Guide du débutant sur Durée de conservation et le conditionnement

Le suremballage réduit les bénéfices

Pourquoi effectuer des tests de durée de conservation ? Un emballage inadéquat entraîne une augmentation ou une diminution de l'activité de l'eau dans les produits alimentaires au fil du temps, ce qui provoque des altérations physiques indésirables, Migration de l'humidité, une dégradation chimique et une vulnérabilité à Croissance microbienne. À l'inverse, un emballage excessif est coûteux et peut réduire les bénéfices. Comment déterminer la quantité exacte d'emballage dont votre produit a besoin ? Tous ces aspects sont régis par l'activité de l'eau. Si vous comprenez le fonctionnement de l'activité de l'eau, vous pouvez développer et conditionner des produits qui restent sûrs et attrayants pendant toute leur Durée de conservation, sans dépenser inutilement.

Qu'est-ce que Durée de conservation » exactement ?

Durée de conservation la période pendant laquelle un produit conserve ses qualités. Votre produit peut subir certaines modifications au cours de Durée de conservation, mais la fin de Durée de conservation au moment où le produit n'est plus acceptable pour les consommateurs. Ces modifications inacceptables peuvent concerner les caractéristiques sensorielles, une perte de stabilité chimique, une altération des propriétés physiques, Croissance microbienne, la dégradation des vitamines, etc.

Étape 1 : Déterminer ce qui expire Durée de conservation

La première étape pour déterminer Durée de conservation à identifier ce qui met fin à Durée de conservation de votre produit. Trois facteurs principaux influencent Durée de conservation:

• Propriétés microbiennes: moisissures ou bactéries potentiellement dangereuses qui se développent à des niveaux dangereux dans votre produit.
• Modifications chimiques: brunissement, Oxydation des lipides, réactions enzymatiques, etc.
• Détérioration physique: altération de la texture, agglomération, Migration de l'humidité, etc.

Ces trois facteurs peuvent être intrinsèques au produit lui-même, c'est-à-dire liés à sa formulation. Ils peuvent également être extrinsèques, c'est-à-dire liés aux conditions de stockage, en particulier à l'humidité et à la température de stockage, ou au type d'emballage. Ces trois facteurs sont liés à l'activité de l'eau et peuvent être contrôlés par celle-ci.

Regardez la vidéo ci-dessous pour découvrir comment l'activité de l'eau est utilisée pour prévoir, prévenir et maîtriser les facteurs qui limitent Durée de conservation.

Découvrez l'essentiel des activités aquatiques condensées dans ce webinaire de 20 minutes. Vous apprendrez :

• Qu'est-ce que l'activité de l'eau ?
• En quoi cela diffère-t-il de la teneur en humidité ?
• Pourquoi cela permet-il de contrôler Croissance microbienne?
• Comment la compréhension de l'activité de l'eau peut vous aider à contrôler l'humidité dans votre produit.

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La figure 1 est un diagramme de stabilité illustrant l'activité de l'eau et la teneur en humidité. L'activité de l'eau est représentée sur l'axe des x, tandis que l'axe des y illustre les vitesses de réaction (considérez la teneur en humidité comme une augmentation de la vitesse de réaction). La courbe bleu foncé correspond à une Isotherme de sorption d'humidité générique. Une Isotherme de sorption d'humidité la relation entre l'activité de l'eau et la teneur en humidité d'un produit. Les autres courbes représentent des modes de dégradation. On constate que le taux de croissance des moisissures, des levures et des bactéries augmente de manière exponentielle à mesure que l'activité de l'eau augmente. Le taux d'activité enzymatique commence à augmenter de manière significative à une valeur légèrement inférieure à 0,9 et continue de croître à mesure que l'activité de l'eau augmente. Oxydation des lipides , en revanche, Oxydation des lipides différent. Elle est élevée à des activités de l'eau très faibles, mais se stabilise lorsque l'activité de l'eau augmente jusqu'à environ 0,3 à 0,5. Au-delà de 0,5, Oxydation des lipides à augmenter. Les réactions de brunissement atteignent leur pic à environ 0,6. La zone ombrée en bleu sur la figure 1 montre que, dans une plage d’activité de l’eau comprise entre 0,3 et 0,5, une détérioration physique ou des changements de texture peuvent se produire : perte de croustillant, agglomération ou effondrement de la matrice alimentaire.

