Natürliche Inhaltsstoffe 101: Feuchtigkeit in Trockenfrüchten und Nüssen

Die Messung und das Management des Feuchtigkeitsgehalts natürlicher Inhaltsstoffe ist eine der zuverlässigsten und kosteneffizientesten Methoden, um Probleme bei der Formulierung, Produktionsverzögerungen und Qualitätsprobleme zu vermeiden, die häufig auftreten. 

Das METER-Forschungs- und Entwicklungslabor für Lebensmittel hat einigen der größten Lebensmittelunternehmen der Welt dabei geholfen, die Inkonsistenz ihrer natürlichen Zutaten zu verstehen und zu beseitigen. In dieser Sendung werden Mary Galloway (Leiterin des F&E-Labors) und Zachary Cartwright (leitender Lebensmittelwissenschaftler) darüber berichten, wie sie geholfen haben und was sie dabei gelernt haben. 

Abschrift, aus Gründen der Klarheit bearbeitet

Dr. Zachary Cartwright: Willkommen bei Natural Ingredients 101, wo wir über Trockenfrüchte und Nüsse sprechen werden. Unabhängig davon, ob Sie diese als Endprodukte oder als Zutaten verwenden, wollen wir darüber sprechen, wie Sie den Wassergehalt in diesen Produkten kontrollieren und überwachen können.

Zunächst werden wir über die Variabilität bei Trockenfrüchten und Nüssen sprechen. Beginnen wir mit Früchten und zeigen ein Bild. Es sieht aus wie ein Streudiagramm, das die Beziehung zwischen der Wasseraktivität auf der X-Achse und dem Feuchtigkeitsgehalt auf der Y-Achse zeigt. Vielleicht können Sie uns erklären, was wir hier sehen.

Mary Galloway: Sicher. Es gibt eine große Variabilität innerhalb der verschiedenen Obstsorten, aber es gibt auch eine große Vielfalt innerhalb einer Obstsorte. Lassen Sie uns die Daten für Blaubeeren herausziehen.

Wir werden in diesem Webinar Blaubeeren und Mandeln als Beispiele verwenden, aber die Prinzipien gelten auch für andere Früchte und Nüsse.

Ein Teil der Variabilität bei den Früchten hat mit dem Zucker- und Ballaststoffgehalt zu tun, den man in den Früchten findet. Wie ich bereits erwähnt habe, können diese Faktoren zwischen den verschiedenen Obstsorten variieren. Mangos zum Beispiel sind eine sehr faserhaltige Frucht und haben ein sehr unterschiedliches Verhältnis zueinander. Hier gibt es eine große Variabilität bei der Wasseraktivität und dem Feuchtigkeitsgehalt. Bei Heidelbeeren ist das Verhältnis zwischen Wasseraktivität und Feuchtigkeitsgehalt eher vorhersehbar.

Aber auch dann gibt es Unterschiede im Zucker- und Ballaststoffgehalt, sogar bei Heidelbeeren. Sortenunterschiede spielen ebenso eine Rolle wie die Trocknungsmethode und die Art der Verarbeitung. Wurde sie als natürliche, ungesüßte Blaubeere verarbeitet, oder wurde ihr Zucker oder etwas anderes zugesetzt? Auch die Anbausaison kann einen großen Einfluss haben. Selbst wenn Sie Jahr für Jahr genau denselben Erzeuger und dieselbe Sorte haben, können sich die Eigenschaften der Beeren aufgrund der Unterschiede in der Anbausaison unterscheiden.

Ein weiterer Faktor, bei dem es zu Schwankungen kommt, ist der pH-Wert. Der pH-Wert wirkt sich vor allem bei Obst stärker aus als bei anderen Zutaten. Obst ist in der Regel sauer, das heißt, es hat einen niedrigen pH-Wert. Wenn Sie etwas haben, das einen höheren Säuregehalt aufweist, können Sie mit einer etwas höheren Wasseraktivität auskommen, da Sie nicht so viele Probleme mit Schimmelpilzbefall haben werden.

Angenommen, Sie stellen einen Riegel oder einen Snack her und bekommen eine Frucht mit einem bestimmten pH-Wert geliefert. Sie finden den Grenzwert für die Wasseraktivität, der die Frucht sicher macht, und machen weiter. Aber vielleicht wird die Frucht im nächsten Jahr mit einem niedrigeren pH-Wert geliefert - jetzt haben Sie diesen Sicherheitspuffer nicht mehr. 

ZC: Ich bin froh, dass Sie die Anbausaison angesprochen haben. Ich habe mit vielen Unternehmen zusammengearbeitet, und auch wenn sie Jahr für Jahr getrocknete Kirschen oder das gleiche Produkt herstellen, variieren sie doch je nach Anbausaison. Das macht die Messung des Feuchtigkeitsgehalts selbst von Jahr zu Jahr zu einer Herausforderung. 

Was ist mit Nüssen? Welche Art von Variabilität sehen Sie bei Nüssen? Mehr oder weniger Schwankungen? Oder ist es ein ähnliches Streudiagramm, das wir uns ansehen werden?

MG: Immer noch ein Streudiagramm, aber nicht mehr so sehr. Wir haben hier eine Grafik, in der wir eine Vielzahl von Nüssen aus einer ähnlichen Studie zeigen, die wir durchgeführt haben. Wir haben eine Menge verschiedener Nüsse, Mandeln, Erdnüsse, Cashews, und Sie können sehen, dass es ein bisschen verrückt ist. 

Wenn wir speziell Mandeln herausnehmen, können Sie einen ziemlich schönen Trend erkennen, aber er unterscheidet sich von dem der Heidelbeeren. Wir befinden uns in einem viel niedrigeren Wasseraktivitätsbereich. Die Schwankungen sind nicht so groß, aber es gibt immer noch Schwankungen, und zwar aus ähnlichen Gründen.

Aber auch jenseits der Anbausaison und dem, worüber wir bereits gesprochen haben, kann die Verarbeitung ein wichtiger Faktor sein. Ist es roh? Ist es getrocknet? Ist es gesalzen? Wurde sie aromatisiert? All diese Faktoren beeinflussen die Wasseraktivität und den Feuchtigkeitsgehalt einer Nuss.

