Etude pilote sur l'utilisation du plasma atmosphérique froid pour la conservation du pain

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 22003 (2022) Citer cet article

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Le plasma atmosphérique froid (CAP) est utilisé comme une technologie émergente pour la conservation des aliments. Dans cette étude, le traitement CAP a été appliqué pour la première fois aux produits de boulangerie. Le but du travail était d'étudier l'effet de l'utilisation de CAP sur la quantité de micro-organismes pendant le stockage du pain. Les propriétés physicochimiques de base et la texture du pain ont été déterminées pendant le stockage pendant 0, 3 et 6 jours. Le matériel d'étude comprenait du pain sans gluten et mixte blé-seigle traité avec CAP pendant 2 et 10 min. Les résultats ont montré qu'aucune bactérie ou champignon mésophile n'a été trouvé après dix minutes d'exposition du pain au CAP. De plus, seulement 2 minutes de stérilisation non thermique ont entraîné une inhibition complète de la croissance des levures et des moisissures dans le pain sans gluten et le pain de seigle. Une diminution de la croissance microbienne dans le pain a été notée ; cependant, une diminution simultanée de la teneur en humidité du pain a été observée. Après l'application de plasma pendant 2 ou 10 min, le pain sans gluten et mixte blé-seigle était caractérisé par une humidité réduite, ce qui a également entraîné une augmentation significative de la dureté et une légère augmentation de l'élasticité du pain. L'utilisation du CAP dans le stockage du pain est prometteuse ; néanmoins, il est nécessaire d'étudier plus avant l'effet de ce traitement dans le pain avec des améliorants, notamment avec des hydrocolloïdes et des fibres.

La technologie émergente du plasma froid (CP) est de plus en plus souvent utilisée dans l'industrie alimentaire, par exemple comme outil alternatif pour la décontamination des aliments et l'extension de la durée de conservation1,2,3,4. Le plasma froid est généré à la suite de l'ionisation non thermique du gaz en électrons libres, en ions, en formes atomiques et moléculaires réactives et en rayonnement ultraviolet (UV). Il peut être utilisé pour modifier la surface des produits alimentaires solides et liquides et présente de nombreux avantages par rapport au traitement thermique traditionnel. Il semble que le plasma froid ait un effet limité sur les propriétés sensorielles et de couleur à faible puissance et temps de traitement. À une intensité plus élevée et une durée de traitement au plasma froid plus longue, des changements dans la structure des glucides, c'est-à-dire la réticulation et la glycosylation, des changements dans la structure secondaire des protéines et l'oxydation des lipides peuvent se produire5. Par conséquent, des recherches sur la sélection de paramètres pour divers produits alimentaires sont nécessaires.

Quelques tentatives ont été faites en utilisant différents produits alimentaires, mais le pain n'a jamais été traité avec du CP avant stockage. Le pain est l'un des aliments les plus élémentaires au monde. par conséquent, les scientifiques sont très intéressés à améliorer sa qualité. L'amélioration des paramètres technologiques devrait viser à prolonger sa durée de conservation. De nombreux scientifiques se concentrent sur le retardement du rassissement du pain par divers additifs. Le rassissement du pain est causé par la rétrogradation de l'amylopectine et la redistribution de l'eau entre différents polymères. Les protéines non amylacées et les polysaccharides jouent également un rôle dans ce processus6. En plus d'être rassis, les produits de boulangerie perdent en qualité à cause de la croissance de moisissures et d'autres micro-organismes7.

Tous ces changements survenus lors du stockage ont un impact sur l'augmentation de la quantité de déchets dans le monde6 ; par conséquent, une plus grande attention devrait être accordée à l'allongement de la durée de conservation du pain. Des études ont été menées pour inhiber la croissance des moisissures avec l'utilisation d'emballages sous atmosphère modifiée impliquant de l'huile essentielle de moutarde volatile. Cette technologie est basée sur l'utilisation de CO2 équilibré avec du N2 et de l'O28 résiduel. D'autres études ont testé un matériau d'emballage actif, c'est-à-dire un film multicouche contenant de l'huile essentielle d'anis étoilé et une couche d'enrobage de thyol aux propriétés insectifuges et antimicrobiennes. Le film inhibe efficacement la croissance des micro-organismes à la surface du pain9. D'autres auteurs ont indiqué que l'éthanol peut être utilisé pour ralentir ou éviter la détérioration fongique. Les techniques utilisant cette substance ont été efficaces pour retarder la croissance de C. sitophila et H. burtonia10.

