Projet ANR-12-ALID-0005 – EcoSec : Réduction de l’impact environnemental des opérations d’hygiène dans les ateliers agro-alimentaires réfrigérés par une utilisation optimale de la déshumidification de l’air
Programme : Systèmes Alimentaires Durables - Edition 2012 (ALID)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Madame Brigitte CARPENTIER (Laboratoire de sécurité des aliments)
Partenaires : DESSICA; LABEYRIE; Génie des Procedes Frigoriques; Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail; MF-CONSEIL; Procédés Alimentaires et Microbiologiques; Unité de Recherche Microbiologie
Montant : 879393.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 48 mois
Résumé : Utilisation optimale de la déshumidification de l’air pour l’hygiène des surfacesRecherche des programmes, technologies et configurations de déshumidification de l’air qui minimisent la survie de Listeria monocytogenes dans les ateliers réfrigérés en permettant des économies d’énergie ainsi qu’une réduction des rejets chimiques dans l’environnement.
Utilisation de la déshumidification de l’air pour éviter la persistance de Listeria monocytogenesL’entrée de Listeria monocytogenes dans les ateliers agro-alimentaires est inévitable et des efforts considérables sont nécessaires pour éviter que la bactérie n’y persiste alors que des opérations d’hygiène y sont correctement menées. Par ailleurs, les opérations d’hygiène sont fortement consommatrices en eau et en produits d’hygiène, lesquels ne sont pas toujours respectueux de l’environnement. L’objectif général du projet est d’utiliser la déshumidification de l’air pour empêcher la persistance de la bactérie tout en réduisant l’impact environnemental des opérations d’hygiène. Nous chercherons la stratégie de déshydratation la plus destructrice et évaluerons le retard de croissance des cellules survivantes. Des efforts seront ensuite portés sur la compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans la réponse de la bactérie au stress hydrique. Une déshumidification de l’air est déjà réalisée chez de nombreux industriels mais de façon empirique. De plus, on ne sait pas prévoir les conditions climatiques auxquelles sont soumises les bactéries des surfaces en tout point d’un atelier ce qui sera recherché dans ce projet. Nous pourrons ainsi envisager des solutions techniques pour limiter les zones humides dans les ateliers industriels de façon économique et écologique. Dernier point, mais non des moindres, la déshumidification de l’air a un coût énergétique et EcoSec se propose de définir une technologie moins énergivore et adaptée aux besoins agro-industriels.
Mise en place des outils de laboratoire et démarrage des travaux de modélisationAfin de connaître la capacité de L. monocytogenes à résister au stress hydrique, un protocole de déshydratation de Listeria en milieu hyperosmotique a été mis au point. Pour la suite des travaux en conditions proches du terrain, nous avons cherché à savoir si des souillures pouvaient être remplacées par des milieux de laboratoire de composition plus standardisée. Souillures et milieux ont été comparés en termes de croissance, structure et forces d’adhésion relatives de populations cultivées sur de l’acier inoxydable. Enfin, la faisabilité de l’utilisation d’un matériau peu nettoyable, et donc susceptible d’héberger une persistance de la bactérie, a été vérifiée sur la base de la reproductibilité des populations bactériennes faiblement et fortement adhérentes. Les travaux de modélisation numérique entrepris pour prévoir les conditions climatiques auxquelles sont soumises les bactéries des surfaces d’un atelier nécessitent une validation à l’échelle du laboratoire et à l’échelle d’un atelier industriel. A cet effet, la mise en place d’une cellule d'essai destinée à mesurer la vitesse, l'humidité, la température de l'air proche d'une paroi mouillée et la cinétique d'évaporation d'eau de cette paroi est en cours. De telles mesures ont été réalisées dans l’atelier industriel choisi. Les cinétiques d’évaporation d’eau d’une surface mouillée soumise à différentes conditions ambiantes ont été réalisées afin d’inclure ce processus dans les modèles numériques. L’optimisation énergétique de la déshumidification de l’air est abordée par l’étude de l’utilisation de dessiccants liquides et par la recherche d’équations permettant de décrire les équilibres liquide/vapeur.