Außerdem ist zu bedenken, dass Nüsse in einem niedrigeren Wasseraktivitätsbereich leben. Wenn diese niedrig ist, können sie ranzig werden. Darüber haben wir in anderen Webinaren gesprochen. 

Grundsätzlich gilt, dass bei geringer Wasseraktivität die Lipide stärker der Umwelt ausgesetzt sind und stärker oxidieren. Das ist sowohl für die Nusszüchter als auch für die Importeure ein wichtiger Aspekt. 

Wir können die isotherme Beziehung zur Veranschaulichung verwenden. Sie können eine eindeutige Beziehung zwischen der Wasseraktivität und dem Feuchtigkeitsgehalt erkennen. 

Aber wie bei Früchten muss man sich überlegen, wofür und in welcher Form man die Nuss verwenden will. Sie sind weniger variabel, was toll ist, aber verwenden wir sie als Snack oder als Zutat? Ist sie ganz, gesalzen, eine Paste oder nur in Stücken? All dies wirkt sich darauf aus, wie einfach es ist, die Wasseraktivität und den Feuchtigkeitsgehalt der Nüsse zu verändern.

ZC: Großartig. Um diesen ersten Abschnitt zusammenzufassen: Was wir hier zu zeigen versuchen, ist, dass es eine große Variabilität gibt, egal ob es sich um Obst oder Nüsse handelt. Wir haben diese beiden Streudiagramme gezeigt. Im nächsten Abschnitt werden wir uns auf die Auswirkungen der Variabilität konzentrieren, darauf, wie man die Variabilität verringern kann, und dann werden wir uns mit Isothermen befassen und damit abschließen, was passiert, wenn wir diese Dinge miteinander vermischen.

Auswirkungen der Variabilität

ZC: Lassen Sie uns über einige der Auswirkungen der Variabilität sprechen. Wir beginnen mit dem Offensichtlichen: Textur und Geschmack. Mary hat ein kleines Experiment für uns vorbereitet. Ich werde sie beschreiben lassen, was wir hier vor uns haben.

MG: Ja. Wir haben zwei verschiedene Bedingungen festgelegt, um die Unterschiede zwischen einer überhydrierten oder hydrierten Frucht oder Nuss und einer übermäßig getrockneten zu demonstrieren. Diese Heidelbeeren hier und diese Mandeln haben wir auf eine höhere Wasseraktivität eingestellt. Sie liegen bei etwa 0,7. 

Ich weiß, es ist auf dem Video etwas schwer zu erkennen, aber für eine Blaubeere ist sie sehr weich. Sie hat eine wirklich weiche Textur. Für eine Blaubeere ist das nicht schlecht, obwohl man vorsichtig sein sollte, denn es gibt eine Schimmelgrenze von 0,7. Selbst bei dem pH-Wert, über den ich gesprochen habe, würde ich nicht empfehlen, zu nahe an diesen Bereich heranzugehen. Diese Textur ist weich genug, um ideal zu sein, wenn man sie einfach so essen würde - solange sie nicht schimmlig sind. 

Aber für die Mandel ist die Wasseraktivität anders. Sie ist zu feucht, die Wasseraktivität ist zu hoch für die Mandel, und sie wird weich sein. Stellen Sie sich vor, wie es ist, in eine weiche Nuss zu beißen. Wenn ich darauf drücke, kann ich spüren, wie sie ein wenig nachgibt. Jeder weiß, wie sich das anfühlt - es ist nicht gut. 

Im Vergleich zu den feuchteren Proben haben wir es hier mit getrockneten Mandeln und Heidelbeeren zu tun. Für die Mandel ist dies ein natürlicher Ort, an dem sie eine geringere Wasseraktivität aufweist. Wenn man darauf beißt, bekommt man einen schönen Biss. Aber für die Blaubeeren ist es viel zu hart. Für die Blaubeeren ist das kein schöner Ort zum Leben.

So wie eine weiche Nuss eklig ist, ist eine steinharte Frucht nicht appetitlich. Hör mal - ich kann sie im Glas hin und her rütteln. Das macht Krach.

ZC: Ja. Man kann den Unterschied hören. Auf jeden Fall.

MG: Sie haben gehört, dass diese ausgetrocknet sind, richtig? Wenn wir versuchen, ein Gleichgewicht zwischen Wasseraktivität und Feuchtigkeitsgehalt zu finden, müssen Sie berücksichtigen, was das mit Ihren Zutaten macht. Ist die Wasseraktivität zu niedrig und die Textur wird hart, oder ist sie zu hoch und die Textur wird weich? Wir müssen ein Gleichgewicht zwischen beidem finden.

ZC: Ich möchte Sie nur ein wenig darüber befragen, wie Sie dieses Experiment aufgebaut haben. Wie haben Sie die Wasseraktivitäten bestimmt, auf die sich das Gleichgewicht einstellen sollte, und woher stammen diese Zahlen?

MG: Meistens achten wir auf die natürliche Wasseraktivität unserer Zutaten. Wir haben einige Beispiele, bei denen wir sie so genommen haben, wie sie natürlich sind, und sie gemischt haben. Sie können sich vorstellen, wohin diese gehen, wenn wir nichts mit ihnen machen, wenn wir sie einfach direkt von einem Lieferanten nehmen und mischen, wohin gehen sie dann?

Wir beginnen dort, wo sie von Natur aus beginnen, und gehen von dort aus. Es gibt bestimmte Gründe und einige Herausforderungen, wenn wir eine niedrige Wasseraktivität haben, wie bei den Nüssen wegen der Ranzigkeit, die wir vermeiden wollen. Aber meistens sind wir einfach in ihren natürlichen Gebieten geblieben und haben sie dann umgedreht - bei der geringen Wasseraktivität der Mandeln haben wir die Blaubeeren nach unten gelegt und umgekehrt für die oberen, um eine feuchtere Blaubeere zu erhalten und um zu sehen, was es mit den Mandeln macht.

ZC: Das geht auch auf unseren ersten Abschnitt zurück, in dem wir darüber sprachen, ob man sie als Zutat oder als Endprodukt verwenden wird. Denn man möchte vielleicht eine trockenere Blaubeere in einem Müsli oder so etwas. Aber wenn Sie die Blaubeeren als Snack verwenden, dann wollen Sie bestimmt etwas Weicheres. Wenn Sie sich überlegen, wie diese Produkte verwendet werden sollen, können Sie Ihr Ziel festlegen. 

