Activité de l'eau dans les aliments fonctionnels

Tomates riches en lycopène. Desserts enrichis en CBD. Superaliments tels que les myrtilles et les graines de grenade. Lait enrichi en vitamine D. Les aliments fonctionnels se présentent sous de nombreuses formes, mais ils partagent tous le même objectif : prévenir les maladies et améliorer la santé grâce à notre alimentation quotidienne.

Conservez les avantages

Tous les aliments contiennent des macro et micronutriments qui contribuent à la santé. Les aliments fonctionnels contiennent quelque chose de plus : des composés qui ont un effet bénéfique spécifique sur la santé ou une fonction de lutte contre les maladies. Et que ce composé soit naturel ou ajouté à un produit, les aliments fonctionnels dont les bienfaits sont mis en avant doivent relever un défi unique : définir une durée de conservation qui garantisse non seulement la sécurité, mais aussi l'efficacité de l'ingrédient fonctionnel.

Protéger l'ingrédient fonctionnel

Les ingrédients fonctionnels ont tendance à être très sensibles à la dégradation. La lumière, la chaleur, l'humidité et les niveaux de pH ont tous une incidence sur les taux de dégradation. Lorsqu'un ingrédient fonctionnel est présenté comme faisant partie d'un produit stable à température ambiante, les fabricants doivent comprendre l'impact du pH et de l'activité de l'eau sur la puissance de cet ingrédient au fil du temps. L'activité de l'eau dans le produit est l'un des critères importants à prendre en compte lors de la formulation et de la fabrication afin de garantir que les bienfaits pour la santé promis sont réellement obtenus.

L'impact de l'humidité

Lorsque des ingrédients fonctionnels sont ajoutés à des boissons, leur dégradation peut être rapide. Par exemple, figure 1

montre l'évolution de la concentration d'un jus d'orange enrichi en vitamine C. En l'espace de quatre semaines, la concentration diminue de près de 50 % (Nutraceutical Business Review, 2018). De nombreuses vitamines et probiotiques sont affectés de la même manière lorsqu'ils sont exposés à des environnements très humides (Turkmen, Priyashantha et Jayarathna, 2019).

Il est possible de ralentir la dégradation en réduisant l'activité de l'eau (Aw) des aliments fonctionnels. Pour ce faire, on peut notamment produire des aliments fonctionnels à la valeur monocouche, c'est-à-dire la valeur à laquelle un produit alimentaire est le plus stable du point de vue de l'humidité. Mais qu'est-ce que la valeur monocouche exactement, et est-ce un objectif que la plupart des fabricants devraient s'efforcer d'atteindre ?

Stabilité à la monocouche

La monocouche est un concept théorique, postulé par un trio de physiciens (Stephen Brunauer, Paul Emmett et Edward Teller) en 1938. La théorie, telle qu'elle s'applique à un milieu alimentaire poreux, est la suivante : lorsqu'un matériau complètement sec est hydraté, il arrive un moment où les molécules d'eau recouvrent la surface de chaque particule du produit d'une couche d'une molécule d'épaisseur. En théorie, c'est à ce moment-là que le produit est le plus stable, lorsque chaque particule est recouverte, et à peine recouverte, de molécules d'eau. Pour les produits riches en protéines, une grande quantité d'eau peut être absorbée avant que la monocouche ne soit atteinte, car les protéines ont de nombreux replis et une grande surface à recouvrir par unité de masse. Le sucre cristallisé, en revanche, est un simple cube, avec presque aucune surface à recouvrir par unité de masse.

Les produits peuvent absorber différentes quantités d'eau, mais pour la plupart d'entre eux, la première couche (la monocouche) est complète autour d'une activité de l'eau assez constante : 0,3 aw. Parmi les produits que l'on trouve généralement dans cette plage d'activité de l'eau, on peut citer les céréales pour petit-déjeuner, la farine et les pâtes. Il n'est donc pas surprenant que ces produits à longue durée de conservation aient été le moyen de distribution privilégié par les programmes d'enrichissement alimentaire américains depuis les années 1940 (Comité de l'Institut de médecine (États-Unis), 2003).