Étape 2 : Déterminez l'activité hydrique critique de votre produit

Comme illustré ci-dessus, chaque type de défaillance du produit est associé à une activité de l'eau spécifique. Cette activité de l'eau est appelée « activité de l'eau critique », ou RHc. L'activité de l'eau critique correspond à l'activité de l'eau exacte à laquelle un changement indésirable se produira dans votre produit. Par exemple, les changements physiques se manifestent par une modification des propriétés de sorption, entraînant à terme une altération de la texture. Ce changement se produira à une certaine activité de l'eau propre à votre produit, et celui-ci sera le plus stable en dessous de cette activité de l'eau critique. Une Isotherme de sorption d'humidité (figure 2) vous aide à déterminer la valeur de_RHc de votre produit.

La figure 2 est un graphique représentant plusieurs isothermes de sorption d'humidité générées par l'AQUALAB VSA. Il représente l'activité de l'eau sur l'axe des x et la teneur en humidité sur l'axe des y. La courbe bleu moyen montre que le lait en poudre a une activité de l'eau critique d'environ 0,42. Comment le savoir ? À environ 0,42, on observe une forte augmentation de la teneur en humidité avec une légère augmentation de l'activité de l'eau. C'est à ce moment-là que l'agglomération et la formation de grumeaux commencent à se produire.

Il est intéressant de noter que le lait en poudre présente une deuxième activité de l'eau critique comprise entre 0,7 et 0,8, à partir de laquelle la cristallisation commence à se produire. Pour les céréales (courbe en bleu foncé), l'activité de l'eau critique est d'environ 0,5._{L'activité de l'eau critique} des croquettes sans céréales est plus proche de 0,7 en raison de Croissance microbienne. Les fabricants d'aliments pour animaux de compagnie doivent rester en dessous de ce seuil. Le saccharose présente une activité de l'eau critique d'environ 0,85, à partir de laquelle on observe une augmentation soudaine de la teneur en humidité pour une très légère augmentation de l'activité de l'eau.

Notez également que l’activité de l’eau critique dépend de la température. À mesure que vous augmentez la température de votre produit, son activité de l’eau critique diminue. Il est donc important de connaître_l’HRc et les conditions de stockage (température) de votre produit. Vous pouvez ensuite adapter formulation le conditionnement du produit afin de rester en dessous du seuil d’activité de l’eau critique tout au long de la production et Durée de conservation.

Étape 3 : Effectuer des tests de durée de conservation accélérés (si nécessaire)

Les essais de durée de conservation accélérés exigent que vous identifiiez d'abord le ou les modes de défaillance les plus probables, puis que vous évaluiez quand et pourquoi ils se produisent. Il est possible qu'il y ait plusieurs modes de défaillance. Si vous ne savez pas lequel se produira en premier, il faudra alors surveiller tous les niveaux de ces modes potentiels pendant l'essai.  Par exemple, si Croissance microbienne l’un des modes de défaillance, vous devrez connaître les limites d’activité de l’eau associées à Croissance microbienne regardez la vidéo pour en savoir plus sur Croissance microbienne ).

Si le rancissement est le type de dégradation recherché, il faut alors mesurer les niveaux d’oxydation. Si c’est un changement de texture qui met fin à Durée de conservation, vous aurez besoin d’une Isotherme de sorption d'humidité voir figure 2). Pour la dégradation des vitamines, vous mesurerez les teneurs en vitamines. Les changements de couleur peuvent être évalués à l’aide de l’imagerie couleur (également appelée colorimétrie). Quant aux réactions enzymatiques, elles peuvent être évaluées en analysant l’activité enzymatique. Après avoir identifié le type de données à collecter, vous pouvez réaliser des essais de durée de conservation accélérés afin de déterminer la plage d’activité de l’eau idéale pour votre produit. Le tableau suivant illustre quelques scénarios possibles d’un processus d’essais de durée de conservation accélérés après identification de votre ou vos modes de défaillance les plus probables.

