L'activité de l'eau et le pH sont les deux facteurs intrinsèques les plus importants qui déterminent si un produit favorisera la croissance d'un micro-organisme responsable de la détérioration. L'activité de l'eau et le pH agissent en synergie, leurs effets combinés étant plus puissants que leurs effets individuels. Cet effet synergique est décrit en détail par la technologie des barrières pour le contrôle microbien et fait partie intégrante de la définition de la FDA des aliments potentiellement dangereux.
Voici comment vous pouvez utiliser la puissance combinée de l'activité de l'eau et du pH pour améliorer le contrôle microbien à l'aide de techniques de conservation plus douces, ce qui peut se traduire par une amélioration de la texture et de la qualité du produit. Comment l'activité de l'eau empêche Croissance microbienne: comme tous les organismes, les micro-organismes ont besoin d'eau pour se développer. Ils absorbent l'eau en la faisant passer à travers la membrane cellulaire. Ce mécanisme de mouvement de l'eau dépend d'un gradient d'activité de l'eau, c'est-à-dire du passage de l'eau d'un environnement à forte activité de l'eau à l'extérieur de la cellule vers un environnement à faible activité de l'eau à l'intérieur de la cellule.
Lorsque l'activité de l'eau à l'extérieur de la cellule devient suffisamment faible, cela provoque un stress osmotique : la cellule ne peut plus absorber d'eau et devient dormante. Les micro-organismes ne sont pas éliminés, ils deviennent simplement incapables de se reproduire. Différents organismes font face au stress osmotique de différentes manières. C'est pourquoi il existe différentes limites de croissance pour chaque organisme. Certains types de moisissures et de levures se sont adaptés pour résister à des niveaux d'activité de l'eau très faibles.
Chaque organisme a une activité hydrique spécifique à partir de laquelle il cesse de se développer. Tant que les développeurs de produits maintiennent l'activité hydrique en dessous de cette limite, le microbe en question ne se reproduira pas à des niveaux suffisamment élevés pour provoquer une infection ou une maladie. Voir le tableau 1. Tableau 1. Limites de croissance de l'activité de l'eau pour de nombreux micro-organismes courants.
- aw Bactéries
- Moule
- Levure
- Produits typiques
Croissance microbienne font de l'activité de l'eau un excellent outil pour garantir la sécurité des produits alimentaires, et la mesure de l'activité de l'eau peut être utilisée comme point de contrôle critique dans les plans HACCP. Possibilités de synergie: Les limites de croissance indiquées dans le tableau 1 partent du principe que toutes les autres conditions (pH, température, etc.) sont optimales pour la croissance de l'organisme. Toutefois, si l'on combine les effets limitants d'un pH réduit sur la croissance avec un contrôle de l'activité de l'eau, la croissance microbienne peut être maîtrisée à une activité de l'eau supérieure à celle indiquée dans le tableau.
Qu'est-ce que le pH ?
Le pH est une mesure du degré d'acidité ou d'alcalinité d'une solution. Les valeurs comprises entre 0 et 7 indiquent l'acidité; les valeurs comprises entre 7 et 14 indiquent l'alcalinité. L'eau distillée, qui est neutre, a un pH de 7. Les aliments ont tendance à être neutres ou acides. Les microbes ont des limites de croissance en fonction du pH. Tout comme pour l'activité de l'eau, les micro-organismes ont des limites de pH en dessous desquelles ils ne peuvent se développer. Le tableau 2 indique les limites minimales de pH pour la croissance de différents types de micro-organismes.
Tous les micro-organismes préfèrent un pH neutre pour une croissance optimale, mais ils peuvent se développer dans des valeurs de pH plus acides. La plupart d'entre eux cessent de se développer à un pH de 5,0. Certains micro-organismes peuvent descendre jusqu'à 4,6, voire 4,4. Historiquement, un pH de 4,6 était considéré comme la limite inférieure de croissance, mais certaines parties du code alimentaire ont été modifiées lorsqu'il a été découvert que certains microbes problématiques pouvaient se développer à des niveaux de pH aussi bas que 4,2. Tableau 2. Croissance microbienne de pH pour certains types de bactéries.
Note: Utilisations pour l'ajustement du pH et mesures associées apparaissent dans les sections suivantes.
