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Pourquoi mesurer l’activité de l’eau ?

L’eau, élément essentiel à toute forme de vie, est présente en quantité variable dans les aliments que nous consommons et bien qu’elle n’apporte pas de valeur énergétique,  elle en influence leurs caractéristiques et notamment leur susceptibilité à la dégradation. L’eau a aussi un impact sur l’aspect, la texture et la saveur de l’aliment.

L’activité de l’eau est l’un des paramètres principaux concernant la conservation (shelf life) d’un produit, qu’il soit alimentaire, pharmaceutique, cosmétique, ou qu’il s’agisse de semences agricoles. La mesurer, permet de contrôler et d’optimiser un process de fabrication et de conservation pour lui assurer une stabilité mécanique, physique, chimique, et microbiologique.  La mesure de l’activité de l’eau est déterminante pour la qualité et la sécurité sanitaire d’un produit, et plus particulièrement s’il est non stérilisé ou conservé dans un milieu non stéril. Elle participe au calcul de DLC et DDM (anciennement DLUO) de nombreux produits.

Bien que le concept, activité de l’eau, est apparu et se développe à partir des années 70/80, les principaux moyens de correction de l’activité de l’eau sont connus depuis l’Antiquité, et probablement avant: le séchage, l’addition d’agent dépresseur de l’Aw, comme le chlorure de sodium (sel) pour la charcuterie,  la saccharose (sucre autrefois remplacé par du miel) pour les confitures.

  • Teneur en eau et Aw

L’activité de l’eau ou Aw représente l’eau libre contenue dans un produit, il ne s’agit pas d’une mesure de teneur en eau appelée aussi taux d’humidité, mais de la disponibilité de cette eau. Cette eau qui n’est pas liée fortement avec le produit d’un point de vue physico-chimique, influence directement la croissance et la toxinogenèse de micro-organismes tels que bactéries, levures, moisissures… ainsi que le développement de réactions enzymatiques et d’oxydations…

Courbe de sorptionBien que l’activité de l’eau soit en corrélation avec la teneur en eau d’un produit,  le rapport entre ces deux grandeurs n’est pas linéaire, et dépend étroitement de la nature du produit considéré. On appelle, isotherme de sorption, la relation entre la teneur en eau et l’activité de l’eau d’un produit à température constante. L’isotherme de sorption présente deux courbes distinctes (phénomène appelé hystérésis). Une courbe de désorption si on part d’un produit saturé en eau avec une opération de séchage. Une courbe d’adsorption si on part d’un produit sec avec une addition d’eau. L’eau présente dans le produit se lie donc d’une manière plus forte avec sa matrice lors d’un séchage que lors d’une réhydratation. Ce qui signifie que la teneur en eau  ne suffit pas à qualifier un produit en regard de son aptitude à la conservation. Autrement dit, la mesure de l’activité de l’eau est beaucoup plus précise que la mesure de teneur en eau concernant la maîtrise de la qualité et de la sécurité sanitaire.

Sur un plan théorique, l’activité de l’eau peut se définir comme un rapport de pressions de vapeur. L’activité de l’eau est égale à la pression partielle de vapeur d’eau d’un produit humide divisée par la pression de vapeur saturante de l’eau pure à la même température:

        Aw = p(T) / p0(T)

L’activité de l’eau évolue donc dans une gamme comprise entre 0 et 1, l’eau pure ayant une valeur d’activité de l’eau de 1. Cependant l’Aw est rarement calculée à partir d’une mesure manométrique, il existe plusieurs méthodes et technologies pour la déterminer.

L’activité de l’eau est parfois exprimée en pourcentage on l’appelle alors l’humidité relative d’équilibre (HRE) :

       HRE(%) = 100 x Aw

Elle permet une mise en parallèle directe avec l’humidité relative ambiante (HR) mesurée et contrôlée couramment lors d’une opération de séchage ou de stockage.

  • Microbiologie

Le développement de micro-organismes est étroitement lié à l’activité de l’eau en raison de l’influence de la pression exercée par le milieu sur les échanges trans-membranaires au sein des cellules.

Réactions Aw

La plupart des bactéries pathogènes se développent à des valeurs d’Aw supérieures à 0,91. Cette valeur est retenue par les directives européennes, comme limite haute autorisant la conservation des aliments à température ambiante. Le pH a également un rôle important et cette limite est repoussée à 0,95 lorsque le pH est inférieur à 5,2. La plupart des moisissures  se développent à partir de 0,80. La mesure de l’activité de l’eau permet de prévoir quels micro-organismes sont sources potentielles de contamination. Un produit peut-être considéré comme stable d’un point de vue microbiologique si son Aw est inférieure à 0,6. C’est cette limite qui est recherchée pour des produits pouvant être conservés à température ambiante durant une longue période.

