Wasseraktivität zur Überwachung der Qualität von getrocknetem Brennereikorn

DDGS (Dried Distillers Grain with Solubles) ist ein Nebenprodukt des Getreide-Bioethanol-Herstellungsprozesses. Es wird in einem mehrstufigen Verfahren hergestellt. Zunächst wird das nicht vergärbare Material, das bei der Ethanolherstellung übrig bleibt, als Schlempe entfernt. Überschüssiges Wasser wird durch Zentrifugieren aus der Schlempe entfernt, und die nassen Körner werden mit kondensiertem Destillationsschrot kombiniert und getrocknet, um DDGS zu erzeugen. DDGS wird in erster Linie als hochwertiges Ergänzungsfuttermittel verkauft, kann aber auch als Nahrungsergänzungsmittel für den Menschen verwendet werden. Der Verkauf von DDGS trägt wesentlich zur wirtschaftlichen Lebensfähigkeit einer Ethanolproduktionsanlage bei. Daher ist die Optimierung der Qualität und Haltbarkeit von DDGS von größter Bedeutung.

Empfohlene Analysemethoden für DDGS

Am 1. Februar 2007 veröffentlichte die American Feed Industry Association eine Studie mit dem Titel "Evaluation of Analytical Methods for Analysis of Dried Distillers Grains with Solubles". Diese Studie untersuchte die Wirksamkeit von Analysemethoden für die Bewertung von DDGS. Ziel der Studie war es, eine Reihe von Tests auszuwählen, die die physikalischen und chemischen Eigenschaften von DDGS am besten charakterisieren und seine Sicherheit und Qualität gewährleisten. Die wichtigsten Aspekte der Haltbarkeit von DDGS sind die Anfälligkeit für mikrobiellen Abbau, die Aufrechterhaltung der Fließeigenschaften und die Feuchtigkeitsmigration.

Wasser hat Einfluss auf all diese Belange

In dieser Studie wurde als einzige Methode zur Analyse der Feuchtigkeit der Feuchtigkeitsgehalt angegeben. Leider ist der Feuchtigkeitsgehalt nicht die effektivste Methode zur Analyse der Feuchtigkeit im Hinblick auf die oben genannten Probleme. Die Wasseraktivität ist ein besserer Prädiktor für die mikrobielle Sicherheit, die Fließeigenschaften und die Feuchtigkeitsmigration. Ethanolhersteller können die Qualität ihres DDGS-Produkts erfolgreicher sicherstellen und gleichzeitig Zeit und Geld sparen, wenn sie die Wasseraktivität als eine ihrer Qualitätssicherungsprüfungen einsetzen.

Was ist Wasseraktivität?

Die Wasseraktivität stellt den Energiestatus des Wassers im System dar und ist gleich der relativen Luftfeuchtigkeit im Gleichgewicht mit einer Probe in einer geschlossenen Kammer. Sie basiert auf der Thermodynamik und ist definiert als der Dampfdruck von Wasser (p) über einer Probe geteilt durch den Dampfdruck von reinem Wasser (_po) bei einer bestimmten Temperatur. Auch wenn dies wissenschaftlich nicht korrekt ist, kann es hilfreich sein, sich die Wasseraktivität als die Menge des "verfügbaren" Wassers in DDGS vorzustellen. Sie wird nicht dadurch bestimmt, wie viel Wasser in DDGS vorhanden ist, sondern ist ein Vergleich, wie sehr das Wasser in DDGS reinem Wasser ähnelt und sich wie dieses verhält.

Die Wasseraktivitätswerte entsprechen einer Skala, die von 0 (knochentrocken) bis 1,0 (reines Wasser) reicht.

Wenn die Wasseraktivität abnimmt, verliert das Wasser in DDGS an Energie, ist weniger verfügbar und verhält sich immer weniger wie reines Wasser. Eine Wasseraktivität von 0,80 würde beispielsweise darauf hinweisen, dass das Wasser im System genügend Energie hat, um das Schimmelwachstum zu unterstützen, während eine Wasseraktivität von weniger als 0,60 bedeutet, dass das Wasser im System das Wachstum von Mikroorganismen nicht unterstützen kann. Mit zunehmender Wasseraktivität wird das Wasser auch mobiler, was die molekulare Mobilität beeinflusst und die chemischen und enzymatischen Reaktionsraten erhöht. Beispielsweise ist die Geschwindigkeit der Bräunungsreaktionen bei einer Wasseraktivität von 0,25 minimal, steigt mit zunehmender Wasseraktivität stetig an und erreicht bei etwa 0,80_aw ein Maximum.