Des méthodes plus efficaces sont constamment recherchées pour prolonger la durée de conservation du pain. Notre proposition innovante est l'utilisation du plasma froid. Il s'agit d'une technologie émergente dans la conservation non thermique des aliments. Le plasma froid est une matière électriquement énergisée composée d'espèces hautement réactives, qui contient des molécules chargées et du gaz avec de minuscules particules sous forme d'ions négatifs et positifs, d'électrons photoniques et de radicaux libres à température ambiante. Une augmentation des traitements alimentaires à base de plasma utilisés pour l'inactivation des agents pathogènes d'origine alimentaire a été observée ces dernières années. L'étude actuelle montre l'activité des agents plasmatiques sur la population microbienne, l'assainissement de surface des produits bruts dans la transformation des aliments et les nouveautés futures dans la technologie alimentaire11,12,13. Il existe des rapports sur l'application du plasma non thermique pour les boissons telles que les jus de fruits frais et le vin13,14,15,16,17,18,19,20.

Le traitement au plasma froid a été étudié comme méthode non thermique d'inhibition de Penicillium italicum et d'amélioration de la conservation des mandarines. Ces résultats ont démontré le potentiel de l'utilisation du traitement au plasma froid comme technologie post-récolte pour préserver les mandarines et augmenter la teneur totale en phénols et les effets antioxydants des écorces de mandarine21. D'autres auteurs ont étudié les effets d'un système d'assainissement microbien qui intègre le lavage avec des solutions antibactériennes et un traitement au plasma froid par décharge à barrière diélectrique atmosphérique (ADCP) sur la conservation des mandarines. Les résultats de l'étude ont démontré le potentiel de ce traitement pour améliorer la capacité de stockage des mandarines dans des emballages en plastique en inhibant la croissance de P. digitatum sur les fruits tout en minimisant les changements de qualité des fruits pendant le stockage22. Un traitement au plasma froid a été appliqué pour inhiber les agents pathogènes d'origine alimentaire et prolonger la durée de conservation des feuilles de roquette23 et de la laitue fraîche24. Dans ce dernier cas, les auteurs ont confirmé l'effet bactériostatique contre la croissance d'E. coli, et démontré le potentiel d'amélioration de la sécurité microbiologique des légumes sans perte de propriétés physico-chimiques ou sensorielles25. Dans d'autres études, les auteurs ont déterminé26,27 l'efficacité du plasma froid atmosphérique dans la réduction des contaminants microbiologiques potentiels des grains de blé. D'autres études avaient pour but de déterminer l'effet de l'utilisation du plasma froid sur les propriétés fonctionnelles de matières premières céréalières, dont la farine de blé28,29,30 ou l'amidon de riz31.

L'industrie de la boulangerie génère de grandes quantités de déchets alimentaires en raison du délai de péremption relativement court des produits de boulangerie, en particulier ceux sans aucun agent chimique artificiel ajouté. À notre connaissance, l'impact du plasma froid à pression atmosphérique sur le pain n'a pas été bien étudié jusqu'à présent. Il s'agit donc d'une étude pionnière dans le domaine des produits de boulangerie et de la première tentative de déterminer l'effet de l'utilisation du plasma froid sur les microbes présents dans le pain stocké. De plus, les propriétés physicochimiques de base, la structure morphologique et la texture du pain ont été déterminées pendant le stockage après le traitement au plasma. Du pain mixte blé-seigle et du pain sans gluten avec différentes propriétés physiques et sensorielles ont été sélectionnés pour confirmer l'application potentielle des technologies à base de plasma dans l'industrie de la boulangerie à plus grande échelle.