Comment réaliser des tests accélérés de durée de conservation

L'objectif des essais accélérés de durée de conservation est d'obtenir des données empiriques spécifiques à votre produit. Et cela est important. Il arrive parfois que Durée de conservation déterminée en s'appuyant sur des produits similaires disponibles sur le marché et en extrapolant cette Durée de conservation votre propre produit. Cependant, il est préférable d'utiliser votre propre produit fini pour déterminer Durée de conservation. Pour ce faire, il faut collecter des données empiriques, puis les mettre en relation avec la valeur spécifique_{de l'humidité relative (RHc)} en fonction de la température à laquelle le produit présente une défaillance.

En utilisant l'activité de l'eau (_aw), les étapes de base pour accélérer les tests de durée de conservation sont les suivantes :

Voici les détails pour configurer un test :

Les essais « accélérés » consistent à augmenter la température et l’activité de l’eau afin d’observer les phénomènes plus rapidement. Étant donné que_{l’humidité relative (RHc)} diminue à mesure que la température augmente, vous choisirez trois niveaux d’activité de l’eau et trois températures différentes, puis vous maintiendrez votre produit dans chacune des combinaisons de ces trois paramètres (soit neuf sous-échantillons) jusqu’à ce qu’il devienne impropre à la consommation. Pendant cette période, vous suivrez l’évolution du mode de défaillance choisi. Par exemple, si vous surveillez Oxydation des lipides, vous mesurerez le niveau d’oxydation jusqu’à ce qu’il devienne inacceptable pour le consommateur. (C’est à vous de définir ce qu’est « inacceptable », car certains changements surviennent dans le produit alors qu’il est encore acceptable.) Au fil du temps, collectez des données sur la relation entre le temps et l’ampleur du changement afin de déterminer la vitesse. Modélisez ensuite ces données en tenant compte à la fois du temps, de la température et de l’activité de l’eau. Une fois cette corrélation établie, vous serez en mesure de modéliser la Durée de conservation les vitesses de réaction pour votre mode de défaillance.

Exemple 1 : lait maternisé

Pour comprendre comment cela fonctionne, nous allons examiner un test réalisé par AQUALAB sur du lait infantile. Cette étude a été publiée et peut être consultée dans le Shelf-Life International Meeting 2017. Le lait infantile a été conservé à trois températures élevées (30, 37 et 45 °C) et trois activités de l'eau différentes (0,43, 0,50 et 0,65). Nous avons constitué neuf sous-échantillons différents en combinant ces facteurs. Nous avons placé le produit dans des récipients hermétiques contenant une solution saline saturée qui produisait l'activité de l'eau spécifique qui nous intéressait. Nous avons ensuite placé les récipients dans des fours réglés à la bonne température et avons surveillé les changements.

Nous avons choisi « Oxydation des lipides mode de dégradation pour le lait infantile, et nous avons suivi les valeurs de T-bar afin de déterminer à quel moment l'oxydation avait atteint un niveau inacceptable. Pour cette expérience, un niveau inacceptable correspondait à un milligramme de malondialdéhyde par kilogramme. Nous avons ensuite examiné la vitesse de réaction pour chacune de ces combinaisons de température et d'activité de l'eau. Nous l'avons déterminée à partir de la pente de la courbe temps/valeur de T-bar, et dans ce cas précis, il s'agissait d'une relation linéaire.

Cependant, ce n'est pas toujours le cas. Il s'agit parfois d'une réaction de premier ordre, ce qui signifie que la relation sera plutôt exponentielle. Mais dans notre cas, il s'agissait d'une relation linéaire, ce qui a grandement simplifié l'élaboration d'un modèle hydrothermique pour le lait infantile (e-mail [email protected] pour obtenir une copie de l'étude : « A Hygrothermal Model for Predicting Durée de conservation Infant Formula » par Brady P. Carter, Mary T. Galloway, Gaylon S. Campbell et Shyam S. Sablani).

