Introduction

La diversité des produits alimentaires présents sur les étalages des supermarchés ne surprend pas les consommateurs qui se sont habitués à voir de plus en plus d’aliments fabriqués à l’aide de procédés très différents. En effet, au fur et à mesure que les connaissances augmentent dans les domaines de la microbiologie, de la chimie, du génie et de l’emballage, l’industrie alimentaire met sur le marché des produits de plus en plus nombreux. De plus, avec la hausse de ses activités prévue en réponse aux marchés croissants (augmentation anticipée de la population à 9 milliards d’individus en 2050), l’industrie alimentaire est consciente qu’elle devra maintenir des normes de salubrité et de qualité adéquates, tout en contrôlant son impact sur l’environnement et en mettant au point de nouveaux procédés de transformation moins énergivores.

Il faut reconnaître que l’aliment est un système complexe. Les réactions de détérioration sont intrinsèques ou extrinsèques à l’aliment. Les réactions intrinsèques impliquent les éléments qui composent l’aliment : les protéines (putréfaction), les glucides (fermentation), les lipides (oxydation), les enzymes, les minéraux, les vitamines, les saveurs, les pigments et l’eau. Les réactions extrinsèques impliquent des facteurs non compris dans les aliments : les microorganismes et leurs enzymes, l’oxygène, la lumière, l’humidité, la température d’entreposage. Les détériorations des aliments deviennent compliquées dans la mesure où toutes ces réactions se produisent en même temps, à un rythme différent. Quand on parle de la conservation des aliments, il faut déterminer lesquels de ces facteurs ou de ces réactions sont susceptibles de détériorer l’aliment en premier. Une fois ces facteurs de détérioration de l’aliment identifiés, il faut déterminer les moyens de transformation nécessaires pour prolonger la durée de vie de l’aliment et minimiser les impacts sur l’environnement.

Les premières opérations liées à la conservation des aliments et qui se rencontrent dans presque toutes les usines alimentaires sont le chauffage et le refroidissement. Il est rare que dans une usine alimentaire, le produit ne soit pas chauffé ou refroidi à un moment ou à un autre. De plus, ces opérations sont très énergivores et ont un impact environnemental majeur sur l’utilisation des ressources. C’est pour cela qu’il est essentiel de bien comprendre ce qu’est le chauffage et le refroidissement. Ceci implique la bonne connaissance des transferts de chaleur et des équipements utilisés pour chauffer ou refroidir, tels que les échangeurs de chaleur. D’autre part, nous introduirons les notions de transferts de masse qui interviennent dans différentes opérations de transformation telles que le séchage, la filtration membranaire et l’électrodialyse. Nous allons donc voir en détail :

• la réfrigération, parce qu’elle est très importante pour tous les produits frais ;
• la congélation, à cause de sa popularité auprès des consommateurs et parce qu’elle implique à la fois un refroidissement et un changement de phase (eau ® glace), ce qui a une influence sur la qualité de l’aliment ;la concentration, qui est une opération largement utilisée dans l’industrie laitière ;
• le séchage, à cause de son importance dans l’industrie alimentaire en général et dans l’industrie laitière en particulier ;
• la stérilisation des conserves et la pasteurisation, parce que dans le monde entier cette industrie est largement répandue ;
• les procédés de filtration baromembranaires (UF, MF, NF, OI) qui sont couramment utilisés en industrie pour séparer ou concentrer ;
• les procédés électromembranaires, des technologies en pleine expansion dans l’industrie agroalimentaire et des nutraceutiques.

Comme les enjeux industriels actuels dépassent le simple niveau de performance et de rentabilité, dans ce livre, nous traiterons des technologies de transformation ou opérations unitaires traditionnelles en industrie agroalimentaire (pasteurisation, concentration, etc.) mais aussi des technologies en émergence (séparation électromembranaire, champ électrique pulsé, etc.) ou en plein développement (séparation baromembranaire, haute pression hydrostatique, etc.). En effet, avec le développement des aliments fonctionnels et des nutraceutiques dans un contexte de durabilité, l’industrie alimentaire recherche de nouvelles technologies ou opérations unitaires de transformation moins impactantes pour l’environnement et lui permettant de tirer parti de ce marché en plein essor. Les techniques membranaires font partie de ces technologies qui démontrent un potentiel énorme pour l’élaboration de nouveaux produits, la production de molécules bioactives ou la fabrication d’aliments fonctionnels, De plus, de nouveaux équipements de transformation plus efficaces énergétiquement ont été mis au point dans les dernières années. Dans ce sens, nous avons choisi de détailler dans leur chapitre respectif les applications actuelles et potentielles des technologies de séparation membranaire, ainsi que celles des nouvelles technologies de conservation athermique, d’évaporation et de séchage.

Afin de présenter l’ensemble de ces opérations unitaires mises en jeu dans la conservation des aliments au sein d’une entreprise alimentaire et pour faciliter la lecture et la compréhension de cet ouvrage, nous avons séparé les chapitres en deux parties. La première partie porte sur les principes de conservation et les notions préliminaires fondamentales (ex. : activité de l’eau, propriétés thermophysiques des aliments, transfert de chaleur, etc.). Ces principes et notions sont nécessaires à la compréhension des chapitres contenus dans la seconde partie portant sur les opérations unitaires et les procédés appliqués à la conservation des aliments. D’un point de vue pédagogique, comme ce livre s’adresse tout autant à des étudiants, à des universitaires, ou encore à des industriels de la transformation alimentaire, de nombreux exemples de calcul ainsi que d’applications concrètes seront présentés. Le but de cet ouvrage n’est pas de refaire la théorie, qui a déjà été traitée dans de nombreux livres, mais de donner un outil pratique aux personnes travaillant ou se destinant à travailler dans les industries agroalimentaires et désirant faire des calculs appliqués. Ce livre deviendra donc pour eux un instrument important pour régler une grande partie des problèmes quotidiens.