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Destruction des micro-organismes
Dans le but d'assainir le lait et de prolonger sa dur�e de conservation, on lui applique g�n�ralement un traitement thermique qui d�truit partiellement ou compl�tement sa flore microbienne.
Lorsque l'on soumet une population microbienne � l'action d'une temp�rature donn�e pendant un temps d�termin�, une certaine proportion de cette population est d�truite. Ce fait se traduit par deux lois exp�rimentales. La premi�re loi montre qu'� l'int�rieur d'une m�me esp�ce et pour un traitement thermique d�termin�, le nombre de survivants est fonction de la dur�e du traitement. La seconde loi fait appara�tre que pour une m�me esp�ce, et pour obtenir un taux de r�duction donn� de la population, la dur�e de traitement n�cessaire est fonction de la temp�rature de traitement. Ces deux fonctions sont des exponentielles. Leur repr�sentation graphique est la �courbe de survie� pour la premi�re et la courbe du temps de r�duction pour la seconde. Une repr�sentation plus commode consiste � porter en ordonn�e le logarithme du temps de chauffage et en abscisse la temp�rature: on obtient d�s lors une droite dite �de survie�.
Les lois de destruction des micro-organismes sont de m�me nature que celle r�gissant la d�gradation des mol�cules biochimiques du lait. Les effets du chauffage sur les micro-organismes, les enzymes, les prot�ines et autres constituants du lait, qui d�terminent notamment son go�t, son aspect, sa valeur nutritive, etc., r�sultent de l'accroissement de la vitesse de certaines r�actions. Des r�actions se faisant tr�s lentement � la temp�rature ordinaire peuvent s'accomplir � une vitesse tr�s grande, sous l'action de temp�ratures �lev�es. Il a �t� �tabli que chaque fois que la temp�rature augmente de 10 �C, la vitesse de r�action est multipli�e par un facteur � peu pr�s constant, appel� �coefficient de temp�rature�. Ce coefficient est de 5 � 10 pour la destruction des spores microbiennes et de 10 � 25 pour la destruction des bact�ries.
Il existe, pour chaque esp�ce microbienne ou chaque souche, ou pour chaque r�action, une droite de combinaisons temps-temp�rature d�limitant deux domaines. Dans celui de droite appara�t la modification consid�r�e. Pour d�terminer les combinaisons temps-temp�rature, on �tablit les courbes de destruction des micro-organismes, ainsi que celles de l'apparition des modifications que l'on veut �viter (par exemple, apparition du go�t cuit du lait). Le choix de ces combinaisons est d'autant plus r�duit que l'on veut d�truire un grand nombre d'esp�ces microbiennes et d'enzymes tout en respectant l'�tat du milieu, en �vitant des modifications du produit sur le plan organoleptique, nutritionnel et technologique (figure 9).
D'une mani�re g�n�rale, les hautes temp�ratures appliqu�es pendant un temps tr�s court ont un effet plus puissant sur la destruction des microorganismes et des enzymes que sur les modifications des constituants du lait, ce qui justifie l'int�r�t des traitements UHT. De plus, en assurant une mont�e en temp�rature et un refroidissement rapides, les proc�d�s UHT �vitent les effets cumulatifs des traitements thermiques et r�duisent ainsi les modifications physicochimiques du lait.
Pour caract�riser la cin�tique de destruction d'une population d'une souche microbienne donn�e, � une temp�rature donn�e et dans un milieu d�fini, on utilise le �temps de r�duction d�cimale� qui correspond � la destruction de 90 pour cent de la population microbienne, donc � la division par 10 (ou r�duction d�cimale) de son effectif initial. Si, par exemple, il faut 2 minutes pour passer d'une population microbienne de 1 millions 100 000, il faut autant de temps pour passer de 100 000 � 10 000, ou de 10 000 � 1 000.
Le caract�re de relativit� de la destruction des micro-organismes par la chaleur montre que l'efficacit� du traitement thermique est fonction du nombre initial de germes contenus dans le lait. On voit ainsi la n�cessit� pour assainir un lait, tout en respectant ses qualit�s originelles, qu'il soit peu charg� en microorganismes. D'o� l'importance de conditions hygi�niques de r�colte du lait puis de son refroidissement et de son traitement rapide.