Exemple 2 : chips de chou frisé

Un fabricant de chips de chou frisé a constaté que Durée de conservation de son produit Durée de conservation 30 jours, en raison d'une perte de texture et de l'apparition de moisissures. Ce délai de 30 jours l'empêchait d'expédier son produit sur de longues distances. Comment peut-il prolonger Durée de conservation de son produit ?

Pour ce faire, il doit déterminer à quelle activité de l'eau les chips présentent un risque de Croissance microbienne. Selon les limites d'activité de l'eau associées à Croissance microbienne dans la littérature (voir tableau 1), s'il maintient l'activité de l'eau de son produit en dessous de 0,7, il n'observera aucune Croissance microbienne. Au-delà de cette valeur, le produit présente un risque de développement de moisissures.

L'étape suivante consiste à déterminer à quelle activité de l'eau les chips perdent leur texture. Pour le savoir, le fabricant a besoin d'une Isotherme de sorption d'humidité lui permettra de déterminer avec précision à quel moment ce changement de texture se produit (figure 4).

La figure 4 représente une isotherme pour une chips de chou frisé avec l'activité de l'eau sur l'axe des x et la teneur en humidité sur l'axe des y. Visuellement, on pourrait supposer que la perte de texture se produit à un point d'inflexion de la courbe où les propriétés de sorption augmentent considérablement. Cependant, il est difficile d'identifier précisément ce point. La méthode la plus simple consiste donc à effectuer une évaluation de la dérivée seconde sur cette pente. Une évaluation de la dérivée seconde examine la pente afin de déterminer à quel moment un changement de pente se produit, indiquant une modification de l'absorption d'humidité (figure 5).

Sur la courbe de dérivée seconde à droite de la figure 5, le premier pic correspond à la_RHc. Comme vous pouvez le constater en la comparant à l’isotherme de gauche, la corrélation est bonne. Ainsi, si le fabricant de chips de chou frisé parvient à maintenir les chips en dessous de cette activité de l’eau critique de 0,57, celles-ci conserveront leur texture croustillante et ne seront plus sensibles à Croissance microbienne. Il est facile de maintenir des niveaux d'activité de l'eau corrects à l'aide d'un mesureur d'activité de l'eau AQUALAB 4TE (regardez la vidéo pour découvrir son fonctionnement).

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Étapes 4 et 5 : Déterminer Durée de conservation souhaitée Durée de conservation calculer les besoins en emballage

Une fois que vous aurez déterminé l'activité de l'eau critique, vous pourrez calculer la durée de conservation. Les équations de durée de conservation prennent en compte plusieurs facteurs différents. L'un des premiers facteurs est l'emballage de votre produit. Chaque emballage présente un Taux de transmission de vapeur d'eau figure 6).

Dans n'importe quel environnement, l'air contient une certaine quantité d'eau, ce qui correspond à l'humidité relative (HR). L'emballage que vous choisissez ne laisse passer qu'une certaine quantité de cette eau, qui entre alors en contact avec votre produit. Cette quantité est généralement mesurée en grammes par mètre carré et par jour. Votre conditionneur teste l’emballage dans des conditions spécifiques (généralement à environ 38 °C et 90 % d’humidité relative). Ces conditions seront prises en compte dans vos Durée de conservation . De plus, vous devez connaître la surface de votre emballage en mètres carrés ainsi que la masse de votre produit à l’intérieur de celui-ci.

Les autres informations requises concernent les conditions de stockage du produit : température, humidité et pression atmosphérique. La pression atmosphérique dépend de votre altitude et peut également varier en fonction des conditions météorologiques.

Enfin, vous devrez connaître l'activité hydrique de votre produit. Cela comprend l'activité hydrique initiale et l'activité hydrique critique.

Des équations de durée de conservation simplifiées

Il existe plusieurs équations permettant de calculer la durée de conservation qui dépassent le cadre de cet article (pour en savoir plus, cliquez ici). Mais il existe une méthode plus simple.  Un logiciel appelé Moisture Analysis Toolkit effectuera automatiquement ces calculs pour vous**.** Il vous suffit d'entrer les variables d'un produit et le logiciel déterminera la situation idéale pour votre emballage, vous permettant même de modifier les paramètres d'analyse et de trouver l'emballage qui offre le meilleur retour sur investissement. Vous trouverez ci-dessous des captures d'écran tirées directement du logiciel pour vous montrer comment il fonctionne.

