Valorisée à plus de 129 milliards de dollars, l'industrie du chocolat est une industrie dynamique et influente, reconnue non seulement pour son impact économique, mais aussi pour son importance culturelle et son innovation continue. Des chocolatiers artisanaux aux confiseries multinationalesentrepriseLa fabrication du chocolat couvre un large éventail de processus, de matières premières et de formes de produits. Avec la demande croissante des consommateurs pour des formulations de haute qualité, étiquetées propres, à faible teneur en sucre et à durée de vie plus longue, les fabricants sont soumis à une pression croissante pour optimiser tous les maillons de la production. Parmi les nombreux facteurs qui influent sur la qualité du chocolat, l'activité de l'humidité joue un rôle essentiel pour assurer la stabilité, la sécurité et l'attrait organoleptique du produit, en particulier dans les formulations complexes contenant des structures sandwich, farce ou stratifiée.

Il existe de nombreux types de chocolat et il est souvent mélangé avec d'autres ingrédients pour créer des bonbons uniques. Chocolat liquide chocolaté dérivé de fèves de cacao, riche en Flavanols à action de conservateur naturel^[1]. Le chocolat lui - même peut être classé selon la forme et la teneur en poudre de cacao:

• La poudre de cacao est broyée à partir de fèves de cacao torréfiées sans additifs supplémentaires, avec un goût amer et une durée de conservation allant jusqu'à 3 ans.

• chocolat torréfié pur liquide de chocolat solide, sans sucre ni lait ajouté, avec une durée de conservation d'environ 2 ans.

• chocolat noir au chocolat sucré avec une teneur en cacao plus élevée et variable. Plus la teneur en cacao est élevée, plus le goût est amer et plus la durée de conservation est longue.

• Le chocolat au lait contient environ 10% de solution chocolatée, plus du lait et du sucre, et a une durée de conservation d'environ 1 an, selon la forme du produit.

• Le chocolat blanc ne contient pas de solides de chocolat, il est composé uniquement de beurre de cacao mélangé avec du lait et du sucre et a une durée de conservation plus courte, environ 6 mois.

• liqueur chocolat le chocolat est mélangé avec différents types de liqueurs pour donner une saveur unique. La durée de conservation de ce type de produit est généralement plus courte, environ 2 mois ou moins.

L'activité de l'humidité est définie comme l'état énergétique de l'humidité dans un système et elle est liée aux lois fondamentales de la thermodynamique par l'équation de Gibbs de l'énergie libre. Il représente l'énergie potentielle chimique relative de l'eau dans la matrice, déterminée par la surface, les dépendances et les interactions capillaires. Lorsque l'eau interagit avec d'autres molécules par le biais de diverses interactions, une partie de l'énergie contenue dans les liaisons moléculaires de l'eau est transférée dans cette interaction, ce qui réduit l'énergie des molécules d'eau elles - mêmes. Plus les ingrédients du produit interagissent avec l'eau, plus l'énergie de l'eau est faible. La diminution de l'énergie de l'eau diminue également sa capacité à s'échapper vers la phase gazeuse, ce qui entraîne une diminution de la pression de vapeur. Une activité d'humidité de 0,50 indique que l'eau dans le produit a 50% de l'énergie de l'eau pure à la même température. Plus l'activité de l'eau est faible, moins l'eau dans le système se comporte comme de l'eau pure. Notez que la définition donnée ici ne fait jamais référence au terme « eau libre », car ce terme est souvent utilisé à tort pour définir l'activité de l'eau et n'a aucune signification scientifique.

Pour les produits chocolatés, l'activité de l'humidité est mesurée en équilibrant l'eau en phase liquide dans l'échantillon avec l'eau en phase gazeuse dans l'espace supérieur d'une chambre fermée hermétiquement, puis en utilisant un capteur pour mesurer l'humidité relative d'équilibre (Erh) dans l'espace supérieur. L'humidité relative d'équilibre (activité de l'humidité) peut être déterminée à l'aide d'un capteur électrolytique résistif, d'un capteur à miroir froid, d'un laser à diode accordable ou d'un capteur à polymère absorbant l'humidité capacitif. Les instruments de novasina, tels que le labmaster AW Neo, utilisent des capteurs électrolytiques résistifs pour déterminer l'humidité relative d'équilibre. Les variations de l'humidité relative de l'équilibre sont suivies par les variations de la résistance du capteur d'électrolyte.