Messung und Berücksichtigung von Feuchtigkeitsschwankungen in Früchten und Nüssen

ZC: Als Nächstes werden wir über die Messung und Berücksichtigung der Variabilität bei Früchten und Nüssen sprechen. Mary, ich möchte Sie fragen: Wie wird das heutzutage gemacht? Wie misst man die Feuchtigkeit in Früchten und Nüssen?

MG: Ja, meistens ist es nur der Feuchtigkeitsgehalt, den sie verwenden. Diese beiden Branchen gibt es schon sehr lange, daher haben sie einige archaische Methoden zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts. 

Oft wird der Verlust beim Trocknen gemessen, manchmal mit einer Feuchtigkeitsbilanz, was bedeutet, dass man einen schnelleren Feuchtigkeitsgehalt erhält, aber man hat eine wirklich heiße Lampe, die versuchen wird, die Feuchtigkeit zu vertreiben. Das Problem dabei ist, dass sowohl Obst als auch Nüsse Probleme mit hohen Temperaturen haben. Obst hat einen hohen Zuckergehalt, so dass es zu Bräunung und einer gewissen Kohlenwasserstoffumwandlung kommen kann. Dann können die Nüsse rösten, und das kann den Feuchtigkeitsgehalt verändern. 

In der Obstindustrie gibt es noch einige andere, ältere Methoden, bei denen die Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit einer Fruchtpaste gemessen wird. Das ist nicht die genaueste Methode, aber sie ist traditionell.

Wenn man über traditionelle Daten verfügt, ist es schwer, sich von dieser Messung zu lösen, wenn alle historischen Daten aus der Vergangenheit auf diese Weise gewonnen wurden. Aber dies könnte ein wirklich guter Übergang sein, um über die Beziehung zwischen Feuchtigkeitsgehalt und Wasseraktivität zu sprechen und warum das wichtig ist. 

ZC: Ja. In den vergangenen Abschnitten haben wir ziemlich oft die Wasseraktivität erwähnt. Der Grund dafür ist, dass die Wasseraktivität eine viel einfachere und präzisere Möglichkeit ist, über das Wasser in Ihrem Produkt nachzudenken und wie es direkt mit der Qualität oder sogar der Sicherheit zusammenhängt. Was wir hier also zeigen, ist ein Bild, das die Beziehung zwischen der Wasseraktivität auf der X-Achse und dem Feuchtigkeitsgehalt auf der Y-Achse zeigt. Aber wenn man sich das etwas genauer ansieht, kann man besser verstehen, wie diese Beziehung genutzt werden kann, insbesondere wenn wir in einem der nächsten Abschnitte über das Mischen sprechen. 

Wenn wir die gesamte Beziehung zwischen Wasseraktivität und Feuchtigkeitsgehalt bei einer bestimmten Temperatur abbilden, dann erhalten wir diese gesamte Feuchtigkeitskarte, die wir als Feuchtigkeits-Sorptions-Isotherme bezeichnen. Bei der METER Group haben wir eine wirklich einzigartige Möglichkeit, dies zu tun.

Wir haben eine Methode, die dynamische Taupunktisotherme. Im Grunde genommen können wir damit eine wirklich hochauflösende Isotherme erstellen, so dass wir die gesamte Beziehung sehen können. Diese Methode ist sehr nützlich, da sie uns beim Auf- und Abwärtsbewegen der Kurve hilft, Dinge wie Reaktionsgeschwindigkeiten zu verstehen. Sie haben bereits erwähnt, dass z. B. die Lipidoxidation bei bestimmten Wasseraktivitäten stattfindet. Wenn wir diese Feuchtigkeitskarte verwenden, können wir das richtige Ziel für unsere Mandeln festlegen, etwa 0,3 Wasseraktivität. Es gibt auch Bräunungsreaktionen oder Enzymaktivität, andere Dinge, die passieren können, wenn wir uns entlang dieser Kurve bewegen. Wir können die Isotherme auch nutzen, um vorherzusagen, wann mikrobielle Herausforderungen auftreten könnten. Egal, ob es sich um Schimmel, Bakterien oder Hefepilze handelt, diese Dinge werden mit zunehmender Wasseraktivität auftreten. Das können Sie bei der Betrachtung dieser isothermen Kurve im Hinterkopf behalten.

Der letzte Punkt, den es zu beachten gilt, sind Veränderungen in der Textur. Wenn es sich um ein Pulver handeln würde, könnte es sich um einen Tritt- und Verklumpungspunkt handeln. Auch hier, wo es um die Textur geht, können sich diese Texturveränderungen auf unserer isothermen Kurve zeigen und etwas sein, das wir als kritische Wasseraktivität bezeichnen können. Wir kennen den Bereich der Wasseraktivität, in dem wir bleiben müssen, bevor wir merkliche Veränderungen feststellen. Der Grund, warum ich diese Kurve erwähne, ist, dass sie eine wirklich gute Möglichkeit ist, über all diese verschiedenen Dinge nachzudenken, die die Sicherheit und die Qualität des von uns untersuchten Produkts beeinflussen. Diese Isotherme ist spezifisch für jedes der Produkte oder jeden der Inhaltsstoffe, die wir untersuchen. Gibt es irgendetwas, das ich übersehe, oder irgendetwas anderes, das Sie über die Verwendung von Isothermen hinzufügen würden?

MG: Nein, Sie haben wirklich gute Arbeit geleistet, und ich hoffe, dass Sie in der Lage sind, die verschiedenen Einflüsse zu veranschaulichen, die die Wasseraktivität auf ein Produkt haben kann, denn wenn wir die Wasseraktivität erhöhen, können verschiedene Veränderungen auftreten. Es gibt verschiedene Modi, die da drin passieren. Einige davon machen durchaus Sinn, wie die Bräunungsreaktion, die mit dem Wasser in der Umgebung von etwas zu tun hat. Wenn wir die Wasseraktivität erhöhen, schalten wir zwischen verschiedenen Modi um, aber all das hat Auswirkungen auf ein Produkt, das der Physik unterliegt, und dessen man sich bewusst sein muss.

ZC: Nehmen wir an, wir haben jetzt eine Isotherme. Wie kann diese Isotherme genutzt werden, um die Präzision zu verbessern, vor allem, wenn Sie daran denken, dass wir ein Beispiel mit der Pekannuss haben. 

