WO2018134181A1 - Dispositif et procede de traitement par des ondes acoustiques de haute frequence - Google Patents

Dispositif et procede de traitement par des ondes acoustiques de haute frequence Download PDF

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WO2018134181A1
WO2018134181A1 PCT/EP2018/050944 EP2018050944W WO2018134181A1 WO 2018134181 A1 WO2018134181 A1 WO 2018134181A1 EP 2018050944 W EP2018050944 W EP 2018050944W WO 2018134181 A1 WO2018134181 A1 WO 2018134181A1
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enclosure
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cleaning
plant
khz
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PCT/EP2018/050944
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Gil Ching
Huguette SALLANON
Florence CHARLES
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Université D'avignon Et Des Pays De Vaucluse
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Definitions

  • the invention relates to a device and a method of treatment for example cleaning and / or decontamination of foods such as plant foods, by high frequency acoustic waves.
  • Fruits and vegetables are an essential part of the diet of people around the world, contributing to a supply of vitamins and essential minerals; they can be consumed raw in the first and fourth range or processed according to the processes of the food industry in second, third and fifth ranges.
  • fruits and vegetables grown under conventional farming methods are subject to microbiological contamination and food-borne diseases associated with the consumption of these products are widely present throughout the world and can lead to public health problems. These risks are further increased when agricultural practices minimize inputs as is the case in organic farming. Indeed, many bacteria, such as Bacillus, Salmonella, Listeria, Staphylococcus, Escherichia, are able to adhere and form a biofilm on different surfaces, for example on the surface of fruits and vegetables (Elhariry, 201 1, " Bacillus cereus on green-leafy vegefables: cabbage and leffuce, Food Microbiology 28, 1266-1274). Fresh fruits and vegetables are particularly exposed during harvesting, packaging and storage in the cold room during transport, and finally during transformations such as pre-cutting operations, to these various risks of pathogenic contamination.
  • the control of sanitary quality is one of the essential stakes, both for the marketing of fresh fruits and vegetables and for the raw materials used in the fruit and vegetable processing industries, especially the fourth-line industries.
  • sanitary quality is one of the essential stakes, both for the marketing of fresh fruits and vegetables and for the raw materials used in the fruit and vegetable processing industries, especially the fourth-line industries.
  • a reduction in the initial microbial load minimizes the risks of contamination throughout the conservation and processing chain. It is therefore imperative for agri-food industries to ensure sanitary quality upstream of processes and at each stage of processing to ensure the safety of products.
  • the decontamination operations are essentially aimed at controlling the sanitary quality, ie eliminating pathogenic microorganisms for humans, but also they participate, in fact, in the elimination of chemical substances (pesticides, fungicides) resulting from phytosanitary treatments. They also aim to control phytopathogenic or opportunistic contamination, non - pathogenic for humans, which develops after harvest, alters the products in storage and renders them unfit for consumption and marketing.
  • production conditions that aim to limit the use of plant protection products (pesticides, fungicides) before harvest are more favorable for the development of microorganisms during storage, which is currently the main cause of losses after the harvest. harvest. This issue, which is essential for all types of production, is one of the main factors limiting production in organic farming.
  • washing fruits and vegetables for fresh marketing, fourth-line industries and processing industries is a major step.
  • the main purpose of washing is to minimize microbiological, biological and chemical contaminants on the surface of plants.
  • Chlorine and chlorinated compounds have been used as disinfectants for decades, and are still the only disinfectants that are acceptable for the agri-food industry. Much work has been done on the effects of chlorine and sanitary quality (2007, “Comparison of disinfection by product formation from chlorine and alternative disinfectants", Water Research 41, 1 667-1678, Al-Zenki et al., 2012 "Microbial safety and sanitation of fruit and fruit products", In: Handbook of Fruit and Fruit Processing (Wiley-Blackwell, USA, pp. 339-340). Most methods of washing fresh raw materials therefore use chlorine and large quantities of water, the renewal of chlorinated water being the basis of washing efficiency.
  • ultrasound is used for the decontamination of processed products (such as juices, mashed potatoes, etc.) that do not require maintaining the integrity of living tissues.
  • processed products such as juices, mashed potatoes, etc.
  • ultrasound with frequencies of 20-100 kHz have the ability to cause cavitation, used in the food industry to inactivate microorganisms (Piyasena et al., 2003, "Inactivation of microbes using ultrasound: has rev / 'ew "International Journal of Food Microbiology 87 (3), 207-216).
  • a major advantage of ultrasound over other techniques in the food industry is that waves are generally considered safe, non-toxic and environmentally friendly (entish and Ashok Umar, 201 1, 'The physical and chemical effects of ultrasound In: Feng, H., Barbosa-Canovas, GV, Weiss, J. (Eds.), Ultrasound Technologies for Food and Bioprocessing, Springer, London, pp. 1-12).
  • the Applicant has developed a new equipment and a new technology, environmentally friendly for cleaning and / or an optimized disinfection of products, preferably foods, while limiting the undesirable effects observed in the prior art.
  • Such a technology implemented is advantageously called “green”, that is to say without addition of chemical contaminant, without rejection for the environment and without production of by-products harmful to health.
  • This technology advantageously allows decontamination as effective as that obtained by chlorine. It also eliminates some of the chemical residues. It can therefore meet the expectations of professionals throughout the agri-food processing chain and in particular the fourth-range processing industries.
  • the invention therefore has as its first object a device for processing by high frequency acoustic waves, comprising at least one chamber, which is preferably an overflow tank comprising a liquid, and at least one ultrasound transducer, characterized in that the The waves produced by the ultrasonic transducer in the chamber have a frequency greater than 100 kHz, preferably greater than 200 kHz.
  • the second object of the invention is the use of a device according to the invention, for the treatment of a plant or for the non-therapeutic treatment of an animal, inserted in the enclosure.
  • the third object of the invention is the use of a device according to the invention for the ex vivo modification of the metabolism of an organism, an organ or a tissue inserted into the chamber.
  • the subject of the invention is a method of cleaning and / or decontamination by high frequency acoustic waves, characterized in that it comprises the following steps according to which:
  • a product to be cleaned and / or decontaminated by at least one polluting particle is introduced into an enclosure which is preferably an overflow tank;
  • high frequency acoustic waves greater than 100 kHz, preferably greater than 200 kHz, are generated in said enclosure by an ultrasonic transducer;
  • the acoustic waves propagate in the chamber and reach the product to be cleaned and / or decontaminated;
  • the cleaned and / or decontaminated product is recovered.
  • Figures 1a, 1b and 1c show schematic diagrams of preferred embodiments of a device for the decontamination of plant foods by high frequency acoustic waves according to the invention.
  • Figure 2 shows the effect of the use of high frequency ultrasound (megasons) in a device according to the invention on the microbial load of salads compared with a treatment with chlorine or water.
  • the invention relates to a device for treating products or organisms, preferably foods, with high frequency acoustic waves.
  • treatment is understood to mean the modification of the product or the organism to be treated, for example cleaning, stimulation, decontamination, sterilization, solubilization or mineralization, with the exception of the therapeutic treatment of an animal, including the man.
  • the Applicant has been able to demonstrate that the use of the device that is the subject of the invention notably makes it possible to clean and decontaminate foods, preferably plant foods, by high frequency acoustic waves propagating in a liquid, preferably water, without addition of chemical compound.
  • one of the features of the device is not to alter the living structures. It will therefore be mainly used with living plant organisms, but can also be used with various matrices whose integrity is to be advantageously preserved.
  • the device 1 object of the invention essentially comprises at least one chamber 2 and an ultrasonic transducer 3.
  • the chamber 2 according to the invention is a closed space suitable for to contain the product or products 4 to be treated, preferably to clean and / or decontaminate.
  • the enclosure is a container intended to receive the products to be treated, preferably to clean and / or decontaminate. As illustrated in FIG. 1, said container may for example be reclosable by a cover 5.
  • the enclosure 2 may be of any geometric shape, for example cylindrical, diamond, oval, ovoid, inverted ovoid, parallelepipedal, frustoconical, inverted frustoconical. It is preferably of cylindrical or parallelepipedal shape.
  • the enclosure 2 is a tank having one or more openings for filling, emptying, setting up treatment operations, preferably cleaning and / or decontamination.
  • the openings may be valves possibly provided with a thread allowing, for example, to connect filling or emptying pipes.
  • the diameter of the valves is for example about 40 mm, 50 mm or 70 mm.
  • the openings may also be faucets for taking a sample of the liquid contained in the enclosure, for example for analysis or tasting.
  • the volume of the chamber is preferably greater than 0.001 m 3 , for example between 0.001 m 3 and 500 m 3 .
  • the volume of the chamber is greater than 0.5 m 3 , for example between 0.5 m 3 and 50 m 3 .
  • the volume of the chamber is greater than 2.5 m 3 , for example between 2.5 m 3 and 25 m 3 .
  • the device that is the subject of the invention can be in the form of a tray adapted for use in the kitchen, whose size is comparable to the salad spinner currently on the market, with a capacity of approximately 1 to 5 liters and whose diameter is generally between 20 cm and 45 cm.
  • the device which is the subject of the invention can integrate a dewatering module that couples the cleaning and / or decontamination of the food to its spin before use or packaging.
  • the chamber 2 which is preferably a tank, is advantageously made of concrete, fiberglass, stainless steel or coated metal.
  • the chamber 2 which is optionally an overflow tank, comprises a liquid 6.
  • the liquid 6 allows the diffusion of the acoustic waves within the chamber 2.
  • the liquid 6 contained in the enclosure is a treatment liquid, preferentially cleaning comprising for example:
  • alcohol which is usually either ethanol or isopropanol
  • organic acids such as calcium lactate,
  • the liquid 6 contained in the chamber is used in solution, very diluted.
  • the treatment or cleaning liquid 6 is water, soft or saline. More preferably, the treatment or cleaning liquid 6 is fresh water.
  • usable freshwater mention may be made of drinking water such as mineral water, spring water or osmosis water.
  • the water used in the device 1 according to the invention is a drinking water.
  • the water of the treatment liquid may contain one or more other cleaning agent (s) and / or decontamination chosen from detergents and / or disinfectants.
  • Detergents are agents whose mode of action is physical or physicochemical.
  • Non-limiting examples of detergents that can be used include:
  • alkalis such as in particular sodium hydroxide, potassium hydroxide, carbonate and trisodium phosphate
  • acids such as in particular phosphoric, nitric and acetic acids
  • chelating agents such as sodium pyrophosphate and EDTA (ethylene diamine tetraacetic acid).
  • halogens in particular chlorine and its derivatives, which are particularly easy to use and inexpensive, in particular bleach (sodium hypochlorite) and sodium chlorocyanurates; , or the iodine derivatives;
  • oxides and peroxides such as hydrogen peroxide, ozone and peracetic acid
  • aldehydes such as formaldehyde and glutaraldehyde
  • surfactants and in particular quaternary ammoniums
  • the device 1 further comprises at least one ultrasonic transducer 3, that is to say a device converting electrical energy into acoustic energy in the ultrasonic range.
  • the transducer 3 according to the invention is composed of a single ceramic made from a homogeneous material or piezo-composite.
  • Transducers 3 are resonant elements, such as tuning forks.
  • the ultrasonic transducer 3 of the device 1 produces in the chamber 2, waves with a frequency greater than 100 kHz, preferably greater than 200 kHz. More preferably, the wave frequency is greater than 500 kHz. Particularly advantageously, the frequency of the waves produced in the chamber is between 1 MHz and 5 MHz. Such high frequency ultrasound higher than 1 MHz are also called megasons.
  • the wave frequency is between 1.6 MHz and 2.3 MHz.
  • the wave frequency is 1 MHz, 1.5 MHz, 1.6 MHz, 1.7 MHz, 1.8 MHz, 1.9 MHz, 2.0 MHz, 2.1 MHz, 2.2 MHz, 2.3 MHz, 2.5 MHz or 3 MHz.
  • the frequency of the ultrasound or ultrasonic waves generated by the ultrasonic transducer 3 is fundamental. Indeed, the principle of treatment, cleaning and / or decontamination using the device 1 according to the invention is based on the mechanical effects of the acoustic wave.
  • the first effect of the presence of acoustic waves for example in the vicinity of the epidermis of a plant is to promote the dissolution of soluble products deposited on the plant. Indeed, the particle velocity of the acoustic wave renews the liquid in contact with the soiled part.
  • the solid parts hung on the plant, generally small, are excited by the waves that propagate in the treatment liquid or cleaning.
  • the size of the particles is compared to the dimensions that characterize the acoustic wave in the tank 2.
  • the characteristic quantities are the wavelength (distance between two pressure maxima) and the acoustic boundary layer, also called the viscous boundary layer (distance between the plant surface and the area where the particle velocity is no longer subject to adhesion conditions). These two quantities are related to the frequency of the wave. The higher the frequency, the smaller these quantities are.
  • the wavelength is of the order of 0.5 mm to 2 mm in the water, and the acoustic boundary layer is about 1 micron in water if the frequency is 1 MHz.
  • the particle placed on the product 4 to be treated, cleaned and / or decontaminated which is for example a plant
  • the particle has part of its surface (the part farther from the support) subjected to the acoustic velocity field, but it is also subjected to the acoustic pressure field (alternation pressure / depression).
  • the forces resulting from this environment make the particle vibrate and facilitate the stall.
  • the particles deposited on the product 4 to be treated, cleaned and / or decontaminated are associated with trapped air microbubbles.
  • the acoustic wave makes this bubble vibrate and makes it change volume which contributes to destabilize the particle and unhook it.
  • the megas with their very short wavelength can penetrate the crevices of the epidermis of plants to dislodge any type of soil.
  • the efficiency of cleaning is even better than the sound power is strong.
  • the sound power is too strong and exceeds a certain threshold, the phenomenon of cavitation can appear.
  • Cavitation threshold means the acoustic power required to obtain cavitation, that is to say the creation and implosion of a gas bubble.
  • the bubble contains the gaseous phase of the liquid support of the acoustic wave.
  • the bubble subjected to variations in acoustic pressure oscillates and then implodes. At the time of the implosion, very intense pressures are generated, as well as high temperature rises. We can then see light emissions.
  • This "strong cavitation” is to be compared to the “weak cavitation” for which the bubble consists of dissolved gases present in the cleaning liquid 6, the pressures and temperatures due to this phenomenon are safe for plants. In this case there is no light radiation.
  • the use of very high frequency ultrasound, preferably megasons, makes it possible to have a very wide range of acoustic power without reaching cavitation strong.
  • the device according to the invention makes it possible to control the presence of strong cavitation, thanks to the acoustic signature characteristic of strong cavitation.
  • the Applicant has thus been able to demonstrate that treatment, cleaning and / or decontamination by megasonic waves are thus particularly well suited to fragile substrates such as plant foods, and more particularly fruits and vegetables.
  • the device 1 envisaged uses ultrasonic waves of very high frequency, preferably megasons, without ever reaching high cavitation.
  • the ultrasonic transducer 3 according to the invention is preferably composed of at least one piezoelectric ceramic. More preferably, the ultrasonic transducer 3 is composed of a set of piezoelectric ceramics.
  • the family of piezoelectric ceramics contains many elements, such as in particular barium titanates (BaTiO3) or Lead Zircono Titanates (PZT or LZT for Lead Zirconate Titanate), which are the most widespread and which alone six different compositions.
