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La congélation isochore pourrait réduire la consommation d’énergie de la chaine du froid alimentaire mondiale

Comparée à la congélation isobare conventionnelle, la congélation isochore pourrait améliorer considérablement la qualité des aliments surgelés et générer des économies d’énergie substantielles. 

La congélation isochore a été mise au point pour la première fois en 2005 par le Pr Boris Rubinsky et son équipe de l’Université de Californie à Berkeley et a été principalement utilisée pour la cryoconservation de cellules, de tissus et la transplantations d’organes.  Les avantages potentiels de la congélation isochore dans l’industrie alimentaire ont été examinés beaucoup plus tard, dans le cadre d’une collaboration avec le département américain de l’agriculture en 2017. [1] 

 

Congélation isochore des produits alimentaires [1-3] 
 

Avec la congélation conventionnelle à une pression atmosphérique constante (isobare), le produit alimentaire est soumis à des températures inférieures ou égales à -10 °C et une proportion élevée de l'eau congelable du produit - généralement plus de 80 % de la teneur en eau - est transformée en glace. [2] Avec la congélation isochore, le produit alimentaire est immergé dans une solution isotonique à l’intérieur d’une chambre fermée, de sorte que le volume reste constant pendant la congélation. Lorsque la chambre est refroidie à une température prédéfinie, la solution isotonique protège le produit alimentaire de la cristallisation et préserve mieux ses qualités. 

 

Comparaison entre le stockage frigorifique isochore et le stockage isobare conventionnel. Tomates fraîches entreposées quatre semaines : a) tomates fraîches, b) stockage isochore à −2,5 °C, c) stockage au réfrigérateur conventionnel à 10 °C et 85 % d’humidité relative, d) surgélation conventionnelle et entreposage frigorifique à −20 °C, e) stockage isobare conventionnel à −2,5 °C. [3] (Reproduit avec la permission des auteurs)

 

Économies d’énergie pour la chaîne du froid alimentaire mondiale grâce à la congélation isochore [3-4] 

 

Dans la chaîne du froid alimentaire conventionnelle, le stockage des aliments sous température de congélation est un processus énergivore. Le stockage isochore peut réduire la dépense énergétique au niveau industriel car il n’y a pas de formation de glace à l’intérieur des aliments. [4] 

 

La plupart des systèmes d’entreposage frigorifique commerciaux utilisent des températures de stockage comprises entre – 10 °C et –18 °C. Le stockage isochore ne nécessite pas de températures de stockage aussi basses et de précédentes expériences ont montré que − 5 °C peut être une température optimale pour le stockage isochore. Selon une étude théorique récente, une transition de la chaîne du froid alimentaire mondiale des conditions isobares conventionnelles à des conditions de congélation isochores pourrait réduire considérablement la consommation d’énergie et les émissions de CO2

 

Aux États-Unis, les auteurs ont estimé que par rapport à la congélation isobare à −18 °C, le stockage frigorifique isochore à –5 °C pourrait permettre d’économiser 148 millions de kWh d’électricité par an (soit l’équivalent de 19,28 millions de dollars) et de réduire les émissions de CO2 de 104,87 millions de kg.  

À l’échelle mondiale, si la capacité totale des aliments surgelés (estimée à environ 31,3 milliards de kg en 2019) était traitée dans des conditions isochores à – 5 °C plutôt que dans des conditions isobares de –18 °C conformément aux normes industrielles, la consommation d’énergie pourrait être réduite de 6,49 milliards de kWh par an (équivalent à 843,33 millions de dollars d’économies annuelles) tout en réduisant les émissions de CO2 de 4,59 milliards de kg par an. 

 

Défis de la congélation isochore des produits alimentaires [1, 4, 5] 
 

L’équipement nécessaire à la congélation isochore n’est ni compliqué ni coûteux et peut être placé dans des congélateurs conventionnels en milieu industriel ou même à domicile. Les chambres de traitement peuvent être en acier inoxydable à parois épaisses, en plastique ou en fibre de carbone, à condition que les parois soient rigides. [5] D’autres études théoriques et expérimentales sont nécessaires pour expliquer la stabilité à la surfusion des systèmes isochores en tenant compte des différentes plages de rigidité de la chambre. [4] 

 

Le principal inconvénient de la congélation isochore est la génération de pressions hydrostatiques à l’intérieur de la chambre de traitement. La pression hydrostatique peut briser les tissus cellulaires des produits alimentaires et détériorer leur qualité. [1] Des protocoles optimisés pour la combinaison de température et de pression sont donc nécessaires pour les applications de congélation des aliments. [4] 

 

 

Sources

[1] Isochoric Freezing: A New Technology for Food Preservation. https://www.ift.org/news-and-publications/food-technology-magazine/issues/2019/november/columns/isochoric-freezing 

[2] IIF-IIR, BØGH-SØRENSEN L. Recommendations for the Processing and Handling of Frozen Foods. https://iifiir.org/en/fridoc/recommendations-for-the-processing-and-handling-of-frozen-foods-4097 

[3] Zhao, Y., Powell-Palm, M. J., Wang, J., Bilbao-Sainz, C., McHugh, T., & Rubinsky, B. (2021). Analysis of global energy savings in the frozen food industry made possible by transitioning from conventional isobaric freezing to isochoric freezing. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 151, 111621. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111621 

[4] Nida, S., Moses, J. A., & Anandharamakrishnan, C. (2021). Isochoric Freezing and Its Emerging Applications in Food Preservation. Food Engineering Reviews, 1-10. https://doi.org/10.1007/s12393-021-09284-x 

[5] Low-energy freezing technology keeps food fresh without forming ice. https://newatlas.com/science/low-energy-isochoric-freezing-food-fresh-ice/