Activité de l'eau dans les aliments fonctionnels

Des tomates riches en lycopène. Les desserts enrichis en CBD. Les super-aliments comme les myrtilles et les graines de grenade. Le lait enrichi en vitamine D. Les aliments fonctionnels se présentent sous différentes formes, mais ils partagent le même objectif : prévenir les maladies et améliorer la santé par le biais de notre alimentation quotidienne.

Conserver les avantages

Tous les aliments contiennent des macronutriments et des micronutriments qui contribuent à la santé. Les aliments fonctionnels contiennent quelque chose de plus : des composés qui ont un effet bénéfique spécifique sur la santé ou une fonction de lutte contre la maladie. Que ce composé soit présent à l'état naturel ou qu'il ait été ajouté à un produit, les aliments fonctionnels dont on vante les mérites sont confrontés à un défi unique : fixer une durée de conservation qui garantisse non seulement la sécurité, mais aussi l'efficacité de l'ingrédient fonctionnel.

Protéger l'ingrédient fonctionnel

Les ingrédients fonctionnels ont tendance à être très sensibles à la dégradation. La lumière, la chaleur, l'humidité et les niveaux de pH ont tous un impact sur les taux de dégradation. Lorsqu'un ingrédient fonctionnel est annoncé comme faisant partie d'un produit de longue conservation, les fabricants doivent comprendre l'impact du pH et de l'activité de l'eau sur la puissance de cet ingrédient au fil du temps. L'activité de l'eau dans le produit est l'un des critères importants à prendre en compte lors de la formulation et de la fabrication pour s'assurer que les bienfaits pour la santé promis sont effectivement obtenus.

L'impact de l'humidité

Lorsque des ingrédients fonctionnels sont inclus dans les boissons, la dégradation peut être rapide. Par exemple, Figure 1 

montre l'évolution de la concentration d'un jus d'orange enrichi en vitamine C. En l'espace de quatre semaines, la concentration diminue de 50 % (Nutraceutical Business Review, 2018). De nombreuses vitamines et probiotiques sont affectés de la même manière lorsqu'ils sont exposés à des environnements très humides (Turkmen, Priyashantha et Jayarathna, 2019). 

Il est possible de ralentir la dégradation en réduisant l'activité de l'eau (Aw) de l'aliment fonctionnel. L'un des moyens d'y parvenir consiste à produire un aliment fonctionnel à la valeur monocouche, c'est-à-dire la valeur à laquelle un produit alimentaire est le plus stable du point de vue de l'humidité. Mais qu'est-ce que la valeur monocouche exactement, et est-ce un objectif que la plupart des fabricants devraient essayer d'atteindre ?

Stabilité de la monocouche

La monocouche est un concept théorique, postulé par un trio de physiciens (Stephen Brunauer, Paul Emmett et Edward Teller) en 1938. Dans le cas d'un milieu alimentaire poreux, la théorie est la suivante : lorsqu'un matériau complètement sec est hydraté, il arrive un moment où les molécules d'eau recouvrent la surface de chaque particule du produit d'une épaisseur d'une molécule. En théorie, c'est la stabilité maximale d'un produit, lorsque chaque particule est recouverte, et à peine recouverte, de molécules d'eau. Pour les produits riches en protéines, une grande quantité d'eau peut être absorbée avant que la monocouche ne soit atteinte, car les protéines ont de nombreux plis et une grande surface à recouvrir par unité de masse. Le sucre cristallin, quant à lui, est un simple cube, dont la surface à recouvrir par unité de masse est quasiment nulle.

Les produits peuvent absorber différentes quantités d'eau, mais pour la plupart d'entre eux, la première couche - la monocouche - se complète autour d'une activité de l'eau relativement constante : 0,3 aw. Les céréales pour petit-déjeuner, la farine et les pâtes figurent parmi les produits dont l'activité de l'eau se situe dans cette fourchette. Il n'est pas surprenant que ces produits de longue conservation aient été la méthode d'administration privilégiée des programmes de fortification américains depuis les années 1940 (Comité de l'Institute of Medicine (US), 2003). 

