UE- Sciences des aliments

Responsable Jean-Claude PECH pech@ensat.fr

• 50 h en présentiel ( 18 séances CM + 20 h TP-TD) + 8 h à distance

Intervenants:Jean-Claude PECH : Biochimie fonctionnelle des constituants des Aliments
Christian CHERVIN : Oenologie
Ahmed LEBRIHI : Microbiologie générale
Florence MATHIEU : Génie biologique et qualité des aliments
Benoît Van Der REST: Biochimie structurale

Ces enseignants-chercheurs sont rattachés soit au département « Agro-alimentaire» (CC, AL et FM), soit au département « Génomique et biotechnologie végétales » (JCP, BvdR). Ahmed Lebrihi et Florence Mathieur réalisent leur recherche au sein du Laboratoire de Génie Chimique (UMR 5503 CNRS/INPT/UPS) dans le département Bioprocédés et Systèmes Microbiens (BioSyM) qui vise à mieux comprendre et gérer la diversité des populations microbiennes dans différentes filières alimentaires, afin de maîtriser la qualité organoleptique, nutritionnelle et sanitaire des produits. Quand à Jean-Claude Pech, Benoît Van Der Rest et Christian Chervin, ils réalisent leurs recherches au sein de l’UMR INRA-INP/ENSAT 990 «Génomique et biotechnologie des fruits » sur la biochimie, la physiologie et la biologie moléculaire de la maturation des fruits.

FINALITES

Cette UE est destinée à prendre en compte un maillon important de la chaîne de production agro-alimentaire, celle de la transformation des aliments vue sous l’angle de leur composition. Dans le cursus de formation elle vient en complément direct de la connaissance des techniques culturales et des contraintes de l’environnement, de l’amélioration des espèces et des contraintes économiques. C’est cet ensemble de connaissances qui positionne l’ingénieur agronome comme spécialiste du produit.

A côté de la connaissance des conditions de production, cet enseignement offre au futur ingénieur agronome une ouverture vers le produit agricole en termes de technologies de fabrication, de composition des aliments, de bioprocédés et de gestion des populations microbiennes et de qualité des produits. 

PLACE DANS LA FORMATION

Cette UE se situe en début de cursus de formation pour que les étudiants prennent conscience rapidement des contraintes de qualité de la matière première et de la fabrication des produits alimentaires pour mieux les situer ensuite dans les processus productifs. Elle sera complétée d’une part en S3 par des enseignements plus approfondis de Science des aliments dans lesquels la composition des aliments sera considérée de façon pluridisciplinaire sous l’angle biochimique, toxicologique, nutritionnel et sociologique et d’autre part en S4, par 3 modules de pré-spécialisation intitulés ‘Qualité et sécurité des aliments’, ‘Procédés enzymatiques et fermentation’.et « management de la qualité ». Cet ensemble de modules destine les étudiants désireux de faire carrière dans le domaine agroalimentaire à la spécialisation de 3^ème année intitulée «Innovation et Qualité des Produits des Industries Agro Alimentaires» . 

OBJECTIFS

• Initier les étudiants à la connaissance du secteur agro-alimentaire à travers des exemples de filières et de technologies de fabrication de produits alimentaires.
• Acquérir des éléments de compréhension des technologies de fabrication des principaux produits alimentaires à travers les contraintes biochimiques imposées aux matières premières ;
• Appréhender, à partir des bases fondamentales de biochimie structurale acquises antérieurement, les propriétés fonctionnelles des constituants des aliments (ingrédients, additifs) ;
• Comprendre les conséquences biochimiques des traitements technologiques sur la composition finale des produits ;
• Acquérir une expérience pratique de l’évaluation des qualités de la matière première et des procédés de fabrication à travers des TP d’oenologie destinés à la fabrication d’un vin primeur.
• Acquérir les connaissances de base en microbiologie générale et physiologie microbienne afin de mieux comprendre la diversité microbienne d’un produit alimentaire et les interactions qui en découlent.

ORGANISATION GENERALE

Cette UE s’articule autour de 3 modules complémentaires comportant des formes d’enseignement diversifiées (TP, TD, cours) :

1- un module de découverte des technologies de fabrication consistant en 10h de TP-TD de vinification d’un vin rouge primeur permettant de découvrir les processus de fermentation et les notions de qualité sensorielle ;

2- un module introductif de Biochimie des Aliments sous forme de 25h de cours présentant les bases théoriques du rôle fonctionnel des constituants, ingrédients et additifs dans un produit alimentaire avec des applications dans diverses filières (panification, chocolaterie, crèmes glacées…) ;

3- un module de Microbiologie comportant 10 heures de cours de Microbiologie générale, 4 heures de TD en Microbiologie générale et 8 heures de TP en Microbiologie générale. Ce module permet d’acquérir les bases de la gestion des populations microbiennes dans les bio-procédés et dans les intéractions avec les aliments.

