Notion TECHNOLOGIQUE — L’ACTIVITÉ DE L’EAU (Aw)

Introduction

L’activité de l’eau, généralement notée Aw, est l’un des paramètres les plus importants pour comprendre la conservation et la stabilité des produits alimentaires.

En chocolaterie et en confiserie, elle permet notamment de mieux comprendre pourquoi deux produits contenant la même quantité d’eau peuvent avoir des comportements très différents en matière de conservation.

L’Aw ne mesure donc pas simplement combien d’eau contient un produit.

Elle mesure plutôt à quel point cette eau est disponible pour participer à différents phénomènes physiques, chimiques et microbiologiques.

Cette distinction est essentielle pour le chocolatier.

Une pâte de fruit, une ganache, un caramel ou un praliné peuvent avoir des teneurs en eau très différentes, mais leur stabilité dépend en grande partie de la quantité d’eau réellement disponible.

Pour le professionnel, l’Aw est donc un outil essentiel pour comprendre :

• la conservation ;
• le développement des microorganismes ;
• les transferts d’humidité ;
• la texture ;
• la cristallisation ;
• la stabilité des ganaches ;
• la durée de vie des confiseries.

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Qu’est-ce que l’Aw ?

L’activité de l’eau est une mesure de la disponibilité de l’eau dans un produit.

Elle est représentée par :

Aw

et sa valeur est comprise entre :

0 et 1

Une eau pure possède une activité de l’eau de :

Aw = 1,00

Plus l’Aw diminue, moins l’eau est disponible pour les microorganismes et certaines réactions.

On peut donc retenir :

Aw élevée = eau plus disponible

Aw faible = eau moins disponible

Mais attention :

Aw ≠ teneur en eau

Deux produits peuvent contenir une quantité d’eau similaire tout en ayant des Aw différentes.

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Comment fonctionne l’Aw ?

L’eau présente dans un aliment peut se trouver sous différentes formes.

Une partie peut être relativement libre.

Une autre partie peut être associée ou retenue par différents constituants :

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

Plus l’eau est retenue par ces constituants, moins elle est disponible.

L’Aw permet donc d’évaluer cette disponibilité.

C’est une notion particulièrement importante dans les produits riches en sucre.

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La définition scientifique

L’activité de l’eau est liée au rapport entre la pression de vapeur d’eau du produit et celle de l’eau pure à la même température.

On peut l’exprimer de manière simplifiée :

Aw = P / P₀

où :

• P = pression de vapeur d’eau au-dessus du produit ;
• P₀ = pression de vapeur d’eau au-dessus de l’eau pure.

À l’équilibre, l’Aw est également liée à l’humidité relative d’équilibre de l’environnement :

Aw = HR / 100

Par exemple, une Aw de :

0,75

correspond à une humidité relative d’équilibre d’environ :

75 %

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Aw et teneur en eau : deux notions différentes

C’est probablement l’une des notions les plus importantes à retenir.

La teneur en eau indique la quantité totale d’eau présente dans un produit.

L’Aw indique la disponibilité de cette eau.

Prenons deux produits imaginaires contenant tous les deux 20 % d’eau.

Le premier contient beaucoup de sucre.

Le sucre retient une partie de l’eau.

Le second contient principalement de l’eau libre.

Les deux produits peuvent donc avoir une teneur en eau similaire mais une Aw très différente.

C’est pourquoi la teneur en eau seule ne permet pas de déterminer correctement la stabilité microbiologique d’une recette.

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Tableau technologique

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L’Aw et les microorganismes

L’une des principales applications de l’Aw concerne la microbiologie.

Les microorganismes ont besoin d’eau disponible pour se développer.

Lorsque l’Aw diminue suffisamment, leur développement devient progressivement plus difficile.

Cependant, tous les microorganismes ne présentent pas les mêmes besoins.

De manière générale :

• les bactéries nécessitent souvent une Aw relativement élevée ;
• les levures peuvent se développer à des Aw plus faibles ;
• certaines moisissures peuvent encore se développer à des Aw relativement basses.

C’est pourquoi une confiserie très sucrée peut être relativement stable vis-à-vis de nombreuses bactéries tout en restant susceptible au développement de certaines levures ou moisissures si son Aw reste suffisamment élevée.

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Quelques repères microbiologiques

Les valeurs suivantes sont des ordres de grandeur technologiques, et non des limites universelles de conservation :

Le seuil de 0,60 est particulièrement important en technologie alimentaire : en dessous de cette valeur, la croissance microbienne est généralement considérée comme empêchée.