Vielleicht können Sie dieses Beispiel durchgehen und darüber sprechen, wie sich die Schwankungen bei der Messung des Feuchtigkeitsgehalts auf der Isothermenkurve bemerkbar machen werden.

MG: Hier kommt es wirklich auf die Präzision der Messung an. Denn wenn wir eine ältere, traditionelle Methode verwenden, und das war ein Beispiel aus dem wirklichen Leben mit Pekannüssen von einem Pekannussbauern, wo ihre Methode zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts nur bis auf 0,5 genau war, nur ein halbes Prozent mehr Feuchtigkeitsgehalt, was ziemlich gut erscheint, oder?

ZC: Ja, wirklich gut, verglichen mit dem, was ich normalerweise sehe.

MG: Ja. Sie denken, oh ja, ein halbes Prozent. Damit wäre ich schon zufrieden. Aber wenn wir uns die Beziehung zur Feuchtigkeit in der Pekannuss ansehen, können wir das sehen, und wir haben eine zweite Grafik, die ein Plus oder Minus von 0,25 anzeigt. Die Hälfte davon, also 0,5, könnte den Wert ein wenig nach oben oder nach unten verschieben. Was bedeutet das in Bezug auf Sicherheit und Schimmelbildung? 

Wenn wir uns die Isotherme ansehen, werden wir feststellen, dass schon ein kleiner Anstieg des Feuchtigkeitsgehalts um ein Viertelprozent uns in den Bereich von 0,7 Wasseraktivität bringt, in dem Schimmel zu wachsen beginnen kann. Das ist eine große Sache. Wenn Sie nicht wissen, dass die Schwankungen in Ihrer einen Messung, die Sie verwenden, nicht alles aussagen, was Sie wissen müssen, wenn Sie sie wirklich betrachten.

Aber bei der Wasseraktivität ist die Granularität dieser Messung enorm. Wie Sie in der zweiten Grafik sehen können, haben wir einen Bereich von 0,01 Wasseraktivität, und wir können jedes kleine bisschen davon messen. Es ist also sehr leicht zu erkennen, wo wir beim Feuchtigkeitsgehalt wirklich liegen werden, und eigentlich geht es sowieso um die Wasseraktivität und nicht um den Feuchtigkeitsgehalt, wo die Schimmelgrenze erreicht wird oder wo wir in diesem Bereich Probleme bekommen werden.

ZC: Ich möchte noch einmal darauf hinweisen, dass 0,5 % vielleicht nicht einmal realistisch sind - meistens sehe ich plus oder minus eins oder sogar 2 % -, aber diese Grafik zeigt sehr gut, dass, wenn man nahe an diesem mikrobiellen Grenzwert liegt und nur den Feuchtigkeitsgehalt misst, die Wahrscheinlichkeit sehr groß ist, dass ein Teil des Produkts Probleme mit Schimmelpilzen haben wird. 

Ich sehe, dass einige Unternehmen versuchen, damit umzugehen, indem sie einfach übermäßig trocknen, aber dann besteht die Gefahr, dass sie ihre Ausbeute und ihren Ertrag beeinträchtigen, aber vielleicht übermäßig trocknen und es zu einer Lipidoxidation kommt. 

Was wir hier zu zeigen versuchen, ist, dass die Wasseraktivität die korrekte Messgröße ist, wenn man sie verwendet, und dass man nicht nur das Endprodukt messen sollte, sondern auch die eingehenden Zutaten während der gesamten Produktion und dann auch das Endprodukt.

MG: Genau. Das ist ein wirklich guter Punkt, denn, und darüber haben wir schon gesprochen, wenn man einen Lieferanten hat, den man Jahr für Jahr weiter nutzt, wird es immer noch Schwankungen geben, das ist einfach unvermeidlich. Man muss es nur wissen, dann kann man sein eigenes Verfahren anpassen. Selbst wenn Sie denselben Lieferanten haben, werden Sie, wie gesagt, immer noch Schwankungen haben. Wenn Sie messen, wie die Ware ankommt, wissen Sie, was Sie bekommen. 

Die Wasseraktivität ist einfach eine bessere Messgröße, da sie das mikrobielle Wachstum antreibt und nicht der Feuchtigkeitsgehalt oder andere Dinge wie die Feuchtigkeitsmigration, über die wir in Zukunft noch sprechen werden. Aber es ist eine einfache Messung. Sie ist auch schneller als viele Methoden zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts.

ZC: Ja. Das ist eine perfekte Überleitung, denn in unserem nächsten Abschnitt werden wir über die Vermischung dieser Dinge und die Vorhersage der Feuchtigkeitsmigration sprechen und darüber, wie das mit einer Isotherme gemacht werden kann.

Feuchtigkeitsprobleme bei der Arbeit mit Früchten und Nüssen 

ZC: Als nächstes werden wir über eine der größten Herausforderungen bei Früchten und Nüssen sprechen. Es geht darum, diese Dinge zu mischen und zu verstehen, in welche Richtung sich die Feuchtigkeit bewegen wird und welche Auswirkungen die Herstellung einer Mischung hat. 

Mary, ich übergebe die Aufgabe an dich, da wir über Isothermen gesprochen haben. Wie können wir diese Isothermen nutzen, um vorherzusagen, was passiert, wenn wir die Blaubeeren und die Mandeln kombinieren?

MG: Es ist ein Missverständnis, dass sich die Feuchtigkeit aufgrund der Menge bewegt. Wenn wir darüber sprechen, dann sprechen wir über den Feuchtigkeitsgehalt. Wenn etwas einen höheren Feuchtigkeitsgehalt hat, dann wird es die Feuchtigkeit bewegen, und die Feuchtigkeit wird von dort zu den anderen Dingen wandern. Es ist eigentlich nicht die Menge, sondern das Energieniveau. Wenn es mehr Energie gibt, dann gibt es auch mehr Bewegung. Das ist Physik. 

Wenn wir uns unsere Blaubeeren und unsere Mandeln ansehen, und ich werde dieses Beispiel nehmen, wo unsere Blaubeeren einen Wert von 0,48 haben, was für Blaubeeren ein ziemlich guter Wert ist, d.h. in Bezug auf die Wasseraktivität. Unsere Mandeln hier haben einen Wert von 0,30, was auch ein ziemlich guter Wert ist. Sie werden nicht ranzig, aber sie haben die schöne Textur, über die wir gesprochen haben. Da die Blaubeeren eine höhere Wasseraktivität haben, wird die Feuchtigkeit in die Mandeln selbst oder in andere Zutaten übergehen.

