Comment l'activité de l'eau et le pH agissent ensemble pour contrôler la croissance microbienne
Comment l'activité de l'eau et le pH agissent ensemble pour contrôler la croissance microbienne
L'utilisation conjointe du pH et de l'aW permet de contrôler les microbes plus efficacement que l'un ou l'autre. Voici comment les fabricants de produits alimentaires peuvent utiliser la technologie des haies pour améliorer les formulations.
L'activité de l'eau et le pH sont les deux facteurs intrinsèques les plus importants qui déterminent si un produit favorisera la croissance d'un micro-organisme d'altération. L'activité de l'eau et le pH agissent en synergie, leurs effets combinés étant plus puissants que leurs effets individuels. Cet effet synergique est décrit en détail par la technologie hurdle pour le contrôle microbien et fait partie intégrante de la définition des aliments potentiellement dangereux de la FDA.
Voici comment vous pouvez utiliser le pouvoir combiné de l'activité de l'eau et du pH pour accroître le contrôle microbien en utilisant des techniques de conservation plus douces, ce qui peut se traduire par une amélioration de la texture et de la qualité du produit.
Comment l'activité de l'eau empêche la croissance microbienne
Comme tous les organismes, les micro-organismes ont besoin d'eau pour se développer. Ils absorbent l'eau en la déplaçant à travers la membrane cellulaire. Ce mécanisme de mouvement de l'eau dépend d'un gradient d'activité de l'eau : l'eau se déplace d'un environnement à forte activité de l'eau à l'extérieur de la cellule vers un environnement à faible activité de l'eau à l'intérieur de la cellule.
Lorsque l'activité de l'eau à l'extérieur de la cellule devient suffisamment faible, cela provoque un stress osmotique : la cellule ne peut plus absorber d'eau et devient dormante. Les micro-organismes ne sont pas éliminés, ils deviennent simplement incapables de se reproduire. Les organismes ne réagissent pas tous de la même manière au stress osmotique. C'est pourquoi les limites de croissance varient d'un organisme à l'autre. Certains types de moisissures et de levures se sont adaptés pour supporter des niveaux d'activité de l'eau très bas.
Chaque organisme a une activité de l'eau spécifique à partir de laquelle il cesse de se développer. Tant que les développeurs de produits maintiennent l'activité de l'eau en dessous de cette limite, le microbe en question ne se reproduira pas à des niveaux suffisamment élevés pour provoquer une infection ou une maladie. Voir le tableau 1.
| 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 |
Les limites de la croissance microbienne font de l'activité de l'eau un excellent outil pour garantir la sécurité des produits alimentaires, et la mesure de l'activité de l'eau peut être utilisée comme point de contrôle critique dans les plans HACCP.
Possibilités de synergie
Les limites de croissance indiquées dans le tableau 1 supposent que toutes les autres conditions (pH, température, etc.) sont optimales pour la croissance de l'organisme. Toutefois, si les effets limitant la croissance d'un pH réduit sont combinés au contrôle de l'activité de l'eau, la croissance microbienne peut en fait être contrôlée à une activité de l'eau plus élevée que celle indiquée dans le tableau.
Qu'est-ce que le pH ?
Le pH est une mesure du degré d'acidité ou d'alcalinité d'une solution. Les valeurs comprises entre 0 et 7 indiquent l'acidité ; les valeurs comprises entre 7 et 14 indiquent l'alcalinité. L'eau distillée, qui est neutre, a un pH de 7. Les aliments ont tendance à être soit neutres, soit acides.
Les microbes ont des limites de croissance en termes de pH
Tout comme pour l'activité de l'eau, les micro-organismes ont des limites de pH en dessous desquelles ils ne se développent pas. Le tableau 2 indique les limites minimales de pH pour la croissance de différents types de micro-organismes. Tous les micro-organismes préfèrent un pH neutre pour une croissance optimale, mais ils peuvent se développer dans des valeurs de pH plus acides. La plupart d'entre eux cessent de croître à un pH de 5,0. Certains micro-organismes peuvent descendre jusqu'à 4,6 et même 4,4. Historiquement, un pH de 4,6 était considéré comme la limite inférieure de croissance, mais certaines parties du code alimentaire ont été modifiées lorsqu'on a découvert que certains microbes problématiques pouvaient se développer à des niveaux de pH aussi bas que 4,2.