EVALUATION

L’évaluation s’appuie sur :

1- enseignement de vinification: notation portants sur la rédaction d’un mini-rapport sur la vinification et l’évaluation sensorielle de la qualité des vins. Cet enseignement comptera pour 20% de la note de l’UE

2- Biochimie des Aliments : contrôle des connaissances sous forme d’examen écrit final. Le sujet d’examen comporte plusieurs questions (en général 4) portant soit sur des commentaires de données ou de figures, soit sur un sujet de réflexion ou synthèse. Tout document de cours est interdit pendant l’examen. Il est demandé de répondre de façon précise aux questions posées et d’éviter de fournir des données hors sujet. Une séance du cours est consacrée à l’analyse des questions posées les années précédentes et aux recommandations pour répondre correctement aux questions (voir plus loin). Ce contrôle de connaissances correspondra à 40% de la note de l’UE.

3- Microbiologie générale : une épreuve écrite de 2 heures, portant pour 50% sur le cours et pour 50% sur le contenu des TP/TD, sans document, calculatrice autorisée. Ce module comptera pour 40% de la note de l’UE. 

Modalités de rattrapage :

En ce qui concerne le cours de « Sciences des aliments », les examens de rattrapage se déroulent dans le même esprit et selon les mêmes modalités que l’examen initial. Pour « l’œnologie », il y aura un examen écrit sur des aspects techniques de la vinification.

Concernant la Microbiologie générale, l’examen de rattrapage est du même type que l’examen initial (50% cours, 50% TP/TD).

PROGRAMME:

Module 1 ; Biochimie des aliments

Les principales propriétés fonctionnelles des ingrédients et des additifs alimentaires sont décrites afin de mieux comprendre le rôle que jouent les constituants dans les propriétés telles que la texture, la saveur et la conservabilité des aliments. Le cours passe en revue les différentes catégories biochimiques d'ingrédients et d'additifs (eau, glucides, protéines, lipides, etc). Pour chacune de ces catégories, un bref rappel de biochimie structurale est effectué. Le cours envisage également les mécanismes de détérioration chimique des aliments liés à l’oxydation des lipides et les effets des hautes températures sur la formation de composés bruns et d’arômes dérivés du brunissement non-enzymatique.

Partie 1 : Exemple de processus de fabrication de produits alimentaires

La première partie du cours vise à présenter les processus de fabrication de trois types de produits alimentaires (produits panifiés, chocolats et crèmes glacées) afin de comprendre (i) l’importance de la matière première, (ii) les effets des traitements technologiques sur la composition et (iii) le rôle des additifs.

Partie 2 : Définitions, catégories et fonctions des ingrédients, additifs et auxiliaires de fabrication

Cette partie est dédiée à la définition et à la connaissance des différents types d’additifs et auxiliaires de fabrication, leur utilité et les tendances actuelles d’utilisation.

Partie 3 : Activité de l'eau et interactions eau/autres constituants

La plupart des aliments que nous consommons sont riches en eau. Ce chapitre vise à définir la notion d’activité de l’eau (Aw) et les isothermes de sorption de l’eau. Un rappel sera fait sur les liaisons de l’eau via les liaisons hydrogène, les interactions hydrophobes et les relations Aw/conservabilité.

Partie 4 : Propriétés fonctionnelles des glucides

Après un bref rappel sur la structure des glucides, on étudiera les propriétés des glucides simples traditionnels et sucres-alcools (pouvoir édulcorant, abaissement Aw...) ainsi que les propriétés des polysaccharides extraits de végétaux supérieurs, d’algues ou de microorganismes (gélification, épaississement).

Partie 5 : Propriétés fonctionnelles des protéines

Les protéines ont des propriétés fonctionnelles très diversifiées : gélification, formation de mousses et émulsions. elle peuvent également être structurées par cuisson-extrusion et filage et peuvent servir de base à des agents aromatisants et rehausseurs de goût.

Partie 6 : Propriétés fonctionnelles des lipides et émulsifiants lipidiques

Ce chapitre concerne essentiellement le rôle des dérivés émulsionnants des lipides (esters d’acides gras et lécithines. On étudiera essentiellement leur rôle dans la stabilisation des émulsions et l’encapsulation de substances fragiles.

