Dégradation et transformation des aliments (1re partie) - Quelques données pratiques

La lecture des « étiquettes » reste un exercice délicat car la grande distribution a davantage tendance à « brouiller » les pistes qu’à clarifier la lecture des informations théoriquement indiquées sur les emballages. La lecture simplifiée par des pastilles de couleurs différentes en fonction de la qualité nutritionnelle « supposée » des produits commercialisés devrait faciliter l’information. Toutefois, il n’est pas sûr qu’elle réponde à toutes les questions car elle risque de rester limitée à des informations relativement simplistes, les pastilles rouges étant par exemple attribuées aux aliments trop riches en sel, en sucre, en acides gras saturés… C’est pour cette raison qu’il nous a paru utile de donner quelques informations supplémentaires utilisables par le consommateur et le médecin prescripteur, qui est lui-même un consommateur, pour s’y retrouver dans le labyrinthe des produits proposés par la grande distribution. Dégradation des aliments Tout consommateur doit savoir que les aliments se dégradent sous l’influence de l’oxydation, de la chaleur, de l’exposition à la lumière, des modifications de pH, mais surtout sous l’influence de l’action de microorganismes dont il convient d’éviter la prolifération. Toutefois, ces microorganismes ne sont pas l’enfer promis au consommateur. S’ils ne sont pas pathogènes, ils peuvent être utiles, voire indispensables. N’oublions pas que ce sont les réactions de fermentation découvertes par Louis Pasteur, qui permettent à certains aliments de s’enrichir en arômes. Le roquefort sans Penicillium roqueforti et le camembert sans P. camenberti resteraient des fromages insipides. C’est malheureusement à ce triste sort que ces fromages sont condamnés lorsqu’ils sont exportés aux États-Unis après une stérilisation imposée par les autorités sanitaires américaines, obsédées par la destruction de tous les microorganismes, même quand ils sont inoffensifs et utiles pour conférer des arômes à des produits alimentaires qui en seraient dépourvus après avoir été soumis à une stérilisation abusive. Tout Européen qui a voyagé aux États- Unis a pu se faire une idée de la faible palatabilité (c’est un euphémisme) des fromages français consommés sur ce continent. Dans un autre registre, l’adjonction de sucre, de sel, le séchage et le fumage font partie des procédés ancestraux utilisés pour la conservation des aliments(1-3). Au IIe millénaire avant J.-C., c’est-à-dire avant la fondation de Rome, la salaison était utilisée comme méthode de conservation pour les viandes, les poissons, les olives. Le séchage et le fumage sont des moyens de conservation connus depuis l’Antiquité. La fumée contient de nombreux composés volatiles, comme l’acétaldéhyde, l’acétone, des phénols et polyphénols dotés d’un pouvoir antiseptique(4) dont nos ancêtres, utilisateurs du fumage, ignoraient le mécanisme d’action. Le sel, conservateur de base de nombreux produits alimentaires, a été pendant plusieurs siècles une denrée stratégique. Ce n’est pas par hasard que la gabelle avait été instaurée comme impôt par les rois de France dès le Moyen Âge. Aujourd’hui, ces procédés de conservation ancestraux sont toujours d’actualité et parfois même sur la sellette. La guerre incessante livrée à juste titre par les nutritionnistes, en particulier par les spécialistes de l’hypertension artérielle, aux industriels de l’agroalimentaire suspectés de saler abusivement leurs aliments n’est qu’un épisode de plus à verser au dossier de la saga du sel utilisé comme conservateur à travers les siècles. À ces procédés ancestraux de conservation des aliments sont venus se surajouter les procédés de conservation thermiques par la chaleur (pasteurisation, stérilisation) ou par le froid (réfrigération, congélation), les procédés de conservation chimique (en agissant sur le pH, en ajoutant des antioxydants et au sens le plus large du terme des additifs alimentaires). La lyophilisation (version moderne du séchage) et l’irradiation des aliments viennent compléter cette liste(5). Conservation par la chaleur-pasteurisation et stérilisation D’un point de vue pratique, la pasteurisation est un