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Georges CORRIEU Directeur de recherches INRA - UMR Génie et microbiologie des procédés alimentaires F- 78850 Thiverval Grignon Responsable du pilier scientifique TRUEFOOD AVANCEES DANS LE DOMAINE DE LAFFINAGE DES FROMAGES

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Georges CORRIEU

Directeur de recherches

INRA - UMR Génie et microbiologiedes procédés alimentairesF- 78850 Thiverval Grignon

Responsable du pilier scientifique

TRUEFOODAVANCEES DANS LE DOMAINE DE L’AFFINAGE

DES FROMAGES

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Laitstandardisé

gel

Caillé brassésérum + grains

coagulationraffermissement

affinage

action des levains

Aptitude àcoaguler

Temps de prisetemps découpe

Perte de poids

pH et Ca/ESD

Égouttage encuve

Taille et proportionsdes grains

Pré fromageen moule

Fromageaffinage

environnementgazeux

(composition,aéraulique)

Égouttage en

moule

PROCESS

Standardisationautomatique

SGT

Sonde optique

Sonde optique

Modèlesneuronauxprédictifs

Sondes CO2, O2,NH3, H R, pertepoids

Modèlesaérauliques

1

2

3

4

Schéma général de fabrication fromagère

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Présentation de résultats et innovationsobtenus dans le cadre de Truefood

1. Comment les consortia microbiens peuventcontribuer à améliorer la sécurité des fromagesaffinés2. Une nouvelle approche de la gestion des hâloirsd’affinage des fromages3. Connaissances nouvelles sur l’affinage desfromages emballés

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- L’élaboration d’un grand nombre de produits alimentairestraditionnels (pain, bière, fromages, saucisson, légumes…)fait appel à des cultures microbiennes (procédés defermentation).- Les cultures microbiennes sont responsables de la qualitéde ces produits (couleur, texture, goût… sécurité)- De très nombreux microorganismes sont impliqués(exemple du camembert) au sein de consortia trèsspécifiques.- Ces consortia, d’origine naturelle, interagissent avec lesmatrices alimentaires, présentent des équilibres et unedynamique propres rendant difficile leur maîtrise et leurimplantation

1. Les consortia microbiens,pourquoi, comment ?

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Exemple: la flore d’affinage du Camembert

Levures Penicillium Geotrichum

Caillé

Fromage affiné

Penicillium sporulé bactéries + levures bactéries + Penicillium

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Test des consortia simplifiés surdes fromages expérimentaux

Screening sur laits crus etfromages traditionnels

(surface)

Caractérisation de l’activitéinhibitrice des consortia

Identification de lacomposition des consortia.Simplification des consortia

Test des meilleurs consortia à échelleindustrielle (affinage)

Sélection d’un consortium microbienprésentant une activité anti-listeria

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TR15 : consortium sélectionné dansl’aire du Saint Nectaire

B

A

C

D

Micrococcaceae/ Corynebacteriaceae(7 species)

Inoculum (log/cm²): 2Arthobacter nicotianae / Arthrobacter bergeriStaph. pulvereri / Staph. xylosus Brevibacteriumlinens or casei / Brevibacterium antiquum /Brachybacterium sp.

Bactéries Gramnégative (3 species)

Inoculum (log/cm²): 1Proteus vulgaris SerratiaproteomaculansPseudomonasfluorescens or syrinqae

Levures (4 species)

Inoculum (log/cm²): 2

Candida sakeYarrowia lipolyticaDebaryomyces hanseniiGeotrichum sp.

Bactéries lactiques(6 species)

Inoculum (log/cm²): 2Lb casei / Lb curvatusLn mesenteroidesCarnobacterium mobileMarinilactibacillus psychrotolerans E.faecalis

D

A

C

B

Selection of20 species

TR15 a été sélectionné pour ses effets anti L.monocytogenes.

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Effet inhibiteur du consortia TR15envers Listeria monocytogenes

- Évolution moyenne de 6 cultures of L. monocytogenes (Lm) réalisées avec etsans (Con) TR15 à la surface de Saint Nectaire.

