Activité aquatique 101 : Maîtrisez les bases

Qu'est-ce que l'activité de l'eau ? L'activité de l'eau correspond-elle à la teneur en humidité ? Comment mesure-t-on l'activité de l'eau ? Peut-on réduire l'activité de l'eau ?

Voici quelques-unes des questions les plus fondamentales concernant l'activité de l'eau. Pour y répondre – et bien plus encore –, nous avons recueilli les avis du Dr Brady Carter et du Dr Nate Olson, experts en activité de l'eau chez Decagon, afin de vous offrir un aperçu complet des principes fondamentaux de l'activité de l'eau. Leurs réponses sont tirées du webinaire « Water Activity 101 ».

Qu'est-ce que l'activité de l'eau ?

L'activité de l'eau correspond au rapport entre la Pression de vapeur l'eau présente dans une substance et la Pression de vapeur l'eau pure à une température donnée. Sur une échelle allant de 0 à 1,0, elle permet de mesurer dans quelle mesure cette eau est disponible ou « libre » au sein d'une substance.

Une valeur aw de 0 signifie l'absence totale Eau libre, tandis qu'une valeur aw de 1,0 correspond à la Pression de vapeur l'eau pure. L'activité de l'eau ne correspond pas à la quantité d'eau présente dans une substance, mais à l'état énergétique de cette eau. Il existe une différence fondamentale entre ces deux notions, que nous aborderons plus tard.

Pourquoi l'activité de l'eau est-elle importante ?

L'activité de l'eau est importante car celle-ci peut entraîner de nombreux types de changements dans un produit. La présence et la disponibilité de l'eau peuvent entraîner :

• Croissance microbienne bactéries, moisissures, levures)
• Modifications chimiques (Brunissement non enzymatique)
• Changements physiques (agglomération, fluidité, altération de la texture)

Connaître l'activité de l'eau d'un produit permet d'en savoir beaucoup sur sa stabilité et sa sécurité. Cette information permet aux formulateurs et aux fabricants de contrôler et de prolonger Durée de conservation de garantir la sécurité du produit.

Mesure de l'activité de l'eau

L'appareil le plus couramment utilisé pour mesurer l'activité de l'eau est l'analyseur de point de rosée à miroir refroidi (par exemple, l'AQUALAB 4TE).

Un appareil de mesure du point de rosée à miroir refroidi fonctionne en plaçant l'échantillon dans une Chambre scellée un petit ventilateur électrique assure la circulation de l'air. À l'intérieur de la chambre se trouve un miroir qui est refroidi jusqu'à ce que de la rosée se forme à sa surface. Au moment où la condensation se produit, l'appareil enregistre la température de l'air au-dessus de l'échantillon et la température du miroir. Ces deux valeurs sont utilisées pour calculer la Pression de vapeur, qui sert ensuite à déterminer l'activité de l'eau.

Parmi les autres instruments permettant de mesurer l'activité de l'eau, on peut citer les capteurs électroniques et la méthode isopiésique (ou gravimétrique). Dans le cadre de cette introduction, nous nous concentrerons sur l'appareil à miroir refroidi servant à mesurer le point de rosée.

La température idéale pour mesurer l'activité de l'eau est de 25 °C ; c'est également la température à laquelle l'appareil effectue Correction de température défaut sa Correction de température automatique Correction de température . De nombreux appareils de mesure de l'activité de l'eau AQUALAB peuvent fournir un résultat en environ cinq minutes, avec une précision de ± 0,003 aw.

Activité de l'eau et teneur en humidité

Ces deux mesures ne sont pas identiques. Voici en quoi elles diffèrent :

Teneur en humidité – quantité d'eau présente dans une substance, exprimée en pourcentage du poids total d'un matériau (Base humide) ou en pourcentage de la matière sèche (Base sèche).

Activité de l'eau – état énergétique de l'eau contenue dans une substance, exprimé sous forme de rapport entre les pressions de vapeur.

Il n'existe pas de relation universelle entre la teneur en humidité et l'activité de l'eau. C'est pourquoi l'activité de l'eau constitue le meilleur indicateur pour prédire le comportement et la stabilité d'un produit.