Une texture plus fraîche

Alors pourquoi tous les aliments fonctionnels ne sont-ils pas produits à leur valeur monocouche ? Tout simplement parce que les consommateurs modernes veulent un autre type d'aliments fonctionnels : quelque chose de plus doux, de plus frais et de plus naturel, qui soit toujours prêt à être consommé. Les fabricants créent des aliments fonctionnels de longue conservation à des niveaux d'activité de l'eau beaucoup plus élevés. Les sécher jusqu'à leur valeur monocouche les rendrait secs et peu appétissants. À ces niveaux d'activité de l'eau plus élevés, la formulation devient un exercice d'équilibre complexe pour maximiser la durée de conservation de l'ingrédient fonctionnel tout en gardant le produit doux et au goût frais. 

Suivre les taux de dégradation

L'activité de l'eau joue un rôle essentiel dans cet équilibre. Les formulateurs seront grandement aidés en établissant une correspondance entre les taux de dégradation de l'ingrédient fonctionnel et l'activité de l'eau. Bien que les taux de dégradation soient corrélés à l'activité de l'eau, les relations varient d'un ingrédient à l'autre. De nombreuses vitamines, par exemple, se dégradent plus rapidement lorsque l'activité de l'eau augmente (voir par exemple Lavelli, Zanoni et Zaniboni, 2007 ; Sablani, Al-Belushi, Al-Marhubi et Al-Belushi, 2007). D'autres ingrédients, comme les probiotiques, ont des plages spécifiques dans lesquelles ils atteignent une stabilité maximale. L'optimisation de l'activité de l'eau peut prolonger la durée de conservation de quelques jours à plusieurs mois.

Optimiser la durée de conservation

Plus l'aliment fonctionnel est naturel, plus l'activité de l'eau peut jouer un rôle important. Dans les fruits secs, par exemple, l'activité de l'eau du produit fonctionnel affecte non seulement la durée de conservation de l'ingrédient fonctionnel, mais aussi la susceptibilité à la formation de moisissures et les attributs de qualité tels que la texture. Lorsqu'un aliment fonctionnel est une combinaison de deux ingrédients naturels ou plus, la migration de l'humidité entre également en jeu. 

Indépendamment du produit spécifique, l'effet bénéfique de tout aliment fonctionnel de longue conservation ne peut être maintenu à son niveau le plus élevé qu'en comprenant et en appliquant les principes de base de l'activité de l'eau. 

Références

Nutraceutical Business Review. "Dégradation des vitamines, des probiotiques et d'autres ingrédients actifs causée par l'exposition à la chaleur, à l'eau et à la lumière du soleil". 7 août 2018. 

Turkmen, Nazli, Hasitha Priyashantha et Shishanthi Jayarathna. "Les défis des boissons probiotiques à base de produits laitiers". New Food Magazine, 26 octobre 2019. https://www.newfoodmagazine.com/article/97303/challenges-in-probiotic-d....

Institute of Medicine (US) Committee on Use of Dietary Reference Intakes in Nutrition Labeling (Comité sur l'utilisation des apports nutritionnels de référence dans l'étiquetage nutritionnel). "Dietary Reference Intakes : Guiding Principles for Nutrition Labeling and Fortification". Washington (DC) : National Academies Press (US) ; 2003.

Shyam S. Sablani, K. Al-Belushi, I. Al-Marhubi & R. Al-Belushi (2007) Evaluating Stability of Vitamin C in Fortified Formula Using Water Activity and Glass Transition, International Journal of Food Properties, 10:1, 61-71, DOI : 10.1080/10942910600717284

Lavelli, Vera, Bruno Zanoni et Anna Zaniboni. "Effet de l'activité de l'eau sur la dégradation des caroténoïdes dans les carottes déshydratées". Food Chemistry, Volume 104, Issue 4 : 2007. Pages 1705-1711.