  • the ceramics used are PZT ceramics (Titano-Lead Zirconate) such as ceramics PZT-4, PZT-5 or PZT-8. More preferably, the ceramics used are ceramics intended for acoustic emission having a quality factor greater than 500 such as PZT-5.
  • the ultrasonic transducer 3 which is preferably a set of piezoelectric ceramics, may be arranged on the outer and / or inner walls of the enclosure 2.
  • Piezoelectric ceramics can be present on any type of wall, both horizontal walls and vertical walls.
  • the waves are well distributed in the chamber 2 thanks to the fact that the ceramics 3 are placed homogeneously on the walls of the tank. All the walls of the enclosure 2, which is preferably a tank, can be equipped. Preferably, the piezoelectric ceramics 3 are present on one, two, three, four or five walls of the enclosure 2.
  • ceramics of small sizes that is to say less than 10 cm and preferably between 2 cm and 4 cm are used. This allows optimal paving. Their shape is usually circular or polygonal. Each ceramic is powered by an independent generator calibrated on the resonance frequency of the ceramic.
  • each ceramic has its own resonance frequency.
  • Two ceramics of the same batch do not have the same resonance frequency.
  • the ultrasonic transducer 3 which is preferably a set of ceramics, preferably comprises an adjustment module 7.
  • each ceramic when each ceramic is powered by its own electronics, a random phase shift is created by said adjustment module 7.
  • the ceramics are previously desynchronized, thus avoiding the appearance of stationary waves and allowing to have a diffuse field.
  • the adjustment module 7 of the transducer 3, which is preferably made of piezoelectric ceramics, is an electronic power card.
  • each piezoelectric ceramic is preferably powered by an electronic power card providing an AC voltage corresponding to its own mode of vibration.
  • the shape and material of the diffractor are adapted to the desired acoustic directivity.
  • a hydrophone immersed in the tank advantageously makes it possible to constantly monitor the presence of cavitation. Indeed the implosion of cavitating bubbles generates a characteristic frequency spectrum. Thus, upon detection of cavitation presence, the acoustic power is reduced until the cavitation phenomenon is no longer detected by hydrophone 21.
  • the device which is the subject of the invention advantageously comprises an immersed hydrophone 21.
  • the circles 31 of the ultrasonic transducer 3 represent an acoustic diffraction device.
  • the device according to the invention preferably comprises a gasification system of the treatment or cleaning liquid, not shown in the figures, advantageously comprising a semipermeable membrane.
  • the gas is preferably introduced through a semipermeable membrane separating the gas to be dissolved and the treatment or cleaning liquid.
  • the nature of the gas is adapted to the product to be treated, cleaned and / or decontaminated. For example a mixture of nitrogen, oxygen and carbon dioxide, taken alone or as a mixture, in which the concentrations chosen make it possible to limit breathing.
  • the gas dissolved in the treatment or cleaning liquid may, for example, be treated in a sonochemical reactor and, depending on its nature, may contribute to the destruction of microorganisms.
  • the high frequency acoustic waves make it possible in particular to eliminate, by limiting the damage to the products to be treated, clean and / or decontaminate, even the most fragile micro-organisms (bacteria, viruses, fungi), organic molecules (various deposits, pesticides) present on the surface and in the microcracks of the products.
  • micro-organisms bacteria, viruses, fungi
  • organic molecules variable deposits, pesticides
  • This effect applies to all situations where microbiological or chemical decontamination is necessary or can be helpful. It can also be used to remove unwanted products from plants (eg oxidation products) during various agro-processing processes, for example.
  • the acoustic waves by creating convection movements, promote the circulation of the treatment liquid or cleaning, preferably water. They therefore have a homogenizing effect of the aqueous media in contact with the products to be treated, clean and / or decontaminate.
  • the device can also be used to avoid the creation of concentration gradient (in plant culture substrates in hydroponics, for example, in washing water during agrifood processes). It can also be used in all cases where improved wettability improves the process (eg germination of seeds, absorption of water or any other substance).
  • the number of surface sites, in which the weak cavitation appears is increased by the introduction of dissolved gases into the treatment or cleaning liquid.
  • the gas is introduced through a semi-permeable membrane separating the gas to be dissolved and the treatment liquid or cleaning.
  • the nature of the gas is adapted to the matrix to be treated.
  • the gas dissolved in the treatment or cleaning liquid is generally neutral and has an effect on the number of cavitation sites. It may also, depending on its nature, contribute to the effectiveness of treatment.
  • pollutant particle (s) to be destroyed present on the products to be treated include for example microorganisms, bacteria, fungi, viruses, pesticides, fungicides, or solid particles.
  • the Applicant has been able to highlight that, in spore form, fungi are very resistant to many decontamination processes (chemical decontaminants, UV radiation).
  • the device which is the subject of the invention makes it possible to eliminate from the surface both the sporulated forms of the fungi and the non-sporulated forms.
  • the device 1 according to the invention thus also allows to unhook the polluting particles, which will be in suspension or in solution in the treatment liquid or cleaning 6 if the particle is soluble.
  • the soiled cleaning liquid 6 flows in the tank from bottom to top and overflows the vessel.
  • the device which is the subject of the invention comprises a flow circuit for the treatment or cleaning liquid.
  • Said circuit comprises at least one additional additional module chosen from a sonochemical reactor 8, a weir 9, a filter 10 and / or a circulation pump 11.
  • the device according to the invention and / or the flow circuit of the treatment or cleaning liquid of said device comprises a sonochemical reactor 8.
  • the sonochemical reactor 8 allows in particular the mineralization of all the organic substances present in the aqueous medium. It therefore advantageously destroys both organic molecules (such as pesticides, fungicides, ...) that microorganisms (viruses, fungi in spore form or not, bacteria). It is preferably used in addition to acoustic waves in all cases where the substances resulting from acoustic treatment, must be eliminated. It is thus particularly useful for example for the recycling of process water.
  • the Applicant has been able to demonstrate that when the device according to the invention further comprises a sonochemical reactor, it makes it possible to have multiple applications in various sectors of agronomy and agro-food.
  • the device is particularly suitable for the processing of fruit and vegetables for the fresh market and agri-food processing, but it is also suitable for growing above ground.
  • the device allows the elimination of microorganisms and surface chemicals and contributes to the sanitary quality of products for fresh storage and agri-food processing.
  • the device allows the homogenization of nutrient solutions (acoustic megasons) and the reduction of the formation of biofilms on the culture supports.
  • the mineralization (sonochemistry) of the organic matter and the microorganisms of the nutritive solutions is ensured by the sonochemical reactor, which has an effect on the sanitary quality of the cultures and allows the recycling of the waters.
  • the device also has effects on the physiology of plants: by eliminating the microgradients of concentrations in the very near neighborhood of roots, it facilitates the absorption of water and / or nutritive solutions and thus improves the growth of plants.
  • the sonochemical reactor 8 is essentially intended to produce the active ingredients necessary for the destruction of microorganisms and / or pesticides.
  • This reactor 8 is preferably located in the flow circuit or in a circulation loop of the cleaning device.
  • the sonochemical reactor 8 is an enclosure comprising a liquid inlet and an outlet.
  • ultrasonic waves "cavitate" dirty water (strong cavitation). Indeed, it has been shown that acoustic cavitation results in the creation of microbubbles of dissolved gas, the oscillation of these bubbles leads to their implosion. This implosion is reflected in the vicinity of the bubble by overpressures (of the order of 500 atm), solar temperatures (2000 ° C to 5000 ° C) and UV light radiation.
  • the sonochemical reactor 8 also allows the creation of free radicals OH- according to the reaction:
  • sonochemical reactors 8 that can be used according to the invention, mention may be made of Langevin-type transducers such as the model STC 8HS 3528 manufactured by Sunnytech piezoelectric technology. This model consists of two piezoelectric discs 5 mm thick, 35 mm outer diameter and 5 mm inner diameter mechanically connected in series and electrically in parallel. These discs are compressed between two metal masses. On the one hand, they are in contact with an aluminum metal cone 35 mm in diameter on the ceramic side, 55 mm in diameter on the other side and 40 mm in length. On the other side, they are bounded by a stainless steel cylinder 35 mm in diameter and 18 mm long. The entire structure is maintained by a screw Ml 0 which passes through the component.
  • a screw Ml 0 which passes through the component.
  • the flow circuit of the treatment or cleaning liquid of said device further comprises one or more filters 10, 12, which are advantageously:
  • porous filter 10 for the filtration of large particles and / or
  • the porous microparticle filter 12 of the device according to the invention comprising a sonochemical reactor 8 advantageously makes it possible to obtain a recirculation water that is potable and capable of treating, cleaning and / or decontaminating the food after passing through said reactor. Indeed, the solid particles are stopped by the filter (s) 10, 12, whereas the organic substances are preferentially destroyed by the sonochemical reactor 8.
  • the filter or filters 10, 12 used according to the invention are chosen from carbon filters.
  • the filter 10, 12 is not a cold-plasma activated carbon filter such as the 02PRO TM module developed by Cartis TM.
  • the flow circuit of the treatment or cleaning liquid of the device may also contain an evacuation system which is advantageously a weir 9 and / or a circulation pump 11.
  • the device according to the invention and / or the flow circuit of the treatment liquid or cleaning said device further comprises a weir 9.
  • the weir 9 is a structure allowing to divert or evacuate the treatment liquid or 6 behind a winnowing or fixed dam, the height of which exceeds a certain limit.
  • the device according to the invention and / or the flow circuit of the treatment or cleaning liquid of said device further comprises a circulation pump 1 1.
  • Said circulation pump 1 1 is mainly intended to force the circulation of the treatment or cleaning liquid.
  • the flow circuit of the treatment or cleaning fluid of the device which is the subject of the invention comprises two modules chosen from a sonochemical reactor.
  • the invention relates to a device coupled with high frequency acoustic waves, sonochemistry and dissolved gas inputs which advantageously applies to post harvest processing of fruits, vegetables (leaves, roots, tubers, bulbs) and seeds (cereals, legumes and others); to above-ground crops, nurseries or in vitro culture.
  • the device can be used at all stages of plant development (seed germination, explant development, vegetative growth and fruit formation and development). In the food industry, the device can also be applied to meat products, fish and may have applications in the dairy industry.
  • the flow circuit of the treatment or cleaning liquid of the device which is the subject of the invention comprises three modules chosen from a sonochemical reactor 8, a filter 1 0, 1 2, a weir 9, and a circulation pump 10.
  • the device according to the invention and / or the flow circuit of the treatment or cleaning fluid of said device comprise all of the following elements: a gasification system for the treatment or cleaning liquid 6,
  • the device that is the subject of the invention also has the advantage of reducing the consumption of treatment or cleaning liquid or of water that is useful for treating, cleaning and / or decontaminating the products.
  • the interest is particularly present for the washing of certain vegetables such as salads with a device comprising a closed flow circuit.
  • tanks 2 can be used with larger or smaller volumes.
  • the device of the invention allows the treatment of products or organisms, preferably food, by high frequency acoustic waves.
  • the invention thus also relates to the use of a device according to the invention, for the treatment of a plant or for the treatment, non-therapeutic, of an animal, inserted into the enclosure.
  • treatment is understood to mean the modification of the product, the food or the organism to be treated, for example cleaning, stimulation, decontamination, sterilization, solubilization or mineralization, with the exception of therapeutic treatment of an animal.
  • the device of the invention has applications also in the infant food ("baby food” in English) for which the regulation prohibits the use of pesticides (heavy metals, nitrates, ...) or decontamination products (quaternary ammonium, chlorate ).
  • the device of the invention is associated with additional modules, not shown in the figures, allowing for example the control of raw materials, washing, peeling, removal of unwanted pieces by a refiner, the preparation of the recipe , packaging, encapsulation for example by steam jet, sterilization or pasteurization, control, and / or coding for traceability.
  • the device object of the invention finds applications also in the value chain of marketing meat such as poultry.
  • the device which is the subject of the invention is then optionally associated with modules additional, not shown in the figures, allowing for example the attachment, anesthesia or bleeding of animals, the opening of the pores to facilitate plucking (scalding tank), plumage, evisceration and / or cutting some members, internal and external washing, and / or conditioning.
  • the device which is the subject of the invention has applications also in above-ground cultures, in particular for actively combating the appearance of biofilms.
  • the invention also relates to the use of the device for the treatment of food inserted in the enclosure, preferably plant foods.
  • the device according to the invention is used for cleaning and / or decontaminating food inserted in the enclosure (2), preferably plant foods.
  • the plants to be decontaminated are preferably selected from fruits, vegetables, seeds, tubers or any part of an edible plant.
  • the device that is the subject of the invention is also particularly suitable for plants that are sensitive to transport desiccation, intended for the fourth range, the soil and fruits to be peeled. Plants cleaned and / or decontaminated with the device according to the invention advantageously have a longer life and improved quality.
  • the device can be used for the treatment of food of animal origin inserted in the enclosure.
  • the device is particularly suitable for brining food, preferably brining food of animal origin, more preferably still ham.
  • the fluid By exciting the interface by an acoustic wave, the fluid is constantly renewed, the migration of active molecules will then be increased since in this case the concentration of active product is fixed at its initial value and it is invariable in time. The overall result is to reduce the treatment time to reach the desired dosage.
  • the Applicant has been able to demonstrate that the use of brine in the tank or chamber 2, followed by a food treatment by the device according to the invention, in particular reduces the brining time.
  • the Applicant has also been able to demonstrate that the device which is the subject of the invention makes it possible to modify the metabolism of an organism, an organ or a tissue, preferentially the modification ex vivo when the organism, organ or the tissue is inserted into the chamber 2.
  • An organism according to the invention is a complex, organized system, which is the product of successive variations during evolution. It consists of one or more cells (unicellular or multicellular organism).
  • an organ is a set of specific tissues of an organism capable of performing one or more specific functions.
  • a living tissue is the intermediate level of organization between the cell and the organ.
  • a fabric forms a functional whole, that is to say that its cells contribute to the same function.
  • the organism, organ or tissue is of animal or plant origin.
  • the Applicant has in particular been able to show that the device made it possible to create on the plants tensile forces in the boundary layer of certain plants.
  • the adsorption of molecules or macromolecules on the cell surface will also be modified by the device according to the invention.
  • the device according to the invention can therefore be used to modify the exchanges between the organisms, the organs or the tissues 4 and the treatment liquid 6.
  • the device which is the subject of the invention thus makes it possible to modify the metabolism of an organism, an organ or a tissue, preferentially the modification ex vivo when the organism, organ or tissue is inserted into the chamber 2, said modification allowing for example the neosynthesis of primary and / or secondary metabolites.
  • the device according to the invention can thus advantageously be used to modify the metabolism of organisms, organs or tissues either by stimulating or by repressing the synthesis of cellular compounds.
  • the device according to the invention can be used to modify the metabolism of an organism, an organ or a tissue by stimulating its growth.
  • the organism is a plant organism
  • the organ is a plant organ
  • the tissue is a plant tissue.
  • the device according to the invention can also be used to increase the defenses of a plant organism, a plant organ or a plant tissue, in the face of infection by a pathogenic agent which is preferably a fungus.