Prenons, par exemple, l'eau pure et une solution saline saturée. Toutes deux ont la même teneur en eau – 100 % –, mais leur activité de l'eau est différente. L'eau pure a une activité de l'eau de 1,0, tandis qu'une solution saline saturée (même si elle est encore principalement composée d'eau) a une activité de l'eau inférieure à 1,0, car les ions présents dans la solution saline entravent la libre circulation des molécules d'eau.

Il existe certaines similitudes. À mesure que la teneur en humidité d'un produit augmente, l'activité de l'eau augmente généralement elle aussi. Mais la relation entre ces deux paramètres dépend du produit et n'est pas universelle.

Isothermes de sorption

Dans le domaine de l'activité de l'eau, une isotherme de sorption est un graphique représentant la teneur en humidité en fonction de l'activité de l'eau à température constante.

Les isothermes de sorption ont deux applications principales en sciences alimentaires :

1. Comprendre comment un produit réagit à l'humidité (choix de l'emballage, Durée de conservation).
2. Comprendre et prévoir les caractéristiques de qualité – de la texture à la stabilité, en passant par Durée de conservation.

Pour établir une isotherme de sorption, il faut mesurer une série de points de données relatifs à l'activité de l'eau et à la teneur en humidité pour un produit et une température donnés, puis représenter graphiquement ces points. La forme de l'isotherme de sorption est propre à chaque produit.

Certains produits présentent des isothermes en forme de S (sigmoïdes). D'autres sont plus linéaires. La forme de l'isotherme est liée à l'affinité de liaison du produit pour l'eau.

Les isothermes de sorption indiquent la relation entre la teneur en humidité et l'activité de l'eau pour un produit donné, et non la relation entre deux produits différents. Si vous disposez de deux produits présentant chacun une isotherme de sorption différente et que vous les mélangez, l'activité de l'eau finale du mélange dépendra des activités de l'eau de chacun des composants, et non de leurs teneurs en humidité.

L'effet de la température

L'activité de l'eau varie en fonction de la température. Lorsque la température augmente, l'activité de l'eau augmente également. Cette relation dépend du produit, mais en général, une augmentation de 10 °C de la température correspond à une augmentation de l'activité de l'eau d'environ 0,03 aw.

L'influence de la température sur l'activité de l'eau est un facteur important à prendre en compte lors de la transformation et du stockage. Si un produit est fabriqué à haute température puis refroidi, l'activité de l'eau diminue à mesure que la température baisse. Cela peut entraîner la formation de condensation, susceptible de provoquer l'agglomération, la formation de grumeaux et d'autres problèmes de qualité.

Activité de l'eau et Croissance microbienne

L'activité de l'eau est directement liée à Croissance microbienne. Chaque type de micro-organisme a besoin d'une activité de l'eau minimale en dessous de laquelle il ne peut pas se développer.

Seuils courants d'activité de l'eau pour Croissance microbienne:

• 0,97 : bactéries telles que Clostridium botulinum E, Pseudomonas fluorescens
• 0,95 : bactéries telles que Salmonella spp., E. coli
• 0,91 : la plupart des bactéries, y compris Bacillus subtilis
• 0,87 : Staphylococcus aureus (aérobie)
• 0,70–0,85 : la plupart des moisissures
• 0,60 : limite inférieure de l'ensemble des valeurs de « Croissance microbienne »

Ces valeurs correspondent aux seuils minimaux requis pour Croissance microbienne. Si l'activité de l'eau d'un produit est inférieure au seuil minimal requis pour un micro-organisme donné, ce dernier ne peut pas se développer.

L'activité de l'eau en action

Nous avons mentionné précédemment que l'activité de l'eau joue un rôle important dans Croissance microbienne, les modifications chimiques et les modifications physiques. Voyons comment l'activité de l'eau est utilisée dans la pratique pour contrôler ces variables :

Croissance microbienne – En concevant un produit dont l’activité de l’eau est inférieure au seuil minimal requis pour les agents pathogènes, les formulateurs peuvent créer des produits Stable au stockage réfrigération. La FDA utilise une activité de l’eau de 0,85 comme seuil en dessous duquel un produit n’a pas besoin d’être réfrigéré pour des raisons de sécurité.