Cela ne signifie cependant pas qu’un produit devient automatiquement stable ou sans risque.

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L’Aw dans les ganaches

L’Aw est particulièrement importante dans les ganaches.

Une ganache contient généralement :

• eau ;
• crème ;
• chocolat ;
• sucre ;
• matière grasse ;
• parfois glucose, miel, sorbitol ou autres ingrédients.

Tous ces constituants influencent la disponibilité de l’eau.

Une ganache contenant beaucoup de crème peut présenter une Aw relativement élevée.

L’ajout de sucres peut réduire l’Aw en diminuant la disponibilité de l’eau.

Mais il faut toujours considérer la formulation complète.

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L’Aw et le sucre

Le sucre est l’un des principaux outils permettant de réduire l’Aw.

Lorsqu’il se dissout dans l’eau, il diminue la disponibilité de cette eau.

C’est notamment pour cette raison que les produits très sucrés peuvent être beaucoup plus stables que des produits contenant la même quantité d’eau mais moins de matières sèches.

On peut donc avoir :

eau + sucre → Aw diminuée

Le phénomène dépend notamment de :

• la concentration en sucre ;
• le type de sucre ;
• la température ;
• les autres constituants.

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Tous les sucres n’ont pas le même effet sur l’Aw

C’est une notion particulièrement importante en formulation.

Le saccharose, le glucose, le dextrose, le sucre inverti, le sorbitol et d’autres agents humectants n’ont pas exactement le même effet sur l’activité de l’eau.

Deux recettes contenant la même quantité de sucre total peuvent donc présenter des Aw différentes.

C’est pourquoi, dans une formulation professionnelle, il est intéressant de raisonner non seulement en :

% de sucre

mais également en :

pouvoir de réduction de l’Aw / pouvoir humectant.

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Aw et sucre inverti

Le sucre inverti possède une forte capacité à interagir avec l’eau.

Il est particulièrement utilisé en confiserie pour :

• réduire la cristallisation du saccharose ;
• améliorer la texture ;
• apporter du pouvoir humectant ;
• modifier l’Aw.

Il peut donc avoir une influence importante sur la conservation et la texture d’une préparation.

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Aw et glucose

Les sirops de glucose peuvent également influencer l’Aw.

Leur effet dépend notamment :

• de leur concentration ;
• de leur DE ;
• de leur composition en sucres ;
• de la quantité utilisée.

Un glucose à DE différent ne se comporte donc pas nécessairement de manière identique dans une formulation.

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Aw et sorbitol

Le sorbitol est particulièrement intéressant en confiserie car il possède un fort pouvoir humectant.

Il peut contribuer à :

• retenir l’eau ;
• limiter certaines évolutions de texture ;
• réduire l’Aw ;
• maintenir le moelleux.

C’est notamment intéressant dans certaines confiseries et garnitures.

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Aw et miel

Le miel possède naturellement une Aw relativement faible en raison de sa forte concentration en sucres.

Mais son Aw n’est pas nulle.

La quantité d’eau présente et la composition en sucres déterminent son comportement.

Le miel peut donc contribuer à réduire l’Aw d’une recette tout en apportant :

• sucres ;
• arômes ;
• eau ;
• composés spécifiques.

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Aw et pâte de fruit

La pâte de fruit constitue un excellent exemple pour comprendre l’Aw.

Elle contient :

• purée de fruit ;
• sucre ;
• glucose ou sirop de glucose ;
• pectine ;
• acide.

Pendant la cuisson, une grande partie de l’eau est évaporée.

La concentration en matières sèches augmente.

La quantité d’eau disponible diminue.

On obtient alors une confiserie dont l’Aw peut être suffisamment faible pour permettre une bonne stabilité.

Mais une pâte de fruit trop humide peut présenter :

• collant ;
• reprise d’humidité ;
• développement microbien ;
• perte de texture.

L’Aw est donc un excellent indicateur pour contrôler la qualité du produit fini.

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Aw et caramel

Le caramel est également un système intéressant.

Pendant la cuisson :

eau → évaporation

et :

matières sèches → concentration

L’Aw diminue progressivement à mesure que l’eau disponible est réduite.

Cependant, un caramel contenant de la crème ou du beurre peut avoir une Aw différente d’un caramel dur composé principalement de sucre.

La formulation est donc déterminante.