procédé de chauffage à température relativement peu élevée (+85° C) pendant 15 à 20 s. La pasteurisation ne détruit pas les germes. Elle stabilise le produit mais n’empêche pas la prolifération ultérieure de microorganismes. Ce procédé est appliqué à la conservation du lait, des jus de fruits et de conserves à base de fruits. Une boisson ou un produit alimentaire pasteurisé doit être conservé à une température de 0 à 6° C après ouverture et consommé en moins de 7 j. La stérilisation ou appertisation est un procédé de conservation par application d’une température élevée sur un intervalle de temps court : chauffage à 140-150° C pendant 2 s pour le lait UHT (Ultra Haute Température) qui peut être conservé pendant 3 mois quand l’emballage reste fermé. À l’inverse de la pasteurisation, la stérilisation détruit les microorganismes présents dans le produit. Conservation par le froid : réfrigération, congélation et surgélation La réfrigération est un procédé de conservation à court terme à une température de 2 à 5° C. Elle n’empêche pas la croissance des microorganismes. Au contraire, la congélation bloque la croissance des microorganismes sans pour autant détruire ceux qui sont déjà présents dans le produit. Même si la croissance des microorganismes est bloquée à partir de -3° C, la température de sécurité utilisée en congélation est de -18° C. Pour certaines denrées alimentaires comme les poissons, les crèmes glacées, les températures de congélation sont plus basses : -30° C. La congélation peut détériorer les structures cellulaires des produits alimentaires lorsqu’elle est appliquée de manière trop lente. En effet, toute congélation conduit à la formation de cristaux de glace à l’intérieur des cellules lorsque la température du produit traverse la strate thermique comprise entre de +4 et -4° C (zone de formation maximale de cristaux de glace) (figure 1)(6). Plus le produit alimentaire restera longtemps dans cette zone, plus la taille des cristaux de glace sera importante. C’est pour cette raison qu’une congélation lente (baisse de température < 10° C/min) entraîne la formation de cristaux de glace relativement volumineux, qui dilacèrent les membranes cellulaires dont la rupture entraîne un déplacement d’eau du milieu intracellulaire vers le milieu extracellulaire avec effondrement des structures cellulaires au moment de la décongélation. La libération d’enzymes et de substrats normalement emprisonnés dans le cytoplasme accélère la dégradation des tissus qui se ramollissent pour revêtir un aspect peu présentable après décongélation (figure 2). Pour minimiser ces phénomènes d’effondrement des structures cellulaires (en particulier végétales), il faut remplacer la congélation par la surgélation (congélation cryogénique) qui permet d’atteindre très rapidement une température très basse : -40° C. Dans ce cas, il y a formation de microcristaux sans éclatement des structures cellulaires. Ceci permet de minimiser les phénomènes d’exsudation et de libération enzymatique au moment de la décongélation. Figure 1. Effet de la vitesse de congélation sur le temps passé dans la zone de formation maximum des cristaux de glace dans les structures cellulaires. La durée du temps de passage dans cette zone est indiquée par les 2 intervalles horizontaux et fléchés. Figure 2. Effet de la congélation lente ou rapide (surgélation ou cryocongélation) sur les structures tissulaires des aliments. La surgélation en conduisant à la production de cristaux de glace de petite taille assure la préservation des structures cellulaires. La congélation lente conduit à la formation de macrocristaux de glace à l’intérieur des cellules, à une rupture des membranes cellulaires et à une désorganisation de l’architecture des cellules. D’un point de vue général, ce sont les procédés thermiques les plus intenses et les plus courts (stérilisation et surgélation) qui assurent la meilleure préservation des qualités physiques (texture) et organoleptiques des aliments. Lyophilisation C’est un procédé basé sur l’élimination complète de l’eau présente dans le produit alimentaire. Sur le plan bactériologique, ce procédé est d’une sûreté absolue car aucun microorganisme ne peut se développer sur substrat