Temps de stérilisation des produits : comment le calculer ?

Comment calculer le temps de stérilisation avec précision ? La prise en compte du couple temps/température est essentielle pour garantir une bonne stérilisation. De plus, l’utilisation d’indicateurs biologiques de référence est cruciale. Il s’agit de micro-organismes résistants à la stérilisation. Mesurer la durée nécessaire à leur destruction permet de définir le temps de stérilisation requis pour un produit et un stérilisateur donné.

Le temps de stérilisation : définition

Le temps de stérilisation est la durée du traitement à appliquer pour éliminer les micro-organismes pathogènes. Ce sont principalement les virus, bactéries et spores présents sur et dans un produit, ainsi que dans son emballage. Ce temps de stérilisation garantit la sûreté et la bonne conservation des aliments.

Pour stériliser, plusieurs technologies sont disponibles :

• Destruction des micro-organismes par diffusion de chaleur (eau, vapeur d’eau sous pression, en autoclave ou en continu) ;
• Destruction des micro-organismes par rayonnement gamma ou X ;
• Destruction des micro-organismes par gaz de type oxyde d’éthylène.

Les autoclaves Steritech traitent les produits par la diffusion de chaleur par la vapeur ou l’eau chaude. La façon de calculer le temps de stérilisation est détaillée ici.

Méthode de calcul du temps de stérilisation

La stérilisation de conserves ou d’aliments suit une logique mathématique. Elle est régie par deux lois de décroissance du nombre de micro-organismes en fonction du temps.

Le temps de stérilisation retenu est celui qui correspond à une stérilisation « efficace ». Cette efficacité de traitement thermique se mesure en termes de nombre de réductions décimales de la charge en micro-organismes (division par 10).

Pour simplifier les calculs, l’industrie utilise la valeur stérilisatrice F₀, que nous expliquerons plus bas.

Un des indicateurs biologiques de stérilisation alimentaire est le Clostridium botulinum. C’est une bactérie dont les spores sont très résistantes à la chaleur.

Les lois de décroissance des micro-organismes

La première loi de stérilisation mesure l’élimination des micro-organismes en fonction du temps. Elle exprime le temps (DT) nécessaire au processus pour réduire d’un facteur 10 (un log) le nombre de micro-organismes à une température T constante.

La seconde loi de stérilisation quantifie une variation de température (z). Elle mesure la température supplémentaire pour réduire le temps de traitement thermique d’un log. Cette donnée estime la résistance des micro-organismes aux variations de température.

Pour l’essentiel des moisissures et des bactéries, « z » varie de 6 à 14 °C, et se fixe en général autour de 10 °C. En pratique, cela signifie qu’en augmentant le « z » de 10 °C, le temps de stérilisation est divisé par 10.

Il ressort de ces observations que la diminution des micro-organismes par traitement thermique suit une courbe de décroissance exponentielle.

Une formule de calcul existe pour ce temps de réduction décimale, noté D_T :

D_T = t/(log₁₀N0 – log₁₀N)

Avec :

N0 => nombre de micro-organismes présents dans le produit au temps t = 0 ;

N   => nombre de micro-organismes au temps t (après traitement).

Illustrons avec quelques exemples appliqués à Clostridium botulinum type A dans le tableau suivant :

La formule de calcul utilisée est :  DT = DT_réf x 10 ^{(To -T)/z}. En connaissant le « z » (10 °C) et une valeur D_T0, elle permet de calculer pour chaque température d’élimination de Clostridium botulinum type A la valeur DT appropriée.

Explication de la valeur stérilisatrice F0

Pour comparer l’intensité des traitements thermiques entre eux, l’industrie utilise la valeur stérilisatrice. En Europe, elle est notée VS (Valeur Stérilisatrice). Elle vise le traitement thermique réalisé à une température supérieure à 100 °C. Dans les publications nord-américaines, la valeur stérilisatrice est notée F.

Lorsqu’il s’agit de la valeur pasteurisatrice, elle se note VP (Valeur Pasteurisatrice). Elle concerne le traitement thermique appliqué à moins de 100°C.

Sur le plan technique, la valeur stérilisatrice traduit l’intensité du traitement thermique appliqué à un produit. Grandeur cumulative exprimée en minutes, la valeur stérilisatrice est l’historique thermique du traitement. Son profil est le couple temps et température.