Le pain sans gluten a été préparé à partir de farines de maïs et de riz. La farine de maïs (Melvit, Varsovie, Pologne) était caractérisée par les teneurs en nutriments suivantes : 83,8 ± 3,1 % de glucides, 7,1 ± 0,2 % de protéines, 0,49 ± 0,03 % de cendres et 2,1 ± 0,1 % de matières grasses. La farine de riz (Melvit, Varsovie, Pologne) contenait 78,9 ± 2,7 % de glucides, 7,2 ± 0,3 % de protéines, 0,31 ± 0,01 % de cendres et 0,8 ± 0,03 % de matières grasses.

Les matières premières de base pour la préparation du pain mixte blé-seigle étaient la farine de blé blanc (Polskie Młyny, Varsovie, Pologne) avec 72,4 ± 3,1 % de glucides, 11,5 ± 0,5 % de protéines, 0,69 ± 0,01 % de cendres et 2,3 ± 0,1 % de matières grasses. En plus des ingrédients de base, de la levure sèche instantanée (Instaferm, Lallemand Iberia) et du sel ont été ajoutés à la recette.

Le processus de laboratoire de la cuisson du pain sans gluten a été réalisé selon Zdybel et al.32 et Ziemichód et al.33 en utilisant une méthode en une seule phase. La recette consistait en parts égales de riz et de farine de maïs (50 : 50 %). La farine et tous les autres ingrédients, c'est-à-dire la levure (1%) et le sel (2%), ont été mélangés (5 min) avec de l'eau (100%), et la pâte a été transférée dans des moules pour la fermentation (30 ° C, 40 min) dans une armoire de fermentation (Sadkiewicz Instruments, Bydgoszcz, Pologne). Le pain a été cuit (230 °C, 40 min) dans le four de laboratoire (Sadkiewicz Instruments, Bydgoszcz, Pologne).

La cuisson du pain mixte blé-seigle a été réalisée selon une méthode de pâte droite décrite par Różyło et al.34 et Zdybel et al.32. La recette se composait de parts égales de farine de blé et de seigle (50 : 50 %), de levure (1 %), de sel (2 %) et d'eau (55 %). Tous les ingrédients ont été mélangés (5 min) et fermentés (30 °C, 60 min) avec un pétrissage de 1 min à mi-temps. Après le processus de fermentation, la pâte a été moulée, levée (30 °C, 60 min) et cuite (230 °C, 30 min). La cuisson a été réalisée en trois exemplaires. Après cuisson, le pain a été refroidi pendant 1 h, traité avec un plasma atmosphérique froid et stocké.

Un réacteur à décharge à arc glissant (GAD) à deux électrodes fonctionnant à pression atmosphérique a été appliqué pour le traitement des échantillons de pain. Les électrodes étaient constituées de fils de cuivre profilés, de 1,5 mm de diamètre et de 100 mm de long, avec un angle de 12 degrés entre eux. La décharge est apparue à la distance la plus courte entre les électrodes (3 mm), puis s'est déplacée le long des électrodes en raison du flux de gaz forcé. Le débit d'azote gazeux (pureté 6,0, Linde Gas Poland) a été ajusté par un régulateur de débit de gaz (Automation Factory "ROTAMETR", Gliwice, Pologne) à 440 L/h. Afin d'empêcher le gaz de se répandre, un tube de verre d'un diamètre de 50 mm a été utilisé (Fig. 1A). L'alimentation était basée sur un transformateur électronique haute tension avec une fréquence principale de 50 Hz. Le convertisseur de l'alimentation a fourni une série de micro-impulsions irrégulières à haute tension d'une fréquence de 20 kHz pendant 10 ms, grâce auxquelles le transformateur a fonctionné à l'état de coupure pendant encore 10 ms. Pendant le traitement, le réacteur était alimenté par une tension RMS (root-mean-square) de 680 V (tension de crête de 3,7 kV) et une puissance apparente de 40 VA. Des échantillons de pain ont été coupés en cubes de 15 × 15 × 15 mm et placés dans le récipient en verre ouvert peu profond situé sous la sortie de gaz du réacteur GAD à la distance verticale de 1 cm entre la surface de l'échantillon et la pointe de l'électrode. La photographie et le schéma de la configuration sont présentés à la Fig. 1. Après une exposition au plasma de 2 minutes et 10 minutes, la température des échantillons a été mesurée à l'aide d'un thermomètre DT-847U avec thermocouple de type K (Yu Ching Technology Co., Ltd., Taipei, Taiwan).