  • the Applicant has been able to demonstrate that root treatment by the device according to the invention stimulates the growth of plants and increases the defenses of the leaves against infection by a pathogenic fungus.
  • These two examples show that the effects of the treatment are not limited to the organ treated, but induce an overall systemic response of the plant and a change in metabolism.
  • the invention finally relates to a method of cleaning and / or decontamination by high frequency acoustic waves, characterized in that it comprises the following steps according to which:
  • a product to be cleaned and / or decontaminated 4 by at least one polluting particle is introduced into an enclosure 2 which is preferably an overflow tank;
  • High frequency acoustic waves greater than 100 kHz, preferably greater than 200 kHz are generated in said chamber 2 by an ultrasonic transducer 3;
  • the acoustic waves propagate in the chamber 2 and reach the product to be cleaned and / or decontaminated 4;
  • the object of the invention is a method for cleaning and / or decontaminating a product by using the device according to the invention described above.
  • the process is characterized in that the enclosure 2 comprises a cleaning liquid 6 and in that said process comprises an additional treatment step, by a flow circuit of the cleaning liquid soiled and loaded with pollutant particles.
  • the cleaning liquid contaminated with pollutant particles is passed through a filter 10;
  • the liquid thus filtered enters a recirculation pump 1 1 and then into a sonochemical reactor 8 of frequency between 40 kHz and 400 kHz, in which the polluting particle is destroyed;
  • the liquid free of polluting particle is either reintroduced into the chamber 2, or introduced into a secondary circuit 13.
  • the cleaning liquid soiled and loaded with polluting particles may be introduced into a secondary circuit as of the first step above, that is to say before the optional step of passage through a filter 10.
  • the method may further comprise an additional step of filtering the cleaning liquid by a microparticle filter 12.
  • the method which is the subject of the invention preferably comprises a step of desynchronization of the piezoelectric ceramics of the ultrasonic transducers 3 which makes it possible to avoid the formation of stationary waves and to obtain a diffuse field.
  • Example 1 Effects of a treatment by measons on the cleaning and decontamination of salads
  • the plant decontamination tests were carried out on a typical leaf vegetable, the salad for a fourth-level preservation.
  • the lettuce leaves are removed and placed in a sterile STOMACHER TM bag, under sterile air in a laminar flow hood, in a solution of tryptone-salt (18g.L->) which contains 0.2% tween 80 (2- [2- [3,4-bis (2-hydroxyethoxy) oxolan-2-yl] -2- (2-hydroxyethoxy) ethoxy] ethyl octadec-9-enoate.
  • tryptone-salt solution mixture of tryptone and sodium chloride
  • Tryptone Sel (or Peptone Sel) medium is a low peptone isotonic diluent used for dilutions in food or cosmetic analyzes.
  • the ratio of amount of vegetable matter to tryptone-salt solution was optimized to 10 g of material per 90 ml of solution.
  • the sample is then milled in a STOMACHER TM mill with alternating blade movements, which allows homogenization of the samples directly in sterile bags.
  • a sample of the grinding solution is then inoculated into a petri dish in order to count the microorganisms.
  • Three different nutrient media are used:
  • This medium is preferably adapted to the mushroom culture and is composed of glucose potato extract and bacteriological agar agar.
  • This medium is preferably adapted to the culture of bacteria and contains yeast extract, enzymatic digestion of casein, glucose and bacteriological agar agar.
  • Glucamphenicol and glucose agar medium consisting of 5g of yeast extract, 20g of glucose, 0.1 g of chloramphenicol, 15g of agar per liter of solution, this medium does not allow bacterial growth. All media are autoclaved at 121 ° C for 15 min. The grinding solution is then diluted 10 " to 10 " . Seeding is carried out in petri dishes containing PDA and PCA media at the rate of ⁇ ⁇ of the grinding solution or the diluted solution, per dish. Each seeding is repeated three times. The boxes are isolated from the outside by PARAFILM TM and are incubated at 25 ° C for 72h.
  • N ⁇ colonies / Vml x (n 1 +0.1 n 2) x d 1
  • N number of CFU per gram or per ml of initial product
  • Vml volume of solution deposited (0.1 ml)
  • ni number of boxes considered at the first dilution selected
  • n2 number of boxes considered at the second dilution retained
  • results are presented as mean with standard deviation and the analysis of variance (ANOVA) is used as a statistical test.
  • a cleaning device and / or decontamination as shown in Figure 1b is used.
  • High frequency acoustic waves are applied during washing and used in order to pick up polluting particles such as microorganisms located mainly on the surface of plant foods, which are in this case salads, variety lettuce butter .
  • the ceramics of the device used have a resonance frequency of about 1.6 MHz.
  • the diameter of ceramics is 20mm.
  • the individual power is about 30W per ceramic.
  • salads, lettuce butter variety are trimmed, cut, and then soaked for 3 minutes in a chlorine solution (80 ppm). They are then rinsed for 5 minutes, wrung out and stored in sachets at 6 ° C for 7 days.
  • the permeability of the used sachets makes it possible to obtain an internal atmosphere comparable to that of the air, this in order to avoid that an atmosphere enriched in CO2 can slow down the development of microorganisms.
  • the tests (not included in this example) have shown that the preferred duration of treatment is between 0.5 and 5 minutes.
  • the results were obtained with a mega-treatment time of 3, 6 or 12 minutes, a rinse time of 5 minutes, a rinse rate of 0.5 L / min and a lettuce load of 65. g / L.
  • Microbiological analyzes were performed before bagging and after 3 and 7 days of storage.
  • Figure 2 compares bacterial contamination of lettuce after washing with water, chlorine and after treatment with megas in water for three minutes.
  • the letters a and b indicate that the results are significantly different - Mann and Whitney test threshold of significance 5%)
  • the quality of the fourth row lettuce is not modified by the treatment with megasons and this throughout the shelf life.
  • megasons are an alternative to using chlorine for fourth-range transformation processes.
  • the use of the device according to the invention not only allows effective decontamination and comparable to chlorine, but it avoids the problems associated with such use of chlorine which can lead to the appearance of toxic chlorate residues or by-products such as trihalomethanes, methylene bromides and other molecules considered to be toxic in the diet.
  • the use of the device according to the invention makes it possible to maintain the initial quality of the products.
  • Example 2 Effects of a treatment by measons on the decontamination of apples and strawberries
  • the plant decontamination tests were carried out on two types of fruit, the shape of the epidermis is very different, the apple and the strawberry.
  • Example 1 As for the lettuce leaves of Example 1, the epidermis of apples or whole strawberries are removed and placed in a sterile STOMACHER TM bag. The methodology for determining the microbiological contamination of fruits is identical to that described in Example 1 above.
  • a cleaning device and / or decontamination as shown in Figure 1b is also used.
  • High frequency acoustic waves are applied during washing and used in particular to pick up polluting particles such as microorganisms located mainly on the surface of foods that are in this case apples and strawberries.
  • the ceramics of the device used have a resonance frequency varying between 1.5 MHz and 2.5 MHz.
  • the diameter of ceramics is 20mm.
  • the individual power is about 30W per ceramic.
  • Apples and strawberries were treated substantially under the same conditions as those described in Example 1.
  • the negative control of this example is the unwashed fruit. It is compared with washing with water and treatment with the device according to the invention as illustrated in FIG.
  • Chlorine is not used in this example because it does not enter the processes of washing fruit for consumption or preservation in fresh.
  • the results of the study are shown in Table 1 below, which compares the microbial load (log (cfu) / 10g) of apples and strawberries before washing, after washing with water for three minutes and after treatment. by the system with megasons for three minutes.
  • the letters a and b indicate that the results are significantly different - Mann and Whitney test threshold of significance 5%
  • Table 1 Microbial load of apples and strawberries before washing and after washing with water and after a treatment according to the invention
  • the device according to the invention makes it possible in particular to improve the decontamination of fruits of a CFU Log and can be applied to all fruits and vegetables.
  • the Applicant has shown that the device object of the invention could also be used to homogenize the hydroponic culture media, limit the accumulation of exudates in the vicinity of the roots and thus promote the absorption of water and mineral salts. Homogenization also makes it possible to limit the appearance of biofilms.
  • the invention can be used provided that it does not have negative effects on the growth of the plants.
  • Example 3 was therefore performed to determine the effects of megasons on plant growth.
  • a batch of 30 young cotyledonary stage lettuce plantlets were treated with megas for five minutes.
  • the height of the plants and the number of leaves 10 and 20 days after the treatment are shown in Table 2 below.
  • the letters a and b indicate that the results are significantly different - Mann and Whitney test threshold of significance 5%.
  • Table 2 Height and number of seedling leaves of lettuce treated according to the invention for five minutes at the cotyledonary stage Duration of 10 days after treatment 20 days after culture treatment
  • the treatment with the device object of the invention stimulates the growth of plants and their tolerance vis-à-vis various biotic and abiotic stresses. This effect is maintained until twenty days after treatment.
  • Example 4 Process for decontaminating plant foods by high frequency acoustic waves according to the invention
  • the decontamination process uses the device that is the subject of the invention as illustrated in FIG. 1b.
  • the cleaning phase is provided by megasonic waves (frequencies greater than or equal to 1 MHz) coupled with a dissolved gas supply.
  • the decontamination phase is performed by traditional acoustic frequency of the order of 40 kHz to 400 Hz.
  • the method comprises the following steps wherein:
  • plant foods 4 possibly contaminated with at least one pollutant particle are immersed in an overflow tank comprising a cleaning liquid 6 and megasonic acoustic wave sources 3 with a frequency greater than or equal to 1 MHz;
  • the propagation of megasons creates spatial and temporal alternations of compression and depression that are able to mechanically stress the plant foods to decontaminate and unhook the pollutant particle (s) from the food;
  • the mechanical effect according to d) is amplified by low cavitation when the polluting particle (s) is associated with a trapped air bubble at the moment when the plant foods have been immersed in the tank in that the acoustic wave vibrates and changes the volume of said air bubble and destabilizes the polluting particle (s) which is unhooked; the dissolved gas favors the appearance of cavitation sites;
  • a recirculation pump 1 1.
  • the tank 2 is an overflow cleaning tank containing the plants to be cleaned 4, the plants are fully immersed in the cleaning liquid.
  • the cleaning liquid arrives from the bottom of the tank 2. Thus a flow is established from the bottom to the top of the tank.
  • the liquid fills the tank and then overflows on the upper edges of the tank in a weir 9.
  • the soiled liquid 6 is then filtered by the porous filter 10.
  • the circulation of the liquid 6 is ensured by the pump 1 1.
  • the liquid 6 freed of particles enters the sonochemical reactor 8 where acoustic cavitation destroys microorganisms and pesticides.
  • the liquid 6 may advantageously enter a gasification device equipped with a semi-permeable membrane, the gas dosage is managed by the pressure exerted on the gas.
  • the liquid 6 returns to the cleaning tank 2 freed from any pollutant and possibly gasified.
  • the recirculation flow rate is adapted to the acoustic performance of the cleaning tank 2 and to the performance of the reactor 8.
  • the cleaning liquid 6 preferably chosen is water, it is optionally possible to add soluble products or to dissolve gases therein.
  • the ceramics generating the acoustic waves in the tank 2 may be glued to the inner or outer walls of the tank. Alternatively, a removable and immersible device is also possible.
  • Each piezoelectric ceramic is powered by a power electronic card 7, providing it with an alternating voltage corresponding to its own mode of vibration.
  • the acoustic field generated which propagates in the cleaning liquid 6 is homogeneous, the plants immersed in the liquid 6 are uniformly insonnified, so that the flipping of the plant foods to be decontaminated is less preponderant.
  • the cleaning efficiency is such that the treatment is done under standard conditions 20 ° C, atmospheric pressure.
  • the duration of the cleaning cycle is short, which allows to consider an online treatment.
  • Example 5 Effect of treatment by meason on tolerance of lettuce leaves to infection with Botrytis cinerea. Lots of young cotyledonary stage, and five leaf, lettuce plantlets were treated with the device for five minutes.
  • Treatment with the device was performed at the cotyledonary stage and at the five-leaf stage two days prior to contact with the fungus.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de traitement par des ondes acoustiques de haute fréquence, comprenant au moins une enceinte et au moins un transducteur à ultrasons. L'invention se caractérise en ce que les ondes produites par le transducteur à ultrasons dans l'enceinte ont une fréquence supérieure à 100 kHz, préférentiellement supérieure à 200kHz. L'invention concerne également son utilisation pour le traitement d'un végétal ou pour le traitement, non thérapeutique, d'un animal dans l'enceinte (2).

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE DE TRAITEMENT PAR DES ONDES ACOUSTIQUES
DE HAUTE FREQUENCE
L'invention concerne un dispositif et un procédé de traitement par exemple de nettoyage et/ou de décontamination d'aliments tels que les aliments végétaux, par des ondes acoustiques de haute fréquence.
Les fruits et les légumes sont une partie essentielle de l 'alimentation des populations du monde, contribuant à un apport en vitamines et en minéraux essentiels ; ils peuvent être consommés crus en première et quatrième gamme ou transformés selon les procédés de l'industrie agroalimentaire en deuxième, troisième et cinquième gammes.
Les fruits et les légumes cultivés selon des méthodes agricoles conventionnelles sont toutefois soumis à des risques de contaminations microbiologiques et les maladies d'origine alimentaires liées à la consommation de ces produits sont largement présentes dans le monde entier et peuvent engendrer des problèmes de santé publique. Ces risques sont encore augmentés lorsque les pratiques agricoles minimisent les intrants comme c'est le cas en agriculture biologique. En effet, de nombreuses bactéries, telles que Bacillus, Salmonella, Listeria, Staphylococcus, Escherichia, sont capables d'adhérer et de former un biofilm sur des différentes surfaces, par exemple à la surface de fruits et légumes (Elhariry, 201 1 , « Attachment strength and biofilm forming abilify of Bacillus cereus on green-leafy vegefables: cabbage and leffuce », Food Microbiology 28, 1266-1 274) . Les fruits et légumes frais sont exposés en particulier lors de la récolte, du conditionnement et du stockage en chambre froide lors du transport, et enfin lors de transformations telles que des opérations de pré-découpage, à ces divers risques de contaminations pathogènes.
La maîtrise de la qualité sanitaire est un des enjeux essentiels, aussi bien pour la commercialisation des fruits et légumes frais que pour les matières premières utilisées dans les industries de la transformation des fruits et légumes, et notamment les industries de quatrième gamme. En effet, quelle que soit la technique d'élaboration, le procédé de conservation et la destination finale des produits, une réduction de la charge microbienne initiale minimise les risques de contamination tout au long de la chaîne de conservation et de transformation. Il est donc impératif pour les industries agroalimentaires d'assurer la qualité sanitaire en amont des procédés et à chaque étape de la transformation pour assurer la salubrité des produits. Selon la nature des fruits et légumes et leur origine, les opérations de décontamination visent essentiellement à maîtriser la qualité sanitaire, c'est à dire éliminer les micro-organismes pathogènes pour l' homme, mais également elles participent, de fait, à l'élimination des substances chimiques (pesticides, fongicides) issues des traitements phytosanitaires. Elles visent également à maîtriser la contamination phytopathogène ou opportuniste, non pathogène pour l' homme, qui se développe après la récolte, altère les produits en conservation et les rend impropres à la consommation et à la commercialisation. Par ailleurs, les conditions de production qui visent à limiter l'usage des produits phytosanitaires (pesticides, fongicides) avant la récolte sont plus favorables au développement des micro-organismes au cours de la conservation, ce qui est actuellement la principale cause de pertes après récolte. Cette problématique, essentielle pour tous les types de production devient un des principaux facteurs limitant les productions en agriculture biologique.