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Aw et praliné

Le praliné contient généralement peu d’eau.

Le sucre caramélisé et les fruits secs représentent une grande partie de la matière sèche.

L’Aw est donc généralement faible.

Mais lorsqu’on ajoute au praliné :

• crème ;
• lait ;
• beurre ;
• purée de fruit ;
• ganache ;

l’équilibre hydrique change.

L’Aw peut alors augmenter.

Il faut donc considérer la formulation finale plutôt que le simple nom du produit.

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Aw et chocolat

Le chocolat possède généralement une très faible activité de l’eau.

Il contient peu d’eau disponible.

C’est l’une des raisons pour lesquelles le chocolat solide est naturellement peu favorable au développement de nombreux microorganismes.

Cependant, lorsqu’un chocolat est fourré avec une ganache, un caramel ou une pâte de fruit, le comportement change.

La conservation dépend alors principalement de la garniture.

C’est pourquoi un bonbon chocolat peut avoir une durée de conservation très différente d’une tablette de chocolat.

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Aw et transferts d’humidité

L’Aw joue également un rôle essentiel dans les échanges d’eau entre différents produits.

Lorsque deux composants sont en contact, l’eau tend à se redistribuer jusqu’à atteindre un nouvel équilibre.

C’est notamment ce qui peut provoquer :

• un biscuit qui ramollit ;
• une pâte de fruit qui sèche ;
• un caramel qui devient collant ;
• un chocolat qui blanchit ou se dégrade en surface ;
• une garniture qui modifie la texture d’un enrobage.

Le phénomène dépend notamment de la différence d’Aw entre les différents composants.

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L’Aw et la migration d’eau

Prenons un bonbon chocolat contenant une pâte de fruit.

Si la pâte de fruit possède une Aw beaucoup plus élevée que le chocolat, l’eau peut migrer progressivement depuis la garniture vers les zones plus sèches.

Cela peut entraîner une modification de la texture de l’enrobage ou de la garniture.

À l’inverse, une différence d’Aw dans l’autre sens peut entraîner une perte d’eau de la garniture.

L’équilibre des Aw entre les différents composants est donc essentiel dans les produits multicouches.

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Aw et texture

L’Aw ne concerne pas uniquement la microbiologie.

Elle influence également la texture.

Une variation d’Aw peut provoquer :

• ramollissement ;
• dessèchement ;
• perte de croustillant ;
• augmentation du collant ;
• modification de la viscosité.

Dans une confiserie, une petite variation d’humidité peut parfois suffire à modifier fortement la sensation en bouche.

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Aw et cristallisation

L’eau disponible peut également influencer les phénomènes de cristallisation.

Dans les produits riches en sucre, l’équilibre entre eau et matières sèches influence la capacité du sucre à rester dissous.

Une modification de l’Aw peut donc participer à des changements de texture ou à la recristallisation de certains sucres.

Cela est particulièrement important dans :

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

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Comment mesure-t-on l’Aw ?

L’Aw est mesurée avec un appareil appelé :

aw-mètre

Le principe consiste généralement à placer un échantillon dans une chambre fermée et à mesurer l’humidité relative à l’équilibre au-dessus du produit.

L’appareil détermine ensuite la valeur de l’Aw.

La mesure doit être réalisée dans des conditions maîtrisées.

La température est notamment importante.

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Pourquoi mesurer l’Aw plutôt que simplement l’eau ?

Parce que deux produits ayant la même teneur en eau peuvent avoir des stabilités très différentes.

La mesure de l’Aw donne donc une information plus directement exploitable pour :

• la microbiologie ;
• la conservation ;
• la formulation ;
• la stabilité ;
• les transferts d’humidité.

Pour un laboratoire professionnel, l’Aw constitue donc un véritable outil de contrôle qualité.

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Les facteurs qui influencent l’Aw

L’Aw dépend notamment :

De la quantité d’eau

Plus il y a d’eau disponible, plus l’Aw peut être élevée.

Des sucres

Les sucres dissous réduisent l’Aw.

Du sel

Le sel réduit également l’activité de l’eau.

Des protéines

Elles peuvent retenir une partie de l’eau.

Des fibres

Elles peuvent également fixer ou immobiliser une partie de l’eau.

De la température

La température influence les propriétés physiques de l’eau et les conditions de mesure.

De la formulation globale

L’Aw est toujours le résultat de l’ensemble du système.

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Les limites et points de vigilance

1. Aw ≠ teneur en eau

C’est la distinction fondamentale.

