Pour une éco-conception de la chaîne du froid : optimisation de la consommation énergétique, de la sécurité, de la qualité et de la durée de vie des aliments réfrigérés. – OPTICOLD

Le projet établira un modèle global de la chaîne du froid, sous forme d’une relation entre la consommation énergétique de la chaîne du froid et les variables déterminant la durée de vie de l’aliment : sa sécurité microbiologique et sa qualité. Cette relation n’existe pas actuellement et sera établie en reliant ces deux catégories de grandeur aux températures de la chaîne du froid. En particulier, le projet inclura le froid en usine de transformation où les connaissances scientifiques manquent, mais où les connaissances empiriques des professionnels laissent espérer un fort gain potentiel en énergie pour une perte nulle ou faible en durée de vie. Trois catégories d’aliments sont étudiées dans le projet, recouvrant des conditions très différentes pour apporter un caractère générique au projet : aliment vivant dont l’altération est principalement physiologique (salades de 4ème gamme), aliment inerte non cuit (fonds de tarte frais), aliment pasteurisé (pâtes fraiches).

Le modèle global de la chaîne du froid, intégrant les distributions de températures à toutes les étapes du process, les dépenses énergétiques pour obtenir ces températures et l’impact de ces températures sur la qualité, a été construit. Ce modèle permet de simuler des scénarios, et de calculer par exemple l’impact sur la qualité des produits et sur la dépense énergétique de modifications de la température aux différentes étapes du procédé.
Une démarche multicritère a été développée, pour l’instant à partir de données disponibles dans la littérature, permettant d’optimiser des choix entre le coût énergétique, la qualité et la sécurité sanitaire d’aliments. Elle sera ensuite appliquée aux données produites et aux scénarios simulés dans le projet OPTICOLD.
L’impact de la température sur le développement des altérations sur les trois produits étudiés est acquise. Ces données sont introduites dans le modèle globale en cours de finalisation. Dans le cas des salades de 4ème gamme, la délocalisation de l’eau vacuolaire de certaines cellules serait une cause de l’altération et pourrait être un marqueur précoce de la perte de qualité et d’aptitude à la transformation de la matière première.
La diversité entre souches de L. monocytogenes pour leur capacité d’adaptation au froid a été caractérisée et des marqueurs d’une adaptation rapide identifiés. Les conséquences de cette diversité sur le risque de listeriose pour le consommateur ont été modélisées. Un gène d’hélicase à ARN et un gène impliqué dans la division cellulaires sont de bon marqueurs moléculaires de la sortie de latence chez Bacillus cereus. Les cellules de L. monocytogenes ayant subi un stress voient leur probabilité de croissance diminuer au froid. La probabilité de croissance d’une spore unique de B. cereus dans des matrices alimentaires est en cours d’étude. Ces données serviront à ajuster l’optimisation multicritère.

Piloter la chaîne du froid en priorité sur la consommation énergétique doit permettre de réduire les impacts budgétaires et l’impact environnemental de la chaine de production, mais le risque est d’atteindre des régimes de températures plus propices à des détériorations de la qualité sanitaire et sensorielle des produits et donc une augmentation des pertes alimentaires. Dans les étapes ultérieures du projet OPTICOLD le modèle global permettra de simuler différents scénarios pour les produits étudiés, avec des coûts énergétiques du froid, des risques sanitaires et des risques de pertes, différents. La démarche multicritère développée sera ensuite appliquée aux scénarios. Les industriels et des parties prenantes seront sollicités afin de définir les poids des différents critères de choix, de façon à inclure des décideurs ayant des priorités différentes.
Les résultats du projet sur l’altération et les bactéries pathogènes permettront une meilleure quantification de l’effet du froid et sans doute d’ajuster avec plus de précision les compromis entre dépense énergétique, risque sanitaire et pertes alimentaires.
Au-delà d’OPTICOLD il serait intéressant d’explorer les possibilités de développer, à partir des résultats du projet, des outils disponibles et utilisables par les parties prenantes. Cela concernerait notamment le modèle globale et la démarche multicritère, ainsi que les marqueurs d’altération et de risque microbiologique.

