Introduction
La conservation des aliments par champs électriques pulsés (CEP), en anglais : Pulsed electric field (PEF), est une méthode de conservation non thermique, appelée aussi pasteurisation froide, qui implique le passage d’un voltage très élevé dans l’aliment placé entre deux électrodes. Le champ électrique est normalement appliqué à température ambiante ou réfrigérée pendant moins d’une seconde. L’inactivation des bactéries qu’il produit peut être expliquée par des modifications structurelles des membranes et par l’apparition de pores.
Cette technologie présente l’avantage majeur de fournir des aliments de haute qualité aux consommateurs. En effet, les champs électriques pulsés sont considérés comme supérieurs aux méthodes de traitement et de conservation thermiques car ils réduisent les changements préjudiciables à la qualité et à la valeur nutritionnelle des aliments et préservent les attributs physiques et sensoriels de l’alimentation.
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Principe de conservation des aliments par champs électriques pulsés (CEP)
La cellule est un système complexe qui peut se grandir, se produire, traiter des informations, répondre à des stimuli et exécuter un nombre extraordinaire de réactions chimiques. Généralement, elle est constituée du noyau, du cytoplasme et de la membrane cellulaire.
De point de vue physique, la cellule peut être décrite comme une entité composée d’un milieu conducteur correspondant au cytoplasme, caractérisé par sa conductivité électrique σ, et d’un milieu isolant, correspondant à la membrane, caractérisé par sa résistivité 𝜌.
L’application d’un champ électrique à la cellule en plaçant cette dernière entre deux électrodes, induit un déplacement de charges (Force de Coulomb). Il en résulte un courant qui entraîne l’accumulation des charges électriques de part et d’autre de la membrane cellulaire, et en conséquence une tension à travers la membrane.
Le premier effet résultant de l’interaction des impulsions électriques avec la cellule est l’électroporation classique qui peut être définie par le changement de la structure de la cellule suite à la formation de pores dans la membrane lors de l’exposition à un champ électrique.
L’électroporation est un phénomène réversible tant qu’on n’a pas dépassé un seuil critique de tension transmembranaire. La cellule survivra si le champ n’est ni très fort ni très long et elle revient à son état physiologique normal (on parle de guérison de la cellule). Si ce seuil critique est dépassé, il y aura formation de pores de rayon assez grand et ce phénomène sera irréversible et la mort de la cellule surviendra.
En agro-alimentaire, il est possible de réaliser une pasteurisation froide qui consiste à détruire les bactéries, voire les spores, présentes dans un aliment par électroporation. Les impulsions utilisées ont des champs électriques plus élevés et sont appliqués pour seulement quelques microsecondes à millisecondes avec une intensité dans la plage de 10 à 80 kV/cm. L’amplitude du champ permet de détruire les bactéries, la faible durée de l’impulsion permet de ne pas chauffer le milieu et donc de conserver les qualités de l’aliment.
Le traitement CEP se déroule dans une chambre placée entre deux électrodes. Ces électrodes ont un écart spécifique entre elles, connu sous le nom d’écart de traitement de la chambre. Pendant le traitement CEP, une haute tension est appliquée, ce qui entraîne l’inactivation des micro-organismes présents dans l’échantillon alimentaire. Le champ électrique est appliqué sous différentes formes, telles que des ondes décroissantes exponentiellement, des ondes bipolaires ou des impulsions oscillatoires. Le processus peut également être effectué à diverses gammes de températures telles que les températures ambiantes, froides ou chaudes.
Des recherches ont mentionné que le CEP prévient aussi l’altération enzymatique des denrées alimentaires par désactivation des enzymes. Le processus de désactivation des enzymes par la technologie des champs électriques pulsés est encore mal connue.
La pasteurisation froide, ou la conservation par champ électrique pulsé, est au stade de pilote industriel pour les aliments liquides, et au stade de la recherche pour les aliments solides. Comme aliment liquide, on peut citer par exemple le lait ou le jus d’orange.
Autres application des champs électriques pulsés (CEP)
Outre la pasteurisation froide des aliments, les champs électriques pulsés peuvent aussi avoir d’autres utilisations. Les principales applications de la technologie CEP sont les suivantes :
- En génie génétique, l’électroporation est un moyen d’ouvrir la membrane d’une cellule pour permettre l’introduction de différents vecteurs qui iront agir sur l’ADN de la cellule pour le modifier.
- En agro-alimentaire, en cosmétique et en pharmacie, des principes actifs sont extraits de substances animales ou végétales. L’électroporation des cellules peut être utilisé pour augmenter le rendement d’extraction, en remplacement de substances chimiques par exemple.
- L’électroporation par champ électrique pulsé peut de même être utilisée pour le traitement des eaux potables et industrielles, pour la destruction de bactéries et de micro-organismes présents dans l’eau ainsi que des moules et coquillages pouvant proliférer dans les canalisations. Par rapport à d’autres procédés concurrents, le traitement par champ électrique pulsé présente potentiellement l’avantage de pouvoir tolérer des impuretés dans l’eau ou des eaux non parfaitement transparentes. Il permet de traiter des débits élevés à des coûts de traitement faibles.
Conclusion
La technologie des champs électrique pulsés, bien qu’elle suggère un avenir prometteur, son application dans le domaine de la conservation des aliments est encore en phase de développement.