Dans le secteur agroalimentaire, le lavage des fruits et légumes à destination de la commercialisation en frais, des industries quatrième gamme et des industries de transformation, est donc une étape majeure. Le lavage a pour objectif principal de réduire au maximum les contaminants microbiologiques, biologiques et chimiques présents à la surface des végétaux.
Dans ce domaine, il est connu de l' homme du métier que les fruits et légumes sont typiquement lavés avec de l 'eau dont le recyclage n'est généralement pas assuré. Dans certains cas particuliers, comme la transformation en quatrième gamme, un apport de chlore est nécessaire pour assurer la qualité sanitaire (de l'ordre de 80 ppm de chlore).
Le chlore et les composés chlorés sont utilisés comme désinfectants depuis des décennies, et sont encore à ce jour les seules substances désinfectantes qui présentent un rapport coût/efficacité acceptable pour l'industrie agroalimentaire. De nombreux travaux ont été effectués sur les effets du chlore et la qualité sanitaire (2007, "Comparison of disinfection by product formation from chlorine and alternative disinfectants", Water Research 41 , 1 667-1 678; Al-Zenki et al., 2012, "Microbial safety and sanitation of fruits and fruit products", In: Handbook of Fruit and Fruit Processing. Wiley- Blackwell, USA, pp. 339-340). La plupart des méthodes de lavage des matières premières fraîches utilisent donc du chlore et de grandes quantités d'eau, le renouvellement de l'eau chlorée étant à la base de l 'efficacité du lavage.
Le chlore a cependant de nombreux inconvénients : en présence de composés organiques dissous, il peut se former des sous-produits tels que les trihalométhanes, les bromures de méthylène et autres molécules considérées comme toxiques dans l'alimentation. Une étude réalisée par le CVUA (Stuttgart) a montré que sur 600 échantillons végétaux analysés, 20 % d 'entre eux contenaient des résidus chlorate toxiques, à des concentrations allant de 0,01 à 0,92 mg/kg. La norme à ne pas dépasser étant actuellement fixée à 0,7 mg/kg, norme en vigueur actuellement ("Should chlorate residues be of concern in fresh-cut salads?" Gil, Marin, Andujar, Allende Food Control 60 (201 6) 41 6e421 ) .
Au cours de l'utilisation de chlore, il peut également se former de la vapeur toxique pour les opérateurs. De plus, l'utilisation à grande échelle du chlore dans les bains de lavage et son rejet dans les eaux usées pose également un problème environnemental. C'est notamment pour ces raisons que l'utilisation du chlore à des fins de désinfection des matières premières est déjà interdite dans certains pays, notamment en Allemagne et en Suisse et cette interdiction tend à se généraliser en Europe notamment.
Les industries de l 'agroalimentaire s'intéressent donc de plus en plus aux alternatives possibles. La recherche d 'alternatives au chlore a fait l'objet de nombreuses études et différentes pistes qui utilisent et conjuguent des solutions chimiques, biologiques ou physiques ont été explorées. Outre le lavage avec du chlore ou dioxyde de chlore, d 'autres pistes sont étudiées telles que par exemple une combinaison de plusieurs méthodes de décontamination choisies parmi des produits avec du chlorure de sodium acidifié, des formulations d'acides organiques, des désinfectants à base alcaline, du peroxyde d'hydrogène, de l'eau ozonée, de l'eau électrolysée, de l'acide péroxyacétique, et des traitements thermiques modérés, ainsi que d'autres procédés physiques, notamment par ultrasons, rayonnement ultraviolet, champ électrique puisé, champs magnétiques oscillants, et haute pression, pour diminuer la charge microbienne des fruits et légumes frais (Gil et al., 201 1 , "Treatments to assure safety of fresh-cut fruits and vegetables" In: Martin-Bellosa, O., Soliva-Fortuny, R. (Eds.), Advances in Fresh-cut Fruit and Vegetables Processing. CRC Press, USA, pp. 21 1 -223). Plus particulièrement, les ultrasons sont utilisés pour la décontamination des produits transformés (tels que les jus, purée, etc.) qui ne nécessitent pas de maintenir l'intégrité des tissus vivants. En effet, de manière générale, les ultrasons avec des fréquences de 20-100 kHz ont la capacité de provoquer la cavitation, utilisée dans l'industrie alimentaire pour inactiver les microorganismes (Piyasena et al., 2003, "Inactivation of microbes using ultrasound: a rev/'ew" International Journal of Food Microbiology 87 (3), 207-216). La cavitation nécessaire à l'inactivation des micro-organismes altère les cellules végétales et ne permet pas le maintien des structures vivantes et leur conservation en l'état. C'est par ailleurs une technologie non-thermique qui contribue à l'augmentation de la sécurité antimicrobienne tout en préservant des caractéristiques nutritionnelles, sensorielles et fonctionnelles et sensibles à la chaleur. Un avantage majeur des ultrasons sur les autres techniques dans l'industrie alimentaire est que les ondes sont généralement considérées comme sûres, non-toxiques et respectueuses de l'environnement ( entish et Ashok umar, 201 1 , 'The physical and chemical effects of ultrasound" In: Feng, H., Barbosa-Canovas, G.V., Weiss, J. (Eds.), Ultrasound Technologies for Food and Bioprocessing. Springer, London, pp. 1 -12).
Des résultats récents, obtenus par José Sao, montrent que les ultrasons sont efficaces en se limitant à des fréquences de 45kHz ("Caracterizaçao fisico- quimica e microbiologica de tomate cerja minimamente processado submetido a diferentes tratementos de sanitizaçao" Thèse Viçosa Minas Gérais Brasil 2013).
Les propositions d'alternatives aux procédés de décontamination traditionnels sont certes nombreuses, mais restent néanmoins peu ou pas utilisées par les entreprisesv La principale raison à cela est qu'aucune de ces alternatives n'est aussi efficace en terme de désinfection ou décontamination que le chlore, sans altérer les produits végétaux. Par ailleurs, les alternatives engendrent des coûts importants qui ne permettent pas une utilisation en agroalimentaire et représentent donc un important frein à l'investissement En outre, les autres décontaminants chimiques sont soit trop oxydants ou trop dégradants pour les végétaux (cas du peroxyde d'hydrogène par exemple) ou insuffisamment actifs contre les micro-organismes (cas des combinaisons d'acides organiques par exemple). Enfin, il est souvent difficile d'adapter une ligne de production, et le faire après coup revient encore plus cher, que de penser une conception hygiénique en amont. Ainsi, actuellement aucune alternative à l'utilisation du chlore n'est satisfaisante et utilisée par l'industrie agro-alimentaire et le chlore reste le décontaminant utilisé industriellement dans tous les cas où la législation le permet.
Toutefois, si le chlore assure une décontamination bactériologique et fongique, il n'a pas d'effet particulier sur les résidus chimiques issus des traitements phytosanitaires en cours de production. Or, aujourd'hui, la présence de résidus chimiques sur des fruits et légumes à la récolte et en particulier sur les salades a été montrée dans de nombreuses études sur ce sujet. Aucune technologie actuellement ne propose de réduire la charge en pesticides à la surface des légumes et des fruits, avant leur transformation.
Considérant ce qui précède, afin de résoudre les problèmes listés ci- dessus et notamment développer une alternative au nettoyage et à la décontamination par le chlore, le Demandeur a élaboré un nouvel équipement et une nouvelle technologie, respectueux de l'environnement pour un nettoyage et/ou une désinfection optimisés de produits, préférentiellement des aliments, tout en limitant les effets indésirables observés dans l'art antérieur.
Une telle technologie mise en oeuvre est avantageusement dite « verte », c'est-à-dire sans ajout de contaminant chimique, sans rejet pour l'environnement et sans production de sous-produits nocifs pour la santé. Cette technologie permet avantageusement une décontamination aussi efficace que celle obtenue par le chlore. Elle permet également d'éliminer une partie des résidus chimiques. Elle peut donc répondre notamment aux attentes des professionnels de toute la chaîne de transformation agroalimentaire et en particulier des industries de transformation quatrième gamme.
L'invention a donc pour premier objet un dispositif de traitement par des ondes acoustiques de haute fréquence, comprenant au moins une enceinte, qui est préférentiellement une cuve à débordement comprenant un liquide, et au moins un transducteur à ultrasons, caractérisé en ce que les ondes produites par le transducteur à ultrasons dans l'enceinte ont une fréquence supérieure à 100 kHz, préférentiellement supérieure à 200 kHz.
L'invention a pour second objet l'utilisation d'un dispositif selon l'invention, pour le traitement d'un végétal ou pour le traitement, non thérapeutique, d'un animal, inséré dans l'enceinte. L'invention a pour troisième objet l' utilisation d'un dispositif selon l'invention, pour la modification ex vivo du métabolisme d 'un organisme, d 'un organe ou d'un tissu inséré dans l 'enceinte.
L'invention a pour dernier objet un procédé de nettoyage et/ou de décontamination par des ondes acoustiques de haute fréquence, caractérisé en ce qu 'il comprend les étapes suivantes selon lesquelles :
- un produit à nettoyer et/ou à décontaminer par au moins une particule polluante est introduit dans une enceinte qui est préférentiellement une cuve à débordement ;
- des ondes acoustiques de haute fréquence, supérieure à 1 00 kHz, préférentiellement supérieure à 200kHz sont générées dans ladite enceinte par un transducteur à ultrasons ;
- les ondes acoustiques se propagent dans l'enceinte et atteignent le produit à nettoyer et/ou à décontaminer ; et
- le produit nettoyé et/ou décontaminé est récupéré.
L'invention et les avantages qui en découlent seront mieux compris à la lecture de la description et des modes de réalisation non limitatifs qui suivent, rédigée au regard des figures annexées dans lesquelles :
les Figures 1 a, 1 b et 1 c représentent des schémas de principe de modes de réalisation préférés d'un dispositif pour la décontamination d 'aliments végétaux par des ondes acoustiques de haute fréquence selon l'invention ; et
la Figure 2 représente l'effet de l'utilisation d 'ultrasons de haute fréquence (mégasons) dans un dispositif selon l'invention sur la charge microbienne de salades par comparaison avec un traitement au chlore ou à l 'eau.
L'invention concerne un dispositif de traitement de produits ou d'organismes, préférentiellement d 'aliments, par des ondes acoustiques de haute fréquence.
Selon l 'invention, on entend par traitement la modification du produit ou de l'organisme à traiter, par exemple le nettoyage, la stimulation, la décontamination, la stérilisation, la solubilisation ou la minéralisation, à l'exception du traitement thérapeutique d'un animal, incluant l ' homme.
De façon surprenante, le Demandeur a pu mettre en évidence que l'utilisation du dispositif objet de l'invention permet notamment le nettoyage et la décontamination d 'aliments, préférentiellement d 'aliments végétaux, par des ondes acoustiques de haute fréquence se propageant dans un liquide, préférentiellement de l'eau, sans addition de composé chimique. Par ailleurs, une des caractéristiques du dispositif est de ne pas altérer les structures vivantes. Il sera donc principalement utilisé avec des organismes végétaux vivants, mais peut également l'être avec des matrices diverses dont on souhaite avantageusement préserver l'intégrité.
Comme cela est illustré aux figures l a, 1 b et l e, le dispositif 1 objet de l'invention comprend de manière essentielle au moins une enceinte 2 et un transducteur à ultrasons 3. L'enceinte 2 selon l'invention est un espace clos apte à contenir le ou les produits 4 à traiter, préférentiellement à nettoyer et/ou décontaminer. De préférence, l'enceinte est un récipient destiné à accueillir les produits à traiter, préférentiellement à nettoyer et/ou décontaminer. Comme illustré à la figure 1 , ledit récipient peut par exemple être refermable par un couvercle 5.
L'enceinte 2 peut être de toutes formes géométriques, par exemple de de forme cylindrique, diamant, ovale, ovoïde, ovoïde renversé, parallélépipédique, tronconique, tronconique inversée. Elle est préférentiellement de forme cylindrique ou parallélépipédique.
Plus préférentiellement encore, l'enceinte 2 est une cuve comportant une ou plusieurs ouvertures destinées au remplissage, à la vidange, à la mise en place d'opérations de traitement, préférentiellement de nettoyage et/ou de décontamination.
Les ouvertures peuvent être des vannes éventuellement munies d'un pas de vis permettant par exemple de brancher des tuyaux de remplissage ou de vidange. Le diamètre des vannes est par exemple d'environ 40 mm, 50 mm ou 70 mm.
Les ouvertures peuvent également être des robinets permettant de prélever un échantillon du liquide contenu dans l'enceinte, par exemple pour l'analyse ou la dégustation.
Le volume de l'enceinte est préférentiellement supérieur à 0,001 m3, par exemple compris entre 0,001 m3 et 500 m3. Préférentiellement, le volume de l'enceinte est supérieur à 0,5 m3, par exemple compris entre 0,5 m3 et 50 m3.
Plus préférentiellement encore, le volume de l'enceinte est supérieur à 2,5 m3, par exemple compris entre 2,5 m3 et 25 m3.
Préférentiellement, le dispositif objet de l'invention peut se présenter sous la forme d'un bac adapté à une utilisation en cuisine, dont la taille est comparable aux essoreuses à salade actuellement sur le marché, d'une capacité d'environ 1 à 5 litres et dont le diamètre est généralement compris entre 20 cm et 45 cm. Par ailleurs, le dispositif objet de l'invention peut intégrer un module d'essorage qui permet de coupler le nettoyage et/ou la décontamination des aliments à leur essorage avant utilisation ou emballage.
En fonction du positionnement du transducteur à ultrasons 3, l'enceinte 2 qui est préférentiellement une cuve, est avantageusement en béton, en fibre de verre, en acier inoxydable ou en métal revêtu.
De manière particulièrement avantageuse, tel que cela est illustré aux figures 1 b et l e, l'enceinte 2 qui est éventuellement une cuve à débordement, comprend un liquide 6.
Le liquide 6 permet la diffusion des ondes acoustiques au sein de l'enceinte 2.
Préférentiellement, le liquide 6 contenu dans l'enceinte est un liquide de traitement, préférentiellement de nettoyage comprenant par exemple :
- de l'eau,
- de l'eau électrolysée,
- de l'oxyde de calcium ou chaux vive, qui est généralement utilisée mélangée à de l'eau dans la proportion de 10 % ;
des hypochlorites et notamment l'hypochlorite de sodium ou eau de Javel, qui est généralement utilisée mélangée à l'eau ;
- du dioxyde de chlore ;
- du chlorite de sodium ;
du chlorate de sodium ;
du chlorate de potassium ;
de l'alcool qui est généralement soit de l'éthanol ou de l'isopropanol ;
- des acides organiques tels que le lactate de calcium,
- de l'acide peroxyacétique,
- du peroxyde d'hydrogène ou eau oxygénée ;
- de l'iode ;
- de l'ozone ;
- du phénol et les composés phénoliques ;
du permanganate de potassium ;
des sels d'ammonium quaternaire ;
- du toluène ; et/ou
- du vinaigre ou acide acétique ;
lesdits composants ci-dessus étant utilisés seuls ou en mélange en vue de la préparation du liquide de traitement, préférentiellement de nettoyage. Préférentiellement, le liquide 6 contenu dans l'enceinte est utilisé en solution, très dilué.