Guillier L., Duret S., Hoang H.M., Flick D., Nguyen-The C., Laguerre O. (2016) Linking food waste prevention, energy consumption and microbial food safety: the next challenge of food policy? Current Opinion in Food Science, 12:30–35.
Fritsch, L., Guillier, L., Augustin, J.-C., (2018). Next generation quantitative microbiological risk assessment: Refinement of the cold smoked salmon-related listeriosis risk model by integrating genomic data. Microbial Risk Analysis 10, 20-27. doi.org/10.1016/j.mran.2018.06.003.
Duret, S., Hoang, H., Derens-Bertheau, E., Delahaye, A., Laguerre, O. and Guillier, L. (2018), Combining Quantitative Risk Assessment of Human Health, Food Waste, and Energy Consumption: The Next Step in the Development of the Food Cold Chain? Risk Analysis, 39(4)906-925. doi: 10.1111/risa.13199.
Fritsch, L., Felten, A., Palma, F., Mariet, J.-F., Radomski, N., Mistou, M.-Y., Augustin, J.-C., Guillier, L., (2019). Insights from genome-wide approaches to identify variants associated to phenotypes at pan-genome scale: Application to L. monocytogenes' ability to grow in cold conditions. International Journal of Food Microbiology 291, 181-188. doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2018.11.028.
Français M, Carlin F, Broussolle V, Nguyen-Thé C. 2019. Bacillus cereus cshA is expressed during the lag phase of growth and serves as a potential marker of early adaptation to low temperature and pH. Appl Environ Microbiol 85:e00486-19. doi.org/10.1128/AEM.00486-19.
Sorin, C., Mariette, F., Musse, M. 2019. NMR study of fresh cut salads: influence of temperature and storage time on leaf structure and water distribution in escarole. Magnetic Resonance in Chemistry, Accepted article. doi: 10.1002/mrc.4865.

La chaîne du froid permet la fabrication et la commercialisation dans de bonnes conditions de qualité et de sécurité d’un très grand nombre d’aliments, mais elle représente un coût énergétique très élevé. L’objectif du projet OPTICOLD est d’améliorer la durabilité de la chaîne du froid en optimisant le compromis entre le coût énergétique, la sécurité, la qualité et la durée de vie pour les aliments transformés réfrigérés. Actuellement, la chaîne du froid est principalement gérée sur le respect des contraintes de consignes de températures, fixées par la réglementation et les spécifications entre producteurs et distributeurs. Le projet propose une approche totalement différente, en visant un pilotage multicritère de la chaîne du froid où la minimisation de la consommation énergétique aurait un rôle majeur.
Pour répondre à cet objectif, le projet établira un modèle global de la chaîne du froid, sous forme d’une relation entre la consommation énergétique de la chaîne du froid et les variables déterminant la durée de vie de l’aliment : sa sécurité microbiologique et sa qualité. Cette relation n’existe pas actuellement et sera établie en reliant ces deux catégories de grandeur aux températures de la chaîne du froid. En particulier, le projet inclura le froid en usine de transformation où les connaissances scientifiques manquent, mais où les connaissances empiriques des professionnels laissent espérer un fort gain potentiel en énergie pour une perte nulle ou faible en durée de vie.
Piloter la chaîne du froid en priorité sur la consommation énergétique doit permettre de réduire les impacts budgétaires et l’impact environnemental de la chaine de production, mais le risque est d’atteindre des régimes de températures plus propices à des détériorations de la qualité sanitaire et sensorielle des produits et donc une augmentation du gaspillage par perte matière. Il est donc nécessaire de proposer des démarches multicritères afin d’identifier les marges de manœuvre sur les régimes de températures, ou encore les « dérives acceptables », compte tenu des objectifs à tenir sur les variables de qualité et de durées de vie des produits. Ceci passe par une prévision au plus juste des relations entre les régimes de températures et les variables de durée de vie des aliments. Actuellement, ces relations sont connues avec une importante part d’incertitude, qui nécessite d’importantes marges de sécurité sur les régimes de température et par la même une sur-dépense énergétique. OPTICOLD intégrera donc aux études sur la consommation énergétique des travaux en physiologie microbienne sur l’adaptation au froid des bactéries, et en biophysique sur la déstructuration des tissus, cause de l’altération non microbiologique des aliments végétaux crus.
Dans une chaîne du froid optimisée, la relation mise place dans le projet entre consommation énergétique de la chaîne du froid et variables de durée de vie permettra de pondérer le gain énergétique et la perte consécutive de durée de vie à chaque étape de la chaîne. Cela permettra d’apprécier quelles étapes permettrait un gain important d’énergie pour une perte de durée de vie minimale
Le projet porte sur les aliments transformés conservés au froid positif. Trois catégories d’aliments seront étudiées dans le projet, recouvrant des conditions très différentes pour apporter un caractère générique au projet : aliment vivant dont l’altération est principalement physiologique (salades de 4ème gamme), aliment inerte non cuit (fonds de tarte frais), aliment pasteurisé (pâtes fraiches). Les possibilités de généraliser la démarche développée sur ces trois catégories à d’autres aliments réfrigérés seront explorées.