Webinar
Wasseraktivität und pH-Wert: Gemeinsam für die Produktsicherheit
Wenn es um die Sicherheit von Lebensmitteln geht, ist das oberste Ziel oft die mikrobielle Stabilität. Und in den meisten Fällen gibt es wohl zwei Messungen, die für die Stabilität, die Sicherheit und eine wirksame Strategie der Hürdentechnologie am wichtigsten sind: Wasseraktivität und pH-Wert.
Zusammenfassung und Kernpunkte des Webinars
Aber welche Variable führt zu einer besseren Kontrolle? Ist es die Wasseraktivität? Ist es der pH-Wert? Oder ist es eine Kombination aus beidem? Wir werden untersuchen, was die Wasseraktivität und der pH-Wert sind, wie sie sich einzeln auf die mikrobielle Stabilität auswirken und wie sie zusammen eine bessere Kontrolle der mikrobiellen Kontamination bewirken.
Die erste Hürde: Was ist Wasseraktivität?
Die Wasseraktivität ist ein Maß für den Energiestatus des Wassers in einem System. Aus dem Ersten Hauptsatz der Thermodynamik lässt sich die Gleichung der freien Gibbs-Energie ableiten, die Aufschluss über die Energie oder das chemische Potenzial jeder Art von Spezies gibt, in diesem Fall also Wasser. Die Wasseraktivität in der Probe steht in direktem Zusammenhang mit dem Energiepotenzial, das wiederum in direktem Zusammenhang mit der Tendenz des Wassers, in die Dampfphase zu entweichen (Fugazität), steht
Um die Wasseraktivität eines Produkts zu bestimmen, würde man eine Probe in einen versiegelten Behälter geben und das Wasser aus der Probe in den Luftraum darüber verdampfen lassen. Dieser Wasserdampf würde einen Druck auf den Behälter ausüben, der gemessen und als (P), der Partialdruck der Probe, berechnet werden kann. Diese Zahl kann dann durch den Dampfdruck von reinem Wasser bei derselben Temperatur geteilt werden, um die endgültige Wasseraktivität in der Probe auf einer Skala von 0 (überhaupt kein Wasser) bis 1 (reines Wasser) zu ermitteln.
Die Wasseraktivität ist zwar verwandt, unterscheidet sich aber vom Feuchtigkeitsgehalt, der ein quantitatives Maß für die in einer Probe vorhandene Wassermenge ist, während die Wasseraktivität ein qualitatives Maß für den Energiestatus des Wassers in einem System ist. Es ist zwar nützlich zu wissen, wie viel Wasser vorhanden ist, aber Mikroorganismen können nur Wasser verwerten, das ihnen zugänglich ist.
Warum Wasseraktivität wichtig ist
Jeder Mikroorganismus hat eine ganz bestimmte Wasseraktivität, bei der er aufhört, sich zu vermehren. Diese wird durch den osmotischen Stress hervorgerufen, der den freien Wasserfluss durch die halbdurchlässige Barriere des Organismus unterbricht. Wird die Wasseraktivität des Systems unter diesen Schwellenwert gesenkt, kann die Mikrobe in einen Ruhezustand versetzt werden und ihr Wachstum einstellen, wodurch ein stabiles und sicheres Umfeld geschaffen wird, wie in der nachstehenden Tabelle dargestellt:
Die Wasseraktivität ist jedoch keine tödliche Maßnahme. Sie verhindert lediglich das Wachstum. Die Kombination einer verringerten Wasseraktivität mit guten Herstellungspraktiken und einem Abtötungsschritt ist die einzige Möglichkeit, die Mikroorganismen vollständig aus dem Produkt zu entfernen und zu verhindern, dass sie zurückkehren und sich vermehren.
Die Messung und Verfolgung der Wasseraktivität in Produkten ist ein hervorragendes Instrument zur Gewährleistung der Produktsicherheit und zur Überprüfung der Kontrollpunkte in einem guten HACCP-Plan. Eine konstante Wasseraktivität gewährleistet die Konsistenz des Herstellungsprozesses und ist ein guter Indikator dafür, dass die Verarbeitung abgeschlossen ist.
Die zweite Hürde: pH-Wert
In der Chemie ist der pH-Wert die Skala, mit der wir den relativen Säuregrad (oder Basizität) eines Produkts messen. Die Skala reicht von 1-14, wobei 7 der Neutralpunkt von destilliertem Wasser ist. Zahlen unter 7 sind eher sauer (Zitronensäure, Essigsäure usw.) und Zahlen über 7 sind eher alkalisch oder basisch (Backpulver, Bleichmittel usw.).
Eine grobe Methode zur visuellen Messung des pH-Werts ist die Verwendung von Indikatorpapier. Das Papier verfärbt sich und gibt unter Verwendung der entsprechenden Tabelle eine allgemeine Darstellung des pH-Werts des Produkts. Eine viel genauere Messung kann mit Hilfe eines Spektralphotometers oder einer elektrochemischen Messung mit einer pH-Elektrode vorgenommen werden.
Ähnlich wie bei der Wasseraktivität können wir anhand des pH-Werts Mindestwachstumsraten für verschiedene Organismen festlegen.
Kürzlich wurden Teile des Lebensmittelkodex vom bisherigen Mindest-pH-Wert von 4,6 geändert, um die besonders problematischen Stämme zu berücksichtigen, die sich noch bis zu einem pH-Wert von 4,2 vermehren können.
Hurdle Technology: Wasseraktivität und pH-Wert kombiniert
Während die Wasseraktivität allein oder der pH-Wert allein das Bakterienwachstum hemmen können, können wir durch die Kombination ihrer Wirkungen eine wirksamere Kontrolle der Mikroorganismen mit der so genannten Hürdentechnologie erreichen. Verschiedene Faktoren wie Temperatur, Wasseraktivität, Säuregehalt, Konservierungsstoffe usw. können sich auf das Wachstum von Mikroben auswirken, aber durch die Kombination dieser Faktoren können wir eine Reihe von Hürden schaffen, die das Wachstum verhindern.
In einigen Fällen ist die Gesamtheit der Lösung größer als die Summe ihrer Teile durch den Synergismus der veränderten Wirkstoffe, was zu einer wirksamen Kontrolle bei Werten führt, die normalerweise entweder für den pH-Wert oder die Wasseraktivität allein als unsicher gelten würden. Die nachstehende Tabelle zeigt diese Wechselwirkung zwischen Wasseraktivitätswerten und pH-Werten.
Sie werden feststellen, dass die Werte