| Micro-organismes | Minimum | Optimum | Maximum |
|---|---|---|---|
| Clostridium perfringens | 5.5-5.8 | 7.2 | 8.9 |
| Vibrio vulnificus | 5 | 7.8 | 10.2 |
| Racillus cereus | 4.9 | 6-7 | 8.8 |
| Campylobacter spp. | 4.9 | 6.5-7.5 | 9 |
| Shigella spp. | 4.9 | 9.3 | |
| Vibrio parahaemolyticus | 4.8 | 7.8-8.6 | 11 |
| Toxine botulique de Clostridium | 4.6 | 8.5 | |
| Croissance de Clostridium botulinum | 4.6 | 8.5 | |
| Croissance du staphylocoque doré | 4 | 6-7 | 10 |
| Toxine de Staphylococcus aureus | 4.5 | 7-8 | 9.6 |
| Escherichia coli entérohémorragique | 4.4 | 6-7 | 9 |
| Listeria monocytogenes | 4.39 | 7 | 9.4 |
| Salmonella spp | 4.21 | 7-7.5 | 9.5 |
| Yersinia enterocolitica | 4.2 | 7.2 | 9.6 |
Utilisations pour l'ajustement du pH
En raison des limites de la croissance microbienne, l'abaissement du pH est un moyen efficace de conserver les aliments et d'empêcher la croissance des micro-organismes ; il peut également être utilisé comme point de contrôle critique dans les plans HAACP. En outre, certains fabricants ajustent le pH pour modifier la saveur. Cela se fait souvent par décapage ou fermentation, qui font appel à l'action microbienne, à des réactions enzymatiques ou à des acides tels que le vinaigre pour induire la production d'acide lactique. De nombreuses réactions chimiques dépendent du pH et peuvent être évitées ou contrôlées en ajustant le pH.
Activité de l'eau et pH - plus puissants ensemble
Les effets de l'activité de l'eau et du pH peuvent être combinés grâce à la technologie des haies pour contrôler plus efficacement les micro-organismes. Dans le cas de l'activité de l'eau et du pH, l'effet combiné des deux haies est plus important que les effets de chaque haie seule. Cela signifie qu'il est possible d'obtenir un contrôle microbien efficace à des niveaux qui seraient généralement considérés comme dangereux pour le pH ou l'activité de l'eau seule. Le code alimentaire 2013 actuellement en vigueur contient des tableaux d'interaction entre le pH et l'activité de l'eau, présentés dans les tableaux 3 et 4, qui peuvent être utilisés pour déterminer si un aliment nécessite ou non un contrôle de la durée et de la température pour des raisons de sécurité (TCS).
| Valeurs del'aw | pH : 4,6 ou moins | pH : > 4,6-5,6 | pH:> 5,6 |
|---|---|---|---|
| 0,92 ou moins | Denrées alimentaires non couvertes par le système TCS* | Denrées alimentaires non soumises au système TCS | Denrées alimentaires non soumises au système TCS |
| >0.92-0.95 | Denrées alimentaires non soumises au système TCS | Denrées alimentaires non soumises au système TCS | PA** |
| >0.95 | Denrées alimentaires non soumises au système TCS | PA | PA |
| Valeurs de l'aw | pH:< 4.2 | pH : 4,2-4,6 | pH:>4,6-5,0 | pH:> 5,0 |
|---|---|---|---|---|
| >0.88 | *Denrées alimentaires non soumises au système TCS | Denrées alimentaires non soumises au système TCS | Denrées alimentaires non soumises au système TCS | Denrées alimentaires non soumises au système TCS |
| 0.88-0.90 | Denrées alimentaires non soumises au système TCS | Denrées alimentaires non soumises au système TCS | Denrées alimentaires non soumises au système TCS | PA** |
| >0.90-0.92 | Denrées alimentaires non soumises au système TCS | Denrées alimentaires non soumises au système TCS | PA | PA |
| >0.92 | Denrées alimentaires non soumises au système TCS | PA | PA | PA |
Le tableau 3 s'applique aux denrées alimentaires qui ont subi un traitement thermique pour détruire les micro-organismes et qui ont ensuite été emballées. L'abaissement de l'activité de l'eau et du pH ne sont pas des étapes de destruction. Ils n'éliminent pas les micro-organismes. Ils empêchent simplement la croissance des microbes à des niveaux toxiques. Le traitement thermique détruisant tous les micro-organismes à l'exception des bactéries sporulées, les produits peuvent être conditionnés à des niveaux d'activité de l'eau et de pH plus élevés. Dans ces conditions, une activité de l'eau de 0,92 et un pH de 4,6 ou plus sont considérés comme sûrs.
