Activité de l'eau et pH : Travailler ensemble pour la sécurité des produits

Résumé du webinaire et points clés

Mais quelle est la variable qui permet d'obtenir un meilleur contrôle ? L'activité de l'eau ? Le pH ? Une combinaison des deux ? Nous examinerons ce que sont l'activité de l'eau et le pH, comment ils affectent la stabilité microbienne de manière isolée et comment ils fonctionnent mieux ensemble pour contrôler la contamination microbienne.

Premier obstacle : qu'est-ce que l'activité de l'eau ?

L'activité de l'eau est une mesure de l'état énergétique de l'eau dans un système. À partir de la première loi de la thermodynamique, nous pouvons dériver l'équation de l'énergie libre de Gibbs, qui fournit des informations sur l'énergie ou le potentiel chimique de n'importe quel type d'espèce, qui dans ce cas serait l'eau. L'activité de l'eau dans l'échantillon est une corrélation directe avec le potentiel énergétique, qui à son tour est une corrélation directe avec la tendance à s'échapper, ou fugacité, de l'eau vers la phase vapeur.

D'un point de vue pratique, pour déterminer l'activité de l'eau d'un produit, il faut placer un échantillon dans un récipient scellé et laisser l'eau s'évaporer de cet échantillon dans l'espace de tête situé au-dessus. Cette vapeur d'eau crée une pression sur le récipient qui peut être mesurée et calculée comme (P), la pression partielle de l'échantillon. Nous pouvons ensuite diviser ce chiffre par la pression de vapeur de l'eau pure à la même température pour obtenir l'activité finale de l'eau dans l'échantillon sur une échelle de 0 (pas d'eau du tout) à 1 (eau pure).

Bien que liée, l'activité de l'eau est une mesure différente de la teneur en eau, qui est une mesure quantitative de la quantité d'eau présente dans un échantillon, alors que l'activité de l'eau est la mesure qualitative de l'état énergétique de l'eau dans le système. S'il est utile de connaître la quantité d'eau présente, les micro-organismes ne peuvent utiliser que l'eau à laquelle ils ont accès.

L'importance de l'activité aquatique

Chaque micro-organisme a une activité de l'eau très spécifique à partir de laquelle il cesse de se reproduire, sous l'effet du stress osmotique lié à l'arrêt de la libre circulation de l'eau à travers la barrière semi-perméable de l'organisme. En abaissant l'activité de l'eau du système en dessous de ce seuil, le microbe peut être mis en état de dormance et cesser de se développer, ce qui permet d'obtenir un environnement stable et sûr, comme le montre le tableau ci-dessous :

L'activité de l'eau n'est cependant pas une étape fatale. Elle empêche simplement la croissance. La combinaison d'une activité de l'eau réduite, de bonnes pratiques de fabrication et d'une étape d'élimination est le seul moyen d'éliminer complètement les micro-organismes du produit et d'empêcher qu'ils ne reviennent et ne se reproduisent.

La mesure et le suivi de l'activité de l'eau dans les produits constituent un excellent outil pour garantir la sécurité des produits et pour vérifier les points de contrôle dans un bon plan HACCP. La stabilité de l'activité de l'eau garantit la cohérence du processus de fabrication et constitue un bon indicateur de la fin du traitement.

Deuxième obstacle : le pH

En chimie, le pH est l'échelle qui permet de mesurer l'acidité (ou la basicité) relative d'un produit. L'échelle va de 1 à 14, 7 étant le point neutre de l'eau distillée. Les valeurs inférieures à 7 sont plus acides (acide citrique, acide acétique, etc.) et les valeurs supérieures à 7 sont plus alcalines ou basiques (bicarbonate de soude, eau de Javel, etc.).

Une façon approximative de mesurer visuellement le pH est d'utiliser du papier indicateur. Le papier change de couleur et, en utilisant le tableau correspondant, donne une représentation générale du pH du produit. Une mesure beaucoup plus précise peut être effectuée par photométrie à l'aide d'un spectrophotomètre ou par électrochimie avec une électrode de pH.