Montage expérimental (schéma A, photographie B).

Les résultats d'études antérieures réalisées avec l'utilisation de la spectroscopie d'émission optique intégrée dans le temps ont confirmé le caractère hors équilibre de la décharge, où la température vibrationnelle (de 3500 à 5500 K selon la position de l'arc) était bien supérieure à la température de rotation (de 1200 à 2200 K)35. En raison de l'effet de rémanence, la température moyenne du gaz à la distance de traitement était relativement faible et ne dépassait pas 38 °C. Lorsqu'il fonctionne dans un environnement d'air ambiant, le réacteur permet de générer relativement rapidement des composés oxygénés et azotés, avec une concentration beaucoup plus élevée de composés azotés36.

Dans le cas du traitement au plasma du pain, les concentrations maximales des espèces sélectionnées atteintes après le traitement de 10 min étaient les suivantes : NO - 390 ppm, NO2 - 20 ppm, CO - 68 ppm et O3 - 0,04 ppm. Les espèces d'azote et le monoxyde de carbone ont été mesurés à l'aide de MX6 iBrid (Industrial Scientific Corporation. Pittsburgh, PA USA) et la concentration d'ozone a été surveillée avec Eco Sensors A-21ZX (Eco Sensors, Newark, CA, USA).

Toutes les analyses physico-chimiques du pain ont été réalisées après 0, 3 et 6 jours de stockage. La teneur en protéines a été déterminée à l'aide d'un appareil Kjeltec (TM8400, Foss, Victoria, AUS) et du logiciel ASN 3100. La distillation a été réalisée sur un analyseur automatisé Kjeltec Auto (Tecator). Dans la procédure de Kjeldahl37, après digestion dans de l'acide sulfurique concentré, l'azote organique total est transformé en sulfate d'ammonium. L'ammoniac est formé et distillé dans une solution d'acide borique dans des conditions alcalines. Les anions borate formés ont été titrés avec de l'acide chlorhydrique standardisé, à partir duquel la teneur en azote a été calculée. La teneur en protéines a été calculée à partir de la teneur en azote en utilisant le facteur de conversion N × 5,7.

La graisse totale a été déterminée à l'aide d'un appareil Soxtec (Foss Analytical Solutions Pty. Ltd., Victoria, AUS). L'échantillon a été placé dans un dé à coudre poreux et extrait dans de l'éther de pétrole pendant 60 min dans des boîtes d'extraction individuelles (AN 310 Soxtec TM 8000 of Crude Fat using Extraction System). Ensuite, il a été placé dans un séchoir de laboratoire pendant 30 min à 105 ° C pour éliminer davantage (vaporiser) tout solvant résiduel. La variation du poids de l'échantillon avant et après l'extraction a été utilisée pour calculer la teneur en matières grasses brutes exprimée en pourcentage du poids sec. La teneur en humidité du pain a été déterminée avec la méthode d'analyse de la teneur en protéines ICC (1996).

Toutes les analyses physico-chimiques ont été réalisées en triple.

Les paramètres de la texture de la mie de pain ont été déterminés à l'aide du test TPA, avec une double compression de l'échantillon de pain à une distance de 50 % et une vitesse de 1 mm s-1 (ZWICK Z020/TN2S)32. La dureté et l'élasticité38 ont été évaluées lors des mesures. Les mesures de texture de la partie centrale des échantillons de chapelure ont été réalisées en 6 répétitions.