Le sucre au chocolat ne contient généralement pas de substances volatiles, sauf dans certaines recettes à base de vin. Cependant, un défi clé dans la mesure de l'activité de l'humidité des produits de chocolat est la teneur élevée en matières grasses du sucre de chocolat et le processus plus lent par lequel les molécules d'eau entrent dans la phase gazeuse, ce qui nécessite un temps d'équilibre plus long. Effectuer des lectures avant d'atteindre un véritable équilibre peut entraîner des mesures inexactes, ce qui peut affecter la sécurité et la qualité du produit.

Afin de démontrer les différences potentielles dues aux différents réglages du mode d'équilibre, les scientifiques de novasina ont utilisé un activomètre d'humidité novasina labmaster AW Neo pour tester l'activité de l'humidité sur une gamme de produits utilisant respectivement un mode d'équilibre rapide moins exigeant et un mode d'équilibre lent plus exigeant (voir tableau 1). Le mode rapide est conçu pour obtenir des résultats plus rapidement en exigeant que la différence de lecture de l'activité de l'humidité ne dépasse pas 0001 AW pendant 2 minutes consécutives. En revanche, le mode lent nécessite le même niveau de stabilité en 6 minutes pour assurer un état d'équilibre plus fiable.

Le tableau 1 présente les résultats des tests sur l'activité moyenne de l'humidité et la durée d'essai (en minutes) de produits de confiserie chocolatée courants testés sur un appareil labmaster AW Neo de novasina en utilisant le mode "Quick balance" moins strict et le mode "slow balance" plus strict.

Bien que le mode rapide réduise considérablement le temps de test, sa précision peut être réduite. Si la différence de résultat entre le mode rapide et le mode lent est inférieure à 0,01 Aw, l'utilisation du mode rapide est généralement acceptable pour accélérer le test. Cependant, pour les applications critiques nécessitant une plus grande précision, le mode lent reflète de manière plus fiable les valeurs réelles d'activité de l'humidité.

Sans évaluer les différences potentielles dans les résultats, il ne faut jamais utiliser à volonté un paramètre de fin d'essai plus lâche, ce qui n'est possible que si l'instrument permet à l'utilisateur d'ajuster les paramètres pertinents. Novasina recommande: lorsque vous effectuez un test d'activité d'humidité sur un nouveau produit, vous devez d'abord exécuter le test en mode de stabilisation rapide. Après cela, Laissez l'échantillon dans l'instrument (sans ouvrir le couvercle) pendant une heure. Pendant ce temps, le labmaster AW Neo met à jour les relevés d'activité de l'humidité en temps réel tout en affichant les mesures en mode rapide. De cette manière, l'utilisateur peut juger si la différence est suffisamment importante pour nécessiter un basculement vers un mode stable plus strict.

Comme le montrent les données précédentes (tableau 1), certains produits chocolatés (p. ex., sirop de chocolat) présentent une très faible différence (moins de 0,01 AW) dans l'activité moyenne de l'humidité en mode rapide par rapport au mode lent, bien que le mode lent nécessite un temps d'essai plus long; Alors que d'autres produits, tels que la pâte de noisettes au chocolat, présentaient des différences plus importantes, atteignant 0,09 AW. Ces résultats montrent que les laboratoires de contrôle de la qualité peuvent déterminer quels produits conviennent à un test rapide et lesquels nécessitent un temps d'équilibrage plus long pour assurer la précision de la mesure.

Activité de l'eau et croissance microbienne

La sécurité microbiologique est une préoccupation majeure pour tous les aliments. Un traitement approprié est essentiel pour réduire le nombre de micro - organismes et empêcher la reproduction de micro - organismes nocifs. L'activité de l'eau joue un rôle clé dans le contrôle de la croissance microbienne, car elle affecte directement la capacité de reproduction de l'organisme. Lorsque l'activité de l'humidité de l'environnement dans lequel se trouve le micro - organisme est inférieure à son niveau interne, il subit un stress osmotique qui se traduit par une perte d'humidité dans l'environnement à mesure qu'il passe à un état de faible énergie.^[2]. Cette perte d'eau réduit la pression artérielle et ralentit l'activité métabolique.

