Activité de l'eau pour la sécurité et la qualité alimentaires

Mélangez des crackers contenant 20 % d'eau et une garniture au fromage contenant 30 % d'eau. Une recette pour obtenir des crackers détrempés ? Pas si les deux ingrédients ont la même activité hydrique.

Vous souhaitez éviter la formation de grumeaux et l'agglomération dans un lot d'épices ? Adaptez l'activité de l'eau des composants, et le problème est résolu.

La dégradation des vitamines dépend de l'activité de l'eau. Il en va de même pour l'oxydation des lipides, le croquant, la texture moelleuse, la tendreté et bien d'autres facteurs de qualité. La teneur en humidité indique la quantité d'eau présente dans un produit, mais c'est tout. Elle ne permet pas de prédire ces autres aspects liés à la qualité et à la sécurité.

Pourquoi l'activité de l'eau ?

L'utilité de l'activité de l'eau comme indicateur de qualité et de sécurité a été mise en évidence lorsqu'il est apparu que la teneur en humidité ne suffisait pas à expliquer les fluctuations de la croissance microbienne. L'activité de l'eau est une mesure de l'état énergétique de l'eau dans un système.

Le concept d'activité de l'eau (aw) est utilisé depuis des décennies par les microbiologistes et les technologues alimentaires. Il s'agit du critère le plus couramment utilisé pour évaluer la sécurité et la qualité.

Prévoir la sécurité et la stabilité

L'activité de l'eau permet de prédire la sécurité et la stabilité en ce qui concerne la croissance microbienne, les vitesses de réaction chimique et biochimique et les propriétés physiques. La figure 1 montre la stabilité en termes de limites de croissance microbienne et de vitesses de réactions de dégradation en fonction de l'activité de l'eau.

En mesurant et en contrôlant l'activité de l'eau, il est possible de :

• Prédire quels micro-organismes seront des sources potentielles de détérioration et d'infection
• Maintenir la stabilité chimique des produits
• Réduire au minimum les réactions de brunissement non enzymatiques et les réactions spontanées d'oxydation autocatalytique des lipides.
• Prolonger l'activité des enzymes et des vitamines
• Optimiser les propriétés physiques des produits en termes de migration de l'humidité, de texture et de durée de conservation.

Limitation de la croissance microbienne

Les micro-organismes ont un seuil d'activité de l'eau en dessous duquel ils ne se développent pas. C'est l'activité de l'eau, et non la teneur en humidité, qui détermine la limite inférieure de l'eau « disponible » pour la croissance microbienne. Étant donné que les bactéries, les levures et les moisissures ont besoin d'une certaine quantité d'eau « disponible » pour se développer, la conception d'un produit dont l'activité de l'eau est inférieure à un seuil critique constitue un moyen efficace de contrôler leur croissance.

Un produit peut contenir de l'eau, même en grande quantité, mais si son niveau d'énergie est suffisamment bas, les micro-organismes ne peuvent pas l'assimiler pour assurer leur croissance. Cet état « désertique » crée un déséquilibre osmotique entre les micro-organismes et leur environnement immédiat. Par conséquent, les microbes ne peuvent pas se développer.

Technologie des obstacles

Si la température, le pH et plusieurs autres facteurs peuvent influencer la croissance des micro-organismes et sa rapidité, l'activité de l'eau est souvent le facteur le plus important. L'activité de l'eau peut être combinée à d'autres facteurs conservateurs (barrières), tels que la température, le pH, le potentiel redox, etc., afin de créer des conditions qui inhibent les micro-organismes. Le niveau d'activité de l'eau qui limite la croissance de la grande majorité des bactéries pathogènes est de_{0,90 aw} (₀,_{70 aw} pour les moisissures de détérioration). La limite inférieure pour tous les micro-organismes est de 0,_{60 aw}.

Un produit dont l'activité de l'eau est supérieure à 0,85 peut-il tout de même se conserver à température ambiante si d'autres agents de conservation sont utilisés ?

