliment.
Les aliments ainsi traités ne deviennent pas radioactifs mais certaines polémiques scientifiques existent autour de cette technique.
Le traitement par irradiation est beaucoup plus fréquent en Amérique du Nord qu'en Europe. En France, il se limite principalement aux fraises et aux pommes de terre.
L'utilisation de conservateurs chimiques
Il est possible de prolonger la durée de conservation des aliments en utilisant des substances chimiques comme les additifs alimentaires. Ces substances sont appelées des conservateurs.
Un conservateur agit généralement en empêchant le développement d'une famille de micro-organismes par inhibition d'une étape de leur mécanisme de multiplication.
L'utilisation de certains conservateurs dans l'alimentation humaine est source de vives polémiques.
Les nitrites sont très utilisés en charcuterie, en association avec le sel. Les nitrites bloquent notamment le développement de la bactérie responsable du botulisme.
L'usage des nitrites est contesté par certains scientifiques à cause de la possible production de nitrosamines cancérigènes lors de la cuisson des aliments.
Un exemple de mise en œuvre industrielle : l'appertisation
Appertisation ou conserve
On appelle appertisation la technique de conservation des aliments inventée par le Français Nicolas Appert en 1795 consistant à :
- Placer des aliments dans une enceinte fermée
- Soumettre cette enceinte à une température élevée
L'appertisation est la technique utilisée pour produire des conserves industrielles ( "boîtes de conserve") ou domestiques (conserves en bocaux de verre).
Comme la plupart des modes de conservation des aliments utilisés dans la vie courante, l'appertisation utilise plusieurs techniques afin d'agir de plusieurs manières sur la conservation des aliments :
- Privation de dioxygène par utilisation d'une enceinte étanche : on empêche ainsi l'oxydation des aliments et on prive les micro-organismes de leurs ressources en dioxygène.
- Stérilisation : on tue les micro-organismes initialement présents.
- Conservation à l'abri de la lumière : on ralentit la réaction d'oxydation.
- Utilisation de conservateurs chimiques : on empêche le développement des micro-organismes par procédé chimique.