Guide de l'éducation

Le guide complet du fabricant de produits alimentaires sur la durée de conservation

Qualité, sécurité, stabilité, croissance microbienne et autres: l'activité de l'eau influe sur de nombreux aspects de la durée de conservation. Nous avons rassemblé tout ce que vous devez savoir pour en tirer le meilleur parti.

Sans une durée de conservation précise et spécifique au produit, vous risquez de mettre au rebut un produit périmé qui est encore bon. Ou vendre un produit non périmé qui est en fait mauvais. Vous pourriez payer trop cher pour un emballage qui n'aide pas votre produit. Ou renoncer à une durée de conservation importante qui résulterait d'un meilleur emballage. Le fait est que vous ne pouvez pas en être sûr parce que vous travaillez dans l'obscurité.

Alors pourquoi ne pas effectuer davantage de tests de durée de conservation ?

Vous risquez de payer trop cher pour un emballage qui ne sert pas votre produit.

Test de durée de conservation complet

En général, c'est parce qu'un véritable test de durée de conservation est une tâche ardue. Il implique des relations complexes entre l'humidité, la température et les modes de défaillance du produit.

De nombreux facteurs peuvent rendre votre produit dangereux ou peu appétissant : moisissures, développement microbien, rancissement, modification de la texture ou de la saveur, dégradation des vitamines. La plupart des gens n'ont pas l'expertise nécessaire pour effectuer des tests de durée de conservation complets en interne, et faire appel à un laboratoire externe est coûteux.

Il existe une alternative scientifiquement valable à ce type de test de durée de conservation. Il s'agit de la durée de conservation, simplifiée par l'activité de l'eau. Elle génère toutes les données dont vous avez besoin pour prédire la durée de conservation de votre produit à partir d'une expérience que tout le monde, même une petite entreprise, peut se permettre de réaliser.

Durée de conservation et activité de l'eau

Comment l'activité de l'eau simplifie-t-elle la durée de conservation ?

Il élimine les distractions. Lorsque vous connaissez l'activité de l'eau de votre produit, vous savez quels sont les modes de défaillance qui posent problème pour ce produit.
Il simplifie la prédiction. Vous pouvez utiliser votre compteur d'activité de l'eau et une autre méthode de mesure (qui dépend de votre mode de défaillance particulier) pour réaliser une expérience interne simple qui vous permettra de prédire avec précision votre durée de conservation.
Il normalise la production. Vous pouvez définir une spécification d'activité de l'eau qui vous permet d'atteindre une durée de conservation optimale pour chaque lot.

Vos données sur la durée de conservation peuvent fournir des informations précieuses qui vous aideront à éviter les défaillances des produits, à prévoir et à allonger la durée de conservation, à choisir l'emballage le plus rentable, et bien d'autres choses encore.

AQUALAB 3. Une mesure précise de l'activité de l'eau sur votre produit peut vous aider à prévoir plus précisément sa durée de conservation.

Comment l'activité de l'eau permet-elle de prédire la durée de conservation ?

L'activité de l'eau est un moyen important de prédire et de contrôler la durée de conservation des produits alimentaires. La durée de conservation est le temps pendant lequel un produit reste sûr, conserve les propriétés sensorielles, chimiques, physiques et microbiologiques souhaitées et est conforme à l'étiquetage nutritionnel. De nombreux facteurs influencent la durée de conservation, notamment l'activité de l'eau, le pH, le potentiel d'oxydoréduction, l'oxygène, l'utilisation de conservateurs et les conditions de traitement/stockage. En mesurant et en contrôlant l'activité de l'eau des aliments et des produits pharmaceutiques, il est possible de :

Prévoir quels micro-organismes seront des sources potentielles de détérioration et d'infection
Maintenir la stabilité chimique des aliments
Minimiser les réactions de brunissement non enzymatiques et les réactions autocatalytiques spontanées d'oxydation des lipides
Contrôler l'activité des enzymes
Prolonger la durée de vie des nutriments et des vitamines dans les aliments
Optimiser les propriétés physiques des aliments

Comment l'activité de l'eau permet-elle de prédire la durée de conservation ?