Les échantillons de pain sans gluten et de pain de blé et de seigle traités au plasma atmosphérique froid et témoin ont été analysés pour déterminer le nombre total de bactéries mésophiles et le nombre total de levures et de moisissures. Toutes les analyses microbiologiques des matériaux testés ont été effectuées les jours de stockage 0, 3 et 6 (18 à 20 °C, 75 % d'humidité). Des échantillons de pain ont été préparés par agitation dans une solution saline pendant 15 min. sur INFORS HT Minitron (INFORS AG CH-4103, Bottmingen, Suisse) à 30 °C et 200 tr/min. Des dilutions en série au 10 ont ensuite été préparées aseptiquement en transférant 1 ml de chaque échantillon de solution obtenu dans un tube de 9 ml avec une solution saline. L'évaluation de la pureté microbiologique des matériaux testés a été réalisée à l'aide de la méthode pour-plate. Des dilutions décimales appropriées des échantillons ont été étalées, recouvertes d'un milieu de gélose nutritive stérilisée (BTL, Łódź, Pologne) et incubées pendant 72 h à 30 ° C pour les bactéries mésophiles totales. La gélose Sabouraud (BTL, Łódź, Pologne) avec du chloramphénicol et une incubation de 5 jours à 25 °C ont été utilisées pour la détermination du nombre total de levures et de moisissures. Après incubation, les colonies ont été comptées et le nombre de cellules viables a été déterminé comme une moyenne du log des unités formant colonies (ufc) par ml d'échantillon ± écart type39.

Les échantillons de pain témoins et traités au plasma ont été observés avec un microscope optique KEYENCE VHX 950F (Japon) couplé à une caméra numérique pour évaluer l'effet du traitement au plasma sur la morphologie du pain.

L'analyse statistique des résultats a été réalisée à l'aide de Statistica 12.0 (α = 0,05). Une analyse de variance (ANOVA) a été effectuée et le test de Tukey a été utilisé pour comparer les valeurs moyennes.

Après l'exposition au plasma, la température des échantillons a augmenté de 14 °C maximum par rapport au témoin. Fait intéressant, en raison des différences dans la structure morphologique du matériau en vrac, des différences d'accumulation de chaleur ont été observées entre le pain sans gluten et le pain mixte blé-seigle (tableau 1).

Par la suite, il a été montré que le traitement à la fois du pain sans gluten et du pain mixte blé-seigle avec CAP réduisait progressivement la teneur en humidité (Fig. 2) de ces pains. L'augmentation du temps d'exposition au plasma froid de 2 à 10 min a entraîné une baisse de la teneur en humidité du pain. Il n'y avait pas de différences significatives dans la teneur en humidité du pain pendant le stockage pendant 0, 3 et 6 jours. Cela était probablement dû au fait que les pains étaient stockés dans des sacs en aluminium fermés. Il n'y a pas de recherche sur l'utilisation du CAP pour conserver le pain, mais d'autres chercheurs40 ont utilisé le plasma pour prolonger la durée de conservation des pâtes fraîches. Dans leurs recherches, ils ont noté que le plasma permettait une élimination rapide de l'humidité et améliorait ainsi la durée de conservation des pâtes. Les auteurs expliquent que la migration rapide des molécules d'humidité se produit en raison de la synergie entre la force motrice de la structure et la force motrice de séchage causée par le plasma froid. Dans les échantillons de viande (produit de bœuf salé à sec)41, une diminution de la teneur en humidité a été causée par le CAP en raison de l'évaporation de l'eau de la surface de l'échantillon.

Teneur en humidité du pain, (a) pain sans gluten, (b) pain mixte blé-seigle ; les valeurs moyennes dans la même figure marquées par des lettres différentes sont significativement (α = 0,05) différentes.