De préférence, le liquide de traitement ou de nettoyage 6 est de l'eau, douce ou saline. Plus préférentiellement, le liquide de traitement ou de nettoyage 6 est de l'eau douce. A titre d'exemple non limitatif d'eau douce utilisable, on peut citer l'eau potable telle que l'eau minérale, l'eau de source ou l'eau osmosée.
De préférence, l'eau utilisée dans le dispositif 1 selon l'invention est une eau potable.
De façon alternative, pour augmenter davantage le pouvoir traitant, nettoyant et/ou décontaminant du dispositif selon l'invention, l'eau du liquide de traitement, préférentiellement de nettoyage peut contenir un ou plusieurs autre(s) agent(s) de nettoyage et/ou de décontamination choisis parmi les détergents et/ou les désinfectants.
Les détergents sont des agents dont le mode d'action est physique ou physico-chimique.
A titre non limitatif de détergent utilisable, on peut citer :
les alcalins tels que notamment soude, potasse, carbonate et phosphate trisodique ;
- les acides tels que notamment les acides phosphoriques, nitriques et acétiques ; et
les agents chélatants tels que le pyrophosphate de sodium et l'EDTA (acide éthylène diamine tétraacétique).
A titre d'exemple non limitatif de désinfectants utilisables, on peut citer : - les halogènes en particulier le chlore et ses dérivés particulièrement faciles d'emploi et peu coûteux, notamment l'eau de Javel (hypochlorite de sodium) et le chlorocyanurates de sodium, ou encore les dérivés iodés ;
- les oxydes et peroxydes tels que l'eau oxygénée, l'ozone et l'acide péracétique ;
les aldéhydes tels que formol et glutaraldéhyde ;
les agents tensio-actifs et en particulier les ammoniums quaternaires ;
les acides souvent utilisés pour les détartrages ;
- les bases plus souvent associées au chlore sous forme d'alcalins chlorés ;
- les alcools ; et les agents physiques tels que rayonnements ionisants et rayons UV. Le dispositif 1 selon l'invention comprend en outre au moins un transducteur à ultrasons 3, c'est-à-dire un dispositif convertissant une énergie électrique en énergie acoustique dans la gamme des ultrasons.
Avantageusement, le transducteur 3 selon l'invention est composé d'une céramique unique réalisée à partir d'un matériau homogène ou piézo- composite. Les transducteurs 3 sont des éléments résonants, comme les diapasons.
Selon l'invention, le transducteur à ultrasons 3 du dispositif 1 produit dans l'enceinte 2, des ondes d'une fréquence supérieure à 100kHz, préférentiellement supérieure à 200 kHz. De préférence encore, la fréquence des ondes est supérieure à 500 kHz. De manière particulièrement avantageuse, la fréquence des ondes produites dans l'enceinte est comprise entre 1 MHz et 5 MHz. De tels ultrasons à haute fréquence supérieure à 1 MHz sont également appelés mégasons.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention la fréquence des ondes est comprise entre 1 ,6 MHz et 2,3 MHz.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, la fréquence des ondes est de 1 MHz, 1 ,5 MHz, 1 ,6 MHz, 1 ,7 MHz, 1 ,8 MHz, 1 ,9 MHz, 2,0 MHz, 2,1 MHz, 2,2 MHz, 2,3 MHz, 2,5 MHz ou 3 MHz.
La fréquence des ultrasons ou ondes ultrasonores générées par le transducteur à ultrasons 3 est fondamentale. En effet, le principe du traitement, nettoyage et/ou de la décontamination par utilisation du dispositif 1 selon l'invention est basé sur les effets mécaniques de l'onde acoustique. Le premier effet de la présence d'ondes acoustiques par exemple au voisinage de l'épiderme d'un végétal est de favoriser la dissolution des produits solubles déposés sur le végétal. En effet, la vitesse particulaire de l'onde acoustique renouvelle le liquide en contact avec la partie souillée.
Les parties solides accrochées au végétal, en général de petites tailles, sont excitées par les ondes qui se propagent dans le liquide de traitement ou de nettoyage. On compare la dimension des particules aux dimensions qui caractérisent l'onde acoustique dans la cuve 2. Les grandeurs caractéristiques sont la longueur d'onde (distance entre deux maximas de pression) et la couche limite acoustique aussi appelée couche limite visqueuse (distance entre la surface du végétal et la zone où la vitesse particulaire n'est plus soumise aux conditions d'adhérences). Ces deux grandeurs sont liées à la fréquence de l'onde. Plus la fréquence est élevée plus ces grandeurs sont faibles.
Pour des ondes mégasoniques, c'est-à-dire dont la fréquence est supérieure à 1 MHz, la longueur d'onde est de l'ordre de 0,5 mm à 2 mm dans l'eau, et la couche limite acoustique est d'environ 1 micron dans l'eau si la fréquence est de 1 MHz.
Il a été montré que, si la particule posée sur le produit 4 à traiter, nettoyer et/ou décontaminer, qui est par exemple un végétal, est plus grande que la couche limite, la particule a une partie de sa surface (la partie la plus éloignée du support) soumise au champ de vitesse acoustique, mais elle est aussi soumise au champ de pression acoustique (alternance pression/dépression). Les forces, résultantes de cet environnement, font vibrer la particule et en facilitent le décrochage.
En général les particules déposées sur le produit 4 à traiter, nettoyer et/ou décontaminer sont associées à des microbulles d'air piégées. L'onde acoustique fait vibrer cette bulle et la fait changer de volume ce qui contribue à déstabiliser la particule et la décrocher.
Dans le cas du nettoyage et/ou de la décontamination d'un végétal 4, les mégasons grâce à leur longueur d'onde très courte, peuvent pénétrer dans les anfractuosités de l'épiderme des végétaux pour y déloger tout type de salissure. L'efficacité du nettoyage est d'autant meilleure que la puissance acoustique est forte. En revanche, si la puissance acoustique est trop forte et dépasse un certain seuil, le phénomène de cavitation peut apparaître.
Par seuil de cavitation on entend la puissance acoustique nécessaire pour obtenir la cavitation, c'est-à-dire la création et l'implosion d'une bulle de gaz.
Pour la "cavitation forte" la bulle contient la phase gazeuse du liquide support de l'onde acoustique. La bulle soumise aux variations de pression acoustique oscille puis implose. Au moment de l'implosion, des pressions très intenses sont générées, de même que de fortes élévations de température. On peut alors constater des émissions lumineuses.
Cette "cavitation forte" est à comparer à la "cavitation faible" pour laquelle la bulle est constituée de gaz dissous présents dans le liquide de nettoyage 6, les pressions et températures dues à ce phénomène sont sans danger pour les végétaux. Dans ce cas il n'y a pas de rayonnement lumineux. L'utilisation d'ultrasons de très haute fréquence, de préférence des mégasons, permet d'avoir une plage très large de puissance acoustique sans atteindre la cavitation forte. Le dispositif objet de l'invention permet de contrôler la présence de cavitation forte, grâce à la signature acoustique caractéristique de la cavitation forte.
De façon avantageuse, le Demandeur a ainsi pu démontrer que le traitement, le nettoyage et/ou la décontamination par ondes mégasoniques sont ainsi particulièrement bien adaptés aux substrats fragiles tels que les aliments végétaux, et plus particulièrement les fruits et légumes. Le dispositif 1 envisagé met en oeuvre des ultrasons de très haute fréquence, de préférence des mégasons, sans jamais atteindre la cavitation forte.
Le transducteur à ultrasons 3 selon l'invention est de préférence constitué d'au moins une céramique piézoélectrique. De préférence encore, le transducteur à ultrasons 3 est composé d'un ensemble de céramiques piézoélectriques.
La famille des céramiques piézoélectriques comporte de nombreux éléments, tels que notamment les titanates de baryum (BaTi03) ou encore les Zircono Titanates de Plomb (PZT ou LZT pour Lead Zirconate Titanate), qui sont les plus répandus et qui comptent à eux seuls cinq à six compositions différentes. De préférence, les céramiques utilisées sont des céramiques PZT (Titano-Zirconate de Plomb) telles que les céramiques PZT-4, PZT-5 ou PZT-8. Plus préférentiellement, les céramiques utilisées sont des céramiques destinées à l'émission acoustique présentant un facteur de qualité supérieur à 500 telles que les PZT-5.
Le transducteur à ultrasons 3, qui est préférentiellement un ensemble de céramiques piézoélectriques, peut être disposé sur les parois extérieures et/ou intérieures de l'enceinte 2.
Les céramiques piézoélectriques peuvent être présentes sur tout type de parois, aussi bien les parois horizontales que les parois verticales.
Avantageusement, les ondes sont bien réparties dans l 'enceinte 2 grâce au fait que les céramiques 3 sont placées de manière homogène sur les parois de la cuve. Toutes les parois de l'enceinte 2, qui est préférentiellement une cuve, peuvent être équipées. De préférence, les céramiques piézoélectriques 3 sont présentes sur une, deux, trois, quatre ou cinq parois de l'enceinte 2.
Pour obtenir un champ acoustique homogène, des céramiques de petites tailles, c'est-à-dire inférieures à 10 cm et préférentiellement comprises entre 2 cm et 4 cm sont utilisées. Cela permet un pavage optimal. Leur forme est généralement circulaire ou polygonale. Chaque céramique est alimentée par un générateur indépendant calé sur la fréquence de résonnance de la céramique.
De préférence, chaque céramique possède sa propre fréquence de résonnance. Deux céramiques d'un même lot de fabrication n'ont pas la même fréquence de résonnance.
Le fait que les fréquences propres des céramiques soient différentes évite que des ondes stationnâmes s'établissent dans la cuve. Ceci a pour avantage d'améliorer l'homogénéité acoustique dans la cuve.
Le transducteur à ultrasons 3, qui est préférentiellement un ensemble de céramiques, comprend préférentiellement un module de réglage 7.
Ainsi, pour optimiser encore l'homogénéité, lorsque chaque céramique est alimentée par sa propre électronique, un déphasage aléatoire est créé grâce audit module de réglage 7. Avantageusement, les céramiques sont préalablement désynchronisées, évitant ainsi l'apparition d'ondes stationnâmes et permettant d'avoir un champ diffus.
Alternativement, pour homogénéiser le champ sonore et éviter les phénomènes d'ondes stationnâmes, il est possible de faire varier, grâce au module de réglage 7, la fréquence d'excitation au voisinage de la fréquence propre de chaque céramique, la plage d'excursion dépendant de la qualité de la céramique.
De préférence, le module de réglage 7 du transducteur 3, qui est préférentiellement fait de céramiques piézoélectriques, est une carte électronique de puissance. Ainsi, chaque céramique piézoélectrique est préférentiellement alimentée par une carte électronique de puissance lui fournissant une tension alternative correspondant à son propre mode de vibration.
Par ailleurs, afin d'éviter les zones où la puissance acoustique serait trop forte, il est possible de placer avantageusement des obstacles permettant de faire diffracter les ondes acoustiques. La forme et la matière du diffracteur sont adaptées à la directivité acoustique souhaitée.
Pour optimiser le fonctionnement du dispositif la puissance acoustique doit être maximale, mais il est impératif que dans la cuve de traitement il n'y ait pas de cavitation. Ainsi, comme cela est illustré à la figure l a, un hydrophone immergé 21 dans la cuve permet avantageusement de surveiller en permanence la présence de cavitation. En effet l'implosion des bulles cavitantes génère un spectre fréquentiel caractéristique. Ainsi, dès détection de présence de cavitation, la puissance acoustique est réduite jusqu'à ce que le phénomène de cavitation ne soit plus détecté par hydrophone 21 .
Le dispositif objet de l'invention comprend avantageusement un hydrophone immergé 21 .
Comme il ressort de la figure l a, les cercles 31 du transducteur à ultrasons 3 représentent un dispositif de diffraction acoustique.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, il est possible d'augmenter les sites dans lesquels la cavitation faible apparaît, par l'introduction, dans le liquide contenu dans l'enceinte, de gaz dissous ou de microparticules.
Ainsi, le dispositif selon l'invention comprend préférentiellement un système de gazéification du liquide de traitement ou de nettoyage, non représenté sur les figures, comprenant avantageusement une membrane semi-perméable.
Le gaz est préférentiellement introduit au travers d'une membrane semi-perméable séparant le gaz à dissoudre et le liquide de traitement ou de nettoyage. La nature du gaz est adaptée au produit à traiter, nettoyer et/ou à décontaminer. Par exemple un mélange azote, oxygène, dioxyde de carbone, pris seuls ou en mélange, dans lequel les concentrations choisies permettent de limiter la respiration.
Le gaz dissous dans le liquide de traitement ou nettoyage pourra par exemple être traité dans un réacteur sonochimique et selon sa nature peut contribuer à la destruction de microorganismes.
Le Demandeur a pu mettre en évidence qu'une combinaison d'ondes acoustiques hautes fréquences, préférentiellement supérieures à 100 kHz voire 200 kHz, couplées à un apport de gaz dissous, permet d'obtenir plusieurs avantages distincts et complémentaires :
les ondes acoustiques hautes fréquences, préférentiellement supérieures à 100kHz, permettent notamment d'éliminer, en limitant les dommages pour les produits à traiter, nettoyer et/ou décontaminer, même les plus fragiles, les micro-organismes (bactéries, virus, champignons), les molécules organiques (dépôts divers, pesticides) présents à la surface et dans les microfissures des produits. Par exemple dans le cas de végétaux à nettoyer et/ou décontaminer, dans les épidermes y compris les pores naturels (stomates et lenticelles par exemple). Cet effet s'applique à toutes les situations pour lesquelles une décontamination microbiologique ou chimique est nécessaire ou peut s'avérer utile. Il peut aussi être utilisé pour éliminer des produits indésirables issus des végétaux (par exemple des produits d'oxydation) lors de divers traitements de transformation agroalimentaire par exemple.
les ondes acoustiques, en créant des mouvements de convection, favorisent la circulation du liquide de traitement ou nettoyage, préférentiellement de l'eau. Elles ont donc un effet d'homogénéisation des milieux aqueux au contact des produits à traiter, nettoyer et/ou décontaminer. Ainsi, le dispositif peut également être utilisé pour éviter la création de gradient de concentrations (dans les substrats de cultures végétales en hydroponie par exemple, dans les eaux de lavage, au cours des procédés agroalimentaires). Il peut également servir dans tous les cas où une amélioration de la mouillabilité améliore le processus (par exemple la germination des graines, l'absorption de l'eau ou de toute autre substance).
le nombre de sites de surface, dans lesquels la cavitation faible apparaît, est augmenté grâce à l'introduction de gaz dissous dans le liquide de traitement ou nettoyage, Le gaz est introduit au travers d'une membrane semi perméable séparant le gaz à dissoudre et le liquide de traitement ou nettoyage. La nature du gaz est adaptée à la matrice à traiter. Le gaz dissous dans le liquide de traitement ou nettoyage est généralement neutre et a un effet sur le nombre de sites de cavitation. Il peut également, selon sa nature, contribuer à l'efficacité du traitement.
