Wasseraktivität für Lebensmittelsicherheit und -qualität

Kombinieren Sie Cracker mit 20 % Wassergehalt und Käsefüllung mit 30 %. Ein Rezept für matschige Cracker? Nicht, wenn die beiden Zutaten die gleiche Wasseraktivität haben.

Müssen Sie das Verklumpen und Anbacken einer Gewürzmischung vermeiden? Stimmen Sie die Wasseraktivitäten der Komponenten aufeinander ab, und das Problem ist gelöst.

Der Vitaminabbau ist eine Funktion der Wasseraktivität. Das Gleiche gilt für die Lipidoxidation, die Knusprigkeit, die Kaukraft, die Weichheit und viele andere Qualitätsfaktoren. Der Feuchtigkeitsgehalt sagt aus, wie viel Wasser in einem Produkt enthalten ist, aber das ist auch schon alles. Er kann keine dieser anderen Qualitäts- und Sicherheitsaspekte vorhersagen.

Warum Wasseraktivität?

Die Nützlichkeit der Wasseraktivitätals Qualitäts- und Sicherheitsmaßnahme wurde vorgeschlagen, als sich herausstellte, dass der Feuchtigkeitsgehalt die Schwankungen des mikrobiellen Wachstums nicht angemessen erklären kann. Die Wasseraktivität ist ein Maß für den Energiestatus des Wassers in einem System.

Das Konzept der Wasseraktivität (_aw) wird von Mikrobiologen und Lebensmitteltechnologen seit Jahrzehnten verwendet. Es ist das am häufigsten verwendete Kriterium für Sicherheit und Qualität.

Vorhersage von Sicherheit und Stabilität

Die Wasseraktivität sagt Sicherheit und Stabilität in Bezug auf mikrobielles Wachstum, chemische und biochemische Reaktionsraten und physikalische Eigenschaften voraus. Abbildung 1 zeigt die Stabilität in Bezug auf die Grenzen des mikrobiellen Wachstums und die Raten der Abbaureaktionen in Abhängigkeit von der Wasseraktivität.

Durch Messung und Kontrolle der Wasseraktivität ist es möglich,:

• Vorhersage, welche Mikroorganismen potenzielle Verderbnis- und Infektionsquellen sein werden
• Aufrechterhaltung der chemischen Stabilität der Produkte
• Minimierung von nicht-enzymatischen Bräunungsreaktionen und spontanen autokatalytischen Lipidoxidationsreaktionen
• Verlängert die Aktivität von Enzymen und Vitaminen
• Optimierung der physikalischen Eigenschaften von Produkten hinsichtlich Feuchtigkeitsmigration, Textur und Haltbarkeit

Begrenzung des mikrobiellen Wachstums

Mikroorganismen haben einen Grenzwert der Wasseraktivität, unter dem sie nicht wachsen können. Die Wasseraktivität, nicht der Feuchtigkeitsgehalt, bestimmt die untere Grenze des "verfügbaren" Wassers für das mikrobielle Wachstum. Da Bakterien, Hefen und Schimmelpilze eine bestimmte Menge an "verfügbarem" Wasser für ihr Wachstum benötigen, ist die Entwicklung eines Produkts unterhalb eines kritischen Wasseraktivitätsniveaus ein wirksames Mittel zur Wachstumskontrolle.

Wasser kann in einem Produkt vorhanden sein, selbst bei hohem Gehalt, aber wenn das Energieniveau ausreichend niedrig ist, können die Mikroorganismen das Wasser nicht entfernen, um ihr Wachstum zu unterstützen. Dieser "wüstenartige" Zustand schafft ein osmotisches Ungleichgewicht zwischen den Mikroorganismen und der lokalen Umgebung. Folglich können die Mikroorganismen nicht wachsen.

Hürden-Technologie

Während Temperatur, pH-Wert und verschiedene andere Faktoren beeinflussen können, ob und wie schnell Mikroorganismen wachsen, ist die Wasseraktivität oft der wichtigste Faktor. Die Wasseraktivität kann mit anderen konservierenden Faktoren(Hürden) wie Temperatur, pH-Wert, Redoxpotential usw. kombiniert werden, um Bedingungen zu schaffen, die Mikroorganismen hemmen. Die Wasseraktivität, die das Wachstum der meisten pathogenen Bakterien einschränkt, liegt bei 0,_90aw (0,_70aw für verderbliche Schimmelpilze). Der untere Grenzwert für alle Mikroorganismen liegt bei 0,_60aw.

Chemische/biochemische Reaktivität

Die Wasseraktivität beeinflusst nicht nur den mikrobiellen Verderb, sondern auch die chemische und enzymatische Reaktivität. Wasser kann die chemische Reaktivität auf verschiedene Weise beeinflussen. Es kann als Lösungsmittel oder Reaktant fungieren oder die Mobilität der Reaktanten verändern, indem es die Viskosität des Systems beeinflusst. Die Wasseraktivität beeinflusst die nicht-enzymatische Bräunung, die Oxidation von Lipiden, den Abbau von Vitaminen und anderen Nährstoffen, enzymatische Reaktionen, die Denaturierung von Proteinen, die Gelatinierung von Stärke und die Retrogradation von Stärke. Je geringer die Wasseraktivität ist, desto geringer ist in der Regel die Geschwindigkeit der chemischen Abbaureaktionen.