L'efficacit� du couple temps-temp�rature sur les micro-organismes d�pend de plusieurs facteurs, dont:
Proc�d�s de traitement thermique
Ces proc�d�s ont un objectif commun, � savoir la destruction des germes pathog�nes. Ils se diff�rencient par la dur�e de conservation qu'ils donnent au lait, cons�quence d'une destruction plus ou moins compl�te des autres microorganismes. Ind�pendamment de l'�bullition, dont l'int�r�t est incontestable, mais limit� au niveau domestique, on distingue deux cat�gories de traitement:
Pasteurisation
A la suite de nombreux travaux, on a d�fini les combinaisons temps temp�rature capables d'assurer la destruction des germes pathog�nes. On s'est fond� pendant longtemps sur la destruction du plus thermor�sistant, � savoir le bacille tuberculeux, qui n�cessite un chauffage de 12 secondes � 72 �C. Actuellement, on prend en compte le bacille Coxiella burnetti qui n�cessite une dur�e de chauffage de 15 secondes � 72 �C.
A la suite des travaux de Dahlberg ( 1932), un certain nombre de combinaisons temps-temp�rature assurant une destruction �quivalente ont �t� s�lectionn�es compte tenu d'une marge suffisante de s�curit�.
Le lait pasteuris� contient toujours une flore r�siduelle (bact�ries lactiques, germes saprophytes vari�s) dont l'importance est notamment lice � la charge microbienne initiale. Son d�veloppement doit �tre emp�ch� en r�frig�rant le lait imm�diatement et rapidement apr�s chauffage � une temp�rature de +2 �C � +4 �C. M�me � ces temp�ratures, le lait n'est pas totalement stabilis� en raison de la pr�sence �ventuelle de germes psychrotrophes thermor�sistants.
Pour conserver au lait pasteuris� son caract�re hygi�nique, il est indispensable de le soustraire aux recontaminations qui ne manquent pas de se produire au cours de la distribution du lait en vrac et qui rendent alors n�cessaire son �bullition avant consommation. C'est pourquoi, d�s sa r�frig�ration, le lait pasteuris� doit �tre conditionn� en emballages de d�tail (bouteilles en verre ou en plastique, cartons, sachets plastique).
La pasteurisation est d�finie par un chauffage � 72 �C maintenu pendant 15 ou 20 secondes. Elle est souvent d�sign�e sous le nom de proc�d� high temperature short time ou HTST, c'est-�-dire proc�d� � haute temp�rature et de courte dur�e. Ce type de pasteurisation est utilis� dans le monde entier. Toutefois, lorsque le lait cru est de qualit� microbiologique m�diocre ou mauvaise, il faut augmenter la temp�rature et le temps de chauffage. C'est ainsi que celle-ci peut atteindre ou d�passer 80 �C avec une dur�e de chambrage atteignant 1 ou 2 minutes.
L'effet de la pasteurisation HTST bien conduite est tout � fait n�gligeable sur les qualit�s organoleptiques et nutritionnelles du lait. Ce n'est que lorsque le traitement est plus s�v�re qu'apparaissent des modifications d�favorables touchant particuli�rement la saveur (go�t de cuit).
La plupart des appareils utilis�s sont constitu�s par un ensemble de tubes ou plus g�n�ralement de plaques entre lesquelles les fluides circulent en continu � contre-courant. Une installation classique comprend les �l�ments ci-apr�s:
L'installation est compl�t�e par divers appareils de contr�le (thermom�tres) et de r�gulation du degr� de chauffage et de s�curit� (dispositif de d�viation du lait insuffisamment chauff�). Elle peut �tre reli�e � un nettoyeur centrifuge, � une �cr�meuse, � un homog�n�isateur et � un d�gazeur. Un sch�ma d'une installation � plaques est donn� � la figure 10.
Les normes et les prescriptions sanitaires concernant le lait pasteuris� varient selon les pays. En l'absence d'une r�glementation, on peut toutefois consid�rer qu'un lait pasteuris� conditionn� est de qualit� satisfaisante quand, � la vente au consommateur, il pr�sente les caract�res ci-apr�s:
Schema d'une installation de pasteurisation
| Acidit� | 1,5 � 1,8 g/litre d'acide lactique |
| Stabilit� � l'�bullition | |
| Epreuve de phosphatage | n�gative |
| Bact�ries a�robies m�sophiles � 30 �C | moins de 30 000/ml |
| Bact�ries coliformes | moins de 10/ml |
| Escherichia coli | absence dans 1 ml |
| Antibiotiques et inhibiteurs | absence |
Le lait pasteuris� destin� � �tre vendu en vrac, � la sortie du pasteurisateur, doit pr�senter les m�mes caract�ristiques. Ensuite, il subit g�n�ralement, au cours de la distribution, des recontaminations qui lui font perdre les avantages du traitement thermique, et doit �tre bouilli avant d'�tre consomm�.