Microorganismes-Aw

Activité de l’eau et croissance des micro-organismes dans les produits alimentaires
  •  Aliments composites et transferts d’eau

L’eau migre entre des milieux hétérogènes en raison des différentes pressions partielles de vapeur d’eau pouvant s’y trouver. Ces différentes pressions partielles vont tendre à s’équilibrer plus ou moins rapidement selon la nature des constituants. L’activité de l’eau étant représentative de la pression partielle de vapeur d’eau, peut donc être utilisée pour prédire les mouvements de l’eau à l’intérieur d’un aliment, composé de plusieurs couches de structures différentes,  comme par exemple un biscuit et une garniture. L’eau va migrer de la partie où elle est plus active vers la partie où elle est moins active  jusqu’à ce qu’un équilibre s’établisse. Elle permet donc d’aider à la (re)formulation d’un produit afin que celui-ci ne s’altère pas par la migration de l’eau qu’il contient.

  • Autres applications

madeleines

La mesure d’activité de l’eau peut être utilisée pour des réglages de process de cuisson ou pour améliorer sa reproductibilité. La réaction de brunissement, appelée aussi réaction de Maillard  concerne les aliments contenant des acides aminés et des sucres. Ces réactions, non enzymatiques, atteignent un maximum lorsque l’activité de l’eau se situe entre 0,50 et 0,70.

Maîtriser l’activité de l’eau sert également à prévenir un phénomène d’agglomération ou de mottage de poudres ou de particules par voie humide, tels que épices, farines, produits cosmétiques ou pharmaceutiques… Il peut être utile de contrôler l’Aw des matières premières afin éviter l’obstruction d’un système d’alimentation qui pourrait bloquer une chaîne de production.

  • Conclusion

La mesure de l’activité de l’eau est déterminante concernant la sécurité sanitaire de produits conservés dans un milieu non stérile. Elle peut remplacer ou compléter avantageusement la mesure de teneur en eau d’un produit et permet d’optimiser un process de fabrication. L’ influence de l’activité de l’eau sur la texture, la saveur, la microbiologie, la migration de l’eau, les réactions enzymatiques, de brunissement et d’oxydation ainsi que sur le mottage des poudres prouve que sa maîtrise est précieuse dans de nombreuses situations.

Aw-mètre Activ W810

Les instruments de mesure Syntilab sont conçus et fabriqués en France,  le nouvel Aw-mètre Activ W810 intègre  une technologie moderne et innovante, aussi bien adapté au laboratoire qu’en environnement industriel.

  • Technologie miroir refroidi fanless
  • Module thermoélectrique à simple ou double étage 
  • Régulation de température  intégrée
  • Robuste, rapide, précis
  • Nettoyage aisé, encrassement limité
  • Interface user-friendly
  • Traçabilité automatisée avec logiciel PC « Linko » fourni
  • Faibles coûts d’utilisation

PRINCIPAUX AVANTAGES

Le modèle Activ W810 est un Aw-mètre de laboratoire qui répond parfaitement aux standards de qualité et de rapidité recherchés par les professionnels. Très adapté à un environnement R&D et de contrôle qualité, il est étudié pour répondre à un usage industriel intensif en ligne de production. Il est donc robuste et ne nécessite  que peu d’entretien. La technologie est basée sur le principe du miroir refroidi, à la fois plus précise, plus rapide,  plus linéaire et plus durable que ses concurrentes.

MIROIR REFROIDI FANLESS

La technologie utilisée ici est brevetée par Syntilab. Elle permet des mesures rapides et précises sans recours à un système de ventilation interne. Cette absence de ventilateur est une réelle avancée technologique simplifiant notablement l’entretien d’un Aw-mètre à miroir refroidi. Sa mise en œuvre s’appuie sur deux axes principaux:

    • une géométrie spécifique et une optimisation de la chambre de mesure dont le volume interne est minimisé.
  • une modélisation efficace des transferts thermiques.

Le module thermoélectrique permettant de refroidir le miroir peut être à simple ou double étage en option. La configuration double étage permet la mesure de produits fortement déshydratés.