Comme pour l'activité de l'eau, nous pouvons établir des niveaux de croissance minimums pour différents organismes en utilisant le pH comme mesure.

Récemment, certaines parties du code alimentaire ont été modifiées par rapport à l'ancien pH minimum de 4,6 afin d'inclure les souches particulièrement problématiques qui peuvent encore se reproduire jusqu'à un pH de 4,2.

Hurdle Technology : activité de l'eau et pH combinés

Alors que l'activité de l'eau seule ou le pH seul peuvent inhiber la croissance bactérienne, en combinant leurs effets, nous pouvons obtenir un contrôle plus efficace des micro-organismes grâce à ce que l'on appelle la technologie des obstacles. Différents facteurs tels que la température, l'activité de l'eau, l'acidité, les conservateurs, etc., peuvent avoir un impact sur la croissance des microbes, mais en les combinant, nous pouvons créer un ensemble d'obstacles pour empêcher cette croissance. 

Dans certains cas, l'ensemble de la solution est supérieur à la somme de ses parties grâce à la synergie des agents modifiés, créant un contrôle efficace à des niveaux qui seraient généralement considérés comme dangereux en raison du pH ou de l'activité de l'eau seuls. Le tableau ci-dessous illustre cette interaction entre les niveaux d'activité de l'eau et les niveaux de pH.

Vous remarquerez que les niveaux d'activité de l'eau et de pH sont plus faibles ensemble qu'ils ne le seraient pour obtenir les mêmes résultats seuls. Ce n'est qu'aux niveaux les plus élevés de chacun d'entre eux qu'une évaluation du produit devra être effectuée, comme indiqué par PA.

Comment modifier l'activité et le pH de l'eau

Comment contrôler l'activité de l'eau dans le produit ? La méthode la plus courante consiste à sécher ou à déshydrater le produit pour réduire l'activité de l'eau. L'élimination de l'eau entraîne une diminution de l'activité de l'eau. Mais la déshydratation n'est pas toujours possible pour tous les produits, et c'est à ce moment-là que les humectants sont utilisés. 

Les humectants sont des substances qui réduisent l'activité de l'eau en liant l'eau utilisable dans l'aliment sans éliminer davantage d'eau. Les substances les plus couramment utilisées sont certains sucres, comme le sirop de maïs à haute teneur en fructose, ou le sel. Il en existe d'autres comme le sorbitol, la maltodextrine, la glycérine et même certains amidons, bien que la solubilité de ces ingrédients devienne le facteur limitant.

Le groupe METER propose des outils permettant de calculer la quantité d'un humectant donné nécessaire pour atteindre un certain niveau d'activité de l'eau. Ces outils constituent un bon point de départ pour mesurer et tester les additifs et leurs effets.

Et comment contrôler les niveaux de pH ? La méthode la plus courante consiste à ajouter différents acides (acétique, citrique, lactique, etc.). Parfois, il s'agit de l'ajout d'ingrédients naturellement acides. Prenons l'exemple de la sauce à spaghetti. Les tomates abaissent le pH de la sauce, la rendant suffisamment acide pour être stable. 

Le processus de fermentation est un autre moyen de contrôler le pH. Les bactéries préférentielles se développent et produisent de l'acide lactique, qui abaisse le pH de l'aliment, empêchant ainsi la croissance d'autres types d'organismes. Les cornichons, la choucroute, les olives, etc. sont des exemples de fermentation.

Si ces deux facteurs fonctionnent bien seuls, ils sont encore plus efficaces lorsqu'ils sont utilisés ensemble. La mise en place d'un plan HACCP avec les niveaux d'activité de l'eau et les niveaux de pH comme points de contrôle, les tests de routine peuvent garantir que le processus de fabrication est cohérent et, en fin de compte, que le produit est sûr.