Das wird der entscheidende Faktor sein. Wir könnten die Wasseraktivität unserer Blaubeeren verringern, indem wir ein sogenanntes Feuchthaltemittel hinzufügen, das ist ein Zucker oder ein Salz. Ich meine, es gibt auch andere Dinge, andere Süßungsmittel, die die Wasseraktivität verringern. Der Grund, warum ich das erwähne, ist, dass wir, wenn die Beeren dicht beieinander liegen, keine Feuchtigkeitsmigration haben werden. Auch wenn das Produkt viel Feuchtigkeit enthält, einen höheren Feuchtigkeitsgehalt, wenn wir die Wasseraktivität dort senken können, wo sie ähnlich ist, wird sich keine Feuchtigkeit bewegen. Ein gutes Beispiel dafür ist das von Ihnen erwähnte Obst in Getreide, das eine niedrige Wasseraktivität und einen geringen Feuchtigkeitsgehalt aufweist. Wir haben eine Frucht, eine Rosine, die offensichtlich viel Feuchtigkeit hat und eine höhere Wasseraktivität aufweisen kann.

Wie kann das funktionieren? Wie können sie auf demselben Raum leben? Das liegt daran, dass in der Regel Zucker zugesetzt wird. Besonders wenn man sich die Außenseite einer Rosine ansieht, senkt das die Wasseraktivität, so dass sie näher beieinander liegen. Das ist eine Möglichkeit, darüber nachzudenken, worüber wir sprechen, nämlich über den Unterschied in der Wasseraktivität und nicht im Feuchtigkeitsgehalt. Haben wir ein Beispiel, um zu demonstrieren, wie es ist, ein Modell zu erstellen, wenn wir diese Dinge miteinander vermischen? Denn das ist eine große Sache. Für sich allein genommen sind sie in Ordnung. Wenn wir sie nun zusammenfügen, was erhalten wir dann? 

In unserem Beispiel hier haben wir unsere zwei Isothermen. Die Blaubeeren sind in der blauen Kurve und die Mandeln in der orangen Kurve.

Die Blaubeeren haben eine Wasseraktivität von etwa 0,48, und ihre Isotherme hat eine andere Form, wie Sie feststellen werden, und die Mandeln liegen bei etwa 0,3. Lassen Sie uns zuerst über die Mandeln sprechen, und Sie werden feststellen, dass die Isotherme dort ziemlich flach ist, was bedeutet, dass wir einen großen Unterschied in der Wasseraktivität und einen kleinen Unterschied im Feuchtigkeitsgehalt haben werden. Um auf das Beispiel mit den Pekannüssen zurückzukommen: Wenn wir nur den Feuchtigkeitsgehalt messen und einen wirklich großen Bereich des Feuchtigkeitsgehalts, werden wir eine große Veränderung der Wasseraktivität erhalten. Das ist nicht das, was wir wollen. Wir wollen wissen, was wir bekommen.

Bei den Blaubeeren werden wir für den gleichen Bereich der Wasseraktivität eine größere Veränderung des Feuchtigkeitsgehalts feststellen. Wir können diese Beziehungen nehmen und sie miteinander vermischen. Wenn wir das tun, habe ich in diesem speziellen Beispiel doppelt so viele Blaubeeren wie Mandeln geerntet und sie miteinander vermischt. Sie werden feststellen, dass es zwei Dinge in diesem Diagramm gibt, die ich noch nicht besprochen habe. Das eine ist die grüne Kurve und das ist die kombinierte Isotherme. Das ist die kombinierte Beziehung zwischen diesen beiden zusammen. Das können wir vorhersagen. Die andere ist eine blaue gestrichelte Linie, die bei einer Wasseraktivität von etwa 0,45 auf und ab geht. Das ist der Punkt, an dem die Wasseraktivität enden wird, wenn wir diese Dinge zusammenfügen.

Wenn wir die Isothermen haben und wissen, wo alles anfängt, können wir vorhersagen, wo es enden wird. Wir müssen es noch nicht tun, bis wir wissen, dass es in einem guten Bereich liegt. Wenn wir uns die endgültige Wasseraktivität ansehen, liegt sie bei 0,45, die Blaubeeren begannen bei 0,48. Sie können hier eindeutig sehen, dass die Blaubeeren den größten Anteil daran haben, dass die Wasseraktivität am Ende so hoch sein wird. Der nächste Schritt ist nun die Überlegung, ob das ein guter Platz für die Blaubeeren ist. Das ist wahrscheinlich ein guter Ort, er ist schon sehr nahe. Ist das ein guter Platz für die Mandeln? Das ist eine gute Frage. Werden wir eine weiche Mandel bekommen, wenn wir sie in diesem Verhältnis zusammensetzen, oder werden sie bei 0,45 zu weich für unsere Mandeln sein? Hierfür haben wir ein Werkzeug.

ZC: Ja, sicher. Diese Grafik, die wir uns angesehen haben, stammt von einer Grafik aus dem Toolkit für die Feuchtigkeitsanalyse. Das ist eine Software, an der wir im letzten Jahr viel gearbeitet haben, um sie zu aktualisieren und wirklich benutzerfreundlich zu machen, aber in dieser Software gibt es ein Werkzeug zum Mischen von Zutaten, mit dem man genau das tun kann, was wir jetzt sehen. Man nimmt eine Isotherme für jede der Zutaten, die man hinzufügt. Sie müssen sich überlegen, in welche Richtung sich das Wasser bewegen wird. Vielleicht möchten Sie eine Absorptionskurve für Ihre Mandeln und eine Desorptionskurve für Ihre Blaubeeren, aber Sie können dieses Tool verwenden, um die vorhergesagte endgültige Isotherme zu erhalten, auf die Sie vorhin in Grün hingewiesen haben. Diese Isotherme kann tatsächlich verwendet werden, um die Haltbarkeit vorherzusagen und sogar Verpackungsentscheidungen für ein Produkt oder eine Mischung zu treffen, die Sie noch gar nicht hergestellt haben.