A titre d'exemple non limitatif de particule(s) polluante(s) à détruire présentes sur les produits à traiter, nettoyer et/ou décontaminer, on peut citer par exemple les micro-organismes, les bactéries, les champignons, les virus, les pesticides, les fongicides, ou les particules solides.
Le Demandeur a notamment pu mettre en évidence que, sous forme sporulée, les champignons sont très résistants à de nombreux procédés de décontamination (décontaminants chimiques, rayonnement UV). De façon surprenante, le dispositif objet de l'invention permet d'éliminer de la surface aussi bien les formes sporulées des champignons que les formes non sporulées.
Le dispositif 1 selon l'invention permet donc également de décrocher les particules polluantes, qui vont se trouver en suspension ou bien en solution dans le liquide de traitement ou nettoyage 6 si la particule est soluble. Généralement, le liquide de nettoyage 6 souillé circule dans la cuve, de bas en haut, et déborde de la cuve.
Avantageusement, le dispositif objet de l'invention comprend un circuit d'écoulement du liquide de traitement ou nettoyage.
Ledit circuit comprend au moins un module supplémentaire additionnel choisi parmi un réacteur sonochimique 8, un déversoir 9, un filtre 10 et/ou une pompe de circulation 1 1 .
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le dispositif selon l'invention et/ou le circuit d'écoulement du liquide de traitement ou nettoyage dudit dispositif comprend un réacteur sonochimique 8.
Le réacteur sonochimique 8 permet notamment la minéralisation de toutes les substances organiques présentes dans le milieu aqueux. Il permet donc avantageusement de détruire aussi bien les molécules organiques (tels que les pesticides, fongicides, ...) que les microorganismes (virus, champignons sous forme sporulée ou non, bactéries). Il est préférentiellement utilisé en complément des ondes acoustiques dans tous les cas où les substances issues du traitement acoustique, doivent être éliminées. Il est ainsi particulièrement utile par exemple pour le recyclage des eaux de traitement.
Le Demandeur a pu mettre en évidence que lorsque le dispositif selon l'invention comprend en outre un réacteur sonochimique, il permet d'avoir de multiples applications dans des secteurs variés de l'agronomie et de l'agroalimentaire.
Par exemple, le dispositif est particulièrement adapté au traitement des fruits et légumes à destination du marché frais et de la transformation agroalimentaire, mais il est également adapté aux cultures hors-sols. Dans le cas des végétaux par exemple, le dispositif permet l'élimination des microorganismes et des substances chimiques de surface et contribue à la qualité sanitaire des produits à destination de la conservation en frais et de la transformation agroalimentaire. Dans le cas des plantes en culture hors-sol, le dispositif permet l'homogénéisation des solutions nutritives (acoustique mégasons) et la réduction de la formation de biofilms sur les supports de cultures. La minéralisation (sonochimie) de la matière organique et des microorganismes des solutions nutritives est assurée par le réacteur sonochimique, ce qui a un effet sur la qualité sanitaire des cultures et permet le recyclage des eaux. Le dispositif a également des effets sur la physiologie des végétaux : en éliminant les microgradients de concentrations au très proche voisinage des racines, il facilite l 'absorption de l 'eau et/ou de solutions nutritives et ainsi améliore la croissance des plantes.
Le réacteur sonochimique 8 selon l 'invention a essentiellement pour but de produire les principes actifs nécessaire à la destruction des micro- organismes et/ou des pesticides. Ce réacteur 8 est préférentiellement situé dans le circuit d 'écoulement ou dans une boucle de circulation du dispositif de nettoyage. Le réacteur sonochimique 8 est une enceinte comprenant une entrée de liquide et une sortie. Dans ce réacteur des ondes ultrasonores font « caviter » l 'eau salie (cavitation forte) . En effet, il a été montré que la cavitation acoustique se traduit par la création de microbulles de gaz dissous, l 'oscillation de ces bulles conduit à leur implosion. Cette implosion se traduit au voisinage de la bulle par des surpressions (de l 'ordre de 500 atm) , des températures solaires (2000°C à 5000°C) et un rayonnement lumineux UV.
Le réacteur sonochimique 8 permet en outre la création de radicaux libres OH- selon la réaction :
- H2O + ultrasons→OH- + H+
pyrolyse dans les bulles de cavitation
oxydation par les radicaux OH- minéralisation totale des pesticides -> résidus CO2 Ainsi, toutes ces étapes permettent au réacteur sonochimique 8 une destruction des pesticides. En effet, ces radicaux libres OH- ont de nombreuses propriétés chimiques. Ils permettent notamment la destruction de microorganismes. Le nombre de sites de cavitation fixe la quantité de radicaux libres crées, donc la capacité du réacteur à détruire un taux de polluant donné.
Ainsi, toutes ces étapes permettent au réacteur sonochimique 8 une destruction des microorganismes et des pesticides suite à une minéralisation complète. Contrairement à de nombreux procédés qui éliminent les pesticides en les transformant en d 'autres molécules dont on ne connaît ni la nature, ni la dangerosité, le dispositif présent ici les détruit sans qu 'il y ait apparition de molécules néoformées. Le nombre de sites de cavitation fixe la quantité de radicaux libres crées, donc la capacité du réacteur à détruire un taux de polluant donné.
La cavitation forte est obtenue pour des niveaux d'intensité acoustique élevés, elle est obtenue pour toutes les fréquences, mais, de préférences, les fréquences sont comprises entre 40kHz et 400 Hz. A titre d'exemple non limitatif de réacteurs sonochimiques 8 utilisables selon l'invention, on peut citer les transducteurs de type Langevin tel que le modèle STC 8HS 3528 fabriqué par la société Sunnytech piezoelectric technology. Ce modèle est composé de deux disques piézoélectriques de 5 mm d'épaisseur, 35 mm de diamètre extérieur et 5 mm de diamètre intérieur connectés mécaniquement en série et électriquement en parallèle. Ces disques sont comprimés entre deux masses métalliques. D'un côté, ils sont en contact avec un cône métallique en aluminium de 35 mm de diamètre du côté de la céramique, de 55 mm de diamètre de l'autre côté et 40 mm de longueur. De l'autre côté, ils sont bornés par un cylindre en acier inoxydable de 35 mm de diamètre et 18 mm de long. Toute la structure est maintenue par une vis Ml 0 qui traverse le composant.
Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, le circuit d'écoulement du liquide de traitement ou de nettoyage dudit dispositif comprend en outre un ou plusieurs filtres 10, 12, qui sont avantageusement :
- un filtre poreux 10 pour la filtration des grosses particules et/ou
- un filtre poreux à microparticules 12.
Le filtre poreux à microparticules 12 du dispositif selon l'invention comprenant un réacteur sonochimique 8 permet avantageusement d'obtenir une eau de recirculation qui est potable et apte au traitement, au nettoyage et/ou à la décontamination des aliments après passage dans ledit réacteur 8. En effet, les particules solides sont arrêtées par le ou les filtres 10, 12, tandis que les substances organiques sont préférentiellement détruites par le réacteur sonochimique 8.
De préférence, le ou les filtres 10, 12 utilisées selon l'invention sont choisies parmi les filtres à charbon.
Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, le filtre 10, 12 n'est pas un filtre à charbon actif traité au plasma à froid tel que le module 02PRO™ développé par la société Cartis™.
Le circuit d'écoulement du liquide de traitement ou de nettoyage du dispositif peut contenir un également un système d'évacuation qui est avantageusement un déversoir 9 et/ou une pompe de circulation 1 1 .
Ainsi, selon un troisième mode de réalisation de l'invention, le dispositif selon l'invention et/ou le circuit d'écoulement du liquide de traitement ou de nettoyage dudit dispositif comprend en outre un déversoir 9. Le déversoir 9 est une structure permettant de dériver ou évacuer le liquide de traitement ou de nettoyage 6 derrière un vannage ou barrage fixe, dont la hauteur excéderait une certaine limite.
Selon un quatrième mode de réalisation de l'invention, le dispositif selon l'invention et/ou le circuit d 'écoulement du liquide de traitement ou de nettoyage dudit dispositif comprend en outre une pompe de circulation 1 1 .
Ladite pompe de circulation 1 1 est principalement destinée à forcer la circulation du liquide de traitement ou de nettoyage.
Selon un cinquième mode de réalisation de l 'invention, le circuit d'écoulement du liquide de traitement ou de nettoyage du dispositif objet de l'invention comprend deux modules choisis parmi un réacteur sonochimique
8, un filtre 1 0, 1 2, un déversoir 9, et une pompe de circulation 1 1 .
Préférentiellement, selon ce cinquième mode de réalisation, l'invention concerne un dispositif couplé d 'ondes acoustiques de hautes fréquences, de sonochimie et d 'apports de gaz dissous qui s'applique avantageusement aux traitements après récolte des fruits, des légumes (feuilles, racines, tubercules, bulbes) et des graines (céréales, légumineuses et autres) ; aux cultures végétales hors-sol, en pépinières ou en culture in vitro. Le dispositif peut être utilisé à tous les stades de développement des végétaux (germination des graines, développement des explants, croissance végétative et formation et développement des fruits). Dans l 'industrie agroalimentaire, le dispositif peut également s'appliquer aux produits carnés, aux poissons et peut avoir des applications dans l'industrie laitière.
Selon un sixième mode de réalisation de l 'invention, le circuit d'écoulement du liquide de traitement ou de nettoyage du dispositif objet de l'invention comprend trois modules choisis parmi un réacteur sonochimique 8, un filtre 1 0, 1 2, un déversoir 9, et une pompe de circulation 10.
Selon un septième mode de réalisation de l 'invention, le circuit d'écoulement du liquide de traitement ou de nettoyage du dispositif objet de l'invention comprend les quatre modules suivants :
- un déversoir 9,
- un filtre poreux 1 0,
- une pompe de recirculation 1 1 ,
- un réacteur sonochimique 8, et éventuellement
- un filtre micro particule 12.
Selon un huitième mode de réalisation de l'invention, le dispositif selon l'invention et/ou le circuit d'écoulement du liquide de traitement ou de nettoyage dudit dispositif comprennent l 'ensemble des éléments suivants : un système de gazéification du liquide de traitement ou de nettoyage 6,
un déversoir 9,
un filtre poreux 10,
- une pompe de recirculation 1 1 ,
un réacteur sonochimique 8, et éventuellement
un filtre micro particule 12.
Le dispositif objet de l'invention présente en outre l'avantage de réduire la consommation de liquide de traitement ou de nettoyage, ou d'eau utile au traitement, au nettoyage et/ou à la décontamination des produits. L'intérêt est particulièrement présent pour le lavage de certains légumes tels que les salades avec un dispositif comprenant un circuit fermé d'écoulement.
Selon un mode particulier de réalisation, plusieurs cuves 2 peuvent être utilisées avec des volumes plus ou moins importants.
Comme cela est indiqué ci-dessus, le dispositif objet de l'invention permet le traitement de produits ou d'organismes, préférentiellement d'aliments, par des ondes acoustiques de haute fréquence.
L'invention a ainsi également pour objet l'utilisation d'un dispositif selon l'invention, pour le traitement d'un végétal ou pour le traitement, non thérapeutique, d'un animal, inséré dans l'enceinte.
Selon l'invention, on entend par traitement la modification du produit, de l'aliment ou de l'organisme à traiter, par exemple le nettoyage, la stimulation, la décontamination, la stérilisation, la solubilisation ou la minéralisation, à l'exception du traitement thérapeutique d'un animal. Le dispositif objet de l'invention trouve des applications également dans l'alimentation infantile (« baby-food » en anglais) pour laquelle la réglementation interdit l'utilisation de pesticides (métaux lourds, nitrates, ...) ou de produits de décontamination (ammonium quaternaire, chlorate...). Le dispositif objet de l'invention est associé à des modules supplémentaires, non représentés sur les figures, permettant par exemple le contrôle des matières premières, le lavage, le pelage, l'élimination de morceaux indésirables par une raffineuse, la préparation de la recette, le conditionnement, l'encapsulation par exemple par jet de vapeur, la stérilisation ou la pasteurisation, le contrôle, et/ou le codage pour la traçabilité.
Le dispositif objet de l'invention trouve des applications également dans la chaîne de valeur de commercialisation de la viande telle que la volaille. Le dispositif objet de l'invention est alors éventuellement associé à des modules supplémentaires, non représentés sur les figures, permettant par exemple l'accrochage, l'anesthésie ou la saigne des animaux, l'ouverture des pores pour faciliter la plumaison (bac à échaudage), le plumage, l'éviscération et/ou la coupe de certains membres, le lavage interne et externe, et/ou le conditionnement.
Le dispositif objet de l'invention trouve des applications également dans les cultures hors sol notamment pour lutter activement contre l'apparition de biofilms.
Ainsi, l'invention a également pour objet l'utilisation du dispositif pour le traitement d'aliments insérés dans l'enceinte, préférentiellement d'aliments végétaux.
Plus particulièrement, le dispositif selon l'invention est utilisé pour le nettoyage et/ou la décontamination d'aliments insérés dans l'enceinte (2), préférentiellement d'aliments végétaux.
Plus particulièrement encore, les végétaux à décontaminer sont préférentiellement choisis parmi les fruits, légumes, graines, tubercules ou toute partie d'une plante comestible.
La très grande majorité des végétaux doivent être lavés avant la commercialisation en frais ou le conditionnement pour la transformation agro- alimentaire. Un cas particulier pour lequel les exigences de décontamination sont plus importantes est celui des industries qui fabriquent des produits quatrième gamme. Les produits quatrième gamme sont des fruits et légumes frais prêts à l'emploi. Ils sont lavés, découpés et conservés en sachet généralement sous atmosphère modifiée pendant environ sept jours. Les opérations de découpe mettent en contact les substrats internes des végétaux avec les micro-organismes, ce qui facilite leur développement. Les exigences de décontamination de ces produits sont donc très importantes et les végétaux subissent plusieurs lavages, un avant et un après les opérations de découpe. Bien que les salades soient le produit végétal le plus transformé en quatrième gamme, les industriels diversifient leur offre vers des mélanges de légumes et souhaitent développer une offre de fruits quatrième gamme, limitée pour le moment par une durée de conservation trop réduite.
Le dispositif objet de l'invention est également particulièrement adapté aux végétaux sensibles à la dessiccation au transport, destinés à la quatrième gamme, les terreux et les fruits à éplucher. Les végétaux nettoyés et/ou décontaminés avec le dispositif selon l'invention présentent avantageusement une plus grande durée de vie et une qualité améliorée.
Selon un mode de réalisation alternatif de l'invention, le dispositif peut être utilisé pour le traitement d 'aliments d 'origine animale insérés dans l'enceinte. Ainsi, le dispositif est notamment particulièrement adapté au saumurage des aliments, préférentiellement le saumurage des aliments d'origine animale, plus préférentiellement encore du jambon.