Nos recherches ont montré que l'application de plasma pendant 2 ou 10 min induisait des changements dans la texture du pain sans gluten et mixte blé-seigle (tableau 2). Plus le temps d'application du plasma est long, plus l'augmentation de la dureté du pain est importante. L'utilisation de plasma pendant 2 min a entraîné une augmentation significative de la dureté du pain après trois jours de stockage, mais seulement d'environ 12 %, tandis que l'utilisation de plasma pendant 10 min a augmenté la dureté du pain sans gluten de 28 %. Des changements de dureté beaucoup plus importants ont été observés dans le cas du pain mixte blé-seigle. Cependant, ce pain se caractérisait par une dureté nettement inférieure à celle du pain sans gluten. Outre la dureté, l'élasticité du pain sans gluten et du pain mixte blé-seigle a également augmenté. Il convient également de mentionner qu'après 6 jours de stockage du pain témoin, le pain était recouvert de moisissure et il n'a pas été possible d'effectuer une analyse de texture et de comparer ses résultats avec les pains traités au plasma. Il n'y a pas de résultats disponibles sur les paramètres de texture du pain car aucun test de ce type n'a encore été effectué. Les études sur l'influence du traitement au plasma sur les propriétés fonctionnelles des aliments sont encore rares. D'autres études sur les propriétés fonctionnelles de la farine de blé ont démontré que le traitement au plasma augmentait les propriétés d'hydratation de la farine de blé. Les résultats rapides de l'analyseur de viscosité ont montré une augmentation de l'empâtage et des viscosités finales de la farine de blé. Les auteurs ont expliqué que la diminution des enthalpies endothermiques et de la cristallinité était attribuée à la dépolymérisation de l'amidon et aux changements induits par le plasma28.

Des résultats intéressants ont également été obtenus pour la teneur en protéines et en matières grasses (Fig. 3). Dans la plupart des cas, aucune différence significative dans la teneur en protéines n'a été détectée après l'application de plasma froid au pain sans gluten et au pain de seigle. Dans d'autres travaux présentés par Bahrami1, les protéines totales dans la farine de blé n'étaient pas non plus influencées de manière significative par le traitement au plasma froid, bien qu'il y ait eu une tendance vers des fractions de poids moléculaire plus élevé, ce qui indiquait une oxydation des protéines, et la farine traitée produisait une pâte plus épaisse. D'autres auteurs30 ont suggéré que les traitements CAP de la farine de blé pouvaient modifier la structure des protéines, ce qui se traduisait par des différences dans les propriétés rhéologiques. Dans cette étude, le temps de traitement CAP, la tension appliquée et leur interaction, quel que soit le type de farine, ont exercé un effet significatif sur la structure secondaire des protéines de la farine. Dans d'autres études28, le traitement au plasma a augmenté les propriétés d'hydratation de la farine de blé. Comme l'expliquent les auteurs, le plasma froid peut générer des espèces réactives telles que l'oxygène moléculaire et l'ozone, qui sont également l'agent oxydant le plus courant et le plus universel utilisé pour le conditionnement de la farine de blé. D'autres chercheurs42 ont démontré que l'exposition au plasma n'avait aucun effet néfaste sur les protéines de stockage du riz, bien que les auteurs mentionnent des études antérieures indiquant que l'oxydation des protéines et la formation de liaisons disulfure peuvent être causées par l'ozonation.

Teneur en protéines (a, b) et matières grasses (c, d) du pain, (a, c) pain sans gluten, (b, d) pain mixte blé-seigle ; les valeurs moyennes dans la même figure marquées par des lettres différentes sont significativement (α = 0,05) différentes.

Dans notre étude, le traitement CAP du pain a légèrement réduit la teneur en matières grasses (Fig. 3c, d) du pain après le traitement de 2 minutes (d'environ 28 % pour les deux produits cuits). L'extension du temps de traitement à 10 min n'a pas affecté significativement ce paramètre, par rapport à l'exposition au plasma de 2 min. Dans une étude menée par Bahrami et al.1, le traitement au plasma froid de la farine de blé n'a pas affecté la concentration des lipides totaux non amylacés et des glycolipides. Cependant, ce traitement a réduit les acides gras libres totaux et les phospholipides. Les marqueurs d'oxydation (indice d'hydroperoxyde et espace de tête n-hexanal) ont augmenté avec le temps de traitement et la tension de décharge, ce qui a confirmé l'accélération de l'oxydation des lipides.