2. Une Aw faible ne signifie pas automatiquement « produit stable »

D’autres facteurs interviennent :

• pH ;
• température ;
• oxygène ;
• hygiène ;
• formulation ;
• conditionnement.

3. L’Aw doit être mesurée

Les calculs théoriques peuvent aider à formuler, mais la mesure du produit fini reste essentielle pour valider une formulation.

4. La température doit être maîtrisée

Une mesure réalisée à une température différente peut donner une valeur différente.

5. Les produits multicouches sont complexes

Une mesure globale peut ne pas révéler les différences d’Aw entre les différents composants.

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Conseil du chocolatier

L’Aw est probablement l’un des outils les plus intéressants pour passer d’une approche empirique de la conservation à une approche réellement technologique.

Au lieu de simplement dire :

« cette ganache contient beaucoup de sucre, donc elle se conserve bien »

on peut mesurer :

pH + Aw + composition + conditions de stockage

et obtenir une vision beaucoup plus précise de sa stabilité.

Pour les ganaches, pâtes de fruits, caramels, guimauves et autres confiseries, l’Aw permet également de comprendre pourquoi une recette peut être :

• trop collante ;
• trop sèche ;
• trop molle ;
• instable ;
• sensible aux levures ou moisissures.

L’Aw doit donc être considérée comme un véritable paramètre de formulation, au même titre que le pH, le taux de matière sèche ou la température.

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À retenir

L’activité de l’eau, ou Aw, mesure la disponibilité de l’eau dans un produit.

Elle varie entre :

0 et 1

avec :

Aw = 1 → eau pure

et une Aw plus faible lorsque l’eau est davantage retenue par les constituants du produit.

L’Aw joue un rôle majeur dans :

• la conservation ;
• la croissance microbienne ;
• la texture ;
• les transferts d’humidité ;
• la cristallisation ;
• la stabilité des confiseries.

Elle est particulièrement importante pour :

• ganaches ;
• caramels ;
• pâtes de fruits ;
• guimauves ;
• pralinés contenant de l’eau ;
• fourrages ;
• bonbons chocolat.

La règle essentielle à retenir est :

La teneur en eau indique combien d’eau est présente.
L’Aw indique combien cette eau est disponible.

Pour le chocolatier, cette distinction est fondamentale.

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Questions fréquentes

Que signifie Aw ?

Aw signifie activité de l’eau. Elle indique la quantité d’eau disponible dans un produit pour participer à différents phénomènes.

Quelle est la valeur de l’Aw de l’eau pure ?

L’eau pure possède une Aw de 1,00.

L’Aw est-elle un pourcentage ?

Non. L’Aw est une valeur comprise entre 0 et 1 et ne possède pas d’unité.

Quelle Aw empêche le développement des microorganismes ?

Une Aw inférieure à environ 0,60 empêche généralement la croissance microbienne.

Aw et humidité, est-ce la même chose ?

Non. L’humidité correspond à la quantité d’eau présente tandis que l’Aw correspond à sa disponibilité.

Pourquoi le sucre diminue-t-il l’Aw ?

Le sucre dissous interagit avec l’eau et diminue la quantité d’eau disponible.

Pourquoi mesurer l’Aw d’une ganache ?

Parce que l’Aw permet d’évaluer plus précisément sa stabilité microbiologique et d’anticiper certains problèmes de texture et de conservation.

Une faible Aw garantit-elle la conservation ?

Non. Le pH, l’hygiène, la température, l’oxygène, le conditionnement et la formulation doivent également être pris en compte.

Comment mesure-t-on l’Aw ?

Avec un aw-mètre, qui mesure généralement l’humidité relative à l’équilibre dans une chambre contenant l’échantillon.

Pourquoi l’Aw est-elle importante dans les bonbons chocolat ?

Parce qu’une garniture humide peut provoquer des transferts d’eau avec le chocolat et modifier sa texture, sa stabilité et sa conservation.

Pourquoi une pâte de fruit peut-elle devenir collante ?

Une Aw trop élevée, une reprise d’humidité ou un équilibre insuffisant entre eau et matières sèches peuvent favoriser une texture collante.

Pourquoi une ganache peut-elle se conserver plus longtemps qu’une crème liquide ?

Parce que sa formulation peut réduire fortement l’eau disponible grâce notamment aux sucres, au chocolat et aux matières sèches. La stabilité réelle doit cependant être vérifiée sur le produit final.