Prévoir quels micro-organismes seront des sources potentielles de détérioration et d'infection
Maintenir la stabilité chimique des aliments
Minimiser les réactions de brunissement non enzymatiques et les réactions autocatalytiques spontanées d'oxydation des lipides
Contrôler l'activité des enzymes
Prolonger la durée de vie des nutriments et des vitamines dans les aliments
Optimiser les propriétés physiques des aliments

Facteurs qui réduisent la durée de conservation

Trois facteurs principaux influencent la durée de conservation : les propriétés microbiennes, les modifications chimiques et la détérioration physique. Tous ces facteurs sont liés à l'activité de l'eau.

Croissance microbienne

Les moisissures et la croissance microbienne sont les menaces les plus dangereuses pour la durée de conservation. Le contrôle de l'activité de l'eau peut inhiber ou empêcher la croissance microbienne, prolonger la durée de conservation et permettre à certains produits d'être stockés en toute sécurité sans réfrigération. À l'aide de tableaux bien définis, vous pouvez fixer une limite d'activité de l'eau pour votre produit et l'utiliser dans les tests de durée de conservation.

Tableau 1. Limites de croissance de l'activité de l'eau pour de nombreux micro-organismes courants
_aw	Bactéries	Moule	Levure	Produits typiques
0.97	Clostridium botulinum E Pseudomonas fluorescens			viande fraîche, fruits, légumes, fruits en conserve, légumes en conserve
0.95	Escherichia coli Clostridium perfringens Salmonella spp. Vibrio cholerae			bacon à faible teneur en sel, saucisses cuites, spray nasal, gouttes pour les yeux
0.94	Clostridium botulinum A, B Vibrio parahaemolyticus	Stachybotrys atra
0.93	Bacillus cereus	Rhizopus nigricans		certains fromages, charcuterie (jambon) produits de boulangerie, lait évaporé, ral liquide suspensions, lotions topiques
0.92	Listeria monocytogenes
0.91	Bacillus subtilis
0.90	Staphylococcus aureus (anaérobie)	Trichothecium roseum	Saccharomyces cerevisiae
0.88			Candida
0.87	Staphylococcus aureus (aérobie)
0.85		Aspergillus clavatus		lait condensé sucré, fromages vieillis (cheddar), saucisses fermentées (salami), viandes séchées (jerky), bacon, la plupart des concentrés de jus de fruits, sirop de chocolat, gâteaux aux fruits, fondants, sirop contre la toux, suspensions d'analgésiques oraux
0.84		Byssochlamys nivea
0.83		Penicillium expansum Penicillium islandicum Penicillium viridicatum	Deharymoces hansenii
0.82		Aspergillus fumigatus Aspergillus parasiticus
0.81		Penicillium Penicillium cyclopium Penicillium patulum
0.80			Saccharomyces bailii
0.79		Penicillium martensii
0.78		Aspergillus flavus		confiture, marmelade, massepain, fruits glacés, mélasse, figues sèches, poisson fortement salé
0.77		Aspergillus niger Aspergillus ochraceous
0.75		Aspergillus restrictus Aspergillus candidus
0.71		Eurotium chevalieri
0.70		Eurotium amstelodami
0.62			Saccharomyces rouxii	fruits secs, sirop de maïs, réglisse, guimauves, chewing-gums, aliments séchés pour animaux de compagnie
0.61		Monascus bisporus
0.60	Pas de prolifération microbienne
0.50	Pas de prolifération microbienne			caramels, caramels, miel, nouilles, pommades topiques
0.40	Pas de prolifération microbienne			œuf entier en poudre, cacao, centre liquide, goutte de toux
0.30	Pas de prolifération microbienne			craquelins, aliments à base d'amidon, préparations pour gâteaux, comprimés de vitamines, suppositoires
0.20	Pas de prolifération microbienne			bonbons bouillis, lait en poudre, préparations pour nourrissons

