SF6018 - Optimisation pratique du processus d'ozonisation pour l'amélioration de la sûreté microbienne et de la qualité des aliments

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Chercheur :

Hongde Zhou, École de génie, Université de Guelph

Objectifs :

1. Apporter de nouvelles connaissances sur l’ozonisation dans l’industrie de la transformation des aliments, à partir fraises fraîches et de poivrons verts cultivés en présence de E. coli O157:H7, Listeria spp. et Salmonella spp.
2. Quantifier la cinétique d’inactivation de divers contaminants bactériens dans des conditions plus réalistes en faisant varier les conditions de croissance bactérienne.
3. Effectuer des tests semi‑discontinus pour permettre de comparer et vérifier les résultats des tests discontinus menés en laboratoire.
4. Évaluer diverses techniques de mise en solution qui peuvent être employées dans le traitement des aliments.
5. Modifier et vérifier l’applicabilité du modèle intégré de processus d’ozonisation élaboré par le chercheur principal pour la transformation des aliments.
6. Produire les lignes directrices réglementaires et de conception qui permettront de maîtriser efficacement les risques microbiens tout en maintenant la compétitivité économique.

Avantages prévus :

1. Meilleure compréhension des aspects importants de la mise en contact avec l’ozone et production d’un système efficace à cet effet, ce gaz étant dissous dans l’eau où il s’attaque aux microorganismes cibles. Pour les fins de la conception de l’installation et de l’évaluation des risques, on créera également un programme informatique fondé sur le modèle intégré d’ozonisation.

Sommaire des résultats de recherche :

Avec l’inquiétude croissante que suscitent les risques de contamination microbienne et la formation de sous‑produits chlorés toxiques, la désinfection par ozonisation est considérée comme une solution de rechange prometteuse pour l’industrie de la transformation des aliments; en effet ce gaz a un fort pouvoir germicide et une forte réactivité, et il se décompose spontanément en produits non toxiques.

De nombreuses expériences ont été menées à l’aide d’un réacteur d’ozonisation par lots spécialement conçu pour ce projet; on a mis à l’essai différents temps de contact, concentrations, pH et températures. Pour représenter les fruits et légumes à transformation minimale, on a choisi les fraises fraîches et la laitue découpée en lanières étant donné leur importance pour les producteurs et les consommateurs ontariens ainsi que leur susceptibilité à la contamination microbienne. On a examiné l’efficacité du traitement contre les microorganismes en mesurant l’inactivation de E. coli, Listeria et Salmonella spp. qui avaient été inoculées à la surface des produits. On a analysé la qualité des aliments par la mesure de la fermeté, du brunissement ou de la décoloration, des quantités d’oxygène et de dioxyde de carbone libérées pendant l’emballage, et du dégagement de l’acidité de titration et de solides solubles totaux dans l’eau. Pour évaluer les effets éventuels de l’ozonisation sur la durée d’entreposage du produit, on a effectué des essais sur la flore naturelle (organismes mésophiles et psychrotrophes, levures et moisissures). À des fins de comparaison, on a également effectué d’autres tests de désinfection au chlore étant donné que l’emploi de cette méthode est généralisé dans la pratique. On s’est ensuite servi des données ainsi recueillies pour déterminer les diverses cinétiques de désinfection. On a formulé un nouveau modèle d’ozonisation en appliquant les principes de dynamique des fluides informatique pour calculer les paramètres hydrodynamiques des contacteurs d’ozone. On a ensuite couplé ce modèle au transfert de masse de l’ozone, à la décroissance de l’ozone et à la cinétique de désinfection pour calculer la concentration d’ozone dissous et l’efficacité de la désinfection.

Les principales conclusions sont les suivantes :

1. L’ozone peut inactiver efficacement tous les microorganismes testés qui étaient présents à la surface des fruits et légumes frais. À une dose inférieure à 10 mg/L, il tue tous les microorganismes testés présents sur les échantillons au moins aussi efficacement qu’une dose de 200 mg/L de chlore. De plus le traitement à l’ozone a peu d’effets néfastes sur la qualité des aliments.
   
2. L’ozonisation est très efficace pour tuer les microorganismes présents dans l’eau, ce qui représente un grand potentiel pratique pour la réutilisation de l’eau pendant la transformation des aliments.
   
3. Les microorganismes d’origine naturelle sont beaucoup plus difficiles à inactiver à l’ozone que ceux qui ont été inoculés en laboratoire à la surface des échantillons de fruits et légumes frais. Dans la fourchette des doses d’ozone (de 1,5 à 5,0 mg/L) et des temps de contact (de 2 à 5 min) employés dans cette étude, la réduction des mésophiles, des psychrotrophes, des levures et des moisissures était respectivement de 0,11 à 1,08, 0,35 à 1,55 et 0,29 à 1,32 -log.
   
4. L’efficacité de l’inactivation augmentait en même temps que la dose d’ozone. En outre, on a observé que le taux d’inactivation par l’ozone peut être calculé approximativement à l’aide du modèle cinétique simple de Chick et Watson. Cependant le taux d’inactivation se stabilise après un temps de contact de plus de cinq minutes, peut‑être à cause de la présence de sous‑groupes de microorganismes plus résistants.
   
5. Les substances qui s’échappent des fruits et légumes par lixiviation pendant l’ozonisation accélèrent significativement la décroissance de l’ozone dans l’eau parce qu’elles produisent des réactions concurrentes, ce qui a pour effet de réduire l’efficacité de la désinfection par l’ozone.
6. En pratique, l’efficacité de la désinfection par l’ozone est significativement réduite par le retour du produit de réaction dans le contacteur, ce qui fait ressortir l’importance de la conception de ce dispositif. À cet effet, on recommande un modèle de système intégral pouvant décrire les effets combinés de l’hydrodynamique du contacteur, le transfert de masse de l’ozone, la décroissance de l’ozone et la cinétique de désinfection en vue de l’évaluation et de la conception rationnelles d’un procédé. Étant donné les avantages de la désinfection par l’ozone plutôt que par le chlore dans l’industrie alimentaire, on recommande fortement la mise en place d’un projet pilote de tests qui permettrait de poursuivre la validation des résultats de cette recherche, d’explorer le potentiel de réutilisation de l’eau et de fournir d’autres données opérationnelles.