Sommaire 1-Le froid, un besoin en … 11- Généralités sur le froid 12 Sources de froid 13 Techniques mises en œuvre 14 Froid & Qualité 2- Action du froid 21 action du froid sur … 22 Action du froid sur … 3- Congélation ou Surgélation 4- Évolution de la température 5- Étude des paramètres 6- Les techniques de congélato 1-Le froid, un besoin en agroalimentaire 11- Généralités sur le froid Le froid correspond à un abaissement de la température d’un corps de façon à réduire considérable¬ment son évolution. L’usage de sources de froid existe depuis toujours la collecte et le stockage de la glace des lacs ou des rivières en hiver, pour refroidir les poissons ou les viandes, l’évaporation de l’eau de jarre d’argile pour maintenir la nourriture au frais, sont quelques exemples anciens. Aujourd’hui, en France, on estime que 50 % au moins de notre nourriture a subi un traitement frigorifique. Le froid est donc un composant essentiel de l’industrie agroalimentaire en stockage des matières premières lait cru maintenu en tank réfrigéré à 3 - 4 °C, lors de la fabrication des produits blocage du processus d’acidification par le froid vers 3 °C pour la fabrication des yaourts, pour la conservation stockage des denrées fraîches en chambres froides, le transport véhicules frigorifiques et la distribution meubles de réfrigération ou de congélation. Quand on parle de froid » en agroalimentaire, on parle de deux niveaux de températures • Au-dessus du point de changement d’état de solidification de l’eau on parle de froid positif ou réfrigération et les produits se situent en moyenne entre 0 °C et 10 °C. • En dessous de ce point on parle froid négatif ; il s’agit de la congélation et de la surgélation, suivant la vitesse de descente de la température. Les produits se situent entre - 40 °C et -10°C. -18°C le plus souvent Voici en vidéo par C’est pas Sorcier » l’explication de la congélation/Surgélation ! 12 Sources de froid On utilise des fluides frigorigènes, c’est-à-dire des fluides aux caractéristiques particulières, comme la facilité de changer d’état liquide vers solide et inversement à des pressions basses et des températures basses. On emploie globalement deux types de fluides 121- Les frigorigènes obtenus par transformations chimiques halogénation, chloration Deux générations de produits ont vu le jour • Les frigorigènes se composant de la lettre R » pour réfrigérant suivie de deux ou trois chiffres R - xyz. Ce sont les hydrocarbures halogènes, comme le R22, couramment utilisé, ou le RI 15. Ces frigori¬gènes relèvent d’une nomenclature spécifique que nous n’évoquerons pas. • Les frigorigènes se composant de la lettre C » qui sont des composés contenant du chlore, comme les CFC chlorofluorocarbures ou les HCHC un atome d’hydrogène à la place d’un chlore. Ces composés sont fortement impliqués dans la destruction de la couche d’ozone. Aussi, sur le plan réglementaire, la CEE a limité l’utilisation des CFC et HCHC, avec un plafonnement des consommations dès aujourd’hui, une disparition en Des frigorigènes naturels, appelés gaz cryogéniques » Ce sont l’azote liquide et le gaz carbonique qui ont la particularité de changer d’état à pression normale et à des températures très basses . 13 Techniques mises en œuvre Deux techniques sont possibles la technique de froid dite mécanique » qui met en œuvre une machine frigorifique type réfrigérateur et la technique de froid dite cryogénique » qui met en œuvre directement l’azote ou le gaz carbonique. 131 Le froid mécanique Le concept de la machine frigorifique remonte au milieu du XIXe siècle grâce à Lord Kelvin. a- Principe Un fluide frigorigène ou frigorifique circule en boucle fermée et il change d’état facilement sous l’influence de la pression. On utilise le fait que tout changement d’état entraîne une consommation ou une libération d’énergie. En particulier • le passage de l’état liquide à l’état gazeux demande de l’énergie extérieure +Q, • le passage de l’état gazeux à l’état liquide dégage de l’énergie -Q. En effet, il faut de l’énergie pour désorganiser la matière et écarter les molécules Liquide Gaz alors que le rapprochement de celles-ci libère de l’énergie. b- Description simplifiée d’une installation de froid mécanique réfrigérateur ou congélateur… L’installation comprend un circuit fermé de circulation d’un fluide frigorigène du fréon gaz rare ou des liquides frigorifiques de synthèse. L’installation comprend L’évaporateur II renferme le fluide frigorigène à 20 °C ; sous pression atmosphérique normale P1, le liquide se vaporise passage de l’état liquide à l’état gazeux il y a donc besoin d’énergie. Celle-ci est prise dans l’air qui se trouve dans le compartiment intérieur du réfrigérateur l’enceinte. L’air et les aliments qui s’y trouvent sont refroidis. L’évaporateur est l’organe principal de fabrication du froid. Le compresseur Dans le compresseur, la pression devient P2 > P1. Le fluide est toujours gazeux et sa température augmente à T2 > Tl. Le condenseur Dans le condenseur, le gaz se refroidit au contact de l’air ambiant ce qui provoque le liquéfaction du gaz passage de l’état gazeux à l’état liquide il y a alors libération de calories, donc de chaleur cela explique que le dos du réfrigérateur soit chaud. Le Détendeur II permet de baisser la pression du liquide frigorigènes pour la ramener à sa valeur initiale P1 . La température chute aussi. 