Sans une durée de conservation précise et spécifique au produit, vous pourriez jeter un produit périmé qui est encore bon. Ou vendre un produit non périmé qui est en réalité mauvais. Vous pourriez payer trop cher pour un emballage qui ne met pas votre produit en valeur. Ou renoncer à une durée de conservation importante que vous obtiendriez avec un meilleur emballage. Le fait est que vous ne pouvez pas en être sûr, car vous opérez dans le flou.

Alors pourquoi les gens ne font-ils pas davantage de tests de durée de conservation ?

Vous payez peut-être trop cher pour un emballage qui n'apporte rien à votre produit.

Essais complets de durée de conservation

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

De nombreux facteurs peuvent rendre votre produit dangereux ou impropre à la consommation : moisissure, prolifération microbienne, rancissement, altération de la texture ou du goût, dégradation des vitamines. La plupart des gens ne disposent pas de l'expertise nécessaire pour réaliser des tests complets de durée de conservation en interne, et faire appel à un laboratoire externe coûte cher.

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 start-up, peut se permettre de mener.

Durée de conservation et activité de l'eau

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

1. Cela élimine les distractions. Lorsque vous connaissez l'activité hydrique de votre produit, vous savez quels modes de défaillance posent problème pour ce produit.
2. Cela simplifie les prévisions. Vous pouvez utiliser votre mesureur d'activité de l'eau et une autre méthode de mesure (qui dépendra du mode de défaillance particulier) pour mener une expérience simple en interne qui vous permettra de prévoir avec précision la durée de conservation.
3. Il standardise la production. Vous pouvez définir une spécification d'activité de l'eau qui vous permet d'obtenir une durée de conservation optimale pour chaque lot.

Vos données sur la durée de conservation peuvent fournir des informations précieuses pour vous aider à éviter les défaillances des produits, à prévoir et prolonger leur durée de conservation, à choisir l'emballage le plus rentable, et bien plus encore.

AQUALAB 3. Obtenir une mesure précise de l'activité de l'eau dans votre produit peut vous aider à prédire 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 pour prédire et contrôler la durée de conservation des produits alimentaires. La durée de conservation est la période pendant laquelle 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 redox, l'oxygène, l'utilisation de conservateurs et les conditions de transformation/stockage. En mesurant et en contrôlant l'activité de l'eau dans les aliments et les produits pharmaceutiques, il est possible de :

• Prédire quels micro-organismes seront des sources potentielles de détérioration et d'infection
• Maintenir la stabilité chimique des aliments
• Réduire au minimum les réactions de brunissement non enzymatiques et les réactions spontanées d'oxydation autocatalytique des lipides.
• Contrôler l'activité des enzymes
• Prolonger la durée de conservation des nutriments et des vitamines dans les aliments
• Optimiser les propriétés physiques des aliments

Facteurs qui mettent fin à la durée de conservation

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

Croissance microbienne

La moisissure et la prolifération microbienne constituent les menaces les plus dangereuses pour la durée de conservation. Le contrôle de l'activité de l'eau peut inhiber ou empêcher la prolifération 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

Mais comment exploiter ces connaissances à votre avantage dans la formulation, la spécification, la production et le conditionnement ? Regardez notre dernier webinaire pour découvrir :

• comment l'activité de l'eau prédit la croissance microbienne
• Comment utiliser les limites maximales admissibles (LMA) spécifiques à votre secteur d'activité pour définir vos spécifications
• comment utiliser différentes techniques de formulation (y compris les humectants, les films, les revêtements) pour obtenir l'activité de l'eau dont vous avez besoin
• Pourquoi vous devriez envisager la technologie Hurdle pour relever certains défis

Dégradation chimique

L'activité de l'eau influence les vitesses des réactions chimiques de détérioration, car l'eau agit comme un solvant, peut être elle-même un réactif ou peut modifier la mobilité des réactifs par sa viscosité. Par exemple, les réactions de brunissement non enzymatiques augmentent avec l'activité de l'eau jusqu'à un maximum de 0,6 à 0,7 aw, et l'oxydation des lipides est minimisée entre environ 0,2 et 0,3 aw. La stabilité chimique optimale se situe généralement près de la teneur en humidité monocouche, telle que déterminée à partir des isothermes de sorption d'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 très humides et (moins souvent) peu humides peuvent affecter l'activité hydrique d'un produit, entraînant des changements indésirables dans sa texture ou ses propriétés physiques et raccourcissant sa durée de conservation. Parmi les problèmes rencontrés, on peut citer la perte de croustillant des produits secs, l'agglomération et l'agglutination des poudres, ainsi que la dureté ou la consistance caoutchouteuse des produits humides. Déterminer l'activité hydrique critique de votre produit peut nécessiter quelques recherches, mais l'activité hydrique facilite grandement cette tâche.