- Inhibition (ufc/cm²) : ΔLog Lm = Log (Lm TR15) - Log (Lm Con)

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

Jours d 'a ffina ge

Lo

g(

Lis

teri

a

mo

no

cyto

ge

nes)

cfu

/cm

2

TR15

Controle

Ripening time (day)

2 Log

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Stabilité de l’effet inhibiteur du consortiumTR15 envers Listeria monocytogenes

Effet inhibiteur observé sur 24 moisΔLog Lm = Log (Lm TR15) - Log (Lm contrôle) (en ufc/cm²)

-3 ,5 0

-3 ,0 0

-2 ,5 0

-2 ,0 0

-1 ,5 0

-1 ,0 0

-0 ,5 0

0 ,0 0

0 3 4 9 1 4 1 6 2 4

T em p s de co n serv at io n en m o is

Del

taL

og

[L.m

on

ocy

tog

enes

]

CF

U/c

m2

Temps (mois)

ΔL

og

Lm

(ufc

/cm

²)

Moyenne de ΔLog Lm = 2.2

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Effet d’un consortium simplifié (CAB)sur la croissance de L. monocytogenes

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 5 10 15 20 25 30

REF

Consortiumsimplifié

1

2

3

4

5

6

0 5 10 15 20 25 30

Pâte Croûteref

Efficacité du consortium CAB plus forte dans la pâte que sur la croûteo plus faible pH de la pâteo plus forte production d’acides dans la pâteo dominance de Lactobacillus (9 Log max), Leuconostoc (8 Log max)o sous dominance de bactéries d’affinage (6 Log max) et de levures(<2 Log) tout au long de l’affinage en pâte

CAB

LogN/gLogN/g

ref

CAB

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Effet de l’humidité relative (HR)durant l’affinage: analyse des croûtes

A 9°C ou 13°C, une diminution de HR de 98% à 93% induit:Plus faible croissance de L. monocytogenes surtout sur la croûteAugmentation extrait sec et pH des croûtes après18j mais à 8jpas de différence et cependant inhibition de L. monocytogenesInhibition des Gram- mais peu de conséquences sur la florelactique

51

53

55

57

59

61

63

65

0 5 10 15 20 25 30

Extrait sec

5

5,2

5,4

5,6

5,8

6

6,2

6,4

6,6

6,8

7

0 5 10 15 20 25

pH

2

2,5

3,5

4,5

0 5 10 15 20 25 30

HR 98%

HR 93%

L. monocytogenes

Jours

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2- Avancées dans la conduiteautomatique des hâloirs

Objectifs:

1. Valider une nouvelle stratégie de pilotage deshâloirs basée sur la ventilation séquentielle

2. Obtenir une réduction de la consommationélectrique dans une démarche dedéveloppement durable

3. Accroître les connaissances sur lefonctionnement des hâloirs

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Cave industrielle d’affinage de Saint Nectaire(Les Fromageries Occitanes (LFO) Lanobre)

Volume cave ~ 1290 m3

Nombre fromages~ 20 000225 fromages/plateau

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Affinage defromages Saint

Nectaire

3 étapes de l’affinage:- semaine 1- semaine 2- semaine 3

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Capteurs et interfaceélectronique

Local Computer

CO2/O2

Pump

RH/T

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(i) Température et humidité relative de la cave(contrôle automatique)

(ii) Activité respiratoire des fromages

(iii) Perte de masse des fromages

(iv) Consommation électrique

- Acquisition des données et pilotage automatique- Développement du logiciel CRIC

Mesures et contrôles

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Essais effectués

6 essais complets (28 jours) ont été réalisés :

- Ref1 + Ref2 : 2 essais de référence avec ventilationcontinue

- SV1-50 + SV2-60 : 2 essais avec ventilationséquentielle temporelle (50 et 60 % du temps)

- SVRT1 + SVRT2 : 2 essais avec ventilationséquentielle + contrôle de la température

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Activité respiratoire – suivi du CO2

SV2- 60

SVRT1Ref1

- L’activité respiratoire mesurée estimportante- Si l’air est renouvelé le taux deCO2 est inférieur à 0.5%- Sans renouvellement d’air, le tauxde CO2 peut atteindre 3 à 4%pendant le week end)