Il s'agit dans ce traitement de modifier la diffusion de produit au travers de l'interface liquide/aliment. Lorsque le fluide au voisinage de l'interface est immobile, la diffusion est dite moléculaire, le flux de molécules traversant l'interface dépend de la différence de concentration en produit de part et d'autre de l'interface. Le flux (nombre de molécules traversant l'unité d'aire par unité de temps) est proportionnel au gradient local de concentration. Au cours du temps, lorsque le liquide est au repos la concentration en produit actif diminue en s'approchant de l'interface ; il en est de même dans le produit à traiter. Ce qui se traduit par une diminution de ce gradient à la fois dans le liquide et dans l 'aliment. En excitant, l'interface par une onde acoustique, le fluide est en permanence renouvelé, la migration de molécules actives sera alors augmentée puisque dans ce cas on fixe la concentration de produit actif à sa valeur initiale et elle est invariable dans le temps. Le résultat global conduit à réduire le temps de traitement afin d 'atteindre le dosage souhaité.
De façon surprenante, le Demandeur a pu mettre en évidence que l'utilisation de saumure dans la cuve ou l'enceinte 2, suivie d'un traitement des aliments par le dispositif selon l'invention, permet notamment de réduire le temps de saumurage.
Le Demandeur a également pu mettre en évidence que le dispositif objet de l 'invention permet la modification du métabolisme d 'un organisme, d'un organe ou d'un tissu, préférentiellement la modification ex vivo lorsque l'organisme, l 'organe ou le tissu est inséré dans l'enceinte 2.
Un organisme selon l'invention est un système complexe, organisé, qui est le produit de variations successives au cours de l'évolution. Il est constitué d'une ou plusieurs cellules (d'organisme unicellulaire ou multicellulaire).
Selon l 'invention, un organe est un ensemble de tissus spécifiques d 'un organisme capable de remplir une ou plusieurs fonctions déterminées. Selon l 'invention, un tissu vivant est le niveau d'organisation intermédiaire entre la cellule et l'organe. Un tissu forme un ensemble fonctionnel, c'est-à-dire que ses cellules concourent à une même fonction.
De préférence, l'organisme, l 'organe ou le tissu sont d 'origine animale ou végétale.
Plus particulièrement, le Demandeur a notamment pu montrer que le dispositif permettait de créer sur les végétaux des forces d 'arrachement dans la couche limite de certaines plantes.
Ainsi, il a pu être montré que ces forces d 'arrachement pouvaient notamment permettre de :
favoriser le contact entre la surface des tissus notamment des vivants et le liquide 6 ou solvant et
créer une stimulation mécanique en surface.
Ceci peut avoir des conséquences multiples. La diminution de la couche limite permet par exemple d 'augmenter les interactions entre :
- la surface des cellules d 'un organisme, d 'un organe ou d 'un tissu 4 d'une part ; et
- les composés chimiques du liquide 6 contenu dans l'enceinte 2 avec laquelle elles sont en contact.
De ce fait, l 'absorption de molécules diverses ou leurs rejets sera amplifiée.
L'adsorption de molécules ou macromolécules à la surface cellulaire sera également modifiée par le dispositif selon l 'invention.
Le dispositif selon l 'invention peut donc être utilisé pour modifier les échanges entre les organismes, les organes ou les tissus 4 et le liquide de traitement 6.
Il apparaît que la création d 'une stimulation mécanique à la surface des cellules est perçue par un organisme vivant, de préférence la plante, comme un stress qui modifie la perméabilité (action directe sur les canaux membranaires, sur les lipides, sur le potentiel électrique transmembranaire, sur la conformation des protéines, ...). Cette stimulation mécanique déclenche une cascade de réactions cellulaires, jusqu 'à une néosynthèse de métabolites primaires et secondaires.
De façon avantageuse, le dispositif objet de l'invention, permet ainsi la modification du métabolisme d 'un organisme, d 'un organe ou d'un tissu, préférentiellement la modification ex vivo lorsque l 'organisme, l 'organe ou le tissu est inséré dans l'enceinte 2, ladite modification permettant par exemple la néosynthèse de métabolites primaires et/ou secondaires.
Le dispositif selon l'invention peut ainsi avantageusement être utilisé pour modifier le métabolisme d'organismes, d'organes ou de tissus soit en stimulant soit en réprimant la synthèse des composés cellulaires.
Avantageusement, le dispositif objet de l'invention peut être utilisé pour modifier le métabolisme d'un organisme, d'un organe ou d'un tissu par stimulation de sa croissance. Préférentiellement, l'organisme est un organisme végétal, l'organe est un organe végétal et le tissu est un tissu végétal.
Le dispositif objet de l'invention peut également être utilisé pour augmenter les défenses d'un organisme végétal, d'un organe végétal ou d'un tissu végétal, face à l'infection par un agent pathogène qui est préférentiellement un champignon.
Deux exemples d'utilisation du dispositif selon l'invention pour modifier le métabolisme des organismes, organes ou tissus sont notamment illustrés aux exemples 3 et 5.
Comme il ressort de ces exemples, le Demandeur a pu mettre en évidence que le traitement des racines par le dispositif selon l'invention stimule la croissance des plantes et augmente les défenses des feuilles face à l'infection par un champignon pathogène. Ces deux exemples montrent que les effets du traitement ne se limitent pas à l'organe traité, mais induisent une réponse systémique globale de la plante et une modification du métabolisme.
L'invention a enfin pour objet un procédé de nettoyage et/ou de décontamination par des ondes acoustiques de haute fréquence, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes selon lesquelles :
- un produit à nettoyer et/ou à décontaminer 4 par au moins une particule polluante est introduit dans une enceinte 2 qui est préférentiellement une cuve à débordement ;
- des ondes acoustiques de haute fréquence, supérieure à 100 kHz, préférentiellement supérieure à 200kHz sont générées dans ladite enceinte 2 par un transducteur à ultrasons 3 ;
- les ondes acoustiques se propagent dans l'enceinte 2 et atteignent le produit à nettoyer et/ou à décontaminer 4 ; et
- le produit nettoyé et/ou décontaminé est récupéré. Ainsi, l'invention a pour dernier objet un procédé de nettoyage et/ou de décontamination d'un produit par l'utilisation du dispositif selon l'invention décrit ci-dessus.
De façon avantageuse, le procédé se caractérise en ce que l 'enceinte 2 comprend un liquide de nettoyage 6 et en ce que ledit procédé comprend une étape additionnelle de traitement, par un circuit d'écoulement du liquide de nettoyage sali et chargé en particule polluante, selon laquelle :
- le liquide de nettoyage sali et chargé en particule polluante est passé dans un filtre 10 ;
- le liquide ainsi filtré pénètre dans une pompe de recirculation 1 1 puis dans un réacteur sonochimique 8, de fréquence comprise entre 40 kHz et 400 kHz, dans lequel la particule polluante est détruite ; et
- le liquide débarrassé de particule polluante est soit réintroduit dans l'enceinte 2, soit introduit dans un circuit secondaire 13.
Les étapes ci-dessus peuvent être librement interverties par l'homme du métier. Par exemple, le liquide de nettoyage sali et chargé en particule polluante pourra être introduit dans un circuit secondaire dès la première étape ci-dessus, c'est-à-dire avant l'étape optionnelle de passage dans un filtre 10.
Par ailleurs, le procédé peut en outre comprendre une étape additionnelle de filtration du liquide de nettoyage par un filtre à microparticules 12. Ainsi, lorsque le liquide de nettoyage contenu initialement dans l'enceinte (cuve à débordement) est de l'eau potable, il est possible de décontaminer totalement l'eau salie récupérée dans le circuit d'écoulement pour la recycler en eau potable, prête à être éventuellement réinjectée dans l'enceinte 2 du dispositif.
Enfin, le procédé objet de l'invention comprend préférentiellement une étape de désynchronisation des céramiques piézoélectriques du transducteurs à ultrasons 3 qui permet d'éviter la formation d'ondes stationnâmes et d'obtenir un champ diffus.
La présente invention va maintenant être illustrée au moyen des exemples suivants :
Exemple 1 : Effets d'un traitement par méaasons sur le nettoyage et la décontamination de salades Pour cet exemple, les essais de décontamination des végétaux ont été effectuées sur un légume feuille type, la salade en vue d'une conservation en quatrième gamme.
La méthodologie permettant la détermination de la contamination microbiologique des salades est décrite ci-dessous :
Les feuilles de laitues sont prélevées et placées dans un sac STOMACHER™ stérile, sous air stérile sous hotte à flux laminaire, dans une solution de tryptone-sel (18g.L->) qui contient 0,2% de tween 80 (2- [2- [3,4- bis(2-hydroxyethoxy)oxolan-2-yl]-2-(2-hydroxyethoxy)ethoxy]ethyl octadec- 9-enoate). La solution tryptone-sel (mélange de tryptone et de chlorure de sodium) est isotonique et assure la revivification des microorganismes ayant subi des traitements sublétaux.
Le milieu Tryptone Sel (ou Peptone Sel) est un diluant isotonique faiblement peptoné utilisé pour les dilutions dans les analyses de denrées alimentaires ou cosmétiques.
Ingrédients en grammes pour un litre d'eau distillée ou déminéralisée :
• Tryptone (peptone de caséine) 1 ,00
• Chlorure de sodium (sel) 8,50
• pH final à 25°C : environ 7,0
Le rapport quantité de matière végétale sur solution de tryptone-sel a été optimisé à 10 g de matière pour 90 ml de solution. L'échantillon est ensuite broyé dans un broyeur de type STOMACHER™ à mouvements alternés à pales, ce qui permet l'homogénéisation des échantillons directement dans des sachets stériles. Un prélèvement de la solution de broyage est ensuite ensemencé en boîte de pétri afin de comptabiliser les microorganismes. Trois différents milieux nutritifs sont utilisés :
- milieu PDA (Potato Dextrose Agar) 30 g.L-> : ce milieu est préférentiellement adapté à la culture de champignon et est composé d'extrait de pomme de terre de glucose et d'agar agar bactériologique.
- milieu PCA (Plate Count Agar) 23.5 g.L-> : ce milieu est préférentiellement adapté à la culture de bactéries et contient de l'extrait de levure, une digestion enzymatique de la caséine, du glucose et de l 'agar agar bactériologique.
- milieu Gélose au glucose et chloramphénicol composé de 5g d'extrait de levure, 20g de glucose, 0.1 g de chloramphénicol, 15g d'agar pour un litre de solution, ce milieu ne permet pas la croissance bactérienne. Tous les milieux sont autoclavés à 121 °c pendant 15 min. La solution de broyage est ensuite diluée de 10" à 10" . L'ensemencement est effectué dans des boites de pétri contenant les milieux PDA et PCA à raison de Ι ΟΟμΙ de la solution de broyage ou de la solution diluée, par boite. Chaque ensemencement est répété trois fois. Les boites sont isolées de l'extérieur par du PARAFILM™ et sont mises à incuber à 25°C pendant 72h.
Le dénombrement est effectué à l'aide de la formule suivante :
N =∑ colonies /Vml x (n 1 +0.1 n2) x d 1
avec
N : nombre d'UFC par gramme ou par ml de produit initial
∑ colonies : somme de colonies comptables
Vml : volume de solution déposée (0.1 ml)
ni : nombre de boites considérées à la première dilution retenue
n2 : nombre de boites considérées à la deuxième dilution retenue
dl : facteur de la première dilution avec laquelle les colonies développées peuvent être comptées.
Les résultats sont présentés sous forme de moyenne accompagnée de l'écart type et l'analyse de variance (ANOVA) est utilisée comme test statistique.
Pour cet exemple 1 , un dispositif de nettoyage et/ou de décontamination tel qu'illustré à la figure 1 b est utilisé. Des ondes acoustiques de haute fréquence sont appliquées au cours du lavage et utilisées afin notamment de décrocher les particules polluantes telles que des micro- organismes situés principalement à la surface des aliments végétaux, qui sont dans le cas d'espèce des salades, variété laitue beurre.
Les céramiques du dispositif utilisé ont une fréquence de résonnance d'environ 1 ,6 MHz. Le diamètre des céramiques est de 20mm. La puissance individuelle est d'environ 30W par céramique.
Entre cinq et vingt céramiques sont placées sur le fond de la cuve, couvrant une surface globale comprise entre 15 et 40 cm2 et une puissance moyenne comprise entre 150W et 400W.
Selon le procédé classique en quatrième gamme (témoin positif de cet exemple), les salades, variété laitue beurre, sont parées, découpées, puis trempées pendant 3 minutes dans une solution de chlore (80 ppm). Elles sont ensuite rincées pendant 5 minutes, essorées et conservées dans des sachets à 6°C pendant 7 jours. La perméabilité des sachets utilisés permet d'obtenir une atmosphère interne comparable à celle de l'air, ceci afin d'éviter qu'une atmosphère enrichie en CO2 puisse freiner le développement des microorganismes.
Afin de déterminer les effets des ultrasons de très haute fréquence, de préférence des mégasons, différentes durées de traitements et de rinçage ont été testées.
Les tests (non repris dans cet exemple) ont démontré que la durée préférée de traitement est comprise entre 0,5 et 5 minutes.
Pour cet exemple, les résultats ont été obtenus avec une durée de traitement par mégasons de 3, 6 ou 12 minutes, une durée de rinçage de 5 minutes, un débit de rinçage de 0,5 L/mn et une charge en laitue de 65 g/L. Les analyses microbiologiques ont été réalisées avant la mise en sachet et après 3 et 7 jours de conservation.
Il a également été montré que l'efficacité du rinçage dépend de la configuration de l'écoulement de l'eau et peut très facilement être optimisée.
La figure 2 compare la contamination bactérienne des laitues après un lavage à l'eau, au chlore et après un traitement par les mégasons dans de l'eau pendant trois minutes. Les lettres a et b indiquent que les résultats sont significativement différents - test de Mann et Whitney seuil de significativité 5%)
Comme il ressort des résultats de la figure 2, il apparaît que la décontamination par le traitement mégasons est aussi efficace que le traitement par le chlore.
Après trois et sept jours de conservation, il apparaît que la contamination augmente pour tous les traitements (chlore, eau et mégasons).
Toutefois, il apparaît que les salades traitées par les mégasons conservent une charge bactérienne plus faible que celles lavées à l'eau. Les salades traitées par les mégasons conservent une charge bactérienne comparable à celle en présence de chlore.
Par ailleurs, la qualité des laitues quatrième gamme n'est pas modifiée par le traitement avec les mégasons et ceci pendant toute la durée de conservation.
Ainsi, les mégasons sont une alternative à l'utilisation du chlore pour les procédés de transformation quatrième gamme. L'utilisation du dispositif selon l'invention permet non seulement une décontamination efficace et comparable au chlore, mais il s'affranchit des problèmes liés à une telle utilisation du chlore qui peut entraîner l'apparition de résidus chlorate toxiques ou de sous-produits tels que les trihalométhanes, les bromures de méthylène et autres molécules considérées comme toxiques dans l'alimentation. Par ailleurs, l'utilisation du dispositif selon l'invention permet de maintenir la qualité initiale des produits.
Exemple 2 : effets d'un traitement par les méaasons sur la décontamination de pommes et de fraises
Pour cet exemple, les essais de décontamination des végétaux ont été effectuées sur deux types de fruits dont la forme de l'épiderme est très différente, la pomme et la fraise.
Comme pour les feuilles de laitues de l'exemple 1 , l'épiderme des pommes ou les fraises entières sont prélevées et placées dans un sac STOMACHER™ stérile. La méthodologie permettant la détermination de la contamination microbiologique des fruits est identique à celle décrite à l'exemple 1 ci-dessus.