On consid�re qu'un lait pasteuris� conditionn� a une dur�e de conservation d'environ 8 jours, maintenu � la temp�rature de +4 �C � +6 �C. Toutefois, cette dur�e ne peut �tre atteinte que dans la mesure o�:
St�rilisation
Elle a pour objectif la destruction totale des micro-organismes (y compris les spores), ainsi que des enzymes et des toxines. En fait, la destruction des germes dans les conditions de temp�rature et de dur�e appliqu�es de fa�on � alt�rer le moins possible le lait et notamment ses qualit�s organoleptiques risque de ne pas �tre absolue. Des micro-organismes vivants ou revivifiables peuvent subsister. Pour cette raison, le traitement de �st�rilisation� vise, en pratique, � obtenir un produit restant stable au cours d'une longue conservation (de 5 � 6 mois), c'est-�-dire exempt de germes susceptibles de s'y d�velopper et d'y provoquer des alt�rations. Parmi ces germes seuls les non pathog�nes subsistent �ventuellement, les plus thermor�sistants d'entre eux �tant d�truits pour des combinaisons temps/temp�rature tr�s inf�rieures. Dans le cas des spores, la plus r�sistante d'entre elles (celle de Clostridium botulinum, d'ailleurs tr�s rare dans le lait), en admettant qu'elle ne soit pas tu�e, ne trouverait pas dans le lait �st�rilis� des conditions permettant sa croissance. Ainsi, les risques de non-st�rilit� n'ont de cons�quences �ventuelles que sur la conservation du lait. C'est pourquoi la notion de �st�rilit� (c'est-�-dire de st�rilit� absolue) est remplac�e par celle de �st�rilit� commerciale�. Bien entendu, cette st�rilit� n'est maintenue que si le lait est conditionn� en r�cipients herm�tiquement clos (r�cipients en verre, en m�tal, en mati�re plastique, en carton).
Le lait destin� � la st�rilisation doit �tre de bonne qualit�: peu charg� en micro-organismes et en enzymes thermor�sistantes et stable � la chaleur. La stabilit� au cours du chauffage varie avec les esp�ces (le lait de vache est plus stable que celui de ch�vre ou de brebis) et avec les races.
Dans la plupart des m�thodes modernes de st�rilisation, il est recommand� de faire pr�c�der ce traitement proprement dit d'une pasteurisation ou, mieux, d'un chauffage � haute temp�rature ou pr�st�rilisation. Cette pratique a un double but:
Une bonne m�thode de pr�st�rilisation consiste en un chauffage du lait en flux continu dans un appareil UHT � 130-140 �C pendant 3 � 4 secondes. 11 est ensuite refroidi vers 70-80 �C, homog�n�is� puis envoy� � la st�rilisation.
L'homog�n�isation, indispensable avant la st�rilisation des laits complets ou partiellement �cr�m�s, consiste � projeter du lait � 70 �C environ sous forte pression (de 1 SO � 350 atmosph�res) dans une tubulure obstru�e par un clapet conique maintenu sur son si�ge par un ressort dont la tension est r�glable. Pour s'�couler, le lait doit vaincre la r�sistance oppos�e par le clapet. Sous l'action du choc contre le clapet, du laminage entre celui-ci et son si�ge, et de la d�tente brutale du lait, il se produit un �clatement des globules et une stabilisation de l'�mulsion de mati�re grasse. On distingue deux proc�d�s de st�rilisation:
St�rilisation en r�cipients clos
M�thode discontinue. Un premier proc�d�' le plus simple, consiste � soumettre le lait pr�alablement mis en bouteilles herm�tiquement bouch�es � un chauffage � la vapeur, en autoclave, � 120 OC pendant une vingtaine de minutes La mont�e et la descente en temp�rature sont progressives et lentes. Le go�t et la couleur du lait sont alt�r�s, sa teneur en vitamines hydrosolubles est diminu�e. Lorsque le lait est fortement contamin� en spores bact�riennes, sa stabilit� n'est pas assur�e.
La m�thode est am�lior�e par l'emploi d'autoclaves rotatifs ou � paniers agit�s, ce qui acc�l�re les �changes thermiques et permet l'application d'un traitement un peu moins s�v�re et ainsi de limiter les modifications des propri�t�s organoleptiques.
