Salubrité des légumes en conserve par traitement thermique combiné à l'électro-activation : analyse de l'efficacité du système et détermination des économies d'énergie

La salubrité et la qualité des aliments en conserve dépendent toujours des paramètres appliqués lors de la stérilisation (le temps, les températures). L'application de températures élevées peut détériorer la qualité des produits et augmenter les coûts énergétiques associés au procédé de stérilisation. De plus, l’attente des consommateurs se dirige, de nos jours, vers des produits sains et frais, ce qui encourage les chercheurs à découvrir de nouvelles approches et techniques pour améliorer la conservation des aliments. Les technologies émergentes combinées à d'autres approches classiques ont démontré des résultats probants (effet barrière ou «hurdle effect ») quant à la préservation de produits non acidifiés. Récemment, des études sur l'électro-activation (EA) ont mis en évidence son fort potentiel antibactérien applicable pour une large gamme de produits alimentaires. En outre, cette technologie a été reconnue comme étant sécuritaire et peu coûteuse. Le but de ce projet était d'étudier l'EA comme une barrière efficace afin de préserver les qualités nutritionnelles des aliments tout en réduisant les barèmes de stérilisation et les coûts de production dans un respect total de la salubrité du produit. Le premier objectif était d'étudier les propriétés des solutions électro-activées (SEA) ainsi que la dynamique de leurs modifications en fonction de plusieurs paramètres comme la densité de courant appliqué au système, le temps d'excitation, le type de sels utilisés, la concentration en sel et les configurations du réacteur d’électro-activation. De plus, les paramètres optimaux comme le pH, le potentiel redox et la résistance électrique du système, qui est un indice d’efficacité énergétique, ont été déterminés pour la production des SEA à l'aide de la méthode de surface de réponse. Par la suite, les SEA optimisés ont été étudiés sur la corrosivité dans des boîtes de conserve en métal et les résultats obtenus ont montré que la SEA n'a aucun effet significatif sur l'oxydation des contenants de maïs en conserve. Le deuxième objectif a permis de mettre en évidence l'activité sporicide des SEA. En effet, l’étude a montré que les SEA ont une forte capacité d'inhibition de la croissance des spores de Clostridium sporogenes et de Geobacillus stearothermophilus. La combinaison de traitements modérés (T ≤ 100 °C) avec différentes SEA dans la purée de légumes a entraîné une destruction importante ou totale des spores de C. sporogenes. Une diminution considérable de la résistance à la chaleur de G. stearothermophilus a été également observée. Un effet synergique d’une grande efficacité a été obtenu lorsque la SEA a été utilisée en combinaison avec un traitement thermique lors de la stérilisation. Sur le plan pratique, cela résulte en une modification significative des barèmes de stérilisation en utilisant des températures modérées. Le troisième objectif consistait à étudier l'effet combiné des SEA et de la stérilisation à des températures modérées sur la qualité des conserves. Des petits pois et du maïs en grain ont été utilisés comme légumes modèles. L'analyse organoleptique a montré qu'un temps de stérilisation écourté conserve mieux les attributs sensoriels du produit. En plus, les températures de stérilisation utilisées avec les SEA étaient adéquates pour la préservation de la vitamine C qui est utilisée comme indicateur de préservation de la qualité. Aussi, la différence entre la technologie de stérilisation utilisant l’effet combiné de barrières composées de SEA et d’un traitement thermique modéré, comparativement à la technologie de stérilisation classique, laisse entrevoir la possibilité de réaliser d'importantes économies énergétiques. De plus, il sera possible de préserver la qualité nutritionnelle du produit et tout cela sans compromettre sa salubrité. Finalement, ce projet a apporté une contribution significative aux connaissances applicables à l’amélioration de la technologie classique de mise en conserve des légumes via une meilleure compréhension du comportement des spores thermophiles sous l'action des SEA combinées à des températures nettement inférieures à celles utilisées dans le procédé conventionnel de stérilisation des légumes en conserve.The safety and quality of low-acid canned food always depends on the parameters of sterilization. However, high temperatures may lead to a deterioration of product quality and to an increase of energy costs. In addition, today’s the increase of consumer demand for more «fresh-like» foods is challenging researchers to discover innovative approaches and techniques to improve methods of food preservation. Emerging technologies in combination with classical approaches exhibited high effectiveness (hurdle effect) in preservation of low-acid products. Recently, electro-activation (EA) convincing results by demonstrating high antibacterial potential on food products at large scale; furthermore, it has been recognized as a safe and an inexpensive hurdle. Taking sense from the hurdle approach, the aim of this project was to study EA as an effective and potent hurdle, so that it could result in a decrease in sterilization temperatures, thereby decreasing energy costs, increasing food quality and ensuring sterility. The first objective was to study the properties of EA solutions as well as the dynamics of their changes using variety of parameters (current density, excitation time, type and concentration of salts, configurations). In addition, by using the response surface methodology the optimum parameters (pH, redox potential, resistance) for the production of EA solutions (EAS) were found. Thereafter, the optimized EAS were studied for corrosiveness in canned containers showing no significant oxidizing effect on container filled with canned corn which was within the acceptable limits according to the stipulated regulations. The next objective focused on its sporicidal activity. The study showed that EAS has strong inhibiting capacity on the growth of Clostridium sporogenes and Geobacillus stearothermophilus spores. The combination of mild treatments (≤100°C) and EAS in vegetable puree resulted in significant or total destruction of putrefactive spores of C. sporogenes. A considerable decrease in heat-resistance of G. stearothermophilus was also observed. A synergistic effect was observed when EAS was used in combination with heat treatment during sterilisation, which allows changing the temperatures of sterilization. Thus, the last objective investigated the combined effect of EAS and sterilization at mild temperatures on the quality of canned peas and corn. The sensorial analysis showed that a shorter sterilization time increase the preservation of sensorial attributes. Indeed, the lowest temperatures appeared to be more favourable for vitamin C preservation. Nevertheless the difference between classical sterilization and hurdle technologies using EAS displayed significant energy savings and quality preservation. Overall, this project proposed a new approach to improve food canning technology; furthermore, it allowed a better understanding of the thermal behaviour of thermophilic spores under action of EAS as well as expands the scientific knowledge of EA technology

