Mesurer la teneur en humidité : c'est plus compliqué que vous ne le pensez

La teneur en humidité correspond au pourcentage d'eau présent dans un produit alimentaire ou toute autre matière, exprimé par rapport au poids humide ou sec de cette matière.

La quantité d'eau présente dans un matériau influe sur la qualité et la durée de conservation du produit, mais la teneur en humidité ne suffit pas à elle seule à garantir la sécurité ou la stabilité du produit. Pour déterminer si un produit est sûr ou stable, il faut également tenir compte de l'activité de l'eau.

Qu'est-ce que la teneur en humidité ?

La teneur en humidité correspond simplement à la quantité d'eau présente dans un matériau. Elle s'exprime en pourcentage du poids total du matériau (sur la base humide) ou en pourcentage de la matière sèche (sur la base sèche).

Bien que ces deux méthodes mesurent le même matériau, elles donnent des résultats différents car elles utilisent des poids de référence différents. Pour la base humide, le poids de référence correspond au poids total (eau + matière sèche). Pour la base sèche, le poids de référence correspond uniquement à la matière sèche. Cela signifie que les valeurs en base sèche seront toujours supérieures à celles en base humide.

Dans les aliments, la teneur en eau influe sur la texture, le poids, la viscosité, l'aspect et la sensibilité à l'altération microbienne. L'eau est généralement le composant le plus abondant dans les aliments, ce qui en fait une variable essentielle de leur composition.

Comment mesurer le taux d'humidité

La teneur en humidité est généralement mesurée à l'aide de l'une de ces trois méthodes principales :

• Perte au séchage (également appelée méthode thermogravimétrique)
• Spectroscopie dans le proche infrarouge (NIR)
• Titrage de Karl Fischer

Chaque méthode repose sur un principe différent et convient à différents types d'échantillons.

1. Perte au séchage

Cette méthode consiste à mesurer le poids d'un échantillon avant et après séchage. L'échantillon est séché à une température définie jusqu'à ce qu'il atteigne une masse constante. La teneur en humidité est déterminée en calculant la perte de poids survenue pendant le séchage.

La perte au séchage est une méthode d'analyse couramment utilisée pour déterminer la teneur en humidité des solides et des semi-solides. La méthode au four, décrite dans les méthodes AOAC 930.15, 935.29, 950.46, 984.25 et d'autres, est la plus répandue pour mesurer la teneur en humidité des aliments, car elle ne nécessite qu'un équipement minimal.

L'un des inconvénients des méthodes utilisant un four est que la chaleur employée pour sécher l'échantillon peut entraîner la volatilisation d'autres composés volatils, tels que les acides gras à chaîne courte et l'alcool. Cela signifie que ces méthodes peuvent surestimer la teneur en humidité de certains échantillons.

Les analyseurs d'humidité (parfois appelés balances à humidité) constituent une version modernisée de la méthode au four, qui mesure et enregistre automatiquement la perte de poids. Ils sont largement utilisés dans le contrôle qualité car ils sont simples, rapides et ne nécessitent pas d'équipement de pesée distinct.

2. Spectroscopie dans le proche infrarouge

La spectroscopie NIR permet d'identifier la composition des matériaux en fonction de la manière dont ils absorbent et réfléchissent la lumière dans le spectre du proche infrarouge. L'eau absorbant la lumière NIR de manière caractéristique, cette technique peut être utilisée pour estimer rapidement la teneur en humidité.

Les principaux avantages de la technologie NIR pour la mesure de l'humidité sont la rapidité (résultats en quelques secondes), le caractère non destructif des analyses et la facilité de mise en œuvre en ligne ou à proximité de la chaîne de production.

La spectroscopie proche infrarouge (NIR) est une méthode de mesure indirecte, ce qui signifie qu'elle estime la teneur en humidité à partir d'un modèle statistique entraîné à partir d'échantillons connus. La précision dépend de la qualité et de la pertinence du modèle d'étalonnage. Les systèmes NIR doivent être étalonnés pour chaque type de produit spécifique et validés par rapport à une méthode de référence avant d'être mis en service pour une utilisation courante.

3. Titrage de Karl Fischer

Le titrage de Karl Fischer est une méthode chimique qui permet de mesurer directement et spécifiquement la teneur en eau, même à des concentrations très faibles. Contrairement aux méthodes utilisant un four, elle n'est pas influencée par la présence d'autres composés volatils.

Le titrage de Karl Fischer est la méthode de référence pour la détermination de la teneur en humidité dans de nombreux secteurs, notamment l'industrie pharmaceutique (conformément à la norme USP 921). Il est particulièrement adapté aux produits qui exigent une grande précision ou pour lesquels le séchage au four serait imprécis ou peu pratique.