132 Froid cryogénique • Principe La vaporisation de certains gaz liquéfiés, au contact direct d’aliments, absorbe la chaleur de ceux-ci énergie et permet de les refroidir très vite. En alimentaire, on utilise deux gaz liquides intéressants pour leur très basse température de changement d’état à basse pression • le CO2 liquide qui devient gazeux à - 78,5 °C sous 1 atm, • le N2 liquide qui devient gazeux à -196 °C sous 1 atm. 14 Froid & Qualité Définis par Alexandre MONVOISIN 1928, les principes fondamentaux de l’application du froid à la conservation des denrées périssables sont énoncés sous le vocable de trépied frigorifique de MONVOISIN » 1. Application du froid sur des produits sains La réfrigération ayant comme conséquence le ralentissement des phénomènes d’altération et de multiplication microbienne, il est essentiel que les aliments soient initialement d’excellente qualité et peu contaminés. 2. Précocité Le froid est à appliquer aussitôt que possible après l’abattage ou la récolte, avant que les diverses altérations n’aient commencées. 3. Continuité Chaque type de produits réfrigérés est à maintenir à une température appropriée par exemple, une température de 4°C maximum pour les viandes, les volailles,… Toute élévation sensible de la température du produit au-dessus de cette valeur provoque une accélération de la multiplication microbienne et des phénomènes de dégradation. La température de conservation des denrées doit rester aussi constante que possible en dessous de cette limite, depuis l’abattage ou la récolte jusqu’à la consommation. On parle ainsi de chaîne du froid », l efficacité de celle-ci dépendant de celle du maillon le plus faible. Voici une illustration des différentes Toxi-Infections Alimentaires Collectives TIAC provoquées par une rupture de la chaine du froid 2- Action du froid Le froid doit son pouvoir de conservation à 2 effets Un effet thermique d’abaissement des vitesse de réactions biologiques de développement métabolisme des microorganismes et des réactions biochimiques et enzymatiques qui peuvent aussi nuire à la conservation des aliments . C’est cet effet qui est mis en œuvre en réfrigération. Un 2nd effet encore plus puissant mais qui n’existe qu’en congélation / surgélation l’abaissement de l’activité de l’eau c’est à dire que l’eau cristallisée devient indisponible pour toutes les réactions biologiques, chimiques et enzymatiques ; ceci explique pourquoi la congélation/surgélation permet des durées de conservation beaucoup plus longues que la réfrigération où ce second effet n’existe pas ! 21 action du froid sur les micro-organismes Le froid ne tue pas les micro-organismes il ne fait que ralentir leur développement, c’est à dire les inhiber. Et, il faut se rappeler qu’il y a des microbes résistants au froid ce sont les psychotrophes, psychrophiles et cryophiles. Les levures et les moisissures en particulier se complaisent dans des ambiances froides et humides. Certaines bactéries, comme Yersinia ou Listéria aiment le froid positif. Il faut retenir toutefois trois températures clés • + 3 °C fin des risques dus aux bactéries pathogènes et toxinogènes, • - 10 °C arrêt de toute multiplication bactérienne, • - 18 °C arrêt de toute multiplication microbienne y compris levures et moisissures. 22 Action du froid sur les caractéristiques de l’aliment Les modifications vont dépendre du traitement et de la denrée. 221 En réfrigération Les modifications sont minimes, mais observables. voir article sur la réfrigération ! 222 En congélation-Surgélation Les modifications vont être plus importantes dans la mesure où il y a un changement d’état passage de l’eau liquide à l’eau solide. Les conséquences du froid négatif ne se verront que plus tard, en décongélation. Les modifications observées sont • Augmentation du volume, qui sera fonction de la quantité d’eau présente. Il se produit un déchire¬ment des cellules et des tissus et une exsudation à la décongélation. ex à –18°C + 9 % pour de l’eau ; + 8,3 % pour un jus de pomme ; +4% pour de la framboise entière ; + 8% pour de la viande de bœuf • Détérioration des cellules il se forme des cristaux au cœur des cellules, mais leur taille, leur répartition et leur potentialité de destruction sont différentes suivant la vitesse de congélation comme on le verra plus loin. • Dessiccation de la surface le froid dessèche d’où l’obligation de bien emballer les produits stockés au froid. La dessiccation peut aussi être une réaction vive de sublimation de la glace formée en surface