Connaître l'activité hydrique optimale de vos produits peut empêcher des changements indésirables dans leurs propriétés physiques, comme l'agglomération et la formation de grumeaux.

Emballage, expédition et stockage

Les changements d'activité de l'eau pendant le transport et le stockage peuvent avoir une influence considérable sur la durée de conservation. L'activité de l'eau dépend de la température, et les températures de transport et de stockage peuvent affecter l'activité de l'eau à l'intérieur de l'emballage. Des tests simplifiés de durée de conservation peuvent vous aider à déterminer le meilleur emballage et à évaluer l'effet des conditions de transport et de stockage sur la durée de conservation de votre produit.

Commencez avec des tests simplifiés

Les informations sur la manière d'optimiser la durée de conservation figurent dans la littérature scientifique consacrée à l'alimentation, mais il peut être difficile de trouver des instructions détaillées. Il suffit de garder à l'esprit quelques éléments lorsque vous élaborez un plan pour tester la durée de conservation de votre produit spécifique.

N'essayez PAS d'analyser tout

De nombreux facteurs influent sur 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 agroalimentaires mesurent l'activité de l'eau en laboratoire et en ligne à l'aide d'appareils de mesure de l'activité de l'eau. Mesurez 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 appareils 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 découvrir leur fonctionnement.

Déterminez les modes de défaillance les plus probables.

La durée de conservation d'un produit est généralement influencée par un ou deux modes de défaillance seulement. Par exemple, la durée de conservation des chips de pomme de terre est souvent compromise par des saveurs indésirables associées à l'oxydation des lipides. Les tests simplifiés de durée de conservation doivent commencer par suivre l'oxydation des lipides à différentes activités de l'eau et températures. Une fois les impacts de l'oxydation des lipides pris en compte, vous pouvez examiner tout autre facteur potentiellement limitant, tel que la texture.

Les étapes fondamentales pour déterminer la durée de conservation

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

Si vous deviez développer ces étapes dans un organigramme détaillé, cela ressemblerait à ceci (voir l'image agrandie ici) :

Figure 2. Organigramme des tests de durée de conservation

Choisissez le forfait qui vous convient

Une fois que vous avez déterminé la plage d'activité de l'eau idéale pour votre produit, il est temps de réfléchir à l'emballage. Le facteur déterminant le plus important pour l'évolution de l'activité de l'eau de votre produit au fil du 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 adapté à 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 WVTR

La force motrice du mouvement de l'eau à travers l'emballage est la différence entre 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 cette eau se déplace. L'humidité est transférée à travers l'emballage à une vitesse appelée taux de transmission de vapeur d'eau (WVTR). Vous pouvez utiliser le WVTR dans des modèles mathématiques pour déterminer l'emballage optimal pour la durée de conservation souhaitée.

Identifiez votre plage d'activité hydrique critique

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 également s'agir du « point optimal d'humidité » qui maximise les profits et élimine les problèmes potentiels liés au goût, à la texture et à la sécurité.

Si les changements physiques constituent le principal mode de défaillance de votre produit, une courbe isotherme du point de rosée dynamique (DDI) peut permettre d'identifier l'activité critique de l'eau. Une courbe DDI mesure l'évolution 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 peuvent vous faire gagner beaucoup de temps dans l'identification d'une activité hydrique critique. Vous pouvez les obtenir en envoyant un échantillon de votre produit à AQUALAB Lab Services ou en utilisant l'ANALYSEUR DE SORPTION DE VAPEUR 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 à l'aide de limites 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 les facteurs chimiques tels que l'oxydation des lipides, le brunissement de Maillard ou la perte de vitamines sont les principales causes de détérioration de votre produit, vous devrez fournir un peu plus d'efforts. L'activité de l'eau est corrélée à bon nombre de ces réactions chimiques, mais vous devez mener des expériences pour déterminer cette corrélation pour votre produit particulier.