Oui, lorsque plusieurs facteurs combinés, tels que l'acidification (pH inférieur à 4,6), le traitement thermique ou l'ajout d'agents antimicrobiens, empêchent collectivement la prolifération des agents pathogènes, les produits dont l'activité de l'eau est supérieure à 0,85 peuvent être conservés à température ambiante sans réfrigération. Toutefois, cela nécessite des données de formulation validées et une documentation conforme aux contrôles préventifs de la FSMA, car l'activité de l'eau ne constitue plus à elle seule un critère de sécurité.

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Réactivité chimique/biochimique

L'activité de l'eau influence non seulement la détérioration microbienne, mais aussi la réactivité chimique et enzymatique. L'eau peut influencer la réactivité chimique de différentes manières. Elle peut agir comme solvant, comme réactif ou modifier la mobilité des réactifs en affectant la viscosité du système. L'activité de l'eau influence le brunissement non enzymatique, l'oxydation des lipides, la dégradation des vitamines et autres nutriments, les réactions enzymatiques, la dénaturation des protéines, la gélatinisation de l'amidon et la rétrogradation de l'amidon. En général, lorsque le niveau d'activité de l'eau diminue, le taux de réactions chimiques dégradantes diminue également.

Propriétés physiques

Outre le fait qu'elle permet de prédire les vitesses de diverses réactions chimiques et enzymatiques, l'activité de l'eau influe sur les propriétés texturales des aliments. Les aliments à forte activité de l'eau ont une texture décrite comme moelleuse, juteuse, tendre et élastique. Lorsque l'activité de l'eau de ces produits diminue, on observe des caractéristiques texturales indésirables, telles que la dureté, la sécheresse, le rassissement et la dureté. Les produits à faible activité de l'eau ont généralement une texture décrite comme croustillante et croquante, tandis que ceux à activité de l'eau plus élevée ont une texture détrempée. Les activités de l'eau critiques déterminent à partir de quel moment les produits deviennent inacceptables d'un point de vue sensoriel.

À partir de quelle teneur en eau les aliments croustillants commencent-ils à ramollir ou à devenir mous ?

La plupart des snacks croustillants conservent une texture croquante acceptable lorsque leur valeur aw est comprise entre 0,40 et 0,45, et commencent à ramollir sensiblement lorsque cette valeur dépasse 0,60 à 0,65, à mesure qu'ils absorbent l'humidité ambiante. Le point de transition exact dépend de la formulation et du conditionnement ; c'est pourquoi les fabricants établissent des isothermes de sorption lors du développement des produits afin de définir des spécifications validées en matière de durée de conservation et de conditionnement.

Agrégation, agglomération, effondrement et adhérence

L'activité de l'eau est un facteur important qui influe sur la stabilité des poudres et des produits déshydratés pendant leur stockage. Le contrôle de l'activité de l'eau dans un produit en poudre permet de maintenir la structure, la texture, la stabilité, la densité et les propriétés de réhydratation du produit. Il est essentiel de connaître l'activité de l'eau des poudres en fonction de leur teneur en humidité et de la température pendant le traitement, la manipulation, l'emballage et le stockage afin d'éviter les phénomènes néfastes d'agglomération, d'agrégation, d'effondrement et d'adhésivité. L'agglomération dépend de l'activité de l'eau, du temps et de la température et est liée au phénomène d'effondrement de la poudre sous l'effet de la force gravitationnelle.

Migration de l'humidité

L'activité de l'eau étant une mesure de l'état énergétique de l'eau, les différences d'activité de l'eau entre les composants sont le moteur de la migration de l'humidité lorsque le système atteint son équilibre. L'activité de l'eau est donc un paramètre important dans le contrôle de la migration de l'eau dans les produits à plusieurs composants. Certains aliments contiennent des composants à différents niveaux d'activité de l'eau, comme les snacks fourrés ou les céréales avec des fruits secs. Par définition, l'activité de l'eau dicte que l'humidité migrera d'une région à forte activité de l'eau vers une région à faible activité de l'eau, mais le taux de migration dépend de nombreux facteurs. La migration de l'humidité dans les aliments à plusieurs composants peut entraîner des changements de texture indésirables. Par exemple, l'humidité qui migre des fruits secs à forte activité de l'eau vers les céréales à faible activité de l'eau rend les fruits durs et secs, tandis que les céréales deviennent détrempées.