La contamination microbiologique est un problème sérieux dans l'industrie alimentaire, que les scientifiques tentent de résoudre par une recherche constante de nouvelles méthodes de conservation des aliments. La croissance constante de la population humaine rend le problème de la faim plus apparent. Il est donc extrêmement important de prolonger la durée de conservation des produits alimentaires pour réduire le gaspillage alimentaire. Dans ce travail, l'analyse quantitative de la contamination microbiologique d'échantillons de pain sans gluten et de blé-seigle soumis à un traitement au plasma atmosphérique froid (CAP) puis stockés pendant 0, 3 et 6 jours a été réalisée. Comme le montre la figure 4, une contamination microbiologique à un niveau détectable a été enregistrée dans les échantillons témoins de chaque type de pain après 3 jours de stockage. Le nombre total de bactéries mésophiles dans le pain sans gluten et blé-seigle était de 6,04 ± 0,23 log10 et 6,36 ± 0,31 log10 UFC/ml, respectivement, et le nombre total de levures et de moisissures était de 3,2 ± 0,24 et 1 ± 0,37 log10 UFC/ml, respectivement. Cependant, après l'exposition CAP de 10 minutes de tous les échantillons de pain stockés pendant le même temps, aucune bactérie ou champignon mésophile n'a été trouvé. De plus, seule la stérilisation non thermique de 2 minutes a entraîné une inhibition complète de la croissance des levures et des moisissures dans le pain sans gluten et le pain de seigle. De plus, le nombre total de bactéries mésophiles était inférieur de 1,1 log dans le pain sans gluten, par rapport au témoin. Ces résultats suggèrent que l'exposition de 10 minutes d'échantillons de pain au plasma froid peut effectivement prolonger la durée de conservation, tandis que l'exposition de 2 minutes a un effet positif sur la limitation du développement d'une microflore défavorable. Dans le cas d'échantillons de pain conservés pendant 6 jours, le développement de la microflore a été noté dans chaque variante. Néanmoins, une croissance microbienne réduite a encore été observée dans les échantillons exposés au plasma froid, par rapport au pain témoin. Cependant, le degré d'inhibition de la croissance dépendait de la durée de l'exposition. L'exposition de 2 minutes des échantillons au CAP a entraîné une diminution de la croissance du nombre total de bactéries de 1,3 log et 1,02 log dans le pain sans gluten et blé-seigle, respectivement. L'allongement du temps de traitement à 10 min a contribué à une réduction du nombre de bactéries de 2,57 log dans l'échantillon de pain sans gluten et de 1,71 log dans l'échantillon de pain blé-seigle, par rapport aux témoins. À son tour, l'inhibition la plus élevée de la croissance des cellules indésirables de levure et de moisissure a été obtenue après l'exposition de 10 minutes des échantillons de pain sans gluten, où le nombre total de cellules viables était de 2,71 log inférieur à celui de l'échantillon témoin. Aucune étude n'a encore utilisé le plasma froid pour prolonger la durée de conservation du pain, mais il a été démontré que le traitement CAP d'un produit de bœuf sec réduisait le nombre total de bactéries aérobies mésophiles et de levures-moisissures41. De plus, les échantillons de bœuf ont été inoculés avec Staphylococcus aureus et Listeria monocytogenes et soumis à CAP. L'étude a montré que le CAP peut également être utilisé pour réduire le nombre de S. aureus et de L. monocytogenes. D'autres études43 ont été menées pour évaluer le mécanisme bactéricide de la PAC contre Escherichia coli (E. coli). Les résultats ont montré que la morphologie des cellules d'E. coli était altérée par les particules chargées et les principes actifs produits par CAP. La paroi cellulaire et la membrane d'E. coli se sont rompues, le contenu des cellules a fui, les cellules ont perdu leur capacité à se reproduire et à s'auto-répliquer, et la fonction du métabolisme cellulaire a été directement affectée et a conduit à l'inactivation des bactéries.

Effet du traitement CAP pendant 0, 2 et 10 min et du stockage à 20 °C pendant 0 à 6 jours sur le nombre total de bactéries mésophiles et la croissance totale des levures et moisissures dans le pain sans gluten et le pain de seigle-blé. Les barres verticales représentent l'erreur standard (PT_2—traitement au plasma de 2 min, PT_10—traitement au plasma de 10 min).

