Par définition, activité de l’eau dans les aliments; est le rapport de la pression de vapeur de l’eau dans l’aliment à 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 est comprise entre 0 et 1; cependant, l’activité de l’eau dans les aliments varie entre 0,1 et 0,99. L’activité de l’eau n’a pas d’unité car elle exprime un rapport.
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 instrumentalement à l’aide d’un appareil appelé “compteur d’activité de l’eau.” Dans cette analyse, des aliments sont placés dans la coupelle d’échantillon de l’appareil et l’activité de l’eau est déterminée du fait que les aliments atteignent la pression de vapeur d’équilibre à des moments variables.
Chaque aliment contient plus ou moins d’eau. De manière inattendue, les fruits secs et les céréales, que nous définissons comme des aliments secs, contiennent des quantités relativement importantes d’eau à des taux variables tels que 10 à 15 %.
De même, le lait en poudre contient 1 à 4 % d’eau. Les fruits tels que les concombres et les tomates, qui ont une structure solide, contiennent 95 à 96 % d’eau. (Pour des informations détaillées, voir Eau dans les aliments; Formes, Caractéristiques et Importance)
Cependant, l’activité de l’eau de deux aliments ayant la même teneur en eau peut être différente l’une de l’autre en raison des structures différentes des aliments. Par exemple, alors que l’activité de l’eau des céréales contenant 10 à 13 % d’eau se situe entre 0,65 et 0,75 aw, l’activité de l’eau des fruits secs contenant 15 à 20 % d’eau se situe entre 0,60 et 0,65 aw.
Par conséquent, il devient plus important de connaître le degré d’activité de l’eau dont il dispose, plutôt que la teneur en eau de l’aliment. Le tableau ci-dessous montre 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 |
Les effets de l’activité de l’eau
L’activité de l’eau dans les aliments est importante de deux manières. Premièrement, les micro-organismes ont besoin d’une certaine valeur aw pour se développer dans les aliments.
Deuxièmement, pour certaines réactions chimiques, qu’elles soient enzymatiques ou non enzymatiques, la valeur de l’activité de l’eau a un effet important sur l’accélération ou la décélération de la réaction pour certaines réactions chimiques.
En d’autres termes, l’activité de l’eau dans les aliments est efficace et importante de deux manières différentes, microbiologique et chimique.
1. Les effets de l’activité de l’eau sur les activités microbiennes
Comme tout être vivant, les micro-organismes ont besoin d’eau pour se développer et se reproduire. Le développement et la reproduction de micro-organismes dans les aliments sont très risqués tant en termes d’altération des aliments que de santé humaine.
Cette situation est différente dans les aliments fermentés ; la croissance de “bonnes bactéries” qui effectuent la fermentation dans les aliments fermentés, comme dans l’exemple du yaourt, est encouragée.
Plus l’eau contenue dans les aliments est propice au développement de micro-organismes, plus le risque est élevé. Ici, ce que l’on entend par “eau convenable”, c’est que le micro-organisme peut utiliser cette eau. Pour que le micro-organisme utilise de l’eau, l’eau doit être de qualité pure.
Les procédés tels que le séchage, la congélation, le salage et l’ajout de sucre (comme la confiture), utilisés depuis longtemps par l’homme dans la conservation des aliments, sont des procédés appliqués pour éliminer ou réduire l’eau «eau convenable» aux micro-organismes de nourriture.
L’eau appropriée, lors du séchage s’évapore et se sépare des aliments. Lors du salage et de l’ajout de sucre, l’eau existante agit comme un solvant et devient une solution plutôt que de l’eau pure. En fin de compte, la croissance des micro-organismes est supprimée ou complètement arrêtée.
Ce qui est remarquable ici, c’est que la quantité d’eau dans les aliments ne change pas lors du salage ou de l’ajout de sucre, mais comme la substance s’y dissout, une quantité importante d’eau ne peut pas être utilisée pour les micro-organismes.
En fait, une situation très courante dans la confiture peut être donnée comme un bon exemple pour comprendre l’importance de l’activité de l’eau. La confiture contient une grande quantité de sucre et, par conséquent, son activité de l’eau est si faible que les micro-organismes ne peuvent pas se développer.
Cependant, lorsqu’une goutte d’eau s’égoutte sur la confiture ou que de l’eau se condense dessus, la moisissure se développe immédiatement sur cette partie. Ceci est très important pour comprendre l’importance de l’activité de l’eau.
Il n’y a pas une certaine quantité d’eau “appropriée” pour la croissance de tous les micro-organismes; Les besoins en eau “appropriés” des micro-organismes peuvent différer les uns des autres. Dans ce contexte, les valeurs minimales d’aw requises pour la croissance de certains microorganismes ont été déterminées expérimentalement comme suit;
| 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 ci-dessus sont les données obtenues à la suite d’expériences en laboratoire. Cependant, le comportement des micro-organismes dans leur environnement naturel diffère de son comportement dans l’environnement expérimental.
En général, les micro-organismes nécessitent des valeurs d’aw plus élevées pour se développer dans les milieux alimentaires qu’in vitro. Par exemple, Staphylococcus aureus peut se développer avec 0,86 aw dans l’environnement expérimental, alors que les mêmes bactéries ne peuvent pas se développer dans les crevettes avec 0,89 aw.
Une situation similaire est également observée dans le transfert de gènes entre micro-organismes; les micro-organismes montrent différents comportements de transfert de gènes dans des environnements expérimentaux ou des environnements naturels tels que la nourriture et les intestins.