Formules de calcul de la teneur en humidité

La formule à utiliser dépend de la méthode de calcul (au taux d'humidité réel ou au taux d'humidité sec) que vous appliquez.

Formule de calcul de la teneur en humidité sur base humide

Teneur en humidité sur base humide (%) = [(poids humide – poids sec) / poids humide] × 100

La teneur en matière humide est plus couramment utilisée dans les secteurs de l'alimentation et de l'agriculture, car elle exprime la quantité d'eau sous forme de pourcentage de la matière telle qu'elle est reçue. On l'appelle aussi parfois « humidité telle quelle ».

Formule de calcul de la teneur en humidité sur la base sèche

Teneur en humidité sur la base sèche (%) = [(poids humide – poids sec) / poids sec] x 100

L'humidité sur la base sèche est couramment utilisée dans la recherche et dans des secteurs tels que ceux des céréales et de l'alimentation animale, où il est nécessaire de comparer des échantillons présentant différents taux d'humidité. L'une des conséquences de l'expression des valeurs sur la base sèche est que celles-ci peuvent dépasser 100 %, ce qui prête parfois à confusion.

Analyse plus précise de l'humidité

La mesure de la teneur en humidité constitue une première étape utile pour caractériser un matériau. Cependant, la teneur en humidité ne permet pas de déterminer si l'eau présente est libre de favoriser la croissance microbienne ou de provoquer des réactions altérant la qualité.

Cela nécessite de mesurer l'activité de l'eau.

L'activité de l'eau (aw) renseigne sur l'état énergétique de l'eau présente dans un produit, c'est-à-dire sur sa capacité à agir en tant que réactif ou solvant. Des produits présentant la même teneur en humidité peuvent avoir des activités de l'eau très différentes, et ces différences impliquent des risques de détérioration et des comportements en matière de durée de conservation qui varient en conséquence.

Pour caractériser pleinement la teneur en humidité d'un produit, il convient de mesurer à la fois la teneur en humidité et l'activité de l'eau. Cette double mesure vous permet de connaître à la fois la quantité et la disponibilité de l'eau, et vous aide à prendre des décisions éclairées concernant la formulation, la transformation, le conditionnement et la durée de conservation.

Foire aux questions

Qu'est-ce que la teneur en humidité ?

La teneur en humidité correspond au pourcentage d'eau présent dans un matériau, exprimé soit par rapport au poids total (base humide), soit par rapport au poids sec (base sèche). Elle indique la quantité d'eau présente, mais ne précise pas si cette eau est susceptible de provoquer une altération ou des problèmes de qualité.

La teneur en humidité correspond-elle à la teneur en eau des aliments ?

En science alimentaire, ces termes sont utilisés de manière interchangeable : tous deux désignent le pourcentage d'eau d'un produit, exprimé en poids. La distinction importante ne réside pas entre les deux termes, mais dans la base de calcul : la teneur en eau à l'état humide exprime la teneur en eau en pourcentage du poids total, tandis que la teneur en eau à l'état sec l'exprime en pourcentage de la matière sèche uniquement.

Quel est le taux d'humidité qui permet à un aliment de se conserver à température ambiante ?

Il n'existe pas de seuil fiable de teneur en humidité pour garantir la stabilité de conservation, car deux produits présentant la même teneur en humidité peuvent avoir des activités de l'eau très différentes selon le degré de liaison de l'eau aux sucres, aux sels ou aux protéines. C'est l'activité de l'eau — et non la teneur en humidité — qui permet de prédire si une prolifération microbienne, une altération ou une dégradation de la texture se produira.

Puis-je comparer les valeurs de teneur en humidité fournies par deux fournisseurs différents s'ils utilisent des méthodes différentes ?

Ce n'est pas fiable, car les différentes méthodes mesurent des paramètres différents et ne sont pas interchangeables sans un facteur de conversion validé. Même si les deux fournisseurs utilisent des méthodes directes, l'un recourant au séchage en étuve et l'autre à la méthode Karl Fischer, ils obtiendront systématiquement des résultats différents pour un même produit.

La teneur en humidité est-elle le seul facteur qui détermine si un produit alimentaire est sûr sur le plan microbiologique ?

Non, car la teneur en humidité ne permet pas de distinguer l'eau fortement liée aux solutés de l'eau libre susceptible de favoriser la prolifération microbienne. L'activité de l'eau est la mesure qui détermine le risque microbien, et c'est sur elle que reposent les réglementations en matière de sécurité alimentaire telles que la FSMA.