notion TECHNOLOGIQUE — L’EAU LIBRE ET L’EAU LIÉE

Introduction

L’eau est présente dans pratiquement toutes les matières premières utilisées en chocolaterie et en confiserie.

Mais toute l’eau présente dans un produit ne se comporte pas de la même manière.

Une partie de cette eau est relativement disponible : on parle d’eau libre.

Une autre partie est retenue par les différents constituants du produit : on parle d’eau liée.

Cette distinction est fondamentale pour comprendre l’activité de l’eau (Aw), la conservation, la texture et les transferts d’humidité.

Pour le chocolatier, comprendre la différence entre eau libre et eau liée permet notamment de mieux raisonner sur les ganaches, caramels, pâtes de fruits, guimauves, pralinés et produits multicouches.

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Qu’est-ce que l’eau libre ?

L’eau libre correspond, de manière simplifiée, à la fraction d’eau qui reste relativement disponible dans le produit.

Elle peut plus facilement :

• participer aux réactions chimiques ;
• être utilisée par les microorganismes ;
• migrer dans le produit ;
• s’évaporer ;
• influencer la texture.

L’eau libre est donc fortement liée à la notion d’activité de l’eau.

Plus une proportion importante de l’eau est disponible, plus l’Aw peut être élevée.

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Qu’est-ce que l’eau liée ?

L’eau liée correspond à une fraction de l’eau qui interagit fortement avec les constituants du produit.

Elle peut être retenue par :

• protéines ;
• sucres ;
• fibres ;
• amidons ;
• sels ;
• autres molécules hydrophiles.

Cette eau est moins disponible pour participer à certains phénomènes.

Elle ne signifie cependant pas que l’eau est définitivement immobilisée.

L’équilibre entre eau liée et eau plus disponible peut évoluer avec :

• température ;
• formulation ;
• concentration ;
• pH ;
• stockage ;
• état physique du produit.

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Une distinction à nuancer

Il est important de comprendre que l’eau libre et l’eau liée ne sont pas deux compartiments parfaitement séparés.

Dans un aliment réel, l’eau peut être plus ou moins fortement associée aux différents constituants.

On parle donc plutôt d’un degré de disponibilité de l’eau.

L’Aw permet justement de caractériser cette disponibilité.

C’est pourquoi il est plus rigoureux de parler de :

eau plus ou moins disponible

plutôt que de considérer toute l’eau comme simplement « libre » ou « liée ».

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Tableau technologique

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Comment l’eau devient-elle liée ?

Différents mécanismes permettent aux constituants alimentaires de retenir l’eau.

Les sucres

Les sucres possèdent plusieurs groupes capables d’interagir avec les molécules d’eau.

Lorsqu’un sucre est dissous dans l’eau, il modifie les propriétés de cette phase aqueuse.

C’est notamment ce qui permet aux sucres de réduire l’Aw.

Plus la concentration en matières dissoutes augmente, plus l’eau devient généralement moins disponible.

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Le rôle des protéines

Les protéines possèdent des groupes chimiques capables d’interagir avec l’eau.

Elles peuvent donc retenir une certaine quantité d’eau autour de leur structure.

C’est notamment important dans :

• lait ;
• crème ;
• ganaches ;
• guimauves ;
• pâtes à base de fruits secs.

La capacité des protéines à retenir l’eau dépend notamment :

• du pH ;
• de la température ;
• de leur structure ;
• de la concentration en sels ;
• des interactions avec les autres constituants.

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Le rôle des fibres

Les fibres peuvent également retenir de l’eau.

Certaines fibres sont particulièrement hydrophiles et peuvent absorber ou immobiliser une quantité importante d’eau.

Cela influence notamment :

• texture ;
• viscosité ;
• gonflement ;
• stabilité.

Dans les fruits et les préparations contenant des fibres végétales, ce phénomène peut être important.

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Le rôle des amidons

Les amidons peuvent absorber une quantité importante d’eau.

Lorsqu’ils sont chauffés en présence d’eau, ils peuvent subir une gélatinisation.

Les granules d’amidon absorbent alors davantage d’eau et leur structure évolue.

Cela modifie :

• viscosité ;
• texture ;
• disponibilité de l’eau.

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L’eau dans une ganache

La ganache est un excellent exemple.

Une ganache contient généralement une phase aqueuse provenant notamment de :

• crème ;
• lait ;
• purée de fruit ;
• eau ;
• sirops.

Cette eau est ensuite répartie entre les différents constituants :

• sucres ;
• protéines ;
• chocolat ;
• matières grasses ;
• autres matières sèches.

Une partie de l’eau reste relativement disponible.

Une autre partie est davantage associée aux différents constituants.

Le résultat final détermine l’Aw de la ganache.

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Eau libre et eau liée dans une ganache

Prenons une ganache contenant de la crème et du sucre.