Pour continuer à se reproduire, les micro - organismes doivent réduire leur activité hydrique interne à un niveau inférieur à celui de leur environnement, ce qui permet à l'eau de rentrer dans les cellules. Il essaiera de le faire en concentrant le soluté dans les cellules. L'efficacité de cette stratégie varie d'un organisme à l'autre, ce qui signifie que chaque organisme a un seuil d'activité d'humidité minimum unique en dessous duquel il ne peut pas croître.^[2,3]Le tableau 2 présente les limites minimales d'activité de l'eau pour la croissance de microorganismes corrupteurs communs.

Tableau 2. Tableau des limites d'activité de l'eau (AW) pour la croissance microbienne commune

Problèmes microbiologiques avec le sirop de chocolat

Bien que l'activité en humidité des confiseries au chocolat dur énumérées au tableau 1 soit inférieure à la limite de croissance microbienne, celle des produits à base de sirop de chocolat est nettement plus élevée. L'activité de l'humidité des deux sirops dépasse le seuil de croissance des moisissures et peut engendrer des moisissures si elles sont exposées à des spores dans l'air. Il est important de noter que l'activité en eau du sirop de sucre zéro est beaucoup plus élevée que celle du sirop de sucre. L'activité de l'eau du sirop sucré était de 0827 Aw, ce qui est inférieur à la limite de croissance de toutes les bactéries pathogènes et considéré comme stable pendant la période de conservation. En revanche, l'activité de l'eau du sirop de sucre zéro était de 0937 Aw, dépassant la limite de croissance pour Staphylococcus aureus et Listeria. En vertu de la réglementation alimentaire de la Food and Drug Administration (FDA) des États - Unis, les produits dont l'activité en humidité atteint ce niveau ne peuvent être considérés comme stables pendant la période de conservation que s'ils ont un pH inférieur à 5,6 (voir la figure 1).

L'augmentation de l'activité de l'humidité souligne les défis auxquels sont confrontés les formulateurs lorsqu'ils développent des alternatives plus saines. Bien que la réduction de la teneur en sucre soit bénéfique pour la santé, elle peut également affecter la sécurité des produits. Le sucre est un humectant naturel qui contrôle l'activité de l'eau en fournissant plusieurs sites pour lier l'eau, réduisant ainsi l'énergie de l'humidité dans le produit. Le remplacement des sucres par des sucres substitués ayant des propriétés chimiques différentes réduit les sites de liaison à l'eau. À moins que la teneur totale en humidité ne soit réduite en même temps, mais que cela ne soit généralement pas pratique en raison des exigences de viscosité de produits tels que les sirops, l'activité de l'humidité augmentera. Si ce changement d'activité de l'humidité n'est pas bien documenté et si aucun ajustement n'est effectué pour assurer la sécurité du produit, le produit reformulé peut présenter un risque pour la santé. Par conséquent, l'activité de l'eau doit toujours être surveillée pendant la formulation, en particulier lors de l'élimination des ingrédients polaires tels que le sucre ou le sel.

Tableau 3. Adapté du tableau a dans la définition du contrôle du temps et de la température pour la salubrité des aliments du Food Regulation 2017 de la FDA des États - Unis

* PHF signifie « Aliments potentiellement dangereux ».

* * TCS signifie « time / Temperature Control for Safe Foods ».

* * * pa signifie « évaluation du produit requise ».

Activité d'humidité et saveur de chocolat

La saveur est l'un des attributs de qualité les plus importants des bonbons au chocolat. Les consommateurs s'attendent à ce que les caractéristiques gustatives des produits correspondent au type de produit, et tout écart peut rendre le produit indésirable, ce qui signifie en fait la fin de sa période de conservation. La faible activité d'humidité naturelle de la plupart des bonbons au chocolat contribue à prolonger leur durée de conservation en ralentissant les réactions chimiques qui peuvent modifier la saveur. Cependant, l'oxydation des graisses reste un problème clé, car elle provoque la production d'odeurs désagréables associées au Rancissement.