En raison de la croissance microbienne, la réduction du pH constitue un moyen efficace de conserver les aliments et d’empêcher la prolifération des micro-organismes; elle peut également servir de point de contrôle critique dans les plans HACCP. De plus, certains fabricants ajustent le pH pour modifier la saveur. Cela se fait souvent par saumurage ou fermentation, qui font appel à l’action microbienne, à des réactions enzymatiques ou à des acides tels que le vinaigre pour induire la production d’acide lactique. De nombreuses réactions chimiques dépendent du pH et peuvent être empêchées ou contrôlées en ajustant ce dernier.
Activité de l'eau et pH : plus efficaces ensemble
Les effets de l'activité de l'eau et du pH peuvent être combinés grâce à la technologie des barrières afin de contrôler plus efficacement les micro-organismes. Dans le cas de l'activité de l'eau et du pH, l'effet combiné des deux barrières est supérieur à l'effet de chacune d'elles prise séparément. Cela signifie que vous pouvez obtenir un contrôle microbien efficace à des niveaux qui seraient généralement considérés comme dangereux pour le pH ou l'activité de l'eau pris séparément. Le code alimentaire 2013 actuellement en vigueur contient des tableaux d'interaction entre le pH et l'activité de l'eau, présentés dans les tableaux 3 et 4, qui peuvent être utilisés pour déterminer si un aliment nécessite ou non un contrôle de la température et du temps pour garantir sa sécurité (TCS).
Tableau 3. Interaction entre le pH et l’aw pour le contrôle des spores dans les aliments traités thermiquement
Tableau non reproduit en intégralité ici; les valeurs permettent d’évaluer les besoins en contrôle temps/température (TCS) selon l’aw et le pH.
Tableau 4. Interaction entre le pH et l’aw pour les aliments non traités thermiquement
Tableau non reproduit en intégralité ici; il montre les combinaisons d’aw et de pH requises pour assurer la sécurité sans traitement thermique.
Le tableau 5 présente l’activité de l’eau et le pH de certains aliments courants: confiture de fraises, moutarde jaune, sauce piquante, vinaigrette, ketchup, mayonnaisse, sauces et vinaigrettes diverses. La figure 1 illustre qu’il n’existe pas de relation directe entre l’activité de l’eau et le pH: lorsque l’acide est ajouté pour abaisser le pH, cela peut avoir un impact sur l’activité de l’eau, mais l’abaissement du pH ne réduit pas directement l’activité de l’eau.
Comment contrôler l’activité de l’eau: la méthode la plus courante consiste à sécher ou cuire le produit. L’activité de l’eau peut aussi être contrôlée en ajoutant des humectants tels que le sel, le sucre, le sirop de maïs à haute teneur en fructose, le sorbitol et la maltodextrine.
Méthodes courantes pour contrôler le pH: la fermentation est le moyen le plus courant de réduire le pH. Elle repose sur des « bonnes » bactéries qui produisent de l’acide lactique, abaissant le pH et empêchant la croissance d’autres organismes. Le pH peut aussi être contrôlé en ajoutant directement des acides ou en utilisant des ingrédients naturellement acides comme les tomates dans les préparations à base de tomate.
Activité de l'eau et pH : mesures et applications pratiques
Le pH est mesuré pour des raisons de contrôle qualité et de sécurité. Un pH-mètre est utilisé comme dispositif de surveillance pour le contrôle microbiologique. Le pH joue un rôle crucial dans la préservation de la qualité et les additifs modificateurs de pH sont souvent utilisés, comme le citrique et le citrate trisodique. Il existe un niveau de pH optimal pour la reproduction des micro-organismes et les limites de la plage acide et alcaline où la reproduction est possible diffèrent selon les types de micro-organismes. En HACCP, la température, l’activité de l’eau et le pH sont les trois points à surveiller.
La fermentation est fortement influencée par le pH. Par exemple, lors de la fermentation du lait et du kéfir, le niveau de pH influe sur la croissance et le métabolisme des micro-organismes, et doit parfois être surveillé ou ajusté pour assurer la sécurité et la qualité. Le pH des moûts et des liquides de fermentation évolue en fonction du type de produit et du stade du procédé. Dans le domaine brassicole, le pH affecte l’activité enzymatique, la solubilité des protéines et les interactions entre protéines et polyphénols, influençant la saveur et la stabilité de la bière.
Pour des produits comme le miso, la sauce soja, le vin, ou les bières, le contrôle du pH est primordial: des pH spécifiques optimisent les activités bactériennes et enzymatiques et déterminent la sécurité et la qualité du produit final. Le pH du moût, de la pâte et du liquide de fermentation guide les décisions sur l’ajout de présure, la gestion du malt et les traitements thermiques ou non.