La crème apporte une quantité importante d’eau.

Le sucre se dissout dans cette eau.

La phase aqueuse devient alors plus concentrée en matières dissoutes.

L’eau devient moins disponible.

On peut simplifier le raisonnement ainsi :

eau + sucre → eau moins disponible → Aw diminuée

Mais cela ne signifie pas que l’eau disparaît.

Elle est toujours présente dans la ganache.

Elle est simplement moins disponible.

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L’eau dans une pâte de fruit

La pâte de fruit constitue un autre exemple très intéressant.

Au départ, la purée de fruit contient beaucoup d’eau.

Pendant la cuisson :

• une partie de l’eau s’évapore ;
• le sucre se concentre ;
• la pectine interagit avec l’eau ;
• la matière sèche augmente.

L’eau restante devient progressivement moins disponible.

On obtient alors une confiserie dont l’Aw peut être beaucoup plus faible que celle de la purée de fruit initiale.

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L’eau dans un caramel

Pendant la cuisson d’un caramel, une grande quantité d’eau peut être éliminée.

On passe progressivement de :

eau + sucre

à :

moins d’eau + forte concentration en matières sèches

L’eau restante devient donc de moins en moins disponible.

La texture évolue simultanément :

liquide → visqueux → pâteux → ferme

selon la formulation et la concentration finale.

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L’eau dans une guimauve

La guimauve contient généralement :

• eau ;
• sucre ;
• sirop de glucose ;
• gélatine ou autre agent gélifiant ;
• parfois d’autres ingrédients.

L’eau est retenue dans une structure composée notamment de protéines ou de polymères gélifiants.

Elle reste présente, mais sa mobilité est fortement réduite.

C’est un excellent exemple de produit dans lequel texture et disponibilité de l’eau sont intimement liées.

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L’eau dans le chocolat

Le chocolat solide contient très peu d’eau.

La quantité d’eau disponible est donc extrêmement faible.

C’est notamment pour cette raison que le chocolat est peu favorable au développement de nombreux microorganismes.

En revanche, lorsqu’une ganache est introduite dans une coque en chocolat, la situation change.

La garniture peut contenir beaucoup plus d’eau que le chocolat.

Une différence d’Aw peut alors provoquer des migrations d’eau.

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Les transferts d’humidité

L’eau a tendance à se redistribuer entre des zones présentant des conditions différentes.

Dans un produit multicouche, cela peut provoquer une migration progressive de l’humidité.

Par exemple :

coque chocolat + pâte de fruit

La pâte de fruit possède généralement davantage d’eau disponible que le chocolat.

L’eau peut donc progressivement migrer vers les zones plus sèches.

Cela peut entraîner :

• perte de croustillant ;
• ramollissement ;
• modification de la texture ;
• dégradation de l’interface ;
• vieillissement prématuré du produit.

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Eau libre et conservation

L’eau libre est particulièrement importante pour la conservation car les microorganismes ont besoin d’eau disponible pour se développer.

Une réduction de l’eau disponible permet donc de limiter leur développement.

C’est notamment le principe derrière :

• séchage ;
• concentration ;
• salage ;
• sucrage ;
• confisage.

Mais attention :

réduire la quantité totale d’eau et réduire l’Aw sont deux phénomènes liés mais pas identiques.

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Eau libre et Aw

La relation peut être simplifiée ainsi :

plus l’eau est disponible → plus l’Aw est élevée

plus l’eau est retenue ou immobilisée → plus l’Aw est faible

Mais l’Aw ne permet pas de mesurer directement la quantité d’eau libre.

Elle constitue plutôt une mesure globale de la disponibilité thermodynamique de l’eau dans le produit.

C’est une distinction importante pour éviter une interprétation trop simplifiée.

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Eau libre et activité de l’eau : quelle différence ?

L’eau libre et l’Aw sont liées mais ne représentent pas la même chose.

Eau libre

C’est une notion permettant de décrire une fraction de l’eau plus mobile et plus disponible.

Aw

C’est une mesure physique de la disponibilité de l’eau dans le système.

L’Aw est donc le paramètre que l’on mesure réellement avec un aw-mètre.

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Eau liée et texture

L’eau liée joue un rôle majeur dans la texture.

Lorsqu’elle est fortement retenue par une matrice alimentaire, elle contribue à :

• viscosité ;
• élasticité ;
• gélification ;
• moelleux ;
• stabilité.

Une modification de l’état de l’eau peut donc provoquer des changements importants de texture.

Par exemple :

perte d’eau → produit plus sec

ou :

migration d’eau → produit plus mou ou collant

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Eau libre et cristallisation des sucres

Dans les produits de confiserie, la disponibilité de l’eau influence également la solubilité des sucres.

Si suffisamment d’eau est présente, le sucre peut rester dissous.

Lorsque l’eau disponible diminue, la concentration en sucre augmente.