Sie haben das bereits erwähnt, aber ich möchte nur klarstellen, dass Sie, wenn Sie diese Isothermen haben und sich an Ihren Schreibtisch setzen und diese Mischungen durcharbeiten können, über verschiedene Verhältnisse nachdenken können oder über die Auswirkungen der Veränderung der Wasseraktivität Ihrer Mandeln nachdenken können, noch bevor Sie das Produkt herstellen. Ich arbeite mit vielen Teams zusammen, die dieses Tool nutzen. Im Allgemeinen bekomme ich das Feedback, dass sie ein Produkt vier- oder fünfmal schneller auf den Markt bringen können, weil sie nicht all diese physischen Versuche durchführen und abwarten müssen, ob sich die Textur ändert. Sie können sich diese Mischungen direkt am Computer ansehen. Sie erstellen eine interne Bibliothek von Isothermen mit all den verschiedenen Inhaltsstoffen, mit denen sie arbeiten, so dass sie ihre Forschungs- und Entwicklungsprozesse wirklich beschleunigen können.

Im Toolkit wird Ihnen die endgültige Wasseraktivität angezeigt. Es zeigt Ihnen die Isotherme und gibt Ihnen die Koeffizienten für diese Kurve an, so dass Sie sich Dinge wie die Haltbarkeit ansehen können. Dies sind einige der Dinge, die wir in der Vergangenheit angesprochen haben. Wir haben ein Webinar speziell zur Haltbarkeit und ein weiteres Webinar speziell zu Isothermen, und ich bin mir sicher, dass wir diese Links unten aufgeführt haben. Wenn diese Dinge für Sie hilfreich klingen, sollten Sie sie sich unbedingt ansehen. Außerdem demonstrieren wir Ihnen gerne die Software und gehen sie mit Ihrem Team durch, um Ihnen zu zeigen, wie sie aussehen könnte.

Der Business Case

MG: Dies ist ein guter Ort, um darüber zu sprechen, was sich auf Ihre Rentabilität auswirken kann, und über einige konkrete Geschäftsfälle zu sprechen, einige Dinge, auf die wir bei unserer Arbeit mit Kunden gestoßen sind, die mit diesen natürlichen Inhaltsstoffen arbeiten. 

Ich dachte, ich könnte zunächst über eine der Auswirkungen sprechen, die ein wichtiges Thema ist und berücksichtigt werden muss. Wir haben über das Produkt selbst gesprochen und darüber, wie wir sicherstellen können, dass wir wissen, was wir bekommen, aber was danach passiert, darüber haben wir noch nicht gesprochen, nämlich über die Lagerbedingungen und die Temperatur. Der Grund, warum ich das erwähnen möchte, ist, dass im Allgemeinen eine Erhöhung der Temperatur die Wasseraktivität in fast allen Inhaltsstoffen erhöht.

Nehmen wir an, Sie haben einen Riegel oder eine Snack-Mischung hergestellt, die in Ihrem Werk in Ordnung ist. Dann wird es in einem, sagen wir mal, heißen Lastwagen oder in einem Versandcontainer um die Welt geschickt, und die Feuchtigkeit und die Temperatur können das Produkt wirklich beeinträchtigen. Insbesondere die Temperatur kann die Wasseraktivität über einen Punkt hinaus erhöhen, an dem es nicht mehr sicher ist, und es kann zu Schimmelbildung kommen, wo es in Ihrem Werk noch in Ordnung war. Die Beziehung zwischen Temperatur und Schimmelbefall hängt auch vom Produkt selbst ab. Das kann man studieren. Sie können herausfinden, wie sich die Temperatur auf Ihr Produkt auswirkt. Aber im Allgemeinen weiß ich nur, dass mit steigender Temperatur die Wasseraktivität zunimmt und dass man das berücksichtigen muss.

ZC: Wenn ich mich mit anderen Lebensmittelwissenschaftlern berate, ist eines der Hauptanliegen die Vermeidung eines Rückrufs. Meiner Erfahrung nach werden viele Rückrufe durchgeführt, weil die Lager- oder Versandtemperatur etwas zu hoch ist. Dann erreicht die Wasseraktivität einen Schwellenwert, den wir bereits in unseren verschiedenen Abschnitten angesprochen haben. Aber diese Wasseraktivität ist hoch genug, damit Mikroorganismen wachsen können. Das zeigt, wie wichtig es ist, eine Isotherme zu haben und eine Aktivität zu verstehen. Denn wenn man diese Daten hat und die Dinge unter Kontrolle hat, gibt es keinen Grund für einen Rückruf, und diese Dinge können Millionen von Dollar kosten. Sie können einem Ruf schaden. Wenn man die richtigen Daten hat und weiß, wie man sie nutzen kann, lässt sich ein Rückruf vermeiden.

Der letzte Punkt, auf den ich mich konzentrieren möchte, ist ein Geschäftsszenario. Hier geht es um einen Kunden, mit dem die METER Group zusammenarbeitet. Ich habe in der Vergangenheit ein sehr ähnliches Beispiel für Tiernahrung gezeigt, aber ich werde heute das gleiche Format verwenden, um einen Pflaumenproduzenten zu betrachten. 

Wir arbeiten mit einem Pflaumenproduzenten zusammen, der eine wirklich große Jahresproduktion von etwa 30.000 Tonnen hat, und sein Ziel für weitere Pflaumen war ein Feuchtigkeitsgehalt von 30 %. Obwohl wir über den Feuchtigkeitsgehalt sprechen, wenden wir uns dann der Wasseraktivität zu und erstellen eine isotherme Kurve, um zu verstehen, um wie viel wir den Feuchtigkeitsgehalt erhöhen könnten, ohne die gewünschte Qualität und Sicherheit zu beeinträchtigen. Anhand der Isotherme konnten wir feststellen, dass der Feuchtigkeitsgehalt um 0,5 % erhöht werden konnte, während gleichzeitig die Schwankungen reduziert wurden und keines der Produkte eine Wasseraktivität von über 0,7 erreichte.