Emballage pour une durée de conservation optimale

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

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

Une analyse approfondie des modes de défaillance et plus encore

Vous souhaitez en savoir plus ? Vous trouverez ci-dessous un guide complet et détaillé des étapes décrites dans l'organigramme simplifié ci-dessus (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 alimentaires Mary Galloway et Zachary Cartwright expliquent comment obtenir des réponses à vos questions sur la durée de conservation. Apprenez à :

• Résoudre les problèmes et traiter les plaintes afin de déterminer pourquoi la durée de conservation expire plus tôt que prévu.
• Prévoir l'impact des modifications apportées à la recette sur la durée de conservation
• Comparez l'effet de différentes options d'ingrédients
• Évaluez si une option d'emballage spécifique vous aidera à atteindre ou à améliorer la durée de conservation.

Pourquoi AQUALAB 4TE surpasse les autres mesureurs d'activité de l'eau

L'AQUALAB 4TE enferme un échantillon dans un récipient hermétique, 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 seront égales, 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 électrique ou à résistance pour mesurer l'humidité dans l'espace au-dessus de l'échantillon.

Ces appareils utilisent des méthodes secondaires : ils établissent un lien entre un signal électrique et l'humidité relative et doivent être étalonnés à l'aide d'étalons salins connus.

Avec ces capteurs, l'ERH est égal à l'activité de l'eau de l'échantillon uniquement tant que 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 de capacité ont une conception simple et sont souvent utilisés dans des appareils de mesure de l'activité de l'eau relativement peu coûteux.

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

Les meilleures méthodes pour répondre 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) dépend uniquement 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 manière la plus précise de mesurer cette pression de vapeur, qui renvoie aux principes fondamentaux, consiste à 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 désigne la mesure directe, sans étalonnage.

Les principaux avantages de la méthode du point de rosée (ou point de rosée à miroir refroidi) sont la rapidité et la précision. Le capteur de point de rosée à miroir refroidi est une méthode de mesure primaire basée sur les principes fondamentaux de la thermodynamique. Les mesureurs d'activité de l'eau à miroir refroidi effectuent des mesures très précises (±0,003 aw), 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 d'effectuer une surveillance en ligne de l'activité de l'eau d'un produit.

Ressources supplémentaires

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Carter, B.P., Galloway, M.T., Campbell, G.S., et Carter, A.H. 2015. L'activité critique de l'eau à partir des isothermes dynamiques du point de rosée comme indicateur de la stabilité des poudres prémélangées. Journal of Food Measurement and Characterization. 9(4):479-486.

Carter, B.P., Galloway, M.T., Campbell, G.S., et Carter, A.H. 2015. L'activité critique de l'eau à partir des isothermes dynamiques du point de rosée comme indicateur du croustillant dans les biscuits à faible teneur en humidité. Journal of Food Measurement and Characterization 9(3):463-470.

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Risbo, J. « The Dynamics of Moisture Migration in Packaged Multi-Component Food Systems I: Shelf Life Predictions for a Cereal-Raisin System » (La dynamique de la migration de l'humidité dans les systèmes alimentaires multicomposants emballés I : prévisions de durée de conservation pour un système céréales-raisins secs). Journal of Food Engineering 58, n° 3 (2003) : 239-246.

La stabilité et la durée de conservation des aliments, sous la direction de David Kilcast et Persis Subramaniam. Woodhead Publishing, 2000.

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Del Nobile, M. A., Buonocore, G. G., Limbo, S. et Fava, P. « Prédiction de la durée de conservation des aliments secs à base de céréales emballés dans des films sensibles à l'humidité ». Journal of Food Science 68, n° 4 (2003) : 1292-1300.

Labuza, T.P., et Hyman, C. R. « Moisture Migration and Control in Multi-domain Foods » (Migration et contrôle de l'humidité dans les aliments multidomaines). Trends in Food Science & Technology 9, n° 2 (1998) 47-55.

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Yuan, X., Carter, B. P. et Schmidt, S. J. « Détermination de l'humidité relative critique à laquelle se produit la transition vitreuse-caoutchouteuse dans le polydextrose à l'aide d'un instrument automatique de sorption de vapeur d'eau ». Journal of Food Science 76, n° 1 (2011) 78-89.

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