Wasseraktivität kontrolliert mikrobielles Wachstum

Das Konzept der Wasseraktivität dient Mikrobiologen und Lebensmitteltechnologen seit Jahrzehnten und ist das am häufigsten verwendete Kriterium für Lebensmittelsicherheit und -qualität. Mikroorganismen haben eine begrenzte Wasseraktivität, unterhalb derer sie nicht wachsen können. Die Wasseraktivität, nicht der Feuchtigkeitsgehalt, bestimmt die untere Grenze des für das mikrobielle Wachstum "verfügbaren" Wassers. Da Bakterien, Hefen und Schimmelpilze ein bestimmtes Maß an Wasser benötigen, um wachsen zu können, ist die Trocknung von DDGS unterhalb eines kritischen Wasseraktivitätsniveaus ein wirksames Mittel zur Kontrolle des mikrobiellen Wachstums. Wasser kann auch bei einem höheren als dem normalerweise akzeptablen Gehalt in DDGS vorhanden sein, aber wenn der Energiegehalt ausreichend niedrig ist, können die Mikroorganismen das Wasser nicht zur Unterstützung ihres Wachstums nutzen. Dieser "wüstenartige" Zustand führt zu einem osmotischen Ungleichgewicht zwischen den Mikroorganismen und der lokalen Umgebung. Infolgedessen werden die Mikroorganismen inaktiv oder sterben ab. Die Wasseraktivität, die das Wachstum der meisten pathogenen Bakterien einschränkt, liegt bei 0,90, für verderbliche Schimmelpilze gilt eine Wasseraktivität von 0,70, und die untere Grenze für alle Mikroorganismen liegt bei 0,60.

Die Wasseraktivität hilft, Verklumpen, Zusammenfallen und Klebrigkeit zu kontrollieren

Die Wasseraktivität kann auch ein Indikator für die physikalische Stabilität von DDGS während der Lagerung sein. Aufgrund ihrer Auswirkung auf die einfache Handhabung ist die Fließfähigkeit ein wichtiger Aspekt der physikalischen Stabilität von DDGS. Die Kontrolle der Wasseraktivität in DDGS erhält die richtige Struktur, Textur, Stabilität und Dichte. Es kann eine kritische Wasseraktivität ermittelt werden, unterhalb derer DDGS seine Fließeigenschaften beibehält. Oberhalb dieser kritischen Wasseraktivität werden die DDGS-Partikel benetzt und beginnen zu verkleben. Folglich ist die Kenntnis der Wasseraktivität von DDGS als Funktion des Feuchtigkeitsgehalts und der Temperatur während der Verarbeitung, Handhabung, Verpackung und Lagerung unerlässlich, um das schädliche Phänomen des Zusammenbackens, Verklumpens, Zusammenfallens und Klebens zu verhindern. Die Wasseraktivität ist der effektivste Qualitätssicherungs-Test, um die Anfälligkeit von DDGS für verminderte Fließeigenschaften zu beurteilen.

Wasseraktivität steuert Feuchtigkeitsmigration

Da die Wasseraktivität ein Maß für den Energiestatus des Wassers ist, sind Unterschiede in der Wasseraktivität die treibende Kraft für die Feuchtigkeitsmigration. Die Kenntnis darüber, ob Wasser innerhalb einer DDGS-Ladung absorbiert oder desorbiert wird, ist für die Verhinderung eines Abbaus von entscheidender Bedeutung. Daher ist die Wasseraktivität ein wichtiger Parameter, da sie die Wasserwanderung in gemischten DDGS-Partien steuern kann. Verschiedene DDGS-Ladungen können aufgrund unterschiedlicher Trocknungsbedingungen und der Menge an zugesetzten Lösemitteln unterschiedliche Wasseraktivitäten aufweisen. Definitionsgemäß besagt die Wasseraktivität, dass Feuchtigkeit aus einem Bereich mit hoher Wasseraktivität in einen Bereich mit niedrigerer Wasseraktivität wandert, aber die Geschwindigkeit der Migration hängt von vielen Faktoren ab.

Die Antwort hängt von den Wasseraktivitäten der beiden Ladungen ab. Wenn die Wasseraktivitäten der beiden Ladungen unterschiedlich sind, kommt es zu einem Feuchtigkeitsaustausch, auch wenn der Feuchtigkeitsgehalt gleich ist. Diese Feuchtigkeitsverlagerung könnte zu Fließproblemen oder mikrobiellem Wachstum führen.

Wasseraktivität ist ein wirksames Instrument der Qualitätssicherung

Die Wasseraktivität ist ein wirksames Instrument der Prozesskontrolle und Qualitätssicherung zur Aufrechterhaltung der Stabilität und Sicherheit von DDGS und sollte als empfohlene Analysemethode für DDGS aufgenommen werden. Zusätzlich zu den oben genannten Gründen ist die Wasseraktivität eine effektivere Feuchtigkeitsanalyse als der Feuchtigkeitsgehalt, da sie empfindlicher und genauer ist. Im mittleren Feuchtigkeitsbereich, zu dem DDGS gehört, können Änderungen des Feuchtigkeitsgehalts, die aufgrund der begrenzten Genauigkeit der Feuchtigkeitsgehaltsanalyse nicht nachweisbar sind, zu großen Änderungen der Wasseraktivität und folglich zu Änderungen der Stabilität führen. Dies kann beunruhigend sein, wenn DDGS bis zu einem bestimmten Feuchtigkeitsgehalt getrocknet wird und plötzlich Stabilitätsänderungen auftreten, obwohl eine Änderung des Feuchtigkeitsgehalts nicht erkannt wird. Diese Stabilitätsveränderungen lassen sich vorhersagen, wenn eine Wasseraktivitätsspezifikation verwendet wird. Die Wasseraktivität ist eine schnelle, kostengünstige und genaue Methode, um die Qualität und Sicherheit von DDGS zu gewährleisten. Sie kann von jeder Ethanolanlage problemlos angewendet werden. Erfahren Sie mehr über Wasseraktivitätstests und DDGS, indem Sie den Aqualab Support kontaktieren.