Le tableau interactif 4 est utilisé pour les produits qui ne sont pas traités thermiquement ou qui sont traités thermiquement et non emballés. En règle générale, ces produits nécessitent une activité de l'eau inférieure à 0,88 ou un pH inférieur à 4,2 pour être considérés comme sûrs. Toutefois, des valeurs plus élevées peuvent être acceptables lorsque l'activité de l'eau et le pH sont combinés.
Le tableau 5 présente l'activité de l'eau et le pH de quelques aliments courants. Les conserves de fraises ont une activité de l'eau très élevée, mais le pH est assez bas. En raison de la présence d'acide citrique, le pH est suffisamment bas pour empêcher la croissance microbienne, même si l'activité de l'eau est élevée. La moutarde a également un pH très bas mais une activité de l'eau élevée. Ces produits sont sûrs en raison de leur pH et non de leur activité de l'eau. Le sirop d'érable est riche en sucre, son activité de l'eau est donc plus faible, mais son pH est relativement neutre. Dans ce cas, c'est l'activité de l'eau qui assure la sécurité, et non le pH.
| Type | L'activité de l'eau | pH |
|---|---|---|
| Conserves de fraises | 0.9874 | 3.7 |
| Moutarde jaune | 0.9745 | 3.6 |
| Sauce piquante | 0.9642 | 3.6 |
| Vinaigrette italienne méditerranéenne | 0.9628 | 3.8 |
| Vinaigrette Ranch | 0.9561 | 3.9 |
| Vinaigrette asiatique au sésame grillé | 0.9488 | 4.1 |
| Ketchup | 0.9440 | 3.6 |
| Mayonnaise | 0.9393 | 4.1 |
| Vinaigrette française | 0.9344 | 3.4 |
| Sauce barbecue | 0.9333 | 3.8 |
La figure 1 montre que si l'activité de l'eau et le pH sont représentés ensemble, il n'y a pas de relation directe. Si un acide est ajouté à un produit pour en abaisser le pH, il aura un certain impact sur l'activité de l'eau, car les matériaux acides ont tendance à être polaires et à interagir de préférence avec l'eau. Mais en fait, l'abaissement du pH ne réduit pas directement l'activité de l'eau.
Comment contrôler l'activité de l'eau
La façon la plus courante de réduire l'activité de l'eau d'un produit est de le sécher ou de le cuire. (Il convient toutefois de noter que pour effectuer cette opération correctement, il faut d'abord comprendre l'isotherme de sorption de l'humidité du produit). L'activité de l'eau peut également être contrôlée en ajoutant des humectants tels que le sel, le sucre, le sirop de maïs à haute teneur en fructose, le sorbitol et la maltodextrine.
Moyens courants de contrôler le pH
La manière la plus courante d'abaisser le pH est la fermentation. La fermentation fait appel à de "bonnes" bactéries pour produire de l'acide lactique, qui abaisse le pH du produit et empêche la croissance d'autres types d'organismes. Les cornichons, la choucroute, les saucisses fermentées et les olives utilisent tous cette stratégie. Le pH peut également être contrôlé en ajoutant de l'acide (vinaigre, acide lactique, acide citrique) directement au produit, ou en ajoutant des ingrédients naturellement acides comme les tomates dans la sauce spaghetti.
Activité de l'eau et pH - mesures rapides et faciles
L'activité de l'eau et le pH sont deux mesures qui vont mieux ensemble. Elles sont toutes deux faciles à mesurer à l'aide d'appareils de mesure de l'activité de l'eau et de pH-mètres disponibles dans le commerce.
En savoir plus sur l'activité de l'eau et le pH
Dans ce webinaire, le Dr Brady Carter explique la théorie et la mesure de l'activité de l'eau et du pH. Il décrit également comment ces outils peuvent être utilisés efficacement de concert pour atteindre le plus haut niveau de sécurité des produits.