Les observations microscopiques ont révélé que le traitement au plasma augmentait légèrement la porosité et amincit les parois des pores en raison du processus de séchage. Les molécules d'eau qui étaient présentes dans les parois des pores s'évaporent progressivement et sont remplacées par de l'air. Cependant, même le traitement au plasma de 10 minutes n'a pas provoqué de détérioration morphologique distinctive de la structure, comme on peut l'observer sur les Fig. 5 et 6. Après le traitement au plasma, des zones réfléchissant la lumière ont été observées, qui peuvent avoir été associées au développement ultérieur d'un réseau cristallin d'amylose et d'amylopectine, qui a principalement tendance à se développer pendant le processus de cuisson44,45.

Images d'échantillons de pain sans gluten prises au microscope optique : (a) contrôle ; (b) traitement de 2 minutes ; (c) − Traitement de 10 minutes.

Images d'échantillons de pain de blé et de seigle prises au microscope optique : (a) contrôle ; (b) traitement de 2 minutes ; (c) − Traitement de 10 minutes.

Comparé à d'autres technologies, le plasma a été largement considéré comme une technologie verte, sûre et prometteuse. Nos recherches ont montré que le pain sans gluten et le pain mixte blé-seigle, après l'application de plasma pendant 2 ou 10 min, se caractérisaient par une humidité réduite, ce qui induisait également des changements dans la texture du pain pendant le stockage. La dureté et l'élasticité du pain ont augmenté. Ces paramètres ont augmenté avec l'extension du temps de traitement au plasma de 2 à 10 min. Après l'application de plasma, la teneur en protéines a augmenté dans la masse fraîche de pain, alors qu'il n'y avait pas de changements significatifs dans la matière sèche. L'utilisation de la technologie du plasma froid dans le processus de stockage du pain est prometteuse, car elle contribue à une diminution de la croissance des micro-organismes. Aucune bactérie ou champignon mésophile n'a été trouvé après l'exposition CAP de 10 minutes de tous les échantillons de pain stockés pendant le même temps. De plus, seules les 2 minutes de stérilisation non thermique ont entraîné une inhibition complète de la croissance des levures et des moisissures dans le pain sans gluten et le pain de seigle. Dans cette étude, nous avons testé des pains naturels sans exhausteurs technologiques. D'autres résultats peuvent être obtenus dans des analyses de pains avec des hydrocolloïdes ou d'autres améliorants ; par conséquent, il est nécessaire de mener des recherches supplémentaires.

Les ensembles de données utilisés et/ou analysés au cours de l'étude actuelle sont disponibles auprès des auteurs correspondants sur demande raisonnable.

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Publication cofinancée par le budget de l'État dans le cadre du programme du ministère de l'Éducation et des Sciences (République de Pologne) sous le nom Excellent Science - Support for Scientific Conferences intitulé "XXIII Polish National Scientific Conference" PROGRESS IN PRODUCTION ENGINEERING "2023" numéro de projet DNK/SP/546290/2022 montant du financement 162650,00 PLN valeur totale du projet 238 650,00 PLN. (Pologne).

Département des bases biologiques des technologies de l'alimentation humaine et animale, Université des sciences de la vie de Lublin, 28 Głęboka St., 20-612, Lublin, Pologne

Agnieszka Starek-Wójcicka

Département de génie alimentaire et de machines, Université des sciences de la vie de Lublin, 28 Głęboka St., 20-612, Lublin, Pologne

Renata Rose

Département de microbiologie, biotechnologie et nutrition humaine, Université des sciences de la vie de Lublin, 8 Skromna St., 20-704, Lublin, Pologne

Iwona Niedzwiedz & Magdalena Polak-Berecka

Institut de génie électrique et d'électrotechnologies, Université de technologie de Lublin, 38a Nadbystrzycka St., 20-618, Lublin, Pologne

Michał Kwiatkowski, Piotr Terebun & Joanna Pawełt

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Correspondance à Renata Różyło ou Joanna Pawełt.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Starek-Wójcicka, A., Rozyło, R., Niedzwiedz, I. et al. Etude pilote sur l'utilisation du plasma atmosphérique froid pour la conservation du pain. Sci Rep. 12, 22003 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-26701-1

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Reçu : 13 septembre 2022

Accepté : 19 décembre 2022

Publié: 20 décembre 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-26701-1

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