Ouvrez la porte du congélateur et là, chemin dans le dos, peut-être un vieux carton de crème glacée faisant pousser des pointes de glace. Ou une lasagne glacée oubliée recouverte de cristaux de glace. Ou le séchage des surfaces de viande si elles ne sont pas bien couvertes.

Les gens appellent parfois ce phénomène « brûlure de congélation, " et cela se produit lorsque de minuscules cristaux de glace à la surface des aliments s'évaporent directement en vapeur sans passer d'abord par la phase d'eau liquide - un processus scientifiquement appelé sublimation. Cette perte d'humidité peut laisser les couches superficielles des aliments desséchées et décolorées.

En tant que scientifique de l'alimentation, J'appelle la formation initiale de la glace en surface "recristallisation de la glace" et j'étudie les moyens de la ralentir.

La recristallisation de la glace endommage et détruit les cellules organiques, les plus petites unités vivantes trouvées chez les animaux et les plantes. C'est tout autant un problème lors du stockage de cultures vivrières récoltées ou de matériel de recherche biomédicale - comme les cultures cellulaires - que pour le stockage de pizzas ou de pois surgelés, et peut entraîner beaucoup de gaspillage.

Il existe des substances artificielles qui empêchent ce genre de dommages causés par la glace, mais peu d'entre eux sont sûrs à manger. Ainsi, avec d'autres scientifiques de l'Université du Tennessee et du Laboratoire national d'Oak Ridge, Je travaille pour les trois prochaines années avec moins de 550 $, 000 000 de la National Science Foundation pour identifier des options « bio-sourcées » sûres – des matériaux déjà trouvés dans la nature, y compris les substances dérivées du processus naturel de digestion humaine lorsque les aliments sont consommés.

Comment se passe la recristallisation de la glace ?

L'industrie alimentaire utilise la « congélation rapide » pour éviter la formation de gros cristaux de glace dans les aliments surgelés. Ce procédé consiste à exposer très rapidement les aliments à une température basse et à un débit d'air élevé, ce qui provoque la congélation des aliments en une masse de nombreux petits cristaux. Les petits cristaux sont beaucoup moins dommageables pour la matière gelée que les gros.

Le problème commence après que ces aliments sont déplacés vers des congélateurs ordinaires pour le stockage, y compris les congélateurs domestiques. La fonction de dégivrage automatique de ces unités consiste à allumer et éteindre le compresseur plusieurs fois par jour, baisser et augmenter la température pour éviter l'accumulation de glace. Cette fluctuation fait fondre partiellement la glace des aliments puis les recongèle, un processus qui peut créer des cristaux de glace plus gros et plus dommageables.

Ces changements peuvent rendre les aliments au mieux désagréables - qui n'a pas enduré de manger des légumes brûlés par le congélateur ou un liquide aqueux, fraise décongelée ? – et au pire inutilisable.

Selon une étude récente de Zach Conrad, chercheur en systèmes alimentaires au College of William &Mary, dépenses totales de nourriture aux États-Unis par personne et par jour, entre 2001 et 2016, était de 13,27 $, et 3,62 $ de cette dépense, ou 27%, était de la nourriture gaspillée.

Conrad a découvert que seulement 1,4% de ces déchets concernaient des aliments surgelés, s'élevant à environ 5 cents par personne et par jour, ou 18,25 $ par année. Mais ces centimes totalisent plus de 5,89 milliards de dollars d'aliments surgelés gaspillés chaque année.

Alors que le marché des surgelés continue de croître, l'importance de minimiser ou de prévenir les dommages causés par la glace devient évidente.

Empêcher la formation de glace avec des substances artificielles

Les produits chimiques synthétiques qui empêchent la recristallisation de la glace ont tendance à être toxiques pour les organismes vivants, leur utilité pour la protection des aliments est donc très limitée. Grâce à son processus d'examen long et rigoureux, la Food and Drug Administration des États-Unis a approuvé un polymère artificiel appelé alcool polyvinylique, ou PVA, comme sûr pour une utilisation dans les matériaux d'emballage alimentaire, mais pas comme additif alimentaire.

Le PVA est utilisé industriellement pour empêcher la recristallisation de la glace dans des substances comme le ciment et le béton, ainsi que lors de la congélation de cellules humaines, tissus et organes pour les préserver à des fins de transplantation et de biotechnologie.

Il existe également des composés "semi-synthétiques" - ainsi étiquetés parce qu'ils sont fabriqués en modifiant des matériaux naturels - qui sont prometteurs pour réduire les dommages causés par la glace. Ils comprennent des substances appelées glycopolymères et polyampholytes, qui ont été signalés comme inhibant la recristallisation de la glace, préserver les cellules et augmenter la viabilité cellulaire. Beaucoup de ces composés sont aux premiers stades de la recherche et du développement, et pas encore utilisé commercialement. Leur sécurité d'utilisation dans les aliments n'a pas encore été démontrée ou approuvée.

Une alternative plus sûre :les solutions biosourcées

Je recherche des alternatives aux matériaux synthétiques et semi-synthétiques qui sont biosourcés, c'est-à-dire à base de substances déjà présentes chez l'homme, Animaux et plantes, et par des processus biologiques naturels. Je pense que ces solutions biosourcées sont des options particulièrement prometteuses car elles n'impliquent pas de manipulation contre nature.

Par exemple, pour l'industrie de transformation des œufs, J'ai découvert comment utiliser des peptides naturels dérivés d'œufs - de courtes chaînes d'acides aminés également présentes dans nos intestins - pour éviter les dommages causés par la congélation aux jaunes d'œufs, plutôt que d'ajouter du sel ou du sucre au jaune avant de le congeler.

Dans le cadre de notre subvention de la National Science Foundation, mon équipe recherche des substances qui imitent les fonctions des protéines antigel présentes dans les poissons d'eau froide ou les plantes tolérantes au froid, qui inhibent la recristallisation de la glace et empêchent la croissance de la glace dans leurs tissus internes.

Un défi est que ces molécules de protéines antigel sont présentes à de très faibles concentrations dans la nature. Cela les rend très coûteux à extraire des organismes et à produire à l'échelle industrielle.

Nous menons des recherches sur des peptides dérivés de protéines alimentaires communes et uniques, comme le soja, laitier, poisson, viande et insectes. Grâce aux recherches de Srinivasan Damodaran de l'Université du Wisconsin, nous savons déjà que les petits peptides de la gélatine de poisson et des protéines de collagène du bétail sont efficaces pour empêcher la recristallisation de la glace dans la crème glacée. Ce pouvoir des peptides varie fortement selon la protéine source, cependant, nous étudions donc les raisons de ces différences.

À mesure que nous en apprenons davantage sur ces peptides et sur la façon de les produire à une échelle commerciale, Je pense qu'ils peuvent être utiles dans plusieurs secteurs, d'améliorer la qualité des aliments surgelés, à augmenter la résistance des cultures agricoles aux températures glaciales, pour mieux préserver les cellules et les tissus, et même dans des utilisations comme le déglaçage des routes et des avions.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.