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Évolution thermique en fonction de laventilation (SVRT)

SVRT1 : 23/09 au 21/10/09Ventilation moyenne ~ 30%

10.5 < T <11.5 °C - Écart = 1°C

SVRT2 : 29/10 au 25/11/09Ventilation moyenne ~ 35 %

11.4< T <12 °C – Écarts : 0.4 et 0.7 °C

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SVRT1 (Sept - Oct 09) 10.5 < T <11.5 °C - Écart = 1°C20 % < Ventilation < 70%

Nuit = 1 cycle/60min; jour = 1 cycle/80min - Fort effet de la températurecouloir et de l’activité humaine

Évolution thermiquedétaillée (SVRT1 J6 à J8)

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Exemple de consommation électrique enfonction des conditions de ventilation

Es s ai ON OFF V e n tila tio n

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

18/3/09 8:24 18/3/09 10:48 18/3 /09 13:12 18/3/09 15:36 18/3 /09 18:00

T e m p s (d ate h e u r e )

VA

et

W

Somme Phas es V A

Somme phas es en W

P

Ventilation ON = 8 500 WVentilation OFF = 0 WPompe seule = 800 WChauffage (pics) = 17 000 W

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Analyse des consommationsélectriques et des coûts

10 5003 40060161274185SV ΔT=0.3°CSVRT2

10 3003 40059161254187SV ΔT=0.7°CSVRT2

10 7003 40061161294183SV ΔT=1°CSVRT1

10 5003 40060161274185SVSV60

8 5003 400491610341109SVSV50

03 400016041212CVRef2

000000253CV+HRef1

Euros%%%kWhkWh

SVHSVHSVH

Économies annuelles(€)

Gains enpourcentage

Économiesjournalières

ConsommationÉlectrique

(kW/d)

Conditionsopératoires

Essais

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Conclusion et bilan énergétique

1- La ventilation séquentielle préconisée est basée sur lecontrôle de la température de la cave plutôt que sur unebase temporelle; intervalle de variation de la températureproposé = 0,6 à 0,8 °C

2- L’économie réalisée grâce à la ventilation séquentiellecorrespond à 0,43 % de la productivité de la cave

3- L’arrêt du chauffage de la cave (seule est compensée lachaleur dégagée par les fromages) induit un gain deproductivité supplémentaire de l’ordre de 0,12 %; soit untotal possible de 0,55 %.

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Évolution de la flore desurface en fonction du

temps d’affinage

Lactic acid bacteria

2

4

6

8

10

0 7 14 21 28 35Ripening time d

log

10

(CF

U.g

-1)

Ref1

SV50

SV60

Ref2

SVRT1

SRVT2

Lactobacillus

2

4

6

8

10

0 7 14 21 28 35Ripening time d

log

10

(CF

U.g

-1) Ref1

SV50

SV60

Ref2

SVRT1

SRVT2

Enterococcus

2

4

6

8

10

0 7 14 21 28 35Ripening time d

log

10

(CF

U.g

-1)

Ref1

SV50

SV60

Ref2

SRVT1

SRVT2

En règle générale, lesévolutions

microbiologiquesobservées sont

indépendantes du modede ventilation de la cave

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Sensory evaluation REF1

0

2

4

6

8

10

Penicillium

density

mycelium high Crust thickness FirmnessRipening time (d)

No

tati

on D5

D12

D17

D28

D38

Sensory evaluation SVRT1

0

2

4

6

8

10

Penecillium

density

mycelium high Crust

thickness

FirmnessRipening time (d)

No

tati

on

D0

D6

D13

D20

D28

Sensory evaluation SVRT2

0

2

4

6

8

10

Penecillium

density

mycelium high Crust thickness Firmness

Ripening time (d)

No

tati

on

D0

D7

D14

D21

D28

Diagrammes sensoriels

- Faible évolution,croissante,des indicateurs« hauteur mycélium » et« épaisseur croûte »

- Évolution croissante plussensible de l’indicateur« densité Penicillium »

- Niveau élevé de l’indicateur« fermeté du fromage » quiest plus marqué pour laventilation séquentielle(basée sur la température)