Exemples et applications spécifiques
Dans la bière, le pH influence l’empâtage, l’ébullition et la fermentation: un pH optimal de l’empâtage (environ 5,2 à 5,6) favorise l’action enzymatique; un pH d’ébullition (5,2 à 5,4) stabilise les protéines et favorise l’isomérisation des acides alpha du houblon; durant la fermentation, un pH autour de 4,0 à 4,5 limite les contaminations tout en maintenant l’activité fermentaire. Le dry hopping peut augmenter le pH légèrement, avec des répercussions sensorielles et de stabilité de mousse. Le pH final influence la stabilité et peut révéler une infection si trop bas.
Pour les produits laitiers et les boissons fermentées comme le kéfir et le kombucha, le pH initial et son évolution au cours des fermentations guident la sécurité et la dégustation: le kombucha doit afficher un pH initial ≤ 4,5 et descendre sous 4 pour être considéré sûr; le kéfir de lait doit passer sous 4,6 pour limiter les pathogènes.
Le contrôle du pH et de l’activité de l’eau est également essentiel pour les procédés de fermentation du miso, de la sauce soja et du vin, où la maîtrise du pH influe sur le développement des arômes, des saveurs et des textures finales. Des mesures pratiques incluent l’utilisation d’équipements adaptés (pH-mètres, électrodes, capteurs de température) et l’ajustement du profil minéral de l’eau de brassage ou de cuisson via des additifs comme l’acide phosphorique, l’acide lactique ou le sulfate de calcium alimentaire.
Tableau récapitulatif et conseils opérationnels
Tableau 5 illustre l’intérêt de combiner aw et pH selon les aliments courants pour comprendre les risques et les contrôles. Le maintien d’un pH adapté et d’une aw contrôlée peut permettre des conservations plus douces et une meilleure stabilité sensorielle.
| Type | Activité de l'eau (aw) | pH | Application |
|---|---|---|---|
| Confiture de fraises | 0.987 | 4.3 | Conservation et sécurité par bas niveau aw et pH relatif |
| Moutarde jaune | 0.974 | 3.6 | Stabilité et sécurité par faible pH |
| Sauce piquante | 0.964 | 3.6 | Stabilité et sécurité par faible pH |
La figure 1 montre qu’il n’existe pas de relation directe entre aw et pH; l’ajout d’acide n’abolit pas directement l’aw mais peut le modifier de manière indirecte.
Tableaux et applications avancées
Les tableaux 3 et 4 fournissent les interactions entre pH et aw pour le contrôle des spores ou des cellules végétatives, selon que le produit est traité thermiquement ou non emballé. Ces tableaux permettent d’évaluer rapidement si un aliment nécessite un contrôle temps/température (TCS) et à quel niveau de combinaison aw-pH.
En pratique, l’ajustement du pH et de l’aw est une stratégie puissante pour des procédés de fermentation et de conservation: fermentation lactique pour abaisser le pH, ajout d’acides pour ajuster le pH, et réduction de l’aw par dessiccation ou hydrothermalité, complètent les pratiques HACCP et permettent d’obtenir des produits sûrs avec des profils sensoriels optimisés.
Rôles et mesures dans les industries associées
Dans la bière, le pH influence l’empâtage, l’ébullition, la fermentation et la stabilité du produit fini. Le contrôle du pH, la gestion des eaux et l’ajustement des paramètres minéraux sont essentiels pour la cohérence des recettes, la réduction des contaminations et l’optimisation enzymatique et aromatique. Le pH influence la production d’esters, l’interaction protéines-polyphénols et la formation de brume.
Dans les produits laitiers et les boissons fermentées, le pH et l’aw guident le développement des bactéries lactiques et les réactions enzymatiques qui produisent l’acide lactique, la présure et la texture finale. Le pH est crucial pour le caillage et la sécurité du produit, et les méthodes de mesure incluent l’emploi de pH-mètres calibrés et des capteurs de température pour la compensation. L’échelle du pH et la température sont des facteurs clés influençant la dissociation des molécules et le comportement des ions H⁺ en solution.
En conclusion, la maîtrise conjointe du pH et de l’activité de l’eau, associée à des pratiques HACCP et à des ajustements ciblés des composants minéraux et des acides, permet d’obtenir des produits plus sûrs, de meilleure qualité et avec des profils organoleptiques souhaités, tout en permettant des procédés de conservation plus doux.
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