Effect of electro-activated brine solution on the migration of metallic ions from the cans to the product in sterilized canned sweet corn

Tinplate cans were used to study if electro-activated brine solution (EAS) is more corrosive than conventional one by ICP analysis. The results showed dif-ferent effects of EAS on cans, alone or filled with product. Acidic EAS (pH 2–3) and Redox +900 to +1200 mV highly reacted with the cans. The concen-trations of Zn, Fe, and Cu in the solution were 0.028, 28.81, and 0.022ppm, respectively. No Sn migration was observed in this case. When neutral or acidic chlorine-free EAS was used, no significant difference was observed in comparison with the corrosivity of standard NaCl brine. Alkaline EAS with pH>10 and negative E (≤−966mV) did not affect Zn, Fe, and Cu migration. However, it affected tin migration. Nevertheless, it is important to mention that even if some corrosion was observed, it was in the limit of the permitted level of concentration when the cans were filled with a product

Electro‑activation of potassium acetate, potassium citrate and calcium lactate : impact Open Access on solution acidity, Redox potential, vibrational properties of Raman spectra and antibacterial activity on E. coli O157:H7 at ambient temperature

Aims: To study the electro-activation of potassium acetate, potassium citrate and calcium lactate aqueous solutions and to evaluate their antimicrobial effect against E. coli O157:H7 at ambient temperature. Methods and results: Potassium acetate, potassium citrate and calcium lactate aqueous solutions were electrically excited in the anodic compartment of a four sectional electro-activation reactor. Different properties of the electro-activated solutions were measured such as: solutions acidity (pH and titratable), Redox potential and vibrational properties by Raman spectroscopy. Moreover, the antimicrobial activity of these solutions was evaluated against E. coli O157:H7. The results showed a pH decrease from 7.07 ± 0.08, 7.53 ± 0.12 and 6.18 ± 0.1 down to 2.82 ± 0.1, 2.13 ± 0.09 and 2.26 ± 0.15, after 180 min of electro-activation of potassium acetate, potassium citrate and calcium lactate solution, respectively. These solutions were characterized by high oxidative ORP of +1076 ± 12, +958 ± 11 and +820 ± 14 mV, respectively. Raman scattering analysis of anolytes showed stretching vibrations of the hydrogen bonds with the major changes within the region of 3410–3430 cm−1. These solutions were used against E. coli O157:H7 and the results from antimicrobial assays showed high antibacterial effect with a population reduction of ≥6 log CFU/ml within 5 min of treatment. Conclusions: This study demonstrated the effectiveness of the electro-activation to confer to aqueous solutions of organic salts of highly reactive properties that differ them from their conjugated commercial acids. The electro-activated solutions demonstrated significant antimicrobial activity against E. coli O157:H7. Significance and impact of study: This study opens new possibilities to use electroactivated solutions of salts of weak organic acids as food preservatives to develop safe, nutritive and low heat processed foods