Le logiciel vous demandera de saisir votre Taux de transmission de vapeur d'eau, ainsi que la température et l’humidité d’essai (généralement environ 38 degrés Celsius pour une humidité de 90 %). Vous devrez ensuite indiquer les conditions de stockage de votre produit et certaines informations le concernant. Sur la figure 7, nous avons placé le produit dans un environnement présentant une humidité de 60 % et une pression atmosphérique de 100 kilopascals. Le produit pèse 454 grammes et est stocké dans un environnement à 30 degrés Celsius. Vous calculez la surface de votre emballage, puis vous saisissez vos activités de l'eau initiale et critique. À l'aide du logiciel, vous pouvez rapidement sélectionner votre fichier d'isotherme précédemment enregistré (l'isotherme de votre produit est automatiquement calculée et enregistrée dans le logiciel à l'aide de l'instrument AQUALAB VSA).

Une fois les informations saisies, cliquez sur « Calculer » : le logiciel vous indiquera alors une Durée de conservation estimée Durée de conservation dans ce cas, 30 jours). Pour modifier ou prolonger la Durée de conservation, optez pour un emballage présentant un Taux de transmission de vapeur d'eau plus faible.

Si vous souhaitez augmenter Durée de conservation, vous pouvez utiliser un autre calculateur de la boîte à outils d'analyse de l'humidité, spécialement conçu pour ce cas de figure (figure 8).

La figure 8 montre que pour obtenir une Durée de conservation 180 jours, il faut un WVTR de l'emballage de 1,3. Vous pouvez transmettre cette information à votre fournisseur d'emballages et lui indiquer que vous avez besoin d'un emballage présentant ce WVTR pour atteindre la Durée de conservation souhaitée.

Le tableau 2 présente une comparaison de certains matériaux d'emballage courants.

Il est important de savoir que ces taux de transmission de vapeur d'eau ont été obtenus à une température de 38 °C et une humidité relative de 90 %. Mais ce n'est pas toujours le cas. Parfois, ils sont obtenus à une température de 30 °C et une humidité relative de 75 %. Notez également que ce tableau est en unités métriques, et que c'est ainsi que le logiciel le calcule, mais parfois, le WVTR est indiqué en grammes par mètre carré par 24 heures. Il peut également être exprimé en unités standard telles que les pouces carrés. Il est donc important que les unités soient correctes lorsque vous saisissez le WVTR pour les matériaux d'emballage. Notez que le polypropylène a un WVTR de 8,2, mais qu'un polypropylène orienté et doté d'une couche métallisée voit son WVTR réduit à 1,0. Il est important de bien comprendre le type d'emballage dont vous avez besoin, car vous ne voulez pas sous-emballer. En prenant l'exemple des chips de chou frisé, la figure 8 montre qu'avec un WVTR d'emballage de 7,5, le fabricant alimentaire ne peut conserver le produit que pendant 30 jours. Mais si le fabricant choisit un emballage avec un WVTR de 1,3, le produit se conservera pendant six mois. Notez toutefois que plus le WVTR est faible, plus le coût sera élevé. Évitez donc de suremballer vos produits, sinon vous paierez pour un emballage dont vous n'avez pas besoin.

Étape 6 : Réévaluer après formulation

La boîte à outils d'analyse de l'humidité Durée de conservation calcul de l'impact des modifications apportées aux ingrédients sur Durée de conservation . Vous pouvez calculer l'activité de l'eau finale d'un mélange ou d'une recette sans même avoir à fabriquer le produit. Pour cela, vous devez disposer d'une isotherme pour chacun de vos ingrédients. La figure 9 montre comment la boîte à outils d'analyse de l'humidité prédit l'activité de l'eau finale en cas d'ajout d'un assaisonnement au produit fini.