L'activité de l'eau peut affecter le taux d'oxydation des lipides dans les produits de chocolat. Contrairement à la plupart des réactions alimentaires, l'oxydation des lipides s'intensifie à la fois à des niveaux d'activité d'humidité faibles et élevés, comme le montre la figure 1. Cela signifie qu'il existe une plage d'activité de l'humidité, appelée valeur de couche monomoléculaire, dans laquelle la vitesse d'oxydation est la plus faible. Pour la plupart des produits de chocolat, cette valeur est d'environ 0,35 Aw, ce qui correspond aux niveaux d'activité de l'humidité de nombreux produits énumérés dans le tableau 1. Pour assurer la stabilité de la saveur et prolonger la durée de conservation, les produits en chocolat doivent être traités pour atteindre cette plage idéale d'activité de l'humidité. L'intégration des tests d'activité de l'humidité dans les pratiques d'assurance de la qualité des fabricants de chocolat est essentielle pour maintenir l'intégrité des produits et la satisfaction des consommateurs.

Figure 1. Relation générale entre l'activité de l'eau et la vitesse d'oxydation des lipides.

Activité d'humidité avec crème au chocolat

En plus de la saveur, la texture et l'apparence sont des attributs de qualité clés des bonbons au chocolat. Les consommateurs s'attendent à ce que le chocolat ait un aspect attrayant et, plus important encore, un goût spécifique. Le chocolat noir est généralement croustillant et ferme en bouche, tandis que le chocolat au lait est soyeux et délicat en bouche.

La réaction de dégradation la plus courante qui affecte l'apparence et la texture du chocolat est le givrage au chocolat, qui peut être divisé en glaçage et crème grasse. L'activité de l'humidité est la plus étroitement liée à la formation de glaçage. Le glaçage se produit lorsque le chocolat est exposé à une humidité élevée et que son activité d'humidité de surface augmente, puis revient à son niveau d'origine. Lorsque l'activité de l'humidité augmente, le sucre se dissout en solution et se recristallise à la surface lorsque l'activité de l'humidité diminue. Cela provoque la formation d'une couche blanche, semblable à des cristaux de sucre en poudre sur la surface du chocolat, ce qui rend la texture rugueuse du chocolat et affecte son attrait visuel. En outre, cela modifie les propriétés de fonte du chocolat lorsqu'il est consommé, affectant le goût soyeux attendu.

Pour éviter la formation de glaçage, l'activité d'humidité idéale du produit chocolaté doit être déterminée par un test d'activité d'humidité et traitée conformément à cette norme. En outre, il est également essentiel de maintenir des conditions de stockage stables, ce qui empêche les fluctuations de l'activité de l'humidité de déclencher des phénomènes de givrage.

Activité et migration de l'humidité

Les bonbons au chocolat sont généralement composés de solides de chocolat mélangés à d'autres ingrédients tels que le nougat, le beurre d'arachide, les noix ou les fruits. Ces combinaisons renforcent l'attrait pour les consommateurs en offrant une variété de goûts et de saveurs au - delà du chocolat pur. Cependant, la stabilité d'un produit Multi - ingrédients dépend de la prévention de la migration de l'humidité entre les couches, car la migration de l'humidité peut entraîner des changements de goût indésirables et, plus grave encore, affecter la sécurité microbiologique.

Alors que le revêtement de chocolat peut agir comme une barrière naturelle à l'humidité en raison de sa teneur élevée en matières grasses, les changements dans l'activité de l'humidité du chocolat lui - même peuvent affecter ses propriétés protectrices et ses qualités globales. La stratégie la plus efficace pour empêcher la migration de l'humidité est de faire en sorte que tous les ingrédients finissent par avoir la même activité d'humidité. L'humidité se déplace des zones où l'activité de l'eau est plus élevée (énergie plus élevée) vers les zones où l'activité de l'eau est plus faible, plutôt que sur la base de la teneur en humidité. C'est une différence clé: C'est l'activité de l'eau, pas la concentration d'humidité, qui entraîne la migration de l'eau.

Par exemple, dans les barres de beurre d'arachide au chocolat présentées dans le tableau 1, l'activité d'humidité du chocolat a été mesurée à 0455 Aw et celle du beurre d'arachide à 0450 AW. Ces valeurs presque identiques indiquent que le produit atteint un bon équilibre et qu'il est peu probable que la migration de l'humidité se produise dans le temps, ce qui contribue à sa stabilité à long terme.

