Mesure de l'activité de l'eau (aw) - Pourquoi est-ce important ?

L'activité de l'eau joue un rôle important dans la qualité des produits dans divers domaines, notamment :

• Industrie alimentaire
• Industrie pharmaceutique, industrie cosmétique
• Entreposage des semences
• Industrie du tabac
• Industrie manufacturière

Comme expliqué dans un précédent Blog-Post , toutes les formes de vie dépendent de l'eau. L'activité de l'eau indique la quantité d'eau qui est biologiquement disponible pour les micro-organismes. Chaque espèce de micro-organisme (bactérie, levure, moisissure...) a une valeur minimale d'activité de l'eau en dessous de laquelle la croissance n'est plus possible.

Activité de l'eau	Contaminant
aw = 0,91...0,95	De nombreuses bactéries
aw = 0,88	De nombreuses levures
aw = 0,80	De nombreux mildious
aw = 0,75	Bactéries halophiles
aw = 0,70	Levures osmiophiles
aw = 0,65	Oïdium xérophile

La US Food and Drug Administration (FDA) a adopté le concept d'activité de l'eau pour établir les limites au-delà desquelles certains types d'aliments sont considérés comme sensibles aux moisissures et aux bactéries et a établi les réglementations suivantes : Le niveau d'activité de l'eau de 0,85 aw est utilisé comme point de définition pour déterminer si un aliment en conserve faiblement acide ou un aliment acidifié est couvert par la réglementation. Les conserves à faible acidité peuvent être conservées en contrôlant l'activité de l'eau à des niveaux supérieurs à 0,85 aw. Le niveau minimum d'aw pour la croissance de C. botulinum est d'environ 0,93 aw. En fonction de diverses caractéristiques du produit, ce niveau minimum peut atteindre 0,96 aw.

La réglementation (21 CFR 113.3(e) (1) (ii)) stipule que la stérilité commerciale peut être obtenue par le contrôle de l'activité de l'eau et l'application de chaleur. La chaleur est généralement nécessaire à des niveaux d'aw supérieurs à 0,85 aw pour détruire les cellules dormantes des micro-organismes importants pour la santé publique (par exemple, les staphylocoques) et les micro-organismes d'altération qui peuvent se développer dans un environnement à aw réduite. Voir également les autres sections suivantes du règlement qui traitent des produits contrôlés par l'aw :

• 21 CFR 113.10
  Fréquentation d'une école agréée dispensant un enseignement adapté à la technologie de préservation concernée.
• 21 CFR 113.40(i)
  Équipement et procédures pour le traitement thermique des aliments où des facteurs critiques tels que l'activité de l'eau sont utilisés.
• 21 CFR 113.81(f)
  Facteurs supplémentaires à contrôler pour éviter le développement de microoganismes non détruits par le processus thermique.
• 21 CFR 113.100(a) (6)
  Exigences relatives à la tenue de registres pour les déterminations de l'aw.

Voici quelques exemples d'aliments en conserve à faible acidité dont l'activité de l'eau est contrôlée et dont l'aw peut être supérieure à 0,85 aw : les gâteaux en conserve, le pain, la pâte de haricots, certains chutney, les légumes salés, le poisson salé, la pâte de goyave, les haricots lupini, le sirop, les garnitures, les puddings et certaines sauces orientales. L'activité de l'eau est généralement contrôlée par l'utilisation de sel ou de sucre. Dans certaines situations, il n'est pas nécessaire de procéder à des déterminations de routine de l'aw pendant la production. Par exemple, si le sel est l'agent de conservation, la détermination du pourcentage de sel peut suffire à documenter le contrôle de l'activité de l'eau et la stérilité commerciale. Cependant, le transformateur ou l'autorité de transformation doit disposer de données qui relient de manière cohérente les niveaux de sel dans le produit particulier aux niveaux d'aw. L'activité de l'eau pourrait également être contrôlée par la formulation, à condition que la formulation soit liée à un niveau d'aw donné par des données suffisantes. Puisque les changements de fournisseurs d'ingrédients peuvent modifier l'aw du produit fini, des déterminations périodiques de l'aw par le transformateur seraient appropriées. (Source : U.S. Food and Drug Administration)

Activité de l'eau (aw) de certains aliments courants

• Caviar : 0,92 aw
• Fromage à tartiner : 0,95 aw
• Lait sec 8% d'humidité totale : 0,70 aw
• Sauce au caramel : 0,83 aw
• Pâté de foie : 0,96 aw
• Beurre d'arachide : 15 % d'humidité totale : 0,70 aw
• Pâte de haricots rouges : 0,93 aw
• Salami : 0,82 aw
• Aliments pour animaux de compagnie humides et mous : 0,83 aw
• Sauce de soja : 0,80 aw

L'eau est le principal composant de la plupart des organismes vivants. D'un point de vue biologique, l'eau possède de nombreuses propriétés distinctes qui sont essentielles à la prolifération de la vie. Elle remplit ce rôle en permettant aux composés organiques de réagir de manière à permettre la réplication. Toutes les formes de vie connues dépendent de l'eau.