Mais comment utiliser ces connaissances à votre avantage dans la formulation, la spécification, la production et l'emballage ? Regardez notre dernier webinaire pour en savoir plus :

comment l'activité de l'eau prédit la croissance microbienne
comment utiliser les limites d'aw des organismes spécifiques à votre secteur d'activité pour définir vos spécifications
comment utiliser différentes techniques de formulation (y compris les humectants, les films, les enduits) pour obtenir l'activité de l'eau dont vous avez besoin
pourquoi vous devriez envisager de recourir à la technologie des haies pour relever certains défis

Dégradation chimique

L'activité de l'eau influence les taux de réaction chimique de détérioration parce que l'eau agit comme un solvant, peut être elle-même un réactif ou peut modifier la mobilité des réactifs par le biais de la viscosité. Par exemple, les réactions de brunissement non enzymatique augmentent avec l'activité de l'eau pour atteindre un maximum entre 0,6 et 0,7_aw, et l'oxydation des lipides est minimisée entre 0,2 et 0,3_aw. La stabilité chimique optimale se trouve généralement près de la teneur en eau de la monocouche, telle qu'elle est déterminée par les isothermes de sorption de l'humidité.

Figure 1. La stabilité et les réactions d'un produit peuvent être prédites à l'aide de l'activité de l'eau.

Détérioration physique

Les environnements à forte et (moins souvent) faible humidité peuvent affecter l'activité de l'eau d'un produit, entraînant des changements indésirables dans la texture ou les propriétés physiques du produit et raccourcissant sa durée de conservation. Parmi les problèmes rencontrés, citons la perte de croustillance des produits secs, la formation de mousses et d'agglomérats dans les poudres, ainsi que la ténacité ou la mastication des produits humides. Trouver l'activité de l'eau critique pour votre produit peut nécessiter quelques recherches, mais l'activité de l'eau facilite grandement la tâche.

Connaître l'activité optimale de l'eau de votre produit permet d'éviter des changements indésirables dans les propriétés physiques du produit, tels que la formation de mousses et d'agglomérats.

Emballage, expédition et stockage

Les variations de l'activité de l'eau au cours du transport et du stockage peuvent avoir une incidence considérable sur la durée de conservation. L'activité de l'eau est fonction de la température, et les températures d'expédition et de stockage peuvent affecter l'activité de l'eau à l'intérieur de l'emballage. Les tests de durée de conservation simplifiés peuvent vous aider à déterminer le meilleur emballage et à évaluer l'effet des conditions d'expédition et de stockage sur la durée de conservation de votre produit.

Démarrer avec des tests simplifiés

Des informations sur la manière de maximiser la durée de conservation sont disponibles dans la littérature scientifique, mais il peut être difficile de trouver des instructions étape par étape. Il y a juste quelques points à garder à l'esprit lors de l'élaboration d'un plan pour tester la durée de conservation de votre produit particulier.

N'essayez pas de tout analyser

De nombreux facteurs interviennent dans la durée de conservation, mais les plus importants sont l'activité de l'eau et la température. Commencez par contrôler ces deux facteurs.

Comment mesure-t-on l'activité de l'eau ?

Les fabricants de produits alimentaires mesurent l'activité de l'eau en laboratoire et sur la chaîne de production à l'aide de compteurs d'activité de l'eau. Mesurer l'activité de l'eau (_aw) en 5 minutes ou moins (temps de lecture moyen : 2,5 minutes) avec une précision de ±0,003_aw. Les instruments AQUALAB sont les appareils de mesure de l 'activité de l'eau les plus rapides et les plus précis du marché. Regardez la vidéo pour voir comment cela fonctionne.

