Une technique de désinfection des aliments à base de lumière a réussi à éliminer plusieurs agents pathogènes nocifs dans une nouvelle étude menée par des chercheurs de Penn State.
La technique de la lumière pulsée s’avère prometteuse en tant qu’alternative efficace aux technologies antimicrobiennes à base de produits chimiques, de chaleur et d’eau couramment utilisées dans l’industrie alimentaire – et pourrait être applicable plus généralement dans des environnements aseptisés tels que les hôpitaux, les installations de traitement de l’eau et les usines pharmaceutiques, selon les chercheurs.
Les Centers for Disease Control estiment que plus de 9 millions de personnes tombent malades, 56 000 sont hospitalisées et 1 300 meurent chaque année aux États-Unis en raison de maladies d’origine alimentaire. Malgré les améliorations technologiques et une réglementation accrue, la contamination des aliments reste un problème mondial avec des implications majeures pour la santé publique, a expliqué Ali Demirci, professeur de génie agricole et biologique à Penn State et membre de l’équipe de recherche.
« Toute amélioration pour prévenir la maladie ou sauver des vies serait le meilleur résultat de cette recherche », a déclaré Demirci. « Nous voulons réduire à zéro le nombre de décès dus aux maladies d’origine alimentaire. »
L’étude, récemment publiée dans le Journal d’ingénierie alimentaire, ont révélé que des impulsions ciblées de lumière à large spectre ont établi une réponse germicide dans E. coli, Salmonella Typhimurium, Listeria monocytogenes, Bacillus cereus, Aspergillus niger spores et Penicillium roqueforti spores. L’étude a également défini le spectre et les caractéristiques énergétiques de la lumière pulsée et a constaté que le rayonnement ultraviolet jouait un rôle important dans le processus.
Les travaux ont été menés dans le laboratoire de Demirci en collaboration avec Ed Mills, professeur agrégé de sciences de la viande, et Josh Cassar, ancien doctorant en sciences animales, qui a depuis obtenu son diplôme et travaille comme consultant en sécurité alimentaire.
« Je suis retourné à Penn State pour des études supérieures après avoir travaillé pour un transformateur de volaille, donc pour moi, la recherche était très appliquée ; nous souhaitions mettre cette technique sur le marché », a déclaré Cassar. « En termes de mise en œuvre de la technologie, nous avons continué à collaborer avec des entreprises partenaires pour intégrer cette technique dans leurs installations. »
Au cours des deux dernières décennies, le laboratoire a appliqué la technique à une gamme d’aliments, notamment des fruits, des graines, des céréales, du fromage, du lait, du jus de pomme et de multiples produits à base de volaille. L’équipe a même simulé les conditions de production pour tester la technologie sur des œufs, en utilisant un convoyeur conçu pour tester le processus dans un environnement industriel, avec des lampes flash au xénon conçues pour fonctionner à l’échelle commerciale.
L’équipe a déclaré qu’elle espérait que cette technologie serait adoptée par l’industrie alimentaire le plus tôt possible en raison de son fort potentiel pour aider à rendre les aliments plus sûrs à consommer.
Depuis les années 1960, l’industrie alimentaire utilise la lumière ultraviolette (UV) de faible intensité comme traitement antimicrobien, a expliqué Mills. Les producteurs de viande utilisaient de faibles niveaux de lumière UV dans les installations de vieillissement de la viande, mais la technique ne pouvait être utilisée qu’à faible intensité sur une longue période.
« C’est un système complètement différent », a déclaré Mills. « Nous utilisons la lumière pulsée au lieu de la lumière continue, qui tire parti de l’énergie stockée dans une impulsion, afin que nous puissions fournir plus de puissance en moins de temps. »
La technique de l’équipe est conçue pour être déployée sur un convoyeur alimentaire, où des impulsions lumineuses seraient appliquées au produit lors de son passage. Le traitement délivre une intensité de lumière plus élevée, car il est pulsé, ce qui entraîne une plus grande réduction microbienne dans un laps de temps plus court que le traitement à la lumière UV conventionnel, a expliqué Mills.
« L’analogie que j’utilise est un barrage dans une rivière », a déclaré Demirci. « Vous ouvrez les vannes et il y a un éclair d’énergie. C’est ce que nous faisons avec la lumière. »
La lumière pulsée est une technologie émergente, qui pourrait servir d’alternative aux interventions antimicrobiennes actuelles dans l’industrie alimentaire, mais pourrait également être appliquée plus largement dans d’autres applications antimicrobiennes, a expliqué Cassar.
« La lumière pulsée est un autre outil dans la boîte à outils », a-t-il déclaré. « Lorsqu’il est utilisé dans un cadre approprié, il peut compenser un désinfectant chimique ou un désinfectant à base d’eau. Comme pour toute nouvelle technologie, il continuera à se développer et, espérons-le, nous fournira un outil efficace et efficient pour l’assainissement dans une gamme d’environnements et industriels. »
Joshua R. Cassar et al, Caractérisation de la lumière pulsée pour l’inactivation microbienne, Journal d’ingénierie alimentaire (2022). DOI : 10.1016/j.jfoodeng.2022.111152