Quels sont les produits qui contiennent de l'eau ?

Il existe deux grandes catégories :

• Hygroscopique : substances qui absorbent l'eau de leur environnement.
• Sels
• Fibres végétales (bois, papier, produits...)
• Viande products

• Hydrophobes : substances qui n'absorbent pas l'eau de leur environnement.
• Gaz
• Sable, verre sous forme de poudre
• Métaux sous forme de poudre

L'eau peut avoir différents effets dans divers produits et est reconnue dans l'industrie alimentaire comme étant essentielle pour la stabilité microbiologique, enzymatique, chimique et de composition de la plupart des produits. Les variations de l'activité de l'eau peuvent affecter de manière significative :

• Couleur
• Goût
• Valeur nutritionnelle
• Teneur en protéines et en vitamines
• Durée de conservation
• Stockage et emballage
• Solubilité

Migration de l'eau dans un produit

L'activité de l'eau d'un produit tentera toujours d'atteindre l'équilibre avec l'atmosphère environnante. L'eau libre va migrer d'une région à l'intérieur d'un produit ayant une forte activité de l'eau vers des régions à faible activité de l'eau. L'eau migre jusqu'à ce que l'équilibre soit atteint. L'humidité relative d'équilibre (ERH) = 100 x aw.

Qu'est-ce que l'équilibre statique ?

L'équilibre statique est un ensemble de conditions dans lesquelles un produit et l'atmosphère environnante présentent les mêmes niveaux d'activité de l'eau.

• Le produit et l'environnement sont à la même température.
• La pression partielle de la vapeur d'eau dans l'environnement est la même que dans le produit.

Comment contrôler l'activité de l'eau

L'activité de l'eau dans les produits peut être contrôlée en utilisant divers additifs (humectants), en utilisant des matériaux d'emballage satisfaisants ou en maintenant des conditions de maturation et de stockage favorables.

Comment les mesures de l'activité de l'eau peuvent-elles être appliquées dans le monde réel ?

L'activité de l'eau fournit de meilleures informations que la teneur en eau totale concernant :

• Stabilité microbienne, chimique et enzymatique des produits périssables tels que les aliments, les graines et les produits pharmaceutiques.
• Cohésion et propriétés d'écoulement des poudres hygroscopiques.
• Adhérence des revêtements
• Contrôle des propriétés de mottage et de compaction.
• Stabilité dimensionnelle des matériaux tels que le papier.
• Résistance à la traction et reprise élastique
• Pression de rendement et compactage.

Eau totale dans un produit

Nous avons donc vu que l'activité de l'eau fait partie de l'eau totale contenue dans un produit ; plus précisément, il s'agit de l'eau libre. Cependant, il existe également de l'eau liée dans un produit. L'eau liée est généralement mesurée par infrarouge ou par perte au séchage : c'est ce qu'on appelle la teneur en eau !

Qu'est-ce que le taux d'humidité ?

La teneur en eau est le pourcentage d'eau en poids dans le produit par rapport au poids sec ou humide du produit et comprend à la fois l'eau liée et l'eau libre. La teneur en eau est souvent confondue avec l'activité de l'eau.

Est-il possible d'établir une corrélation entre l'activité de l'eau et la teneur en eau ?

À l'équilibre, la relation entre le pourcentage d'eau et l'activité de l'eau d'un matériau hygroscopique peut être représentée graphiquement par une courbe : l'isotherme de sorption. Pour chaque valeur d'activité de l'eau, l'isotherme de sorption indique la teneur en eau correspondante à une température constante donnée. Chaque produit possède sa propre isotherme de sorption.

A l'aide d'une isotherme de sorption, la teneur en eau d'un produit peut être déterminée en mesurant l'activité de l'eau. Ceci est avantageux car les mesures de l'activité de l'eau sont rapides et non destructives. L'isotherme de sorption (généralement non linéaire) est déterminée par expérience pour chaque produit différent et à différentes températures.

Que dois-je mesurer : l'activité de l'eau ou la teneur en eau ?