Malgr� ces am�liorations, les appareils fonctionnant de fa�on discontinue ont l'inconv�nient de n�cessiter une dur�e totale de traitement longue due � la lenteur de la mont�e en temp�rature et du refroidissement, ce qui, de plus, est d�favorable � la qualit� organoleptique du lait. N�anmoins, ils rendent de bons services pour de petites quantit�s de lait.
M�thode continue. Elle est utilis�e lorsque les quantit�s de lait sont importantes. Les bouteilles sont rapidement port�es � la temp�rature souhait�e. Dans le cas des bouteilles en verre ou des bo�tes en m�tal, on utilise g�n�ralement l'appareil � pression d'eau ou st�rilisateur hydrostatique. Celui-ci est constitu� de trois colonnes verticales: une colonne ou chambre de st�rilisation sous pression de vapeur reli�e � l'atmosph�re par deux colonnes d'eau sym�triques faisant �quilibre � la pression qui r�gne dans la chambre.
Les r�cipients sont introduits de fa�on continue dans des supports solidaires d'un transporteur � cha�ne parcourant les trois colonnes. Certains appareils permettent leur agitation permanente. Ils passent dans la premi�re colonne qui sert de r�chauffeur; le lait y est amen� de la temp�rature ambiante � environ 100 �C. Ils entrent ensuite dans la seconde, ou st�rilisateur, o� le lait est port� � une temp�rature comprise entre 1 10 et 120 �C selon la technique utilis�e. Ils vont ensuite dans la troisi�me colonne o� ils sont refroidis.
Le choix de la combinaison temps/temp�rature de st�rilisation se fait entre deux techniques. L'une consiste en un chauffage pendant 40 minutes � 110 �C; I' autre, pendant 20 minutes � 115-120 �C. Dans tous les cas, il est recommand� de pr�st�riliser le lait � 135-140 �C pendant 3 � 4 secondes.
Lorsque l'on utilise des bouteilles en mati�re plastique, on utilise g�n�ralement des appareils � surpression pneumohydrostatique qui �vitent la d�formation des r�cipients. Le lait peut atteindre une temp�rature de 1271 30 �C.
St�rilisation en vrac ou en flux continu. Les proc�d�s pr�c�dents ont l'avantage d'�tre relativement simples, y compris sur le plan m�canique. Cependant, ils n�cessitent un chauffage long qui provoque des modifications, notamment du go�t et de la couleur. En cherchant � les r�duire, on risque alors des alt�rations d'origine microbienne et enzymatique.
Par contre, en chauffant le lait � temp�rature �lev�e ( 135-150 �C) pendant un temps tr�s court (de 1 � 5 secondes), on assure la destruction des microorganismes et des enzymes sans endommager ses propri�t�s organoleptiques et biochimiques. Ce proc�d� n'est possible qu'en flux continu. Il s'est g�n�ralis� sous le nom de traitement Ultra-HauteTemp�rature ou UHT. Dans la pr�paration des laits liquides de consommation, il est utilis�:
Les proc�d�s UHT mettent en œuvre:
Le chauffage indirect se fait dans des �changeurs comparables � ceux utilis�s pour la pasteurisation, mais adapt�s aux conditions du traitement. Les appareils doivent �tre particuli�rement bien �tudi�s et r�alis�s en ce qui concerne, notamment, l'�coulement du lait, le transfert de la chaleur et l'homog�n�it� du chauffage. La temp�rature de chauffage est g�n�ralement limit�e � 145 �C pendant 3 � 4 secondes.
Le chauffage direct se fait par m�lange intime de lait et de vapeur, ce qui assure une �l�vation quasi instantan�e de la temp�rature du lait vers 140150 �C et le maintien de celle-ci pendant environ 2 secondes. Une partie de la vapeur se condense dans le lait, ce qui le dilue (d'environ 10 pour cent). Il est donc n�cessaire de faire suivre le chauffage d'une �vaporation permettant de ramener la mati�re s�che du lait � sa teneur initiale.
Le chauffage direct peut �tre r�alis� selon deux proc�d�s:
Les proc�d�s UHT ne se justifient que pour de grosses quantit�s de lait. La conservation du lait UHT conditionn� aseptiquement est en principe de 6 mois � temp�rature ambiante (20 �C). Dans les r�gions chaudes, elle est plus limit�e; � 30 �C elle ne peut gu�re d�passer trois mois.