Selon les conditions, cela peut favoriser :

• sursaturation ;
• cristallisation ;
• recristallisation.

C’est particulièrement important dans :

• fondants ;
• caramels ;
• pâtes de fruits ;
• nougats ;
• confiseries sucrées.

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Eau liée et gélification

Dans une gelée de pectine, par exemple, l’eau interagit avec :

• pectine ;
• sucre ;
• acide.

La structure du gel immobilise une partie de l’eau dans le réseau.

L’eau reste présente, mais sa mobilité est fortement réduite.

La texture finale dépend donc à la fois :

de la quantité d’eau + de sa disponibilité + de la structure du réseau.

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Influence de la température

La température peut modifier les interactions entre l’eau et les constituants du produit.

Elle influence notamment :

• viscosité ;
• solubilité ;
• mobilité moléculaire ;
• évaporation ;
• cristallisation ;
• structure des protéines ;
• comportement des gels.

Une eau retenue à basse température peut donc se comporter différemment lorsque le produit est chauffé.

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Les limites et points de vigilance

1. Eau libre ≠ eau qui « flotte »

L’eau libre n’est pas simplement de l’eau liquide visible dans le produit.

2. Eau liée ≠ eau définitivement immobilisée

L’eau peut changer d’état de liaison selon les conditions.

3. Aw ≠ quantité d’eau

Une grande quantité d’eau peut présenter une faible disponibilité si elle est fortement retenue ou si la phase contient beaucoup de solutés.

4. La formulation est déterminante

Sucres, protéines, fibres, sels et autres matières sèches modifient le comportement de l’eau.

5. La température compte

Les propriétés de l’eau et les équilibres du système évoluent avec la température.

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Conseil du chocolatier

Pour le chocolatier, il est préférable de ne pas raisonner uniquement en termes de :

« combien d’eau y a-t-il dans ma recette ? »

Il faut également se demander :

« qu’arrive-t-il à cette eau ? »

Est-elle :

• disponible ?
• retenue par le sucre ?
• associée aux protéines ?
• immobilisée dans un gel ?
• susceptible de migrer ?
• susceptible de s’évaporer ?

C’est cette réflexion qui permet de comprendre pourquoi deux recettes ayant une teneur en eau similaire peuvent avoir des textures et des durées de conservation très différentes.

La notion d’eau libre et d’eau liée est donc directement connectée à notre fiche précédente sur l’Aw.

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À retenir

L’eau présente dans un aliment n’est pas entièrement disponible de la même manière.

On distingue de manière simplifiée :

eau plus libre → plus disponible

eau plus liée → moins disponible

L’eau peut être retenue par :

• sucres ;
• protéines ;
• fibres ;
• amidons ;
• sels ;
• structures gélifiées.

Cette disponibilité influence :

• Aw ;
• conservation ;
• microbiologie ;
• texture ;
• cristallisation ;
• migration d’humidité ;
• stabilité.

La notion fondamentale à retenir est donc :

La quantité d’eau ne suffit pas à comprendre le comportement d’un produit. Il faut également comprendre dans quel état cette eau se trouve et à quel point elle est disponible.

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Questions fréquentes

Quelle est la différence entre eau libre et eau liée ?

L’eau libre est une eau relativement disponible et mobile, tandis que l’eau liée interagit davantage avec les constituants du produit et présente une disponibilité plus faible.

L’eau liée est-elle réellement immobilisée ?

Pas totalement. Les interactions peuvent évoluer selon la température, le pH, la concentration et la structure du produit.

L’eau libre correspond-elle directement à l’Aw ?

Non. L’Aw est une mesure globale de la disponibilité thermodynamique de l’eau. Elle ne mesure pas directement une quantité d’eau libre.

Pourquoi le sucre retient-il l’eau ?

Les molécules de sucre interagissent avec l’eau et réduisent sa disponibilité dans la phase aqueuse.

Pourquoi l’eau est-elle importante dans une ganache ?

Elle permet notamment de dissoudre les sucres et participe à la structure de l’émulsion. Sa disponibilité influence également la conservation et la texture.

Pourquoi une pâte de fruit se conserve-t-elle mieux qu’une purée de fruit ?

La cuisson élimine une partie de l’eau et la concentration en sucres augmente. L’eau restante devient donc moins disponible.

Pourquoi un biscuit devient-il mou dans un bonbon chocolat ?

Une différence d’Aw peut provoquer une migration de l’eau entre la garniture et le biscuit, entraînant une modification de sa texture.

L’eau liée peut-elle redevenir disponible ?

Oui. Les équilibres entre les différentes formes d’eau peuvent évoluer en fonction de la température, de la formulation et du stockage.

Pourquoi cette notion est-elle importante pour les confiseries ?

Parce qu’elle permet de comprendre simultanément la conservation, la texture, la cristallisation et les migrations d’humidité.