totalement déshydraté : lait en poudre par exemple. Irradiation par des rayonnements gamma Cette méthode de préservation alimentaire est destinée à détruire tous les parasites (insectes) ou microorganismes présents dans les produits céréaliers après la récolte. L’irradiation étant réalisée par une source externe, le risque de contamination radioactive est totalement absent. Il est donc indispensable de préciser que la stérilisation par irradiation externe ne comporte aucun danger mais ce procédé reste d’utilisation limitée car le mot « irradiation » a une connotation péjorative auprès du public. Diminution de l’activité de l’eau Un mécanisme à la croisée des chemins de la plupart des procédés de conservation alimentaire(5,7) L’activité de l’eau, à ne pas confondre avec la concentration de l’eau dans un aliment est un coefficient (aw) qui permet de quantifier la disponibilité de l’eau dans un aliment donné par rapport à sa disponibilité dans l’eau pure où les molécules ont une liberté de mouvement égale à 100 % puisqu’elles ne sont liées à aucun substrat. Chaque fois que l’on introduit une substance capable de fixer l’eau (sel, sucre, alcool) ou que l’on réduit la teneur en eau d’un produit alimentaire (séchage, lyophilisation) on réduit la mobilité des molécules d’eau par fixation sur la substance introduite ou par augmentation de sa liaison avec les constituants organiques déjà présents dans le milieu. L’activité de l’eau dans l’eau pure est par définition égale à 1. Sur le tableau, nous avons indiqué les possibilités de prolifération de microorganismes (bactéries, levures, moisissures) en fonction de l’activité de l’eau. De manière schématique, tous les aliments dont l’activité de l’eau est comprise entre 0,91 et 1 sont des substrats sur lesquels n’importe quel microorganisme (bactérien en particulier) peut proliférer. Tous les produits naturels appartiennent à cette catégorie : fruits, légumes, œufs, viandes, poissons, lait, etc. Certains produits transformés appartiennent également à ce groupe : fromages à pâte molle, pain, crèmes glacées. Tous les aliments dont l’activité de l’eau est comprise entre 0,88 et 0,91 (fromages à pâte dure, saucisson sec, etc.) sont de mauvais substrats pour les bactéries. En revanche, ils restent exposés à la prolifération des levures et des moisissures. Entre 0,8 et 0,88, les levures sont incapables de pousser, mais la prolifération des moisissures reste possible. C’est le cas pour le riz et les farines. En dessous de 0,80, aucun microorganisme ne peut plus se développer. Ce groupe de produits alimentaires englobe les confitures très sucrées, les aliments très riches en sel, les fruits secs, les pâtes alimentaires, les biscuits.  Pour illustrer ces propos, prenons l’exemple des confitures. Classiquement, elles contiennent environ 60 g de glucides pour 100 g. En revanche, les confitures allégées dites pour « diabétiques » ont une teneur glucidique plus faible : 30 g pour 100 g, la majorité des glucides étant sous forme de fructose dont le pouvoir sucrant est plus élevé que celui du saccharose, constituant majoritaire des confitures normales. La faible teneur en glucides des confitures pour diabétiques les expose aux proliférations de moisissures. En pratique quotidienne, toutes les ménagères savent que des filaments blanchâtres, dus à la prolifération de moisissures, apparaissent rapidement à la surface d’une confiture allégée si le pot n’a pas été conservé au réfrigérateur après ouverture. Ceci est lié au fait que l’activité de l’eau dans les confitures allégées est supérieure à 0,80 alors qu’elle est inférieure à 0,80 dans les confitures traditionnelles. Dégradation des aliments riches en lipides L’une des questions posées régulièrement par les patients concerne la préservation des corps gras et la conservation de leur qualités organoleptiques et nutritionnelles au cours du temps. Les corps gras utilisés dans l’alimentation, qu’ils soient solides ou liquides, peuvent être dégradés soit par oxydation (rancissement des graisses), soit au cours du chauffage lorsqu’ils sont utilisés pour la cuisson des aliments. Oxydation des lipides Elle conduit à l’apparition d’espèces chimiques (aldéhydes ou cétones) volatiles