CHAMBRE DE MESURE

Un des principaux avantages de l’absence de ventilateur est un encrassement réduit ainsi qu’une fiabilité supérieure sur un long terme, la chambre de mesure ne comportant aucune pièce mobile. Le nettoyage de celle-ci est facilité par un accès direct et sans démontage aux différents éléments.

La micro-chambre de mesure comme le réceptacle de coupelle sont entièrement constitués d’inox 316L qui assure une résistance mécanique et chimique optimum, ainsi qu’une compatibilité alimentaire reconnue.

Un thermomètre infrarouge mesure la température de l’échantillon sans contact.

REGULATION THERMIQUE

L’appareil Activ W810 intègre une régulation de température complète et autonome de l’échantillon et du capteur par liquide caloporteur. La température de consigne est paramétrable par l’utilisateur dans une gamme de -10°C à +20°C autour de la température ambiante.

 Exigences relatives au mesurage de l’activité de l’eau selon la norme ISO21807
« …Il est recommandé de mesurer l’Aw à 25 °C. Des variations de ± 1 °C de la température réelle de mesurage n’ont aucun effet notable sur l’activité de l’eau… »

L’appareil peut être placé directement en chambre froide ou en environnement difficile dans une plage de 0 à 50°C.

INTERFACE UTILISATEUR

Doté d’un grand écran LCD couleur, d’une interface graphique fluide et conviviale, d’une mémoire interne de grande capacité,  l’appareil  Activ W810, permet une exploitation et une traçabilité optimum des mesures.

6-1Il peut être connecté à un ordinateur ou une imprimante via les connecteurs USB et RS232 standards.

Bien que l’Activ W810 soit étalonné en usine et possède une excellente stabilité et linéarité, il est possible de le contrôler et de le recalibrer très facilement au moyen de solutions de sels adaptées. Les recalibrations réalisées par l’utilisateur peuvent être si besoin annulées.

Cet appareil  dispose de plusieurs modes de mesures paramétrables, permettant un temps de mesure aussi rapide que 45 secondes, comme des analyses longues durées sur une dizaine de jours. Il peut au choix, afficher l’Aw ou la HRE avec une résolution sélectionnable à 3 ou 4 chiffres.  Il s’adapte à tout type de situation et de produit, les produits contenant une part importante de substances volatiles tel que de l’alcool ou du propylène glycol doivent faire l’objet d’essais préalables.

Il dispose également d’une base de données interne modifiable, permettant de stocker jusqu’à 1024 fiches produits comprenant les noms des produits utilisés, la prise en charge des numéros de lot ainsi que diverses informations comme les valeurs limites d’Aw, les teneurs en eau, en sels, en sucres, le pH, la viscosité. Le contenu de ces fiches peut être associé aux mesures réalisées lors d’une exportation des résultats vers un ordinateur ( Voir la page du logiciel fourni  )  ou une imprimante.

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SPECIFICATIONS
  • Gamme de mesure Aw :   0.050 à 1.000 (HRE: 5 à 100%)
  • Option double étage:        0.005 à 1.000 (HRE: 0.5 à 100%)
  • Précision Aw: +/- 0.003 (HRE: +/- 0.3%)
  • Répétabilité Aw: +/- 0.001 (HRE: +/- 0.1%)
  • Gamme de la régulation de température: Température ambiante -10°C/+20°C
  • Précision de la régulation: 0.1°C
  • Température d’utilisation : 0 à 50°C
  • Détection automatique de présence de condensation
  • Détection automatique d’encrassement du capteur de mesure
  • Temps de mesure en mode rapide : 2 à 5 min, selon le produit à analyser
  • Temps de mesure en mode standard : 3 à 10 min, selon le produit à analyser
  • Mémoire de sauvegarde interne non volatile : 5000 mesures, 1024 fiches produits
  • Nombre de modes de mesure paramétrables: 10
  • Nombre de profils utilisateurs  avec différents niveaux d’administration: 200
  • Calibration automatique ou manuelle avec possibilité de retour aux valeurs usine
  • Dimensions : L 24 cm , P 36 cm , H 18 cm
  • Poids : 7.3 Kg
  • Consommation  jusqu’à 75W
  • Alimentation : 100-240 Vac 12 Vcc
  • Lot de 30 coupelles plastiques avec couvercles: diamètre 40mm, hauteur 11mm
  • Garantie 3 ans pièces et main d’œuvre

Les Aw-mètres SYNTILAB en 5 minutes :