En haut à gauche, vous ajoutez différents ingrédients. En bas à gauche se trouvent les résultats. Pour une livre de chips de chou frisé, nous avons saisi l'activité initiale de l'eau et la masse afin de déterminer ce qui se passe au niveau de l'activité de l'eau lorsque l'on ajoute cinq grammes de poudre d'ail. Après avoir saisi les informations, cliquez sur « Calculer » et le logiciel vous fournit une nouvelle activité finale de l'eau pour le mélange. Dans la figure 9, l'activité de l'eau a légèrement diminué. Le logiciel vous indique également la teneur finale en humidité des chips de chou frisé et de l'ail. Le graphique de droite montre comment les isothermes sont combinées (les chips de chou frisé sont représentées par la courbe bleue et l'ail par la courbe verte). La courbe rouge est une isotherme combinée, et le programme fournit également l'activité de l'eau à l'équilibre (0,449), qui sera l'activité finale de l'eau du mélange.

Étape 7 : Valider Durée de conservation à l'aide de tests empiriques

Les exemples ci-dessus illustrent comment le VSA et la boîte à outils d’analyse de l’humidité peuvent accélérer les processus de recherche et développement et prédire l’évolution de l’activité de l’eau dans un produit. Cependant, si vous n’avez pas effectué de tests de durée de conservation, vous devrez vérifier vos prédictions. Le logiciel de la boîte à outils d’analyse de l’humidité est très performant pour manipuler les paramètres et vous fournir une réponse rapide, mais il s’agit bien de prédictions basées sur des équations mathématiques. Vous devrez effectuer des essais empiriques pour vérifier que votre formulation votre conditionnement correspondent exactement à vos besoins.

Pourquoi effectuer des tests de durée de conservation ?

Historiquement, très peu de fabricants ont pris des décisions fondées sur des données scientifiques en matière d’emballage et de durée de conservation. De nombreuses entreprises ont tendance à suremballer leurs produits pour éviter tout problème et n’apportent des modifications que lorsque des problèmes surviennent. Or, le suremballage peut réduire considérablement les bénéfices. Ainsi, lorsqu’il s’agit de trouver le juste équilibre entre coût et qualité, disposer d’informations scientifiques précises permet d’améliorer les résultats financiers. À titre de rappel, voici les étapes à suivre pour déterminer Durée de conservation le type d’emballage.

1. Identifier les facteurs qui déterminent Durée de conservation causes de défaillance : pour en savoir plus, consultez le « Guide complet de Durée de conservation pour les industriels agroalimentaires »)
2. Déterminer l'activité critique de l'eau (_RHc)
3. Effectuer des tests de durée de conservation accélérés, si nécessaire.
4. Déterminez la Durée de conservation souhaitée
5. Calculez l'emballage approprié
6. Procéder à une nouvelle évaluation après formulation
7. Vérifier les prévisions de durée de conservation à l'aide de tests empiriques

Durée de conservation

• « Modèle hygrothermique permettant de prédire Durée de conservation préparations Durée de conservation nourrissons », par Brady P. Carter, Mary T. Galloway, Gaylon S. Campbell et Shyam S. Sablani
• Alimentation – Durée de conservation – Modifications chimiques, biochimiques et microbiologiques, sous la direction de N.A. Michael Eskin
• Science et technologie du séchage des aliments Microbiologie, chimie, applications édité par Y.H. Hui
• « Fraîcheur et Durée de conservation aliments », sous la direction de Keith R. Cadawallader et Hugo Weenen
• Datation ouverte des aliments par Theodore P. Labuza et Lynn M. Szybist
• Durée de conservation: Point sur l'industrie agroalimentaire par Dominic Man
• « Durée de conservation des denrées alimentaires », deuxième édition, sous la direction de Dominic Man et Adrian Jones
• Comprendre et mesurer la Durée de conservation aliments, sous la direction de R. Steele
• « Stabilité et Durée de conservation aliments », sous la direction de David Kilcast et Persis Subramaniam
• Sous Vide et Cook Chill Processing pour l'industrie alimentaire, édité par S. Ghazala
• Stérilisation des aliments dans des sachets rétractables par A.G. Abdul Ghani Al Baali

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