passage de l’eau solide en vapeur, sans passer par l’état liquide. Cela a lieu lors d’un passage rapide dans une enceinte très froide vers - 20 °C il y a alors brûlure par le froid ». Exemple couleur brune des viandes congelées sans emballage adapté. • Recristallisation progressive augmentation de leur taille des cristaux de glace ; modification de la texture des glaces et sorbets ; solution température de surgélation Aliment congelé > Eau > Aliment non congelé > Lipides > Air • Masse volumique air = isolant thermique • Géométrie forme et épaisseur Caractéristiques du matériel • Température du fluide frigorigène et différence de température entre produit et fluide frigorigène ou air • Les caractéristiques du fluide réfrigérant l’eau, l’air, les gaz cryogéniques n’ont pas les mêmes coefficients d’échange de chaleur. • Puissance frigorifique disponible en kW ou kcal /h ou frigorie • Coefficient de transfert de chaleur fonction du type de contact entre le produit et le milieu réfrigérant 6- Les techniques de congélaton La congélation / Surgélation des produits alimentaires utilisent plusieurs techniques. Parmi ces techniques on distingue les congélateurs à tunnels, les congélateurs à plaques et les systèmes de congélation directe congélation cryogénique. Les congélateurs à tunnels Ces matériels utilisent de l’air pulsé comme fluide frigorifique intermédiaire. Celui-ci est refroidi à travers l’évaporateur de la machine frigorifique, pulsée sur le produit par un ventilateur, puis recyclé pour être refroidi à nouveau. Ce système existe en continu tunnel à bande porteuse ou dynamique et en discontinu tunnel dit statique. L’avantage des tunnels de congélation réside dans leur souplesse d’utilisation. Ils sont recommandés lorsqu’on est amené à congeler plusieurs types de produits, de forme et de taille le schéma d’un tunnel statique Tunnel dynamique à bande transporteuse Voici une animation décrivant le fonctionnement d’un tunnel de surgélation à bande porteuse ou dynamique Tunnel dynamique à bande transporteuse hélicoidale Afin de limiter l’encombrement au sol et pour satisfaire à des durées de surgélation plus longue, les fabricants ont rallongé la longueur de la bande porteuse qui décrit un parcourt hélicoïdal comme un escalier en colimaçon ; on parle de Gyrofreezer » ou spiralfreezer ». Voici le schéma du modèle Frigoscandia Légendes 1-entrée du produit ; 2-Sortie du produit ; 3- tambour ; 4-Bande transporteuse ; 5-ventilateur ; 6- refroidisseur de l’airévaporateur du groupe froid ; 7-faux plafonds ; 8-actionneurs ; 9-panneau electrique ; 10-systeme de lavage de la bande transporteuse ; 11-ventilateur du séchoir de la bande transporteuse. Voir ci dessous l’animation développée par Frigoscandia Tunnel dynamique à bande transporteuse à lit fluidisé Les tunnels surgélateurs à lit fluidisé permettent de réaliser une surgélation individuelle de petits aliments tels que les petits poids, les fleurettes de choux fleurs… en mettant en suspension les aliments dans un courant d’air froid. Cette technique permet d’obtenir des produits surgelés de manière individuelle sans se coller ; on parle de procédé IQF » Individually Quick Frozen" Les congélateurs à plaques Dans le cas des congélateurs à plaques, le produit est refroidi au contact de la surface des plaques, à l’intérieur desquelles circule le fluide frigorifique. Ce type de congélateurs peut être à plaques horizontales ou verticales selon que les plaques sont disposées horizontalement sous forme d’étagères ou verticalement. Leur avantage réside dans leur efficience énergétique. Malheureusement, ils ne peuvent être utilisés que pour des produits de forme géométrique, avant ou après emballage, régulière. De plus, ils ne sont plus aptes pas au fonctionnement continu. Les surgélateurs cryogéniques La surgélation cryogénique ou directe consiste à mettre le produit directement en contact avec une source de froid, par aspersion d’un liquide comme l’azote liquide ou le CO2 liquide qui s’évaporent au contact du produit. Dans ce cas, l’apport frigorifique est apporté par la chaleur latente d’évaporation du liquide en contact avec le produit l’azote liquide s’évapore à -196 °C et le CO2 liquide s’évapore à -54 °C. Ce système de congélation a l’avantage d’être rapide et ne nécessitant pas une installation frigorifique proprement dite. Toutefois, il est assez coûteux et ne peut être donc utilisé que pour les produits alimentaires à haute valeur marchande. Cette technique permet aussi d’obtenir des produits surgelés de manière individuelle sans se coller ; on parle de procédé IQF » Individually Quick Frozen" Voir l’animation suivante

Laréponse est oui ! On peut construire une quantité significative de muscle en étant en déficit calorique. C’est en tout cas ce que suggère une étude ( 1) et les chiffres laissent perplexe : 7.4 kg de gras perdus et plus de 4.3 kg de muscles gagnés en 14 semaines !

1 kg de gras vs 1 kg de muscle