Le rôle de l’emballage

Comme nous l'avons mentionné dans les sections précédentes, l'allongement de la durée de conservation d'un produit de chocolat repose sur trois étapes clés: la production du produit dans la plage idéale d'activité de l'humidité, la vérification de celle - ci au moyen de spécifications de libération de l'activité de l'humidité et de tests d'assurance de la qualité, et la prévention des modifications de l'activité de l'humidité résultant de la migration de l'humidité ou de l'exposition à différentes conditions de stockage. Bien que la question de la migration de l'humidité ait déjà été abordée, le principal moyen de prévenir les variations de l'activité de l'humidité dues à l'exposition environnementale est l'emballage.

L'emballage agit comme une barrière anti - humidité et peut protéger les produits chocolatés contre l'absorption ou la perte d'humidité lorsque l'humidité environnante est différente de l'activité de l'humidité du produit. L'efficacité d'un matériau d'emballage est généralement mesurée par son taux de transmission de la vapeur d'eau (wvtr), et plus le wvtr est faible, meilleure est l'efficacité de la barrière contre l'humidité. Un wvtr élevé signifie que l'eau traverse plus facilement l'emballage, ce qui peut modifier l'activité d'humidité du produit et affecter sa qualité.

Choisir le bon matériau d'emballage nécessite un équilibre entre performance et coût. Bien que les matériaux avec des valeurs wvtr inférieures protègent mieux, ils ont également tendance à être plus chers. Choisir un emballage avec un wvtr inférieur aux besoins réels entraîne une augmentation inutile des coûts et réduit la rentabilité. L'objectif est de trouver un emballage qui soit à la fois abordable et qui préserve la stabilité du produit dans les conditions de stockage prévues.

En utilisant l'activité d'humidité du produit, la connaissance des propriétés hygroscopiques et des modèles mathématiques, il est possible de prédire l'emballage idéal pour ce produit. Bien que ce livre blanc ne traite pas des étapes détaillées de cette modélisation, Novartis Motorsport peut fournir un soutien et des conseils aux fabricants intéressés à adopter cette approche.

Résumé

La clé pour prolonger la durée de conservation d'un produit chocolaté est de déterminer et de maintenir la plage idéale d'activité de l'humidité dans laquelle la texture, la saveur, l'apparence et le goût du produit peuvent atteindre l'état. Il est de la responsabilité des chercheurs et des formulateurs de déterminer cette gamme idéale à l'aide d'expériences et de tests d'activité de l'humidité, en particulier lors du développement d'alternatives plus saines qui pourraient modifier les composants contrôlant l'activité de l'humidité. Une fois que cette activité d'humidité idéale est déterminée, elle devient la norme de spécification pour la libération du produit, et les tests d'assurance qualité de routine garantissent que chaque lot répond aux exigences cibles. Enfin, il est essentiel de maintenir l'activité d'humidité du produit pendant le transport et le stockage. Cela peut être réalisé en choisissant des matériaux d'emballage qui bloquent efficacement l'humidité, empêchant les changements dus à l'humidité ambiante ou à la migration de l'humidité. En contrôlant l'activité de l'humidité tout au long du processus de formulation, de production et de distribution, les fabricants peuvent garantir la qualité, la sécurité et la durée de conservation prolongée de leurs produits. Novasina fournit à la fois des connaissances sur l'application de l'activité de l'humidité dans les confiseries au chocolat et les propriétés instrumentales nécessaires pour maintenir la qualité et la sécurité des produits.

Références

1. Geiger, M. 2023. Chocolat - durée de conservation, stockage et floraison. Iowa State University Extension (en anglais seulement).

2. Beuchat, L. 1983. Influence de l'activité de l'eau sur la croissance, les activités métaboliques et la survie des levures et des moisissures. Journal de la protection des aliments 46(2):135-141.

3. Scott, W. 1957. Relations d'eau des micro-organismes dégradants alimentaires. Progrès dans la recherche alimentaire 7:83-127.

4. Sutar, A.A., Dashpute, R.S., Shinde, Y.D. et al. Un examen systémique de la condition physique et de la survie de la salmonelle dans un environnement dynamique et des moyens concevables de son atténuation. Indian J Microbiol 64, 267-286 (2024).