qui confèrent au produit alimentaire oxydé une odeur rance et un goût désagréable(7). Tous les produits alimentaires qui contiennent des lipides peuvent rancir, mais certains sont plus exposés que d’autres à ce phénomène, en particulier les corps gras riches en acides gras polyinsaturés. Ce sont donc les huiles végétales, riches en acide linoléique (huiles de tournesol, de maïs, de pépin de raisin) et en acide alpha-lino-lénique (huiles de colza, de soja, de noix), qui sont les plus touchées par ce phénomène. Le rancissement est une réaction en chaîne qui comporte plusieurs phases : initiation, propagation et terminaison (figure 3). Figure 3. Différentes phases qui conduisent à l’oxydation et au rancissement des lipides contenus dans les corps gras alimentaires. La phase d’initiation est caractérisée par la réaction d’un radical libre (en général l’anion superoxyde O2-) pourvu d’un électron « célibataire » particulièrement agressif et qui va réagir avec un acide gras polyinsaturé (R1H) présent dans le produit alimentaire. L’anion superoxyde (O2-) est lui-même fabriqué à partir de l’oxygène de l’air (O2) sous l’effet de la lumière ou de la chaleur. Ceci signifie que toute préparation d’huile végétale, ouverte, mal refermée, conditionnée dans une bouteille qui laisse passer les rayons lumineux et entreposée à température ordinaire, est un milieu de production idéal pour l’anion superoxyde. Si cette production survient dans un produit alimentaire pauvre en acides gras polyinsaturés, l’anion superoxyde n’exercera pas son agressivité naturelle puisqu’il ne rencontrera pas de substrats susceptibles de déclencher la réaction en chaîne de rancissement. En revanche, supposons que l’anion superoxyde apparaisse dans un milieu riche en acides gras désaturés de la série ω6 (acide linoléique à 2 doubles liaisons) ou encore plus désaturés de la série ω3 (acide α-linolénique et acide eicosapentaénoïque, respectivement à 3 ou 5 doubles liaisons), cette espèce particulièrement réactive de l’oxygène va réagir avec l’acide gras de structure générale R1H. L’électron célibataire de l’anion superoxyde va être transféré sur l’acide gras qui va lui-même se transformer en radical libre R1°H. Sous l’action de l’oxygène, le radical R1° va se transformer en radical peroxyl R1OO° (figure 3). La phase de propagation Le radical R1OO° formé pendant la phase d’initiation va transférer son électron libre sur un autre acide gras polyinsaturé (R2H) qui va à son tour se transformer en radical libre R2° puis en R2OO°. Le radical R1OO° en perdant son électron va capter un atome d’hydrogène pour donner un hydroperoxyde (R1OOH) et audelà des composés volatiles comme les aldéhydes ou les cétones. Leur odeur « rance » rend le produit inconsommable. La réaction va ultérieurement se propager d’un acide polyinsaturé à un autre avec formation à chaque étape d’hydroperoxydes, d’aldéhydes et de cétones (figure 3). La phase de terminaison La réaction en chaîne s’arrête lorsque le dernier radical libre d’acide gras Rn° rencontre un autre radical libre X°, pour donner par appariement des 2 électrons libres, un composé stable Rn-X. Si le nombre n est élevé, la réaction en chaîne peut conduire à la production d’un grand nombre de composés aldéhydiques et cétoniques, avec une odeur de « rance » d’autant plus forte que la réaction a été plus longue et plus intense. Protection contre le rancissement des graisses Le rancissement des corps gras alimentaires a deux conséquences : - disparition d’un certain nombre d’acides gras polyinsaturés avec réduction de la qualité nutritionnelle du produit alimentaire ; - production de composés à goût désagréable qui rendent le produit non consommable.  