Vous savez, différents comportements et caractères peuvent être observés chez les personnes à la maison, au travail ou dans d’autres environnements sociaux; De même, les micro-organismes peuvent présenter des comportements différents dans différents environnements.
Le fait que de nombreux autres facteurs ainsi que aw sont efficaces dans la croissance des micro-organismes conduit à ce résultat.
D’autre part, la valeur aw minimale requise pour que certains micro-organismes producteurs de toxines produisent des toxines est supérieure à la valeur d’activité de l’eau nécessaire à leur croissance. Des exemples de ces micro-organismes sont Staphylocooccus aureus, Penicillium patulum, Aspergillus flavus et Aspergillus clavatus.
De plus, plus la température et l’acidité de l’environnement sont éloignées d’être adaptées au micro-organisme, plus la valeur aw nécessaire à la croissance est élevée.
Par exemple, alors que l’activité minimale de l’eau requise par Clostridium botulinum de type A est de 0,94 à une température de 37oC et un pH de 7,0, qui sont les conditions de croissance optimales, elle diminue à 0,99 lorsque le pH est réduit à 5,3 à la même température.
En conséquence, lors de l’évaluation de l’effet de l’activité de l’eau sur les micro-organismes, on peut dire que;
• En général, la détérioration des aliments causée par des bactéries n’est pas observée lorsque l’aw est inférieure à 0,90. Les bactéries peuvent survivre longtemps dans les aliments dont l’activité de l’eau est inférieure à 0,90, mais il est peu probable qu’elles se développent et se reproduisent.
• Dans les aliments dont l’activité de l’eau se situe entre 0,90 et 0,80, la détérioration est généralement causée par les levures et les moisissures. Les micro-organismes xérophiles, halophiles et osmophiles jusqu’à une valeur aw de 0,60 peuvent présenter un risque de détérioration des aliments.
• En général, les aliments dont l’activité de l’eau est inférieure à 0,60 aw sont des aliments où les micro-organismes ne peuvent pas se développer et, par conséquent, la détérioration microbienne est peu probable.
Cependant, il convient de répéter que les micro-organismes ne peuvent pas se développer dans les aliments à faible activité hydrique, mais ils peuvent survivre. L’exemple le plus connu de ceci est vu dans le processus de congélation des aliments. En congelant les aliments, leur activité de l’eau peut être réduite entre 0,1 et 0,25.
Les micro-organismes ne peuvent pas se développer à ces valeurs aw. Par conséquent, les aliments surgelés peuvent être conservés pendant une longue période [1]. Cependant, de nombreux micro-organismes présents dans les aliments survivent même s’ils ne peuvent pas se développer.
Par conséquent, même si l’aliment est exempt de risque d’altération lorsqu’il est congelé, il fait immédiatement face au risque d’altération microbienne dès qu’il est à température ambiante. Nous pouvons très bien observer cette situation lorsque nous sortons la viande du congélateur à la maison.
2. Les effets de l’activité de l’eau sur les activités chimiques
Bien que l’effet de l’activité de l’eau en termes de réactions chimiques ne soit pas clairement connu, certaines études montrent que l’activité de l’eau a un effet sur la vitesse des réactions chimiques. L’activité de l’eau affecte les réactions suivantes;
a) Oxydation des lipides
Le concept d’oxydation des lipides fait généralement référence à la saturation des acides gras insaturés par réaction avec l’oxygène.
La vitesse des réactions d’oxydation des lipides fluctue à mesure que l’activité de l’eau augmente. Généralement, la vitesse de réaction augmente lorsque l’on passe de 0,1 à 0,3 valeurs aw.
La vitesse de réaction diminue de 0,3 à 0,5 aw; en passant de 0,5 à 0,75 aw, la vitesse de réaction augmente à nouveau, et après 0,75, la vitesse de réaction diminue à nouveau.
b) Réaction de Maillard
La réaction de Maillard fait partie des réactions de brunissement non enzymatique. La réaction de Maillard a lieu entre les extrémités réductrices des glucides et les groupes aminés des protéines et des acides aminés.
Le principal facteur affectant la réaction de Maillard est la température. Cependant, aw a également un effet sur la vitesse de la réaction de Maillard. Selon une étude, la vitesse de réaction atteint son maximum entre 0,60 et 0,70 aw.
Après 0,7 aw, la vitesse de réaction diminue. Cela s’explique par l’augmentation de la dilution avec l’augmentation de l’activité de l’eau.
c) Réactions enzymatiques
On pense que la fonction de l’eau dans les réactions enzymatiques est d’assurer le mouvement des substrats et des produits. Dans ce contexte, la vitesse des réactions enzymatiques augmente avec l’augmentation de l’activité de l’eau.
Cependant, des recherches supplémentaires sont nécessaires sur l’effet de l’aw sur les réactions enzymatiques.
d) Oxydation de l’acide ascorbique
Le taux de dégradation de l’acide ascorbique, également connu sous le nom de vitamine C, augmente en proportion directe avec l’augmentation de l’activité de l’eau. Dans une étude, la demi-vie de la vitamine C était de 76 jours à une température constante de 30°C et 0,1 aw, alors que cette période était de 6 jours à une activité de l’eau de 0,65.
[1] Dans la congélation du beurre, l’amertume du beurre après un certain temps n’est pas d’origine microbienne. L’apparition de l’amertume du beurre après stockage par congélation est due au fait que l’enzyme lipase présente dans la structure naturelle du lait continue son activité même à -40oC. La lipase décompose les molécules de graisse et les acides gras au goût amer sont libérés.
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.
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