La définition de l’activité de l’eau dans les aliments est le rapport entre la pression de vapeur de l’eau présente dans un aliment et la pression de vapeur de l’eau pure à la même température, et son symbole est “aw.”
Théoriquement, la valeur de l’activité de l’eau varie entre 0 et 1 ; toutefois, dans les aliments, elle se situe généralement entre 0,1 et 0,99. Étant donné qu’il s’agit d’un rapport, l’activité de l’eau n’a pas d’unité.
aw = P/P0
P: La pression de vapeur de l’eau dans l’aliment,
P0: Pression de vapeur de l’eau pure
L’activité de l’eau d’un aliment est déterminée de manière instrumentale à l’aide d’un appareil appelé “appareil de mesure de l’activité de l’eau.” Lors de l’analyse, une certaine quantité d’aliment est placée dans la chambre d’échantillonnage de l’appareil et, après que l’aliment a atteint sa pression de vapeur d’équilibre au bout d’un certain temps, l’activité de l’eau est déterminée.
Chaque aliment contient de l’eau en quantité variable. Les fruits séchés et les céréales, que nous définissons comme des aliments secs, contiennent, de manière inattendue, des quantités relativement élevées d’eau, variant entre 10 et 15 %. Les laits en poudre obtenus par séchage contiennent entre 1 et 4 % d’eau. Les fruits tels que le concombre et la tomate, qui présentent une structure manifestement solide, contiennent quant à eux 95 à 96 % d’eau. (Pour des informations détaillées, voir Eau dans les aliments; Formes, Caractéristiques et Importance)
L’activité de l’eau de deux aliments différents ayant la même teneur en eau peut différer en raison de différences structurelles. Par exemple, les céréales contenant 10 à 13 % d’humidité présentent une activité de l’eau comprise entre 0,65 et 0,75, tandis que les fruits secs contenant 15 à 20 % d’humidité présentent une activité de l’eau comprise entre 0,60 et 0,65. Par conséquent, outre la teneur en eau d’un aliment, il est également très important de connaître l’activité de l’eau qu’il contient.
Le tableau ci-dessous présente les valeurs d’activité de l’eau de certains aliments;
| Aliments | Activité d’eau (aw) |
| Eau pure | 1,00 |
| Lait, viande fraîche, fruits et légumes frais, yaourt, fromage, beurre, pain, aliments contenant jusqu’à 8 % de sel ou jusqu’à 40 % de sucre cristallisé | 0,99-0,95 |
| Fromages affinés, jambon, aliments contenant jusqu’à 55 % de sucre cristallisé ou jusqu’à 12 % de sel, gâteaux, pâte de tomate, mayonnaise | 0,95-0,91 |
| Salami, saucisse, bœuf salé, bacon, margarine, aliments contenant jusqu’à 65 % de sucre cristallisé ou jusqu’à 15 % de sel | 0,91-0,87 |
| Mélasse, farine, légumineuses, riz, jus de fruits concentrés, aliments contenant 15 à 17 % d’eau | 0,87-0,80 |
| Confiture, marmelade, certains fruits secs, aliments contenant jusqu’à 26 % de sel environ | 0,80-0,75 |
| Noix, chocolat, guimauves, gelée, céréales contenant 10-13% d’eau | 0,75-0,65 |
| Miel, la plupart des fruits secs, caramel au beurre | 0,65-0,60 |
| Pâtes, nouilles, épices | 0,60-0,50 |
| Poudre d’oeuf | 0,40 |
| Biscuits, biscottes, toasts | 0,30 |
| Lait en poudre, craquelins, chips de maïs | 0,20 |
Importance de l’activité de l’eau
Dans les aliments, l’activité de l’eau est importante à deux égards. Le premier concerne son influence significative sur le développement des micro-organismes. Les micro-organismes ont besoin d’une certaine valeur d’activité de l’eau pour pouvoir se développer dans les aliments.