Déterminer les modes de défaillance les plus probables

La durée de conservation d'un produit est généralement affectée par un ou deux modes de défaillance seulement. Par exemple, la durée de conservation des chips est souvent interrompue par les mauvais goûts associés à l'oxydation des lipides. Les tests simplifiés de durée de conservation devraient commencer par le suivi de l'oxydation des lipides à différentes activités de l'eau et à différentes températures. Une fois que les effets de l'oxydation des lipides ont été pris en compte, il est possible d'examiner d'autres facteurs potentiellement limitants, tels que la texture.

Les étapes de base pour déterminer la durée de conservation

Étapes de base pour tester la durée de conservation à l'aide de l'activité de l'eau

Si vous deviez développer ces étapes sous la forme d'un organigramme détaillé, il ressemblerait à ceci (voir l'organigramme plus grand ici) :

Figure 2. Organigramme des tests de durée de conservation

Choisir le bon paquet

Une fois que vous avez déterminé la plage d'activité de l'eau idéale pour votre produit, il est temps de penser à l'emballage. Le facteur le plus déterminant pour l'évolution de l'activité de l'eau de votre produit dans le temps est la perméabilité du matériau d'emballage, c'est-à-dire sa capacité à empêcher le transfert d'humidité dans différentes conditions (voir Wong et al 1999). Pour déterminer l'emballage adéquat en fonction de la durée de conservation souhaitée, vous avez besoin de deux mesures simples : la perméabilité de l'emballage et l'activité critique de l'eau.

Trouvez votre WTVR

La force motrice du mouvement de l'eau à travers l'emballage est une différence dans les conditions d'activité de l'eau à l'intérieur et à l'extérieur de l'emballage. Les fabricants utilisent l'emballage pour contrôler la vitesse à laquelle l'eau se déplace. L'humidité est transférée à travers l'emballage à une vitesse appelée taux de transmission de la vapeur d'eau (WVTR). Vous pouvez utiliser le taux de transmission de la vapeur d'eau dans des modèles mathématiques afin de déterminer l'emballage optimal pour la durée de conservation souhaitée.

Identifier la plage d'activité critique de l'eau

L'un des principaux objectifs des tests de durée de conservation est de déterminer la meilleure plage d'activité de l'eau pour votre produit. Il peut s'agir d'une activité de l'eau critique qui, si elle est dépassée, entraînera immédiatement des problèmes de sécurité ou de texture qui mettront fin à la durée de conservation. Il peut aussi s'agir du "point idéal d'humidité" qui maximise les bénéfices et élimine les problèmes potentiels de goût, de texture et de sécurité.

Si les changements physiques sont le principal mode de défaillance de votre produit, une courbe isotherme dynamique du point de rosée (DDI) peut permettre d'identifier l'activité critique de l'eau. Une courbe DDI mesure le changement des propriétés de sorption d'un échantillon lorsqu'il adsorbe et désorbe de l'eau (voir figure 3).

Figure 3. Relation entre les changements de texture et l'isotherme du lait en poudre séché par atomisation

Les courbes DDI permettent de gagner beaucoup de temps dans l'identification d'une activité critique de l'eau. Vous pouvez les obtenir en envoyant un échantillon de votre produit à AQUALAB Lab Services ou en utilisant le VAPOR SORPTION ANALYZER pour développer vos propres courbes DDI.

Si la détérioration microbienne est le facteur qui limite votre durée de conservation, vous pouvez identifier une activité de l'eau critique ou une plage d'activité de l'eau en utilisant des limites qui ont été bien établies par la recherche. De nombreux micro-organismes préoccupants sont répertoriés dans ce tableau qui montre la relation entre l'activité de l'eau et la croissance microbienne.

Si des facteurs chimiques tels que l'oxydation des lipides, le brunissement de Maillard ou la perte de vitamines constituent le principal mode de défaillance de votre produit, vous devrez faire un peu plus d'efforts. L'activité de l'eau est corrélée à bon nombre de ces réactions chimiques, mais vous devez expérimenter pour déterminer cette corrélation pour votre produit particulier.