Détail du calcul de la valeur stérilisatrice F

La valeur stérilisatrice mesure donc l’intensité d’un traitement thermique. Ce traitement est encadré par la réglementation, qui le définit comme le moyen de  »  détruire ou d’inhiber totalement, d’une part, les enzymes, d’autre part, les micro-organismes et leurs toxines  » (instruction technique n° 2015-364 DGAL/SDSSA).

La formule de la valeur stérilisatrice ou pasteurisatrice est la suivante :

VS ou VP = ∫^t₀10 ^{(T-Tref)/z.dt}

Avec les valeurs suivantes :

t     => durée du traitement thermique ;

T    => température du produit pendant la durée du traitement ;

T_ref  => température de référence du calcul ;

z    => défini précédemment (écart de température).

Usuellement, voici les températures que les industriels utilisent :

Application de la valeur stérilisatrice

La VA ou valeur F0 permet d’obtenir des combinaisons temps/températures pour stériliser à une valeur identique. Ces différents couples s’appliquent pour la stérilisation par autoclave ou en continu. Le tableau ci-dessous fournit un exemple de quatre couples temps/température à appliquer à cœur du produit pour obtenir une VS ou F0 de 3 minutes :

Comment traduire le premier couple température/temps ? Il signifie qu’il faut atteindre 110 °C à cœur du produit et maintenir cette température à cœur pendant 38,6 minutes pour obtenir une F0 de 3 minutes minimum. Pour obtenir la même valeur stérilisatrice en un temps plus court, il est possible d’augmenter la température : à 121 °C à cœur du produit, il ne suffit que d’un maintien de 3 minutes pour obtenir la valeur stérilisatrice de 3 minutes.

Contrôles de la stérilisation en cours de traitement

Pour savoir si un traitement thermique est approprié, il faut réaliser un contrôle pendant le traitement. Cela consiste à mesurer la température à cœur du produit en temps réel. Ce procédé permet au logiciel de calculer la valeur stérilisatrice F0 du produit.

Des autoclaves munis de sondes de température permettent de réaliser automatiquement cette opération. En fonction du système de pilotage utilisé, lorsque la valeur stérilisatrice est atteinte, l’appareil passe en refroidissement.

Validation du processus de stérilisation par témoins et échantillons

Pour vérifier qu’un produit ou qu’une préparation a bien suivi le processus de stérilisation, deux solutions sont envisageables :

• Témoins physico-chimiques : bandes thermosensibles à appliquer sur les produits ou leur emballage (ne vérifient pas que le traitement thermique est adapté au produit). Cette vérification est effectuée pendant le cycle et vérifiée à la fin du cycle ;
• Mesure du pH à l’intérieur de boîtes de conserve à travers un plan de mesures de stabilité : des valeurs différentes du témoin indique une contamination microbienne (les normes varient selon les produits). Ces analyses sont effectuées après le cycle et doivent être faites selon un plan d’analyse de stabilité bien défini en amont ;

Vérification de la stérilisation par comparaison

Vérifier un processus de stérilisation thermique par comparaison de valeurs est également possible. Il s’agit d’utiliser des témoins biologiques comme un échantillon du micro-organisme de référence résistant à la chaleur après traitement.

• Taux de concentration initial du micro-organisme de référence ;
• Taux de concentration final du micro-organisme de référence.

Le taux de concentration final exprime la probabilité de survie du micro-organisme. Elle doit être très inférieure à la concentration initiale.

Intérêt de calculer le temps de stérilisation

Pour résumer, la valeur stérilisatrice est une fonction thermobiologique permettant de déterminer le temps de stérilisation à une température donnée. Elle fournit la quantité de minutes nécessaires à l’élimination de micro-organismes.

Elle permet de paramétrer des équipements de stérilisation automatiques. C’est un moyen de générer d’importantes économies d’énergie sur l’ensemble d’un cycle de production.

Steritech propose des solutions de stérilisation optimisées. Nous raccourcissons le temps de stérilisation de 25 %. En autoclave ou en stérilisation continue, vos produits respectent la réglementation en vigueur. Pour en savoir plus, contactez-nous au +33 388 710 433 ou via notre formulaire de contact.