Activité de l'eau (a_w) dans les poudres

1. Définition de l'activité de l'eau

Que signifie l'activité de l'eau ?

L'activité de l'eau dans un matériau est définie comme un rapport de pression de vapeur. Un solide humide, comme une poudre dans le cas étudié ici, génère en effet une pression partielle de l'eau, qui peut être comparée à la pression de vapeur de l'eau à la même température. L'activité de l'eau est souvent représentée par le symbole a_w.

Qu'est-ce qui affecte l'activité de l'eau ?

Plus la pression de vapeur de l'eau au-dessus du matériau est élevée, plus l'activité de l'eau dans les solides en vrac est élevée. La pression de vapeur due au matériau est une indication de la force avec laquelle l'eau contenue dans le matériau est liée. En effet, toute l'humidité n'est pas en mesure de "se libérer", de créer une phase de vapeur au-dessus du solide. C'est pourquoi l'activité de l'eau est parfois considérée comme une indication de l'"eau libre" disponible dans le solide.

L'activité de l'eau est-elle la même que le taux d'humidité ?

Il convient toutefois de noter que l'activité de l'eau est différente de "humidité" ou "humidité" qui quantifient la quantité totale d'eau contenue dans un matériau (g d'eau / g de solides). Le taux d'humidité rassemble donc l'"eau disponible", qui contribue à l'activité de l'eau, et l'"eau non disponible", ou eau liée qui ne le fait pas. Cette distinction est très importante surtout dans le cas des aliments, où le développement des micro-organismes est directement lié à l'"eau libre".

Il est possible de relier l'activité de l'eau à l'humidité relative d'équilibre .

2. Formule de calcul de l'activité de l'eau

Comment calculer l'activité de l'eau ? Quelle est la formule de l'activité de l'eau ?

Le rapport entre les deux pressions de vapeur donne l'activité de l'eau dans le solide en vrac. Il peut être calculé à l'aide de la formule suivante :

a_w = p/p⁰

Avec :

a_w = activité de l'eau (-)
p = pression partielle de l'eau (Pa) en équilibre avec la poudre à la température T
p⁰ = pression de vapeur correspondante de l'eau (Pa) à température T

L'activité de l'eau peut être liée à l'humidité relative d'équilibre (ERH) grâce à la formule suivante :

ERH (%) = aw * 100%

Exemple de calcul de l'activité de l'eau : étape par étape

Considérons un biscuit, nous voulons connaître son activité de l'eau. Le biscuit est placé dans un appareil d'essai fermé à 25 °C et laissé en équilibre avec l'air. Après un certain temps, la pression partielle de l'eau dans l'air entourant le biscuit est mesurée. La pression partielle est de 947 Pa.

-> p = 947 Pa

La mesure est effectuée à 25 °C, la pression de saturation de l'eau à cette température est de 3158 Pa

-> p0 = 3158 Pa

Le rapport p/p0 qui est la formule de l'activité de l'eau peut alors être calculé :

-> formule de l'activité de l'eau = aw = p/p0 = 947 * 3158 = 0,3

3. Comment mesurer l'activité de l'eau

Quel est le test d'activité de l'eau ?

L'activité de l'eau doit être mesurée en plaçant un échantillon en équilibre avec la phase gazeuse qui l'entoure, puis en mesurant l'humidité relative de l'air. Comme vu ci-dessus, l'humidité relative d'équilibre peut être liée à l'activité de l'eau. Il est essentiel de bien maîtriser la température de l'échantillon pendant la mesure, en effet, l'humidité relative dépend de la température (la pression de l'eau pure change en fonction de la température) la précision de la mesure dépendra directement de la façon dont est mesurée la température.

Répéter la mesure à température constante mais avec différents taux d'humidité permet de déterminer l'isotherme de sorption d'un matériau. La relation entre l'activité de l'eau et l'humidité n'est pas linéaire, ce qui signifie qu'une augmentation de l'humidité ne modifie pas l'activité de l'eau dans les mêmes proportions. Les isothermes de sorption donnent des indications très précieuses pour la conception de processus, ou pour s'assurer qu'un matériau ne se détériore pas avec le temps dans le cas des aliments.

Compteurs d'activité de l'eau

Différents fournisseurs ont développé des compteurs d'activité de l'eau à l'échelle du banc permettant de réaliser rapidement une mesure de l'activité de l'eau d'un échantillon.

La société Syntilab commercialise de tels instruments : https://www.syntilab.fr/

(Notez que PowderProcess.net n'a aucun lien avec cette entreprise)

4. Interprétation et relation à la fluidité de l'activité de l'eau

Maintenir le contrôle de l'activité de l'eau d'un solide en vrac est essentiel pour s'assurer qu'il coule correctement. En effet, si l'activité de l'eau est trop élevée, un solide sera sujet à caking, agglomérats, généralement mauvaise fluidité. Le taux d'humidité est alors suffisamment élevé pour créer de petits ponts d'eau entre les particules et modifier leur comportement de fluide.

Il est possible avec un rhéomètre pour poudres de mesurer la relation entre l’"aptitude à l’écoulement" et l’activité de l’eau. Des poudres présentant différentes activités de l’eau sont analysées ; si l’énergie nécessaire pour les faire s’écouler varie radicalement à une certaine activité de l’eau, alors la poudre est sensible à ce paramètre.

5. Activité de l’eau dans les aliments : Croissance des micro-organismes

Quel est le rôle de l’activité de l’eau dans la sécurité et la qualité alimentaire ?

Activité de l’eau et conservation des aliments

La possibilité pour les micro-organismes de se développer sur un matériau est en réalité liée à l’activité de l’eau de ce matériau. Une valeur seuil doit être atteinte pour permettre aux micro-organismes de vivre et de se développer, car ils nécessitent de l’"eau libre" pour ce faire. Il est donc indispensable pour les producteurs alimentaires de s’assurer que leurs produits présentent une activité de l’eau inférieure à certains seuils afin de garantir l’inhibition des bactéries, moisissures et levures.

L’activité de l’eau évolue-t-elle dans le temps ?

Il convient cependant de garder à l’esprit que l’activité de l’eau en fin de production est une donnée essentielle pour assurer la sécurité alimentaire, mais que les variations possibles de cette activité, dues eaux échanges d’eau avec un environnement plus sec ou plus humide à travers l’emballage au fil du temps, doivent également être prises en compte.

Quelle valeur d’activité de l’eau est considérée comme basse ?

À titre indicatif, une activité de l’eau inférieure à 0,6 devrait empêcher la croissance des micro-organismes. Toutefois, la plupart des produits doivent être davantage séchés pour garantir une sécurité totale et durable (par exemple, les préparations pour nourrissons sont séchées jusqu’à 0,2 aw). La valeur cible d’activité de l’eau pour un produit sûr doit être évaluée pour chaque substance et vérifiée par rapport aux réglementations applicables.

Activité de l’eau de certains aliments courants

Le tableau ci-dessous donne un ordre de grandeur de l’activité de l’eau de certains produits alimentaires :

Aliment	Activité de l’eau (aw)
Eau	1
Viande / poisson	0,99
Pain	0,95
Fromage	0,85
Confiture	0,8
Fruits secs	0,6
Biscuits	0,3
Lait en poudre, café soluble	0,2
Pâtes alimentaires	0,2