Partie 7 : Propriétés fonctionnelles des acides organiques et éléments minéraux

Il s’agit d’un groupe de substances hétérogènes dont on évoquera les propriétés fonctionnelles dans l’abaissement de l’AW, le rôle antiseptique, antimottant etc...

Partie 8 : Réactions d’altérations non enzymatiques des aliments : Oxydation chimique des lipides, Brunissement non-enzymatique ou réaction de Maillard.

Cette partie concerne des processus chimiques qui modifient les constituant des aliments de façon soit défavorable (rancissement, brunissements indésirables...) soit favorable (arômes, couleur dorée ou brune recherchée...). Les mécanismes de ces réactions seront analysés et les moyens de les promouvoir ou de les inhiber seront présentés. 
 

BIBLIOGRAPHIE

Ouvrages et manuels généraux :

• Le Meste M. et al., 2001, L’eau dans les aliments. Collection Sciences et Techniques Lavoisier, 11 rue Lavoisier, 75008, Paris
• Multon J-L, 2001, Additifs et auxiliaires de fabrication dans les industries alimentaires. Collection Sciences et Techniques Lavoisier, 11 rue Lavoisier, 75008, Paris
• Moll M et N, 1998. Additifs alimentaires et auxiliaires technologiques, Dunod, Paris
• Fennema O.R. 1996. Food Chemistry, Marcel Dekker publishers, New York
• Alais C. et Linden G. 1997. Abrégé de Biochimie Alimentaire, Masson Editeur, Paris.
• « Wine Science » de D. Jackson et « Œnologie » de C. Flanzy (tous deux au CDI ENSAT)
• « Je fais mon vin » de C. Chervin, éditions Hachette pratique.  

Revues

• Revue des industries Alimentaires et Industries Agricoles et Alimentaires (CDI ENSAT)
• Revue Française d’œnologie, revue des Oenologues (CDI ENSAT) ; 
   

Module 2 : De la vigne au vin

La partie Œnologie se découpe comme suit :

1) un cours sur la technique de vinification qui sera développée,

2) une séance de vendange et de premières étapes de transformation du raisin,

3) un suivi quotidien de la fermentation alcoolique les jours suivants, se finissant par une stabilisation du vin primeur,

4) une séance de TD-TP pour permettre de réaliser quelques analyses.

Module 3 : Microbiologie générale

Afin de gérer l’évolution d’une population microbienne dans un environnement donné, comme dans le cas d’un aliment, il est indispensable d’avoir des données sur le type de microorganismes utiles à la fabrication de l’aliment mais aussi avoir des données sur les conditions de développement ou de non développement de ces microorganismes. Ainsi, le cours de microbiologie générale fournit ces différents éléments. Les séances de TP/TD illustrent certains points du cours pour montrer l’application possible dans le domaine agroalimentaire. 

Cours (10 heures) :

1. Quelques éléments d’identification des bactéries
2. Facteurs affectant la croissance microbienne
3. Transport des éléments nutritifs chez les bactéries
4. Cinétique de croissance bactérienne.
5. Métabolisme chez les bactéries
6. Destruction thermique des bactéries

Séances de TD (2x2 heures) :

• TD N°1 : La cinétique de croissance de Saccharomyces cerevisiae en batch sur un milieu complexe. Détermination des paramètres cinétiques (vitesses volumétriques et spécifiques), calcul des rendements de la fermentation.
• TD N°2 : La destruction thermique des microorganismes. Expérience du ‘Tout ou Rien’ et détermination des paramètres Z et D_.

Programme des TP (8 heures réparties en 3 séances de 2h, 4h et 2h) : Apprentissage des techniques de base en microbiologie générale :

• Préparation des milieux de culture et matériels stériles nécessaires aux expérimentations. Travail en conditions aseptiques
• Mesure de la biomasse bactérienne par des méthodes directes (dilutions décimales puis ensemencement et dénombrement sur milieu solide) ou indirectes (mesure de la densité optique au spectrophotomètre). Comparaison de ces 2 méthodes et établissement de la relation DO = f(UFC/mL)
• Observation microscopique des microorganismes (état frais et frottis après coloration de Gram).

BIBLIOGRAPHIE

• Physiologie de la cellule bactérienne. 1994. Neidhardt, Ingraham, Schaechter. Masson
• Microbiologie Alimentaire – Techniques de laboratoires. Jean-paul Larpent. 1997. Technique et Documentation. Lavoisier
• Génie Fermentaire. Travaux pratiques. F. Deneuville. 1991. Biosciences et Techniques. Doin.