Résumé de la soumission : Le nettoyage et la désinfection (N&D) font partie des plus importantes mesures de maîtrise des dangers dans les ateliers de fabrication de produits prêts à être consommés. Mais ces opérations consomment de grands volumes d’eau et produisent de grandes quantités de rejets chargés en agents de nettoyage et en biocides. Des stratégies de N&D durables sont donc nécessaires. Plusieurs exploitants du secteur alimentaire ont déjà l’expérience des avantages apportés par une étape de séchage de l’air après N&D, qui permet de sécher les surfaces et donc de maîtriser la croissance des micro-organismes non éliminés par le N&D. Toutefois cela est fait de façon empirique, et il n’y a pas eu de tentative pour optimiser le processus de déshumidification de l’air en vue d’accroître l’impact létal du stress hydrique sur les micro-organismes.Ce projet interdisciplinaire, comptant sept partenaires dont trois entreprises, a pour but de définir des programmes optimaux de déshumidification de l’air pour l’inactivation des bactéries, la durabilité de la technique de séchage de l’air et la distribution de l’humidité relative, de la température et de la vitesse de l’air dans un local de production alimentaire. Le projet évaluera dans quelle mesure cette optimisation permettra l’emploi de produits respectueux de l’environnement pour le N&D, la réduction de la fréquence des désinfections et donc le volume des rejets et l’émission de biocides dans l’environnement, sans affecter la sécurité des aliments ou même en améliorant cette dernière et la santé au travail. En expérimentant sur une bactérie pathogène ou une bactérie « indicatrice » pouvant lui être substituée, des connaissances fondamentales seront acquises sur l’impact du stress hydrique sur l’inactivation des bactéries et sur leur résistance et leur adaptation. L’objectif est une meilleure compréhension des mécanismes impliqués, et la conception d’un outil de détection des cellules non cultivables adaptées au stress. Des modèles seront conçus pour prévoir : 1) la distribution de l’humidité relative, de la température et de la vitesse de l’air dans un local de production alimentaire, 2) la consommation énergétique pour la maîtrise de l’humidité de l’air en fonction de la technique de séchage, 3) le potentiel de persistance de la bactérie pathogène sélectionnée. Tous ces modèles, après validation, seront utilisés pour déterminer les facteurs les plus influents sur lesquels il sera conseillé d’agir afin d’atteindre la charge microbienne la plus faible possible sur les surfaces tout en ayant l’impact le plus faible possible sur l’environnement.
Résultats : Les travaux de mise au point du protocole de déshydratation ont été réalisés sur Listeria innocua, modèle non virulent de L. monocytogenes. On observe une résistance au stress osmotique importante comparable à celle d'organismes très adaptés à ce stress comme la levure Saccharomyces cerevisiae.
Deux souillures ont été testées, un jus de saumon fumé et de l’exsudat de viande de bœuf. Seule la première apparait être remplaçable par un milieu de culture de laboratoire modifié. En présence d’exsudat de viande, les cellules de L. monocytogenes qui adhèrent après culture sont groupées sous forme d’agrégats de cellules allongées alors que dans les milieux de laboratoire modifiés testés les cellules de taille normale adhèrent de façon isolée les unes des autres. Un carreau céramique qui présente de nombreuses petites anfractuosités à sa surface s’est révélé pouvoir retenir 10 fois plus de cellules de L. monocytogenes qu’un carreau céramique lisse et cela avec une reproductibilité satisfaisante. Les cellules difficiles à décrocher, a priori celles qui se trouvent dans les anfractuosités, sont dans un meilleur état physiologique après contact avec des produits d’hygiène que les cellules les plus accessibles. Un outil numérique de prévision des caractéristiques de l’air (vitesse, température humidité) dans un atelier est en cours de développement. Les équations de Condé-Petit (2009) qui permettent d’avoir accès à des plages de concentration / température / pression partielles de vapeur très larges sont utilisées dans le cadre de la présente étude. Elles prédisent les humidités relatives obtenues en fonction de la concentration en CaCl2 et de la température, tant au niveau de l’application (basse température dans la salle de travail à sécher) que de la régénération (haute température dans l’équipement).
Perspectives : Le projet se poursuit conformément au programme de travail initial. Listeria étant très résistante au stress osmotique il apparaît nécessaire de comprendre les bases génétiques et structurales qui permettent cette résistance. Il sera également nécessaire de modifier les conditions de vitesse et d’amplitude des stress de déshydratation pour rechercher des conditions favorables à la destruction de la bactérie. Pour placer L. monocytogenes dans des conditions « terrain », nous allons notamment rechercher des souches d’espèces banales susceptibles de persister et ayant un effet favorable à l’adhésion de L. monocytogenes. Concernant la déshumidification de l’air, les paramètres propres à un autre sel classique (LiBr) seront déterminés. Un modèle décrivant le comportement des deux solutions dans les équipements de traitement de l’air sera développé. Il permettra la comparaison à d’autres techniques possibles (roue dessiccante, froid mécanique).
Publications et brevets : Pas de production à ce stade du projet