Ihr neues Ziel lag nun bei 30,5 %. Dies ermöglichte es ihnen, ihre Produktion zu steigern. Jetzt haben sie einen höheren Ertrag. Da sie dieses Produkt zu einem Preis von 3.250 Dollar pro Tonne verkaufen, bedeutet dies, dass in einem Jahr nur diese kleine Änderung des Feuchtigkeitsgehalts zu einer jährlichen Ertragssteigerung von fast einer halben Million Dollar führte. Auch hier handelt es sich nur um eine geringfügige Änderung des Feuchtigkeitsgehalts, aber durch die Änderung oder die Betrachtung der Wasseraktivität, das Verständnis der Isotherme und die Einbeziehung oder Einführung von Umweltkontrollen sowie die Betrachtung der Verpackung ist es wirklich einfach, diese Anpassung vorzunehmen und dann mit der Gewissheit zu Bett zu gehen, dass das Produkt sicher ist und man sich keine Sorgen über einen Rückruf machen muss.

Damit lässt sich ein Geschäftsszenario wirklich gut darstellen. Wenn es ein bestimmtes Produkt gibt, mit dem Sie arbeiten, oder etwas, für das wir einen Business Case zusammenstellen sollen, ist das für uns wirklich einfach zu machen. Wir arbeiten mit allen Arten von Produkten. Wir haben uns heute hauptsächlich auf Blaubeeren und Mandeln konzentriert, weil wir diese zur Verfügung hatten. Es ist wirklich einfach, die Isothermen und die Feuchtigkeitsmigration und diese verschiedenen Dinge, die wir angesprochen haben, zu demonstrieren. Aber auch hier gilt: Wenn Sie mit einem bestimmten Trockenfrucht- oder Nuss-Endprodukt oder einer bestimmten Zutat arbeiten, haben wir sicher schon einmal damit gearbeitet.

MG: Ich wollte nur erwähnen, dass wir uns dieses Mal auf Blaubeeren und Mandeln konzentriert haben, um es wirklich einfach zu halten, aber das würde sich auf die Theorien, über die wir sprechen, auf alles ausweiten, auf jedes Lebensmittelprodukt. Wenn Sie also mit Nussbutter arbeiten, werden die Dinge, über die wir gesprochen haben, ähnlich sein, sie werden sich auf die gleiche Weise auswirken. Wenn Sie eine Fruchtpaste, z. B. eine Dattelpaste, als Basis für Ihren Riegel verwenden, ist es dasselbe. Ich wollte nur darauf hinweisen, dass es sich um eine Verallgemeinerung handelt, wenn wir über diese Dinge im Allgemeinen sprechen, da sie auf so viele Dinge zutreffen.

Außerdem haben wir uns hauptsächlich auf das mikrobielle Wachstum und den Ertrag konzentriert, aber es könnte auch etwas anderes sein. Erstens haben wir uns Isothermen angesehen, also die Art und Weise, wie sich die Wasseraktivität auf verschiedene Reaktionsgeschwindigkeiten auswirkt. Nehmen wir an, Sie haben einen Riegel oder ein Produkt mit einem bestimmten Nährstoffzusatz oder ein Nutrazeutikum oder ein funktionelles Lebensmittel, dann gilt das auch für diese Produkte. All diese Serien gelten auch für diese Produkte. Sie müssen sicherstellen, dass Sie bei einer solchen Behauptung in der Lage sind, diese auch aufrechtzuerhalten. 

ZC: Lassen Sie uns nun zum Abschnitt mit den Fragen und Antworten übergehen. Wir werden ein paar Fragen beantworten, und wenn Sie weitere Fragen haben, können Sie sich direkt an uns wenden, oder wir werden hier am Ende einige Kontaktinformationen bereithalten, damit wir sicherstellen können, dass wir alle Ihre Fragen beantworten können.

Q&A-Sitzung

Wie schnell gleicht sich die Feuchtigkeit zwischen den Zutaten aus, und gibt es Möglichkeiten, dies zu beeinflussen?

MG: Das nehme ich. Es kann ein bisschen dauern. Es hängt von der Beziehung ab, wie schnell etwas Feuchtigkeit aufnimmt. Bei unseren Beispielen mit den Blaubeeren und den Mandeln hat es etwa eine Woche gedauert, bis wir sie einer anderen Wasseraktivität ausgesetzt haben und sie dann ruhen ließen. Aber bei den meisten Dingen, die verpackt werden, wird nicht erwartet, dass sie innerhalb einer Woche verbraucht werden. Das ist etwas, das irgendwann, nur um es im Hinterkopf zu behalten, irgendwann ankommen wird. Je nach Produkt kann es schneller oder langsamer gehen, aber alles wird in der Verpackung ins Gleichgewicht kommen. Sie können sicher sein, dass das passieren wird.

Wenn der Unterschied in den Wasseraktivitäten größer ist, wird dies die treibende Kraft sein. Wenn die Wasseraktivitäten näher beieinander liegen, gibt es erstens weniger Feuchtigkeitsverlagerung und zweitens kommt es schneller zu einem guten Gleichgewicht. Es ist immer gut, wenn man versuchen kann, den Unterschied zu minimieren. Ich empfehle auf jeden Fall, zu versuchen, die Aktivitäten anzugleichen, denn dann ist das Problem der Feuchtigkeitsmigration in Ihrem Produkt nicht so groß.

Wie kann ich Messungen des Feuchtigkeitsgehalts zur Vorhersage der Feuchtigkeitsmigration nutzen?

ZC: Das kann ich übernehmen. Das geht zurück auf einen unserer früheren Abschnitte, dass viele Leute denken, dass sie den Feuchtigkeitsgehalt aufgrund seiner Menge verwenden sollten. Vielleicht macht das für sie etwas mehr Sinn, aber ich hoffe, dass wir in diesem Webinar gezeigt haben, dass es wirklich die Wasseraktivität ist, die Sie im Auge behalten müssen.

Die Wasseraktivität ist ein Maß für die Energie des Wassers und gibt vor, in welche Richtung sich das Wasser bewegen will. Wasser möchte immer von einem Zustand mit hoher Energie in einen Zustand mit niedriger Energie übergehen. In dem Beispiel, das wir uns angesehen haben, ist die Wasseraktivität in den Blaubeeren höher, so dass das Wasser von den Blaubeeren zu den Mandeln fließen möchte, um ein Gleichgewicht zu erreichen. Machen Sie sich keine Gedanken über den Feuchtigkeitsgehalt, sondern konzentrieren Sie sich auf die Wasseraktivität, wenn Sie über Feuchtigkeitsmigration nachdenken.