Une texture plus fraîche

Alors pourquoi tous les aliments fonctionnels ne sont-ils pas produits à leur valeur monocouche ? Tout simplement parce que les consommateurs modernes veulent un autre type d'aliments fonctionnels : des produits plus moelleux, plus frais et plus naturels, mais toujours prêts à consommer.  Les fabricants créent des aliments fonctionnels stables à température ambiante avec des niveaux d'activité de l'eau beaucoup plus élevés. Les sécher jusqu'à leur valeur monocouche les rendrait secs et peu appétissants. Avec ces niveaux d'activité de l'eau plus élevés, la formulation devient un exercice d'équilibre complexe visant à maximiser la durée de conservation de l'ingrédient fonctionnel tout en conservant la texture moelleuse et le goût frais du produit.

Suivre les taux de dégradation

L'activité de l'eau joue un rôle essentiel dans cet équilibre. Les formulateurs seront grandement aidés par la cartographie des taux de dégradation des ingrédients fonctionnels en fonction de l'activité de l'eau. Bien que les taux de dégradation soient corrélés à l'activité de l'eau, les relations varient d'un ingrédient à l'autre. De nombreuses vitamines, par exemple, se dégradent plus rapidement lorsque l'activité de l'eau augmente (voir par exemple Lavelli, Zanoni et Zaniboni, 2007 ; Sablani, Al-Belushi, Al-Marhubi et Al-Belushi, 2007). D'autres ingrédients, comme les probiotiques, ont des plages spécifiques dans lesquelles ils atteignent une stabilité maximale. L'optimisation de l'activité de l'eau peut prolonger la durée de conservation de quelques jours à plusieurs mois.

Optimiser la durée de conservation

Plus un aliment fonctionnel est naturel, plus l'activité de l'eau peut jouer un rôle important. Dans les fruits secs, par exemple, l'activité de l'eau du produit fonctionnel affecte non seulement la durée de conservation de l'ingrédient fonctionnel, mais aussi la sensibilité à la croissance des moisissures et les attributs de qualité tels que la texture. Lorsqu'un aliment fonctionnel est une combinaison de deux ou plusieurs ingrédients naturels, la migration de l'humidité entre également en jeu.

Quel que soit le produit spécifique, l'effet bénéfique de tout aliment fonctionnel stable à température ambiante ne peut être maintenu à son niveau maximal qu'en comprenant et en appliquant les principes de base de l'activité de l'eau.

Références

Nutraceutical Business Review. « Dégradation des vitamines, probiotiques et autres ingrédients actifs causée par l'exposition à la chaleur, à l'eau et à la lumière du soleil ». 7 août 2018.

Turkmen, Nazli, Hasitha Priyashantha et Shishanthi Jayarathna. « Challenges in Probiotic Dairy-Based Beverages » (Les défis des boissons probiotiques à base de produits laitiers). New Food Magazine, 26 octobre 2019. https://www.newfoodmagazine.com/article/97303/challenges-in-probiotic-d….

Comité de l'Institut de médecine (États-Unis) sur l'utilisation des apports nutritionnels recommandés dans l'étiquetage nutritionnel. « Apports nutritionnels recommandés : principes directeurs pour l'étiquetage nutritionnel et l'enrichissement des aliments ». Washington (DC) : National Academies Press (États-Unis) ; 2003.

Shyam S. Sablani, K. Al-Belushi, I. Al-Marhubi et R. Al-Belushi (2007) Évaluation de la stabilité de la vitamine C dans les préparations enrichies à l'aide de l'activité de l'eau et de la transition vitreuse, International Journal of Food Properties, 10:1, 61-71, DOI : 10.1080/10942910600717284

Lavelli, Vera, Bruno Zanoni et Anna Zaniboni. « Effet de l'activité de l'eau sur la dégradation des caroténoïdes dans les carottes déshydratées ». Food Chemistry, volume 104, numéro 4 : 2007. Pages 1705-1711.

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