Emballage pour une durée de conservation réussie

Une fois que la perméabilité du paquet et l'activité critique de l'eau sont connues, ces valeurs peuvent être utilisées pour effectuer une modélisation prédictive.

La modélisation prédictive est souvent réalisée à l'aide d'une série d'équations compliquées (décrites dans la section Ressources supplémentaires), mais il existe une méthode plus simple. Un logiciel, MOISTURE ANALYSIS TOOLKIT, effectue ces calculs pour vous. Il utilise ces données de base pour déterminer la durée de conservation, définir les spécifications idéales de l'emballage et vous permet même de faire varier les paramètres d'analyse afin d'examiner différentes options d'emballage.

Une plongée en profondeur dans les modes de défaillance et plus encore

Besoin d'en savoir plus ? Vous trouverez ci-dessous un guide complet et détaillé des étapes du diagramme simplifié de la durée de conservation (figure 2). Ouvrez les onglets pour en savoir plus sur chaque sujet.

PLUS d'informations sur la durée de conservation

Dans ce webinaire de 30 minutes, les scientifiques de l'alimentation Mary Galloway et Zachary Cartwright expliquent comment obtenir des réponses à vos questions sur la durée de conservation. Apprenez à :

-Dépanner les problèmes et les plaintes afin de déterminer pourquoi la durée de conservation s'achève plus tôt que prévu.

-Prévoir l'impact des changements de recettes sur la durée de conservation

-Comparer l'effet de différentes options d'ingrédients

-Évaluer si une option d'emballage spécifique vous permettra d'atteindre ou d'améliorer la durée de conservation.

Pourquoi AQUALAB 4TE surpasse-t-il les autres compteurs d'activité de l'eau ?

L'AQUALAB 4TE enferme un échantillon dans un récipient scellé, et l'humidité relative de l'air dans l'espace de tête s'équilibre avec l'activité de l'eau de l'échantillon. À l'équilibre, les deux sont égaux et nous pouvons mesurer l'humidité relative de l'espace de tête pour connaître l'activité de l'eau de l'échantillon. C'est la réponse la plus fiable à la question de savoir comment mesurer l'activité de l'eau.

Méthodes secondaires : hygromètres, capteurs de capacité

Comme les premiers appareils de mesure de l'activité de l'eau, la plupart des instruments modernes utilisent des capteurs hygrométriques à capacité ou à résistance électrique pour mesurer l'humidité dans l'espace de tête au-dessus de l'échantillon.

Ces compteurs utilisent des méthodes secondaires : ils relient un signal électrique à l'humidité relative et doivent être étalonnés avec des étalons de sel connus.

Avec ces capteurs, l'ERH est égal à l'activité de l'eau de l'échantillon seulement si les températures de l'échantillon et du capteur sont identiques. Des mesures précises nécessitent un bon contrôle ou une bonne mesure de la température. Les capteurs capacitifs sont de conception simple et sont souvent utilisés dans des appareils de mesure de l'activité de l'eau relativement bon marché.

La méthode du point de rosée 4TE est une méthode primaire

Les meilleures méthodes qui répondent à la question de savoir comment mesurer l'activité de l'eau sont les méthodes primaires qui utilisent le rapport p _/p0.

_P0 (la pression de vapeur saturante) ne dépend que de la température de l'échantillon (comme le montre le graphique ci-joint), il est donc possible de mesurer _p0 en mesurant la température de l'échantillon. P (la pression de vapeur de l'eau dans l'échantillon) peut être mesurée en mesurant la pression de vapeur de l'eau dans l'espace de tête scellé au-dessus de l'échantillon. La façon la plus précise de mesurer cette pression de vapeur, et qui revient aux premiers principes, est de mesurer le point de rosée de l'air.