Wenn mein Produkt bei einer Wasseraktivität verpackt wird, die sehr nahe an den mikrobiellen Grenzwerten liegt, wie groß sind dann die Temperaturschwankungen nach dem Verpacken, damit es schimmelt?

MG: Man sollte sich von dieser mikrobiellen Grenze fernhalten. Was ich damit meine, ist, wenn ich sagen müsste, und ich zögere wirklich, zu sagen, wie nahe man kommen kann, weil es wirklich von dem Produkt selbst abhängt. Wie ist sein Verhältnis zur Temperatur? Das heißt, wird es wirklich stark von der Temperatur beeinflusst, und das ist, wie ich schon sagte, etwas, das man herausfinden kann, und es ist für verschiedene Produkte unterschiedlich. Aber wenn ich mich ein wenig absichern müsste, würde ich sagen, dass 0,1 auf jeden Fall im sicheren Bereich liegt. Die mikrobielle Grenze liegt bei 0,7 Wasseraktivität. Wenn Sie bei 0,6 liegen, ist das wahrscheinlich das, was ich wirklich erreichen möchte. 

Denken Sie daran, dass in diesem Bereich der Wasseraktivität auch Texturen vorkommen. Es gibt viel zu bedenken, aber wenn Sie sich auf die mikrobiellen Grenzen konzentrieren, würde ich so etwas empfehlen. 

ZC: Das ist in vielen Branchen so, und bei Obst, Nüssen und anderen Produkten ist eine Aktivität von 0,1 unter dem mikrobiellen Grenzwert in der Regel eine ziemlich sichere Sache. Aber ich möchte zu dieser Frage noch hinzufügen, dass, wenn Sie genau bei 0,7 liegen, sagen wir, genau bei der mikrobiellen Schwelle bei Raumtemperatur, sobald Ihr Produkt Ihre Einrichtung verlässt und eine höhere Temperatur als die von Ihnen getestete Temperatur erfährt, sobald Sie die Temperatur überhaupt erhöhen, das Risiko besteht, dass die Aktivität zunimmt. Sobald das passiert, können Mikroorganismen wachsen. Es ist ein Gleichgewicht zwischen dem Wissen um die Temperaturen, denen Ihr Produkt ausgesetzt sein kann, und der Einstellung einer ausreichend niedrigen Aktivität, damit Sie sicher sind. Wenn die Temperatur ansteigt, wird der Wert immer noch unter 0,7 oder sogar 0,6 liegen, fünf.

MG: Ich möchte kurz zwei weitere Dinge erwähnen: Es handelt sich um natürliche Produkte. Die meiste Zeit haben sie keinen Tötungsschritt. Ich meine, wenn man eine Nuss röstet, dann sollte das, wenn man es richtig macht, könnte man sagen. Das würde alle Mikroben abtöten, aber bei vielen Dingen können sich immer noch Dinge auf der Oberfläche des natürlichen Lebensmittels befinden, und sie werden nicht wachsen, wenn man die Wasseraktivität niedrig halten kann, aber wenn sie hoch ist und sogar noch höher, sprechen wir über Schimmelpilze, die ziemlich niedrig sind, 0,7, aber wenn sie höher sind, kann man das Risiko eingehen, wenn es in einer anderen Umgebung ist oder die Verpackung nicht gut genug ist, um die Luftfeuchtigkeit hoch zu halten, was jetzt ein Faktor ist, oder man kann E. coli oder Salmonellen entwickeln. Das ist eine viel höhere Wasseraktivität, aber denken Sie daran, dass diese Dinge in natürlichen Lebensmitteln immer noch überleben können, sie können nur nicht gedeihen oder wachsen, wenn Sie die Wasseraktivität niedrig halten können.

Ein weiterer Punkt, den ich erwähnen wollte, sind die Auswirkungen von Verpackungen, mit denen Sie, wie ich weiß, viel Erfahrung haben. Wenn Sie etwas zum Thema Verpackung in Bezug auf Temperatur und dergleichen besprechen wollen.

ZC: Ja, sicher. Je geringer die Wasserdampfdurchlässigkeit der Verpackung ist, desto besser können Sie das Produkt in dem Bereich halten, den Sie benötigen, selbst bei unterschiedlichen Luftfeuchtigkeiten oder Temperaturen. Auch hierzu gibt es ein weiteres Webinar, in dem wir sehr viel detaillierter auf dieses Thema eingehen, und wir würden uns freuen, mit Ihnen über Verpackungen zu sprechen.

Ist es notwendig, die Feuchtigkeit oder Wasseraktivität in irgendeinem Stadium nach dem ersten Mischen der Zutaten zu überprüfen?

MG: Ja.

ZC: Ja, auf jeden Fall.

MG: Ja. Empfehlen Sie natürlich die Wasseraktivität, wie wir bereits besprochen haben, denn der Feuchtigkeitsgehalt gibt nicht das vollständige Bild wieder, um einige der Probleme zu vermeiden, über die wir gesprochen haben. Dann die Prozesskontrolle. Das kann man mit der Wasseraktivität viel besser erreichen, und es ist gut, die eingehenden Zutaten zu testen, aber auch die Nachkontrolle ist sehr wertvoll, weil man dann weiß, was man produziert hat. Entspricht es dem Niveau, das Sie erwarten? Haben Sie noch weitere Anmerkungen?

ZC: Ja. Ich möchte nur sagen, dass erfolgreiche Unternehmen, die ich sehe, das Wasser in ihren Lebensmitteln oder die Zutaten wirklich kontrollieren. Sie messen von Anfang an, sie akzeptieren nur Zutaten, die innerhalb einer Spanne von 10 % liegen, oder sie legen eine bestimmte Spanne fest, weil diese Abweichung in das Endprodukt einfließt. Ich empfehle, die Zutaten während der Produktion von Anfang an zu messen. Wir haben jetzt sogar eine Inline-Lösung, so dass Sie Ihr Ziel immer erreichen können, aber am Ende sollten Sie Ihr Endprodukt messen, wenn Sie es in die Verpackung geben. Es gibt sogar Unternehmen, die eine Haltbarkeitsstudie durchführen und die Wasseraktivität im Laufe der Zeit messen. Das ist definitiv etwas, das man während des gesamten Prozesses überwachen sollte. Auf diese Weise können Sie Rückrufe oder andere Probleme, über die wir heute gesprochen haben, vermeiden.