Le second est que certaines réactions chimiques, qu’elles soient enzymatiques ou non enzymatiques, sont influencées par la valeur de l’activité de l’eau en termes d’accélération ou de ralentissement.
Autrement dit, l’activité de l’eau dans les aliments est importante tant du point de vue microbiologique que chimique.
1. Importance de l’activité de l’eau d’un point de vue microbiologique
Comme tout être vivant, les micro-organismes ont besoin d’eau pour se développer et se multiplier. Le développement et la multiplication des micro-organismes dans les aliments présentent des risques tant en termes d’altération des aliments que pour la santé humaine.
La situation est différente dans les aliments fermentés; comme dans le cas du yaourt, le développement et la multiplication des “bonnes bactéries” responsables de la fermentation sont au contraire encouragés.
Plus l’eau contenue dans un aliment est favorable au développement des micro-organismes, plus le risque est élevé. Par caractère favorable de l’eau, on entend la capacité du micro-organisme à utiliser cette eau. Pour qu’un micro-organisme puisse utiliser l’eau, celle-ci doit avoir les caractéristiques de l’eau pure.
Des procédés tels que le séchage, la congélation, le salage et le sucrage (comme dans la fabrication de confiture) sont utilisés depuis très longtemps pour conserver les aliments en éliminant ou en réduisant l’eau “disponible” pour les micro-organismes.
Lors du séchage, l’eau s’évapore et se sépare de l’aliment. Lors du salage et du sucrage, l’eau existante agit comme solvant et cesse d’être de l’eau pure pour devenir une solution. En conséquence, le développement microbien est inhibé ou totalement stoppé.
Il est remarquable que lors du salage ou du sucrage, la quantité totale d’eau dans l’aliment ne change pas. Toutefois, comme des substances (sel ou sucre) y sont dissoutes, une partie importante de cette eau n’est plus utilisable par les micro-organismes.
Une situation fréquemment observée dans les confitures constitue un bon exemple de l’importance de l’activité de l’eau. La confiture contient une grande quantité de sucre ; par conséquent, son activité de l’eau est généralement trop faible pour permettre le développement des micro-organismes. Cependant, lorsqu’une goutte d’eau tombe sur la confiture ou que de la condensation se forme à sa surface, un développement de moisissures apparaît immédiatement à cet endroit. Cette situation illustre clairement l’importance de l’activité de l’eau.
La quantité minimale d’eau disponible nécessaire au développement et à la multiplication des micro-organismes peut varier selon l’espèce, voire selon la souche.
Le tableau présente les valeurs minimales d’activité de l’eau nécessaires au développement de certains micro-organismes;
| Microorganisme | Aw minimale |
| La majorité des bactéries nocives | 0,91 |
| La majorité des levures nocives | 0,88 |
| La majorité des moisissures nocives | 0,80 |
| Bactéries halophiles | 0,75 |
| Moisissures xérophiles | 0,62 |
| Levures osmophiles | 0,61 |
| Certaines espèces de bactéries | |
| Clostridium botulinum tip E | 0,97 |
| Clostridium botulinum tip A ve B | 0,94 |
| Clostridium perfingens | 0,95 |
| Pseudomonas spp. | 0,96 |
| Pseudomonas fluorescens | 0,97 |
| Pseudomonas fragi | 0,91 |
| Acinetobacter spp. | 0,96 |
| Escherichia coli | 0,95 |
| Bacillus subtilis | 0,95 |
| Bacillus cereus | 0,95 |
| Bacillus stearothermophilus | 0,93 |
| Salmonella spp. | 0,92-0,95 |
| Lactobacillus viridescens | 0,94 |
| Listeria monocytogenes | 0,92 |
| Staphylococcus aureus | 0,86 |
| Enterobacter aerogenes | 0,95 |
| Pediococcus cerevisiae | 0,94 |
| Vibrio parahaemolyticus | 0,94 |
| Certaines espèces de moisissures | |
| Rhizopus stolonifer | 0,93 |
| Rhizopus nigricans | 0,93 |
| Botrytis cineria | 0,93 |
| Aspergillus citri | 0,84 |
| Aspergillus flavus | 0,78 |
| Aspergillus niger | 0,78 |
| Aspergillus versicolor | 0,78 |
| Aspergillus ochraceous | 0,77 |
| Aspergillus glaucus | 0,70 |
| Penicillium expansum | 0,83 |
| Penicillium islandicum | 0,83 |
| Penicillium patulum | 0,81 |
| Penicillium citrinum | 0,80 |
| Penicillium chrysogenum | 0,79 |
| Certaines espèces de levure | |
| Candida utilis | 0,94 |
| Saccharomyces cerevisiae | 0,90 |
| Saccharomyces baiht | 0,80 |
| Debaryomyces hansenii | 0,83 |
| Xeromyces bisporus | 0,61 |
| Zygosaccharomyces rouxii | 0,62 |
Les données du tableau ont été obtenues à partir d’expériences en laboratoire. Toutefois, le comportement et les exigences des micro-organismes dans des environnements naturels tels que les aliments diffèrent de ceux observés en laboratoire.