Les différences d'activité de l'eau entre les composants ou entre un composant et l'humidité ambiante sont un facteur déterminant dans la migration de l'humidité. Il est essentiel de savoir si l'eau va être absorbée ou désorbée par un composant particulier afin d'éviter toute dégradation, en particulier si la substance est sensible à l'humidité. Par exemple, si des quantités égales de composant 1 à 2 % et de composant 2 à 10 % d'humidité doivent être mélangées, y aura-t-il un échange d'humidité entre les composants ? La teneur finale en humidité du matériau mélangé serait de 6 %, mais y a-t-il eu un échange d'humidité entre les composants 1 et 2 ? La réponse dépend de l'activité de l'eau des deux composants. Si l'activité de l'eau des deux composants est identique, il n'y aura pas d'échange d'humidité entre les deux composants. De plus, deux ingrédients ayant la même teneur en humidité peuvent ne pas être compatibles lorsqu'ils sont mélangés. Si deux matériaux ayant des activités de l'eau différentes mais la même teneur en eau sont mélangés, l'eau s'ajustera entre les matériaux jusqu'à ce qu'une activité de l'eau équilibrée soit obtenue.

Durée de conservation/emballage

L'activité de l'eau est un facteur essentiel pour déterminer la durée de conservation des produits. Des niveaux critiques supérieurs et inférieurs d'activité de l'eau peuvent être établis pour les qualités microbiennes, la texture, la saveur, l'apparence, l'arôme, les qualités nutritionnelles et culinaires des produits alimentaires. Les taux d'échange d'humidité à travers l'emballage et le taux de variation de l'activité de l'eau dans les aliments vers une limite critique détermineront la durée de conservation d'un produit. La connaissance de la température, de l'humidité relative ambiante et des valeurs critiques d'activité de l'eau aidera à choisir un emballage doté des propriétés barrières adéquates pour optimiser la qualité et la durée de conservation.

Maîtrisez les bases

Découvrez l'essentiel des activités aquatiques en 20 minutes grâce à ce webinaire. Vous apprendrez :

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

Foire aux questions

Pourquoi l'activité de l'eau est-elle importante pour la sécurité alimentaire ?

L'activité de l'eau est le facteur le plus fiable pour déterminer si un aliment peut favoriser la prolifération d'agents pathogènes ; c'est pourquoi la FDA et l'USDA l'utilisent comme paramètre de contrôle réglementaire plutôt que la teneur totale en eau. Les produits dont l'activité de l'eau (aw) est égale ou inférieure à 0,85 ne sont pas classés comme aliments TCS et se conservent généralement à température ambiante sans réfrigération.

Quel est le niveau d'activité de l'eau considéré comme sûr pour les aliments ?

En dessous d'un aw de 0,85, la FDA considère que les aliments ne nécessitent pas de réfrigération ; en dessous d'un aw de 0,70, la plupart des moisissures ne peuvent pas se développer ; et en dessous d'un aw de 0,60, aucune croissance microbienne ne se produit. La valeur cible appropriée dépend du produit concerné et des micro-organismes à prendre en compte ; c'est pourquoi la plupart des fabricants établissent une spécification aw validée plutôt que de se contenter de respecter le seuil réglementaire.

À quelle fréquence les fabricants doivent-ils mesurer l'activité de l'eau au cours de la production ?

Les produits dont la valeur d'humidité relative (aw) est proche d'un seuil critique, par exemple entre 0,83 et 0,87, nécessitent des contrôles en cours de fabrication à chaque lot ou à chaque équipe de production, tandis que les produits dont la valeur est bien inférieure au seuil de sécurité peuvent être contrôlés moins fréquemment, par des analyses périodiques du produit fini. L'AQUALAB 4TE fournit des résultats en cinq minutes environ, et les services de laboratoire AQUALAB peuvent vous aider à élaborer un programme de contrôle adapté à votre profil de risque spécifique.