Physikalische Eigenschaften

Die Wasseraktivität bestimmt nicht nur die Geschwindigkeit verschiedener chemischer und enzymatischer Reaktionen, sondern beeinflusst auch die Beschaffenheit von Lebensmitteln. Lebensmittel mit einer hohen Wasseraktivität haben eine Textur, die als feucht, saftig, zart und kaubar beschrieben wird. Wenn die Wasseraktivität dieser Produkte gesenkt wird, treten unerwünschte Textureigenschaften wie Härte, Trockenheit, Schalheit und Zähigkeit auf. Produkte mit geringer Wasseraktivität haben normalerweise Textureigenschaften, die als knusprig und knackig beschrieben werden, während diese Produkte bei höherer Wasseraktivität in eine matschige Textur übergehen. Kritische Wasseraktivitäten bestimmen, wo Produkte aus sensorischer Sicht inakzeptabel werden.

Anbacken, Verklumpen, Zusammenfallen und Klebrigkeit

Die Wasseraktivität ist ein wichtiger Faktor, der die Stabilität von Pulvern und dehydrierten Produkten während der Lagerung beeinflusst. Die Kontrolle der Wasseraktivität in einem Pulverprodukt sorgt für die Aufrechterhaltung der richtigen Produktstruktur, Textur, Stabilität, Dichte und Rehydratationseigenschaften. Die Kenntnis der Wasseraktivität von Pulvern als Funktion des Feuchtigkeitsgehalts und der Temperatur ist bei der Verarbeitung, Handhabung, Verpackung und Lagerung von entscheidender Bedeutung, um das schädliche Phänomen des Verbackens, Verklumpens, Zusammenfallens und Klebrigwerdens zu verhindern. Das Verklumpen ist abhängig von der Wasseraktivität, der Zeit und der Temperatur und hängt mit dem Zusammenfallen des Pulvers unter der Schwerkraft zusammen.

Feuchtigkeitsmigration

Da die Wasseraktivität ein Maß für den Energiestatus des Wassers ist, sind Unterschiede in der Wasseraktivität zwischen den Komponenten die treibende Kraft für die Feuchtigkeitsmigration, wenn sich das System im Gleichgewicht befindet. Daher ist die Wasseraktivität ein wichtiger Parameter bei der Kontrolle der Wasserwanderung von Mehrkomponentenprodukten. Einige Lebensmittel enthalten Komponenten mit unterschiedlicher Wasseraktivität, wie z. B. gefüllte Snacks oder Cerealien mit Trockenfrüchten. Per Definition besagt die Wasseraktivität, dass die Feuchtigkeit von einem Bereich mit hoher Wasseraktivität in einen Bereich mit niedrigerer Wasseraktivität wandert, aber die Geschwindigkeit der Migration hängt von vielen Faktoren ab. Unerwünschte Texturveränderungen können durch Feuchtigkeitsmigration in mehrkomponentigen Lebensmitteln entstehen. Wenn beispielsweise die Feuchtigkeit von den Trockenfrüchten mit höherer Wasseraktivität in die Getreideflocken mit niedrigerer Wasseraktivität wandert, werden die Früchte hart und trocken, während die Getreideflocken weich werden.

Unterschiede in der Wasseraktivität zwischen Komponenten oder zwischen einer Komponente und der Umgebungsfeuchtigkeit sind eine treibende Kraft für die Feuchtigkeitsmigration. Die Kenntnis darüber, ob Wasser von einer bestimmten Komponente absorbiert oder desorbiert wird, ist von entscheidender Bedeutung, um eine Verschlechterung zu verhindern, insbesondere wenn der Stoff feuchtigkeitsempfindlich ist. Wenn beispielsweise gleiche Mengen der Komponente 1 mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 2 % und der Komponente 2 mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 10 % zusammengemischt werden müssen, wird es dann zu einem Feuchtigkeitsaustausch zwischen den Komponenten kommen? Der endgültige Feuchtigkeitsgehalt des gemischten Materials würde 6 % betragen, aber gab es einen Feuchtigkeitsaustausch zwischen den Komponenten 1 und 2? Die Antwort hängt von den Wasseraktivitäten der beiden Komponenten ab. Wenn die Wasseraktivitäten der beiden Komponenten gleich sind, findet kein Feuchtigkeitsaustausch zwischen den beiden Komponenten statt. Auch zwei Bestandteile mit gleichem Feuchtigkeitsgehalt sind möglicherweise nicht kompatibel, wenn sie gemischt werden. Werden zwei Materialien mit unterschiedlicher Wasseraktivität, aber gleichem Wassergehalt gemischt, so gleicht sich das Wasser zwischen den Materialien aus, bis ein Gleichgewicht der Wasseraktivität erreicht ist.

Lagerfähigkeit/Verpackung

Die Wasseraktivität ist ein entscheidender Faktor bei der Bestimmung der Haltbarkeit von Produkten. Für mikrobielle Eigenschaften, Textur, Geschmack, Aussehen, Aroma, Nährwert und Kocheigenschaften von Lebensmitteln können kritische Ober- und Untergrenzen für die Wasseraktivität festgelegt werden. Die Geschwindigkeit des Feuchtigkeitsaustauschs durch die Verpackung und die Geschwindigkeit der Veränderung der Wasseraktivität des Lebensmittels in Richtung einer kritischen Grenze bestimmen die Haltbarkeit eines Produkts. Die Kenntnis der Temperatur, der relativen Luftfeuchtigkeit der Umgebung und der kritischen Wasseraktivitätswerte hilft bei der Auswahl einer Verpackung mit den richtigen Barriereeigenschaften, um Qualität und Haltbarkeit zu optimieren.

Beherrschen Sie die Grundlagen

In diesem 20-minütigen Webinar erhalten Sie einen Überblick über die wichtigsten Aspekte der Wasseraktivität. Sie werden lernen:

Was Wasseraktivität ist
-Wie sie sich vom Feuchtigkeitsgehalt unterscheidet
-Warum sie das mikrobielle Wachstum steuert
-Wie das Verständnis der Wasseraktivität Ihnen helfen kann, die Feuchtigkeit in Ihrem Produkt zu kontrollieren.