En général, les micro-organismes ont besoin d’une valeur d’aw plus élevée pour se développer dans les aliments que dans des conditions expérimentales. Par exemple, Staphylococcus aureus peut se développer à une activité de l’eau de 0,86 en laboratoire, alors que la même bactérie ne peut pas se développer dans des crevettes ayant une activité de l’eau de 0,89.
Les micro-organismes présentent également des différences dans le transfert de gènes en milieu naturel par rapport au milieu expérimental. Il a été observé à plusieurs reprises que des espèces enclines au transfert de gènes en laboratoire évitent ce transfert dans la matrice alimentaire.
Tout comme les humains peuvent adopter des comportements différents à la maison, au travail ou dans divers environnements sociaux, les micro-organismes peuvent également présenter des réponses et des caractéristiques différentes selon les conditions environnementales.
Il est fort probable que l’effet simultané de nombreux facteurs, en plus de l’activité de l’eau, sur le développement microbien soit à l’origine de cette situation.
En général, plus la température et le degré d’acidité du milieu sont éloignés des conditions optimales pour un micro-organisme, plus la valeur d’activité de l’eau nécessaire à son développement augmente. Par exemple, dans des conditions optimales de 37 °C et de pH 7,0, la valeur minimale d’activité de l’eau requise pour Clostridium botulinum type A est de 0,94. Cependant, à la même température, lorsque le pH est abaissé à 5,3, la valeur minimale requise augmente à 0,99.
D’autre part, pour certains micro-organismes producteurs de toxines, la valeur minimale d’activité de l’eau requise pour la production de toxines est plus élevée que celle nécessaire à leur développement. On peut citer Staphylococcus aureus, Penicillium patulum, Aspergillus flavus et Aspergillus clavatus comme exemples.
Lorsqu’on évalue l’effet de l’activité de l’eau sur les micro-organismes selon les espèces, on peut résumer comme suit;
En général, une altération des aliments d’origine bactérienne est rarement observée en dessous d’une activité de l’eau de 0,90. Dans les aliments ayant une activité de l’eau inférieure à 0,90, les bactéries peuvent rester viables pendant longtemps; toutefois, il est peu probable qu’elles atteignent des niveaux suffisants pour provoquer une altération.
Dans les aliments ayant une activité de l’eau comprise entre 0,90 et 0,80, l’altération est généralement causée par les levures et les moisissures. Jusqu’à 0,60 aw, des micro-organismes xérophiles, halophiles et osmophiles peuvent représenter un risque d’altération.
En général, les aliments ayant une activité de l’eau inférieure à 0,60 sont des aliments dans lesquels les micro-organismes ne peuvent pas se développer et où l’altération microbienne est donc peu probable.
Il convient toutefois de rappeler que dans les aliments à faible activité de l’eau, les micro-organismes ne peuvent pas se développer ni se multiplier, mais ils peuvent survivre.
