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 responsable de la détérioration. 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 des barrières pour le contrôle microbien et fait partie intégrante de la définition de la FDA des aliments potentiellement dangereux.

Voici comment vous pouvez utiliser la puissance combinée de l'activité de l'eau et du pH pour améliorer le contrôle microbien à l'aide de 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 faisant passer à travers la membrane cellulaire. Ce mécanisme de mouvement de l'eau dépend d'un gradient d'activité de l'eau, c'est-à-dire du passage de l'eau 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. Différents organismes font face au stress osmotique de différentes manières. C'est pourquoi il existe différentes limites de croissance pour chaque organisme. Certains types de moisissures et de levures se sont adaptés pour résister à des niveaux d'activité de l'eau très faibles.

Chaque organisme a une activité hydrique spécifique à partir de laquelle il cesse de se développer. Tant que les développeurs de produits maintiennent l'activité hydrique 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.

Les limites de 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. Cependant, si les effets limitatifs de la baisse du pH sur la croissance sont combinés au contrôle de l'activité de l'eau, la croissance microbienne peut en réalité être contrôlée à une activité de l'eau supérieure à 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 neutres ou acides.

Les microbes ont des limites de croissance en fonction du pH.

Tout comme pour l'activité de l'eau, les micro-organismes ont des limites de pH en dessous desquelles ils ne peuvent se développer. 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 se développer à un pH de 5,0. Certains micro-organismes peuvent descendre jusqu'à 4,6, voire 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'il a été découvert que certains microbes problématiques pouvaient se développer à des niveaux de pH aussi bas que 4,2.

Utilisations pour l'ajustement du pH

En raison des limites de croissance microbienne, la réduction du pH est un moyen efficace de conserver les aliments et d'empêcher la croissance des micro-organismes. Elle peut également être utilisée comme point de contrôle critique dans les plans HACCP. De plus, certains fabricants ajustent le pH pour modifier la saveur. Cela se fait souvent par le biais du saumurage ou de la fermentation, qui utilisent l'action microbienne, les réactions enzymatiques ou des acides tels que le vinaigre pour induire la production d'acide lactique. De nombreuses réactions chimiques dépendent du pH et peuvent être empêchées ou contrôlées en ajustant celui-ci.

Activité de l'eau et pH : plus efficaces ensemble

Les effets de l'activité de l'eau et du pH peuvent être combinés grâce à la technologie des barrières afin de contrôler plus efficacement les micro-organismes. Dans le cas de l'activité de l'eau et du pH, l'effet combiné des deux barrières est supérieur à l'effet de chacune d'elles prise séparément. Cela signifie que vous pouvez obtenir un contrôle microbien efficace à des niveaux qui seraient généralement considérés comme dangereux pour le pH ou l'activité de l'eau pris séparément.  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 température et du temps pour garantir sa sécurité (TCS).

Le tableau 3 s'applique aux aliments qui ont été traités thermiquement pour détruire les micro-organismes, puis emballés. La réduction de l'activité de l'eau et du pH ne constitue pas une étape d'élimination.  Ils n'éliminent pas les micro-organismes. Ils empêchent simplement la croissance des microbes jusqu'à des niveaux toxiques. Comme le traitement thermique détruit tous les micro-organismes à l'exception des bactéries sporulées, les aliments peuvent être emballés 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 doivent présenter 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 indique l'activité de l'eau et le pH de certains aliments courants. Les confitures de fraises ont une activité de l'eau très élevée, mais leur 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 hydrique est donc plus faible, mais son pH est assez neutre. Dans ce cas, c'est l'activité hydrique qui garantit la sécurité, et non le pH.

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 entre les deux. Si de l'acide est ajouté à un produit pour abaisser son pH, cela aura un certain impact sur l'activité de l'eau, car les substances acides ont tendance à être polaires et interagissent préférentiellement avec l'eau. Mais fondamentalement, l'abaissement du pH ne réduira pas directement l'activité de l'eau.

Comment contrôler l'activité de l'eau

La manière la plus courante de réduire l'activité de l'eau d'un produit consiste à le sécher ou à le cuire. (Notez toutefois que pour y parvenir correctement, vous devez d'abord comprendre l'isotherme de sorption d'humidité du produit). L'activité de l'eau peut également être contrôlée en ajoutant des humectants tels que du sel, du sucre, du sirop de maïs à haute teneur en fructose, du sorbitol et de la maltodextrine.

Méthodes courantes pour contrôler le pH

La fermentation est le moyen le plus courant de réduire le pH. La fermentation repose sur des « bonnes » bactéries qui produisent de l'acide lactique, lequel 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 pour spaghetti.

Activité de l'eau et pH : des mesures rapides et faciles

L'activité de l'eau et le pH sont deux mesures qui sont plus efficaces lorsqu'elles sont utilisées conjointement. Elles sont toutes deux faciles à mesurer à l'aide d'appareils disponibles dans le commerce, tels que des mesureurs d'activité de l'eau et des pH-mètres.

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