Pour cet exemple 2, un dispositif de nettoyage et/ou de décontamination tel qu'illustré à la figure 1 b est également utilisé. Des ondes acoustiques de haute fréquence sont appliquées au cours du lavage et utilisées afin notamment de décrocher les particules polluantes telles que des micro-organismes situés principalement à la surface des aliments qui sont dans le cas d'espèce des pommes et des fraises.
Les céramiques du dispositif utilisé ont une fréquence de résonnance variant entre 1 ,5 MHz et 2,5 MHz. Le diamètre des céramiques est de 20mm. La puissance individuelle est d'environ 30W par céramique.
Entre sept et douze céramiques sont placées sur le fond de la cuve, couvrant une surface globale comprise entre 20 et 35 cm2 et une puissance moyenne comprise entre 200W et 350W.
Les pommes et les fraises ont été traitées sensiblement dans les mêmes conditions que celles décrites à l'exemple 1 .
Le témoin négatif de cet exemple est le fruit non lavé. Il est comparé à un lavage à l'eau et au traitement avec le dispositif selon l'invention tel qu'illustré à la figure 1 .
Le chlore n'est pas utilisé dans cet exemple car il n'entre pas dans les procédés de lavage des fruits destinés à la consommation ou à la conservation en frais. Les résultats de l'étude sont repris dans le tableau 1 ci-dessous qui compare la charge microbienne (log(cfu)/10g) des pommes et des fraises avant lavage, après un lavage à l'eau de trois minutes et après un traitement par le système avec mégasons pendant trois minutes. Les lettres a et b indiquent que les résultats sont significativement différents - test de Mann et Whitney seuil de significativité 5%
Tableau 1 : Charge microbienne des pommes et des fraises avant lavage et après un lavage à l'eau et après un traitement selon l'invention
Charge microbienne Témoin négatif Témoin positif Traitement selon (bactéries et champignons) (non lavé) (lavé à l'eau) l'invention log CFU / 10g (après 3 min) (après 3 min)
Pomme 4,45 + 0,1 (a) 4,1 + 0,15 (b) 2,8 + 0,08 (c)
Fraise 4,45 + 0,05 (a) 4,1 + 0,04 (b) 3,1 + 0,06 (c)
Compte tenu des résultats détaillés dans le tableau 1 ci-dessus, il apparaît que l'utilisation de mégasons permet une décontamination plus efficace que le lavage simple à l'eau des aliments.
Le dispositif selon l'invention permet notamment d'améliorer d'un Log CFU la décontamination des fruits et peut être appliqué à l'ensemble des fruits et légumes.
Exemple 3 : Effet d'un traitement par les mégasons sur la croissance de plants de laitue.
Le Demandeur a montré que le dispositif objet de l 'invention pouvait également être utilisé pour homogénéiser les milieux de culture hydroponiques, limiter l'accumulation des exsudats au voisinage des racines et ainsi favoriser l'absorption de l'eau et des sels minéraux. L'homogénéisation permet aussi de limiter l'apparition de biofilms. L'invention peut être utilisée à condition de ne pas avoir d'effets négatifs sur la croissance des plantes.
L'exemple 3 a donc été réalisé afin de déterminer les effets des mégasons sur la croissance des plantes.
Un lot de 30 jeunes plantules de laitue au stade cotylédonaire a été traité par les mégasons pendant cinq minutes. La hauteur des plantes et le nombre de feuilles 10 et 20 jours après le traitement sont présentés dans le tableau 2 ci-dessous. Les lettres a et b indiquent que les résultats sont significativement différents - test de Mann et Whitney seuil de significativité 5%.
Tableau 2 : Hauteur et nombre de feuilles de plantules de laitues traitées selon l'invention pendant cinq minutes au stade cotylédonaire Durée de 10 jours après le traitement 20 jours après le traitement culture
Témoin non Traitement Témoin non Traitement traité selon traité selon
l'invention l'invention
Hauteur des 7,5 + 0,5 (a) 9,2 + 0,4 (b) 16,3 + 0,3 (c) 19,5 + 0,8 (d) plantes (cm)
Nombre de 3 + 0,05 (a) 4 + 0,05 (b) 6 + 0,08 (c) 7 + 0,05 (d) feuilles
Comme il ressort du tableau 2 ci-dessus, il apparaît que, de façon surprenante, le traitement par le dispositif objet de l'invention stimule la croissance des plantes et leur tolérance vis-à-vis de divers stress biotiques et abiotiques. Cet effet se maintient jusqu'à vingt jours après traitement.
Exemple 4 : procédé de décontamination d'aliments végétaux par des ondes acoustiques de hautes fréquences selon l'invention
Pour cet exemple, le procédé de décontamination utilise le dispositif objet de l'invention tel qu'illustré à la figure 1 b.
La phase nettoyage est assuré par des ondes mégasoniques (fréquences supérieures ou égale à 1 MHz) couplée à un apport de gaz dissous.
Enfin, la phase décontamination est réalisée par de l'acoustique traditionnelle fréquence de l'ordre de 40kHz à 400 Hz.
Le procédé comprend les étapes suivantes selon lesquelles :
a) les aliments végétaux 4 éventuellement contaminés par au moins une particule polluante sont plongés dans une cuve à débordement comprenant un liquide de nettoyage 6 et des sources d'ondes acoustiques mégasoniques 3 de fréquence supérieure ou égales à 1 MHz ;
b) les mégasons se propagent dans le liquide contenu dans la cuve 2 et atteignent les aliments végétaux 4 à décontaminer ;
c) le renouvellement permanent du liquide en contact avec le végétal favorise la dissolution des produits solubles déposés sur les végétaux ;
d) la propagation des mégasons crée des alternances spatiales et temporelles de compression et de dépression qui sont aptes à solliciter mécaniquement les aliments végétaux à décontaminer et décrocher la (les) particule(s) polluante(s) de l'aliment ; e) l'effet mécanique selon d) est amplifié par cavitation faible lorsque la (les) particule(s) polluante(s) est associée à une bulle d'air piégée au moment où les aliments végétaux ont été plongés dans la cuve en ce que l'onde acoustique fait vibrer et changer le volume de ladite bulle d'air et déstabilise la (les) particule(s) polluante(s) qui se décroche ; le gaz dissous favorise l'apparition des sites de cavitation ;
f) le liquide de nettoyage 6 sali et chargé en particule(s) polluante(s) est apte à être traité ;
g) la dépollution du liquide est obtenu dans le réacteur sonochimique 8 ; h) dans ce réacteur, les ondes acoustiques de fréquence comprise entre 40kHz et 400kHz et de très forte puissance permet d'atteindre la cavitation forte ;
i) dans les sites où la cavitation s'opère, le rayonnement lumineux ultraviolet, les surpressions (environ 500bar) et les élévations de température (environ 4000°C) ont des actions directes ou indirecte pour les polluants ;
j) les actions directes : pression, températures, UV peuvent détruire les microorganismes ;
k) les actions indirectes grâce à la création de radicaux libres OH, radicaux très oxydant permettant de réagir avec de nombreux composants.
La mise en oeuvre du procédé détaillé ci-dessus est réalisée grâce aux trois dispositifs complémentaires que sont :
- la cuve de nettoyage 2 à ondes acoustiques mégasoniques ;
le système de gazéification du liquide de nettoyage ;
un réacteur sonochimique 8 à cavitation ;
et grâce à deux dispositifs secondaires que sont :
un filtre poreux 10, 12 ; et
une pompe de recirculation 1 1 .
La cuve 2 est une cuve de nettoyage à débordement contenant les végétaux à nettoyer 4, les végétaux sont entièrement immergés dans le liquide de nettoyage.
Le liquide de nettoyage arrive par le bas de la cuve 2. Ainsi un écoulement s'établit du bas vers le haut de la cuve.
Le liquide remplit la cuve puis déborde sur les bords hauts de la cuve dans un déversoir 9.
Ce débit ascendant permet au liquide d'emporter les particules détachées. La circulation du liquide est assurée par une pompe 1 1 . A la sortie de la cuve, le liquide de nettoyage est chargé des particules arrachées à l'aliment à nettoyer et/ou décontaminer et contient des éléments solubilisés.
Le liquide 6 souillé est ensuite filtré par le filtre poreux 1 0.
La circulation du liquide 6 est assurée par la pompe 1 1 .
Le liquide 6 débarrassé des particules entre dans le réacteur sonochimique 8 où la cavitation acoustique détruit les microorganismes et les pesticides.
Le liquide 6 peut avantageusement rentrer dans un dispositif de gazéification équipée d'une membrane semi-perméable, le dosage en gaz est géré par la pression exercée sur le gaz.
Le liquide 6 retourne dans la cuve de nettoyage 2 débarrassé de tout polluant et éventuellement gazéifié.
Le débit de recirculation est adapté aux performances acoustiques de la cuve de nettoyage 2 et à la performance du réacteur 8.
Le liquide de nettoyage 6 préférentiellement choisi est l 'eau, il est éventuellement possible d'y ajouter des produits solubles ou d'y dissoudre des gaz.
Les céramiques générant les ondes acoustiques dans la cuve 2 pourront être collées sur les parois intérieures ou extérieures de la cuve. Alternativement, un dispositif amovible et immergeable est également envisageable.
Chaque céramique piézoélectrique est alimentée par une carte électronique de puissance 7, lui fournissant une tension alternative correspondant à son propre mode de vibration.
Grâce à tous ces aménagements de la cuve de nettoyage 2, le champ acoustique généré qui se propage dans le liquide de nettoyage 6 est homogène, les végétaux immergés dans le liquide 6 sont insonnifiés uniformément, si bien que le retournement des aliments végétaux à décontaminer est moins prépondérant.
L'efficacité du nettoyage est telle que le traitement est fait dans des conditions standards 20°C, pression atmosphérique. La durée du cycle de nettoyage est court, ce qui permet d'envisager un traitement en ligne. Exemple 5 : Effet d 'un traitement par les méaasons sur la tolérance des feuilles de laitue à une infection par Botrytis cinerea. Des lots de 30 jeunes plantules de laitue au stade cotylédonaire, et au stade cinq feuilles, ont été traités par le dispositif pendant cinq minutes.
Deux jours après le traitement, les feuilles épanouies sont prélevées et placées en boite de pétri sur du papier humide. Un cube de gélose calibré qui porte du mycélium du champignon pathogène, est placé sur le limbe, à côté de la nervure principale. Les boites sont ensuite transférées dans une chambre de culture à 25°C et le suivi de l 'infection est mesuré en déterminant la surface de la nécrose du limbe, par analyse d'image, après 2, 3 et 4 jours. Tableau 3 : Surface de la nécrose due à l'infection par Botrytis cinerea de feuilles de laitues isolées après 2, 3 et 4 Jours d'infection.
Figure imgf000036_0001
Le traitement par le dispositif a été effectué au stade cotylédonaire et au stade cinq feuilles, deux jours avant la mise en contact avec le champignon.
Comme il ressort du tableau 3 ci-dessus, il apparaît que le traitement par le dispositif objet de l'invention limite la nécrose des plantes infectées par le champignon pathogène Botrytis cinerea.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif (1 ) de traitement par des ondes acoustiques de haute fréquence, comprenant au moins :
- une enceinte (2), qui est préférentiellement une cuve à débordement comprenant un liquide (6), et
- au moins un transducteur à ultrasons (3),
caractérisé en ce que les ondes produites par le transducteur à ultrasons (3) dans l'enceinte (2) ont une fréquence supérieure à 100 kHz, préférentiellement supérieure à 200 kHz.
2. Dispositif selon la revendication 1 , pour le nettoyage et/ou la décontamination.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les ondes produites par le transducteur à ultrasons (3) dans l'enceinte (2) ont une fréquence supérieure à 500 kHz, préférentiellement comprise entre 1 MHz et 5 MHz.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le transducteur à ultrasons (3) est un ensemble de céramiques piézoélectriques disposées sur les parois extérieures et/ou intérieures de l'enceinte (2).
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un module de réglage (7) des céramiques piézoélectriques, qui est préférentiellement une carte électronique de puissance.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un système de gazéification du liquide de nettoyage comprenant une membrane semi-perméable.
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit d'écoulement du liquide de nettoyage comprenant au moins un module additionnel choisi parmi un réacteur sonochimique (8), un filtre (1 0, 12), un déversoir (9), et/ou une pompe de circulation (1 1 ) .
8. Dispositif selon l 'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit d'écoulement du liquide de nettoyage, ledit circuit intégrant :
- un déversoir (9),
- un filtre poreux (10),
- une pompe de recirculation (1 1 ),
- un réacteur sonochimique (8),
- et éventuellement un filtre micro particule (1 2).
9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu 'il comprend un hydrophone immergé (21 ) .
1 0. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enceinte est une cuve à débordement comprenant un liquide (6) .
1 1 . Utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications précédentes, pour le traitement d'un végétal ou pour le traitement, non thérapeutique, d'un animal inséré dans l'enceinte (2) .
1 2. Utilisation selon la revendication 1 1 , pour le nettoyage et/ou la décontamination d 'aliments insérés dans l'enceinte (2), préférentiellement d'aliments végétaux.
1 3. Utilisation selon la revendication 1 1 , pour le saumurage d'aliments insérés dans l 'enceinte, préférentiellement d 'aliments d 'origine animale.
1 4. Utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 1 0, pour la modification ex vivo du métabolisme d 'un organisme, d'un organe ou d 'un tissu inséré dans l'enceinte (2) .
1 5. Utilisation d 'un dispositif selon la revendication 14, pour la stimulation de la croissance d 'un organisme végétal, d'un organe végétal ou d 'un tissu végétal.
1 6. Utilisation d'un dispositif selon la revendication 14, pour augmenter les défenses d'un organisme végétal, d'un organe végétal ou d'un tissu végétal, face à l'infection par un agent pathogène.
1 7. Procédé de nettoyage et/ou de décontamination par des ondes acoustiques de haute fréquence, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes selon lesquelles :
- un produit (4) à nettoyer et/ou à décontaminer par au moins une particule polluante est introduit dans une enceinte (2) qui est préférentiellement une cuve à débordement ;
- des ondes acoustiques de haute fréquence, supérieure à 100 kHz, préférentiellement supérieure à 200kHz sont générées dans ladite enceinte (2) par un transducteur à ultrasons (3) ;
- les ondes acoustiques se propagent dans l'enceinte (2) et atteignent le produit à nettoyer et/ou à décontaminer ; et
- le produit nettoyé et/ou décontaminé est récupéré.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'enceinte (2) comprend un liquide de nettoyage (6) et en ce que ledit procédé comprend une étape additionnelle de traitement, par un circuit d'écoulement du liquide de nettoyage sali et chargé en particule polluante, selon laquelle :
- le liquide de nettoyage (6) sali et chargé en particule polluante est passé dans un filtre (10) ;
- le liquide ainsi filtré pénètre dans une pompe de recirculation (1 1 ) puis dans un réacteur sonochimique (8), de fréquence comprise entre 40 kHz et 400 kHz, dans lequel la particule polluante est détruite ; et
- le liquide débarrassé de particule polluante est soit réintroduit dans l'enceinte (2), soit introduit dans un circuit secondaire (13).
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