L’exemple le plus connu est la congélation des aliments. En congelant un aliment, son activité de l’eau peut être réduite à des valeurs comprises entre 0,1 et 0,25. À ces valeurs, les micro-organismes ne peuvent ni se développer ni se multiplier. C’est pourquoi les aliments congelés peuvent être conservés pendant de longues périodes [1].
Cependant, même si les micro-organismes présents dans l’aliment congelé ne peuvent pas se développer ni se multiplier, ils peuvent survivre. Tant que l’aliment reste congelé, le risque d’altération est faible; mais dès que la décongélation commence, le développement microbien reprend immédiatement. Lorsque la glace fond, l’eau devient utilisable par les micro-organismes. À partir de ce moment, l’activité de l’eau cesse d’être le principal facteur limitant la croissance microbienne.
2. Importance de l’activité de l’eau d’un point de vue chimique
Bien que l’effet de l’activité de l’eau sur les réactions chimiques ne soit pas entièrement élucidé, certaines études montrent qu’elle influence la vitesse des réactions. À l’état actuel des connaissances, l’activité de l’eau affecte les réactions suivantes;
a) Oxydation des lipides
L’oxydation des lipides désigne généralement la réaction des acides gras insaturés avec l’oxygène, conduisant à leur transformation.
La vitesse des réactions d’oxydation des lipides fluctue avec l’augmentation de l’activité de l’eau. En général, lorsque l’aw augmente de 0,1 à 0,3, la vitesse de réaction augmente. De 0,3 à 0,5 aw, elle diminue; de 0,5 à 0,75 aw, elle augmente à nouveau; et au-delà de 0,75, elle diminue de nouveau.
b) Réaction de Maillard
La réaction de Maillard est une réaction de brunissement non enzymatique. Elle se produit entre les extrémités réductrices des glucides et les groupes amines des protéines et des acides aminés.
Le principal facteur influençant la réaction de Maillard est la température. Toutefois, l’activité de l’eau influence également sa vitesse. Selon une étude, la vitesse de réaction atteint un maximum entre 0,60 et 0,70 aw. Au-delà de 0,7, la vitesse diminue. Cette situation s’explique par une dilution accrue due à l’augmentation de l’activité de l’eau.
c) Réactions enzymatiques
Dans les réactions enzymatiques, on considère que l’eau facilite le mouvement des substrats et des produits. Dans ce contexte, l’augmentation de l’activité de l’eau entraîne une augmentation de la vitesse des réactions enzymatiques.
Cependant, davantage de recherches sont nécessaires concernant l’effet de l’activité de l’eau sur les réactions enzymatiques.
d) Oxydation de l’acide ascorbique
L’acide ascorbique, plus connu sous le nom de vitamine C, voit sa vitesse de dégradation augmenter proportionnellement à l’augmentation de l’activité de l’eau. Dans une étude réalisée à température constante de 30 °C, la demi-vie de la vitamine C était de 76 jours à 0,1 aw, alors qu’elle était de 6 jours à 0,65 aw.
[1] Le rancissement observé après une certaine période de conservation du beurre congelé n’est pas d’origine microbienne. Il résulte de l’activité continue de l’enzyme lipase naturellement présente dans le lait, qui reste active même à –40 °C. La lipase dégrade les molécules de graisse et libère des acides gras responsables d’un goût rance.
Les références
Kisla, D., 2013. Conservation des aliments avec une faible activité de l’eau. In: Food Microbiology, Ed : Erkmen O. Efil Publisher, Ankara.
Us, F., 2014. Eau et glace. In: Food Chemistry, Ed: Saldamlı İ., Hacettepe University Publisher, Ankara.
Yıldırım, İ., 2009. Notes de cours sur la microbiologie alimentaire. Université Akdeniz, Antalya.
Uysal Seçkin, G. and Taşeri, L., 2015. Semi-dried vegetables and fruits. Pamukkale University Journal of Engineering Sciences, 21(9), 414-420.