Les deux mesures présentent des avantages et des inconvénients. Les inconvénients de la mesure du taux d'humidité :

• La teneur en humidité ne vous indique pas la quantité d'eau libre disponible pour les micro-organismes
• Ne fournit aucune information concernant la façon dont l'eau va migrer dans ou hors d'un produit
• La mesure de la teneur en eau détruit l'échantillon
• La teneur en humidité seule peut ne rien vouloir dire
• Les techniques de mesure sont soit coûteuses, soit longues
• La teneur en humidité n'est pas affectée par la préparation de l'échantillon

La mesure de l'activité de l'eau présente cependant de nombreux avantages :

• Mesure directement l'eau libre
• Non destructif
• Mesure rapide et simple
• Mesure les différences dans la préparation des échantillons (vital pour les produits affectés par une altération externe tels que les comprimés, la plupart des produits alimentaires et les graines).

Comment réaliser une procédure d'essai

Cependant, l'activité de l'eau étant une mesure qualitative, utilisée seule, elle ne définit pas:

• vie en rayon
• Potentiel de croissance d'organismes spécifiques
• Propriétés physiques (agglutination, etc.)

Afin d'effectuer une mesure significative de l'activité de l'eau, il est également important de vérifier le paramètre réel que vous cherchez à contrôler.

1^e Test : Paramètre réel et activité de l'eau

• Tests de durée de vie en rayon
• Présence d'organismes d'altération
• Propriétés physiques
• Tests de goût
• Efficacité des produits (médicaments, cosmétiques)
• Tests coûteux
• Longue durée requise
• Souvent requis pour la conformité

Les tests initiaux fournissent des informations détaillées sur le paramètre que vous souhaitez contrôler. Ces tests peuvent prendre plus de temps et coûter plus cher. Ils fournissent des détails qui vous permettent de faire le lien, par exemple, entre la durée de conservation et l'activité de l'eau pour votre produit spécifique. En même temps, vous pouvez tester l'activité de l'eau des ingrédients bruts et des échantillons de mi-production.

Test 2^nd : Test pour l'activité de l'eau uniquement

• Ingrédients bruts (vérifier la cohérence)
• Processus de production (les recettes restent-elles les mêmes)
• Produits finis (pour la durée de conservation et la qualité)
• Rapide et facile
• Exécuté sur site/champ
• Moins coûteux

Cela signifie qu'à l'avenir, les mesures ultérieures de l'activité de l'eau pourront être utilisées comme un indicateur de la durée de conservation des produits finis, mais aussi comme un contrôle des matières premières et des processus pour détecter les écarts avant qu'ils n'aient un impact sur les produits. Comme les mesures de l'activité de l'eau sont plus rapides et disponibles à moindre coût, cela réduit les coûts globaux et la durée des tests.

Exemple : utiliser l'activité de l'eau pour tester la durée de conservation

Pour les produits alimentaires uniques pour lesquels les données publiées sur l'activité de l'eau ne sont pas disponibles, la durée de conservation ne peut être évaluée avec précision en testant uniquement l'activité de l'eau. De même, lorsque les processus de production peuvent varier, il peut être intéressant d'affiner le processus pour obtenir le meilleur compromis entre le coût du produit et sa durée de conservation. Dans cet exemple, le produit Aw a été fabriqué en quatre lots, chacun a été immédiatement testé pour l'activité de l'eau et a ensuite été soumis à un test de durée de conservation à long terme.

Produit A	Durée de conservation	Activité de l'eau
Lot 1	9 mois	0,83 aw
Lot 2	5 mois	0,85 aw
Lot 3	3 mois	0,88 aw
Lot 4	2,5 mois	0,90 aw

Les tests démontrent que pour respecter une durée de conservation de trois mois, les produits doivent être fabriqués avec une lecture de l'activité de l'eau égale ou inférieure à 0,88 aw. Les mesures rapides et faciles de l'activité de l'eau peuvent donc être utilisées seules pour confirmer que les produits sont conformes à cette spécification. Quand la mesure de l'activité de l'eau peut-elle être utilisée seule ? Elle peut être effectuée sur des produits connus avec des normes définies :

• Céréales, fromage, salami...

Pour ces produits, des organisations sanitaires ou des organismes industriels ont déjà effectué des tests détaillés et défini des limites standard d'activité de l'eau pour des produits spécifiques. Les mesures de l'activité de l'eau peuvent également être utilisées seules pour surveiller simplement les changements de produit. L'activité de l'eau fournit un moyen rapide de déterminer si un produit final a changé :

• Changement de traitement (temps de séchage, taille des particules)
• Changement d'ingrédient brut (inconstance du fournisseur)
• Contamination (chimique ou organique)

Apprenez-en davantage sur l'activité de l'eau dans la vidéo suivante :

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