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ConclusionLes évolutions microbiennes,

biochimiques et sensorielles desfromages de Saint Nectaire ne sont pasinfluencées de façon significative par le

mode de ventilation

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3- Nouvelle connaissances sur l’affinagedes fromages emballés

Contraintes

1- Souhait des fromagers d’emballer leursfromages au plus tôt

2- Faibles connaissances sur l’affinage aprèsemballage

3- Conditions opératoires spécifiques(température, humidité relative, rôle desfilms)

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28

Entréed’air

Sortie d’air

325

270

120

230

90

180

CO2

O2 HR/T

Filtre

Sécheur (silicagel)

Circuit decontrôle del’humidité

relative

Circuitde

contrôledu CO2

Température de la chambre froide

Outil d’étude: cellule respiratoire d’affinage

Mesures :HR, T, CO2, O2, W.

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Interface électronique

CO2 O2 RH T

Principales fonctions du logiciel● Acquisition des données● Régulation de l’HR et du CO2

● Détermination de l’activité respiratoire● Présentation des résultats et courbes

Cellules respiratoires pourl’affinage de fromages

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Perte d’eau de fromage typecamembert après emballage

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 5 10 15 20 25

Time (days)

Mass

loss

(%)

INVOS VFC VFB1 Unwrapped VFB2

Selon le film utilisé les pertes d’eau vontvarier de 0.5 à 12 %, et 15 % sans film

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Évolution du pH du fromage(surface et cœur)

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

0 5 10 15 20 25

Time under wrapping (d)

pH

(un

its

)

INVOSVFB2VFCVFB1unwrapped

a = Surface

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

0 5 10 15 20 25

Time under wrapping (d)p

H(u

nit

s)

INVOSVFB2VFCVFB1unwrapped

b = Core

Faible évolution

Films avec faiblespertes d’eau

Fortespertesd’eau

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Évolution de l’épaisseur de lacroûte crémeuse

0

2

4

6

8

10

12

14

0 5 10 15 20 25

Time under ripening (d)

Underr

ind

thic

kness

(mm

)

INVOS

VFB2

VFC

VFB1

Unwrapped

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Relation entre perméabilité des filmset descripteurs d’affinage

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 100 200 300 400 500 600

Film wate r pe rme ability (g/m2.d)

Un

de

rin

dth

ick

ne

ss

(mm

)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

Co

rep

Hin

cre

as

e(p

Hu

.)

UNWV FB2

INV OS

V FC

V FB1

Une faible perméabilité à l’eau des films active l’affinagepH à coeur (♦) – Epaisseur sous coûche crémeuse (■)

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Emballage de fromages. La perte

d’eau à travers le film affecte l’affinage ducamembert (photos à D0 et D23)

D0

VFBD23

InvosD23VFC

D23

Emballage au 12e jour

Perte d’eau du film trop faible (0.5%)Perte d’eau du film optimale (4%)

Zones liquides en sous coucheBonne texture, affinage à coeur

Perte d’eau du film trop élevée (12%)

Fromage trop sec, peu affiné, coeur crayeux

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Évolution de fromages Saint Nectairesous différents emballages

Fromage affiné (D28) avant emballage D28 Film cellophane

D28 Film étanche D28 film « respirant »

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Conclusions principales surl’emballage de fromages

Pour un grand nombre de fromages (pâtesmolles, pâtes pressées non cuites, pâtespersillées) l’affinage se poursuit aprèsemballage

L’affinage sous emballage, mal connu, estfortement influencé par la nature des matériaux(perméabilité à l’eau et aux gaz)

Les choix de matériaux sont actuellementempiriques; il en résulte un axe de rechercheessentiel pour adapter les besoins d’affinage etle choix des matériaux

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Conclusions générales

Beaucoup de progrès restent à faire dans ledomaine de l’affinages des fromages

Ils touchent à la microbiologie (consortia), à latechnologie (matrices fromagères) et auprocédé (mesures et contrôle, démarche dedéveloppement durable)

Ils nécessitent une approche intégrée alliantces différentes disciplines

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Merci beaucoup de votreattention