Figure 15. Il est possible de mesurer la pression de vapeur saturante en mesurant la température de l'échantillon (la pression de vapeur saturante dépend de la température).

La méthode primaire signifie une mesure directe, sans étalonnage

Les principaux avantages de la méthode du point de rosée (ou du point de rosée à miroir froid) sont la rapidité et la précision. Le capteur de point de rosée à miroir froid est une méthode de mesure primaire basée sur des principes thermodynamiques fondamentaux. Les compteurs d'activité de l'eau à miroir réfrigéré effectuent des mesures très précises (±0,_003aw), généralement en 5 minutes environ. Comme la mesure est basée sur la détermination de la température, aucun étalonnage n'est nécessaire. Les utilisateurs doivent mesurer une solution saline standard pour vérifier le bon fonctionnement de l'instrument. Pour certaines applications, la rapidité de cette méthode permet aux fabricants de contrôler en ligne l'activité de l'eau d'un produit.

Ressources complémentaires

ASTM International. ASTM E96-00 Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials. West Conshohocken, PA : ASTM International, 2000.

Azanha, A.B., et Faria J. A. F. "Use of Mathematical Models for Estimating the Shelf-life of Cornflakes in Flexible Packaging". Packaging Technology and Science 18, no. 4 (2005) : 171-178.

Carter, B.P., Galloway, M.T., Campbell, G.S., et Carter, A.H. 2015. The critical water activity from dynamic dewpoint isotherms as an indicator of premix powder stability. Journal of Food Measurement and Characterization. 9(4):479-486.

Carter, B.P., Galloway, M.T., Campbell, G.S., et Carter, A.H. 2015. The critical water activity from dynamic dewpoint isotherms as an indicator of crispness in low moisture cookies. Journal of Food Measurement and Characterization 9(3):463-470.

Carter, B. P., et Schmidt, S. J. "Developments in Glass Transition Determination in Foods using Moisture Sorption Isotherms". Food Chemistry 132, no. 4 (2012) : 1693-1698.

Risbo, J. "The Dynamics of Moisture Migration in Packaged Multi-Component Food Systems I : Shelf Life Predictions for a Cereal-Raisin System". Journal of Food Engineering 58, no. 3 (2003) : 239-246.

The Stability and Shelf-Life of Food, édité par David Kilcast et Persis Subramaniam. Woodhead Publishing, 2000.

Koutsoumanis, Konstantinos, et George-John E. Nychas. "Application d'une procédure expérimentale systématique pour développer un modèle microbien permettant de prédire rapidement la durée de conservation du poisson". International Journal of Food Microbiology60, no. 2-3 (2000) : 171-84. doi:10.1016/s0168-1605(00)00309-3.

Del Nobile, M. A., Buonocore, G. G., Limbo, S. et Fava, P. "Shelf Life Prediction of Cereal-based Dry Foods Packed in Moisture-sensitive Films". Journal of Food Science 68, no. 4 (2003) : 1292-1300.

Labuza, T.P., et Hyman, C. R. "Moisture Migration and Control in Multi-domain Foods". Trends in Food Science & Technology 9, no. 2 (1998) 47-55.

Wong, Ee Hua, et Teo, Y. C., et Lim, T. B. "Moisture Diffusion and Vapor Pressure Modeling of IC Packaging". Présentation à la conférence annuelle sur les composants électroniques et la technologie, Seattle, WA, 25-28 mai 1998.

Yuan, X., Carter, B. P., et Schmidt, S. J. "Determining the Critical Relative Humidity at which the Glassy to Rubbery Transition Occurs in Polydextrose using an Automatic Water Vapor Sorption Instrument" (Détermination de l'humidité relative critique à laquelle se produit la transition de l'état vitreux à l'état caoutchouteux dans le polydextrose en utilisant un instrument automatique de sorption de la vapeur d'eau). Journal of Food Science 76, no. 1 (2011) 78-89.

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