Changements chimiques – L'activité de l'eau influe sur la vitesse du Brunissement non enzymatique, Oxydation des lipides et d'autres réactions chimiques. Comprendre la relation entre l'activité de l'eau et les réactions chimiques aide les formulateurs à optimiser Durée de conservation la stabilité des arômes.

Changements physiques – L'activité de l'eau influe sur des propriétés physiques telles que la texture, l'agglomération et la fluidité de la poudre. Comprendre comment l'activité de l'eau influe sur ces propriétés aide les fabricants à produire des produits présentant des caractéristiques physiques homogènes.

L'activité de l'eau est un outil essentiel dans la boîte à outils du formulateur pour concevoir des produits dont la sécurité, la stabilité et la qualité sont prévisibles. En comprenant et en contrôlant l'activité de l'eau, les fabricants peuvent produire de meilleurs produits, dotés d'une durée de conservation plus longue et présentant moins de défauts de qualité, ce qui contribue à réduire le gaspillage alimentaire et à améliorer la durabilité. Les chercheurs s'appuient également sur l'activité de l'eau pour prédire Croissance microbienne, maintenir la stabilité physique et chimique, formuler des produits et estimer Durée de conservation.

Foire aux questions

Comment mesure-t-on l'activité de l'eau dans les aliments ?

L'activité de l'eau est mesurée en scellant un petit échantillon dans une chambre fermée et en relevant Humidité relative d'équilibre Espace de tête, qui correspond à l'activité de l'eau de l'échantillon à l'équilibre. Les instruments les plus précis utilisent un Point de rosée à miroir refroidi — comme l'AQUALAB 4TE — qui fournit une mesure en cinq minutes environ sans nécessiter Étalonnage des étalons de référence.

Quel niveau d'activité de l'eau indique qu'un produit Stable au stockage » ?

La FDA utilise une valeur d'aw de 0,85 comme seuil en dessous duquel un produit n'a généralement pas besoin d'être réfrigéré pour des raisons de sécurité — les produits dont l'aw est égal ou inférieur à ce seuil sont considérés Stable au stockage la plupart des agents pathogènes. La prolifération des moisissures cesse en dessous d'un aw de 0,70, et aucune Croissance microbienne ne se produit en dessous d'un aw de 0,60 ; c'est pourquoi les en-cas à faible teneur en humidité et les produits séchés sont formulés pour rester dans cette plage.

La température a-t-elle une incidence sur les mesures de l'activité de l'eau ?

Oui, l'activité de l'eau augmente lorsque la température augmente, car les molécules d'eau plus chaudes génèrent Pression de vapeur plus élevée ; cela signifie qu'un même produit mesuré à 25 °C présentera une activité de l'eau plus élevée qu'à 15 °C. Les mesures doivent toujours être indiquées avec la température à laquelle elles ont été effectuées, et les appareils AQUALAB appliquent Correction de température défaut une Correction de température automatique.

L'activité de l'eau permet-elle de prédire des réactions chimiques telles que le brunissement ou Oxydation des lipides?

Oui — l'activité de l'eau détermine directement la vitesse du Brunissement non enzymatique, Oxydation des lipides, de la dégradation des vitamines et des réactions enzymatiques dans les aliments. La plupart des vitesses de dégradation chimique sont les plus faibles lorsque l'activité de l'eau se situe entre 0,2 et 0,4, et augmentent considérablement au-delà d'une aw de 0,6, ce qui fait de l'activité de l'eau une variable clé pour prédire la stabilité de la saveur, la stabilité de la couleur et la conservation des nutriments, parallèlement à la sécurité microbiologique.

L'activité de l'eau est-elle réglementée par la FDA ?

Oui, la FDA utilise l'activité de l'eau comme paramètre de contrôle dans le cadre du 21 CFR Partie 117 et Contrôles préventifs de la FSMA, avec une valeur aw de 0,85 comme seuil en dessous duquel un produit n'est généralement pas tenu d'être réfrigéré pour des raisons de sécurité. Les fabricants qui utilisent l'activité de l'eau comme contrôle préventif doivent valider les valeurs cibles, définir des procédures de surveillance et documenter la vérification du produit fini.

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