Pour éviter le rancissement, il faut conserver les produits alimentaires dans des emballages ou des bouteilles opaques à la lumière et les stocker dans un endroit frais (réfrigérateur de préférence). Il convient d’éviter autant que possible le contact avec l’oxygène de l’air en rebouchant soigneusement les bouteilles d’huiles végétales et en recouvrant après chaque utilisation les corps gras solides (beurre, margarine) avec leur emballage d’origine. Pour éviter ou freiner l’oxydation des corps gras, le fabricant ajoute le plus souvent des antioxydants de type vitamine E. C’est ce qui est régulièrement réalisé pour éviter l’oxydation des huiles végétales polyinsaturées (type tournesol, maïs, pépin de raisin…). Il faut noter que si les corps gras solides (margarines enrichies en acides gras ω6 ou ω3), ou les huiles végétales riches en acides gras polyinsaturés sont les plus exposés au phénomène de rancissement, d’autres produits alimentaires peuvent rancir à condition de contenir une petite quantité d’acides gras polyinsaturés. Les viandes, en particulier quand elles sont hachées, peuvent faire l’objet d’un processus d’oxydation. Les poissons gras, même surgelés, peuvent rancir au bout de quelques mois. L’entreposage du lait à basse température n’empêche pas totalement son oxydation. En revanche, l’huile d’olive, riche en acide oléique (75 %), acide gras mono-insaturé, a peu tendance à s’oxyder. Altération des corps gras au cours du chauffage Le chauffage peut modifier la composition des corps gras par disparition des acides gras polyinsaturés et apparition de composés nouveaux dont certains sont toxiques. Perte d’acides gras insaturés Elle dépend du nombre et de la température des chauffages, mais aussi de la nature des graisses. Les acides gras polyinsaturés de l’huile de tournesol (acide linoléique à deux doubles liaisons) disparaissent en quantité plus importante que l’acide oléique (une seule double liaison). Si on prend comme exemple l’huile de tournesol, on peut considérer qu’à l’état de base (avant tout chauffage) ce type d’huile contient 60 % d’acide linoléique et 25 % d’acide oléique. Après 20 chauffages successifs à 180° C, la teneur en acide linoléique passe de 60 à 45 % et celle de l’acide oléique de 25 à 23 %(8). Après 20 chauffages successifs à 240° C, la teneur en acide linoléique passe de 60 à 30 % et celle de l’acide oléique de 25 à 22 %. Ainsi il apparaît que la perte d’acides gras polyinsaturés des huiles peut devenir importante après chauffages répétés et lorsque les températures sont élevées. En revanche, la perte d’acides gras mono-insaturés est faible, de l’ordre de 2 à 3 %. Production de composés nouveaux Les composés d’oxydation qui apparaissent au cours du chauffage sont de structures très variables (figure 4) : - les composés d’oxydation primaire sont constitués par des hydroxydes d’acides gras. Ils n’ont pas de toxicité connue car ils sont rapidement dégradés sans être stockés par les tissus de l’organisme ; - les produits d’oxydation secondaire sont constitués par les oxymonomères et des oxypolymères. Ces derniers sont mal métabolisés et ont tendance à être incorporés dans les structures cellulaires où ils peuvent avoir des effets délétères ; - les produits d’oxydation secondaire constitués par les composés cycliques sont formés en quantité nettement plus faible que les oxymères non cycliques. En revanche, leur potentiel toxique est beaucoup plus élevé. Les benzopyrènes (hydrocarbures polycycliques) sont les plus toxiques mais ils n’apparaissent que dans des conditions extrêmes de chauffage, par exemple dans les grillades de viandes ou de poissons. Sur la figure 5, sont indiqués les pourcentages de composés nouveaux qui apparaissent dans différents types d’huiles (tournesol, arachide, palme) lors du chauffage à 200-220° C. Cette production reste faible tant que le nombre de chauffages reste limité. Pour cette raison, il est conseillé de ne pas réutiliser les huiles surtout lorsqu’elles sont riches en acides gras polyinsaturés. En effet, la production de composés nouveaux augmente avec le degré d’insaturation des huiles. L’huile de palme, riche en acides gras saturés (40 à 50 % d’acide palmitique) donne naissance à moins d’espèces nouvelles que l’huile d’arachide riche en monoinsaturés (50 à 60 % d’acide oléique), laquelle donne naissance à moins d’espèces nouvelles que l’huile de tournesol (60 à 66 % d’acide linoléique polyinsaturé).   Figure 4. Composés d’oxydation qui apparaissent au cours du chauffage des acides gras contenus dans les aliments. Figure 5. Pourcentage de formation de composés nouveaux au cours du chauffage répété de différentes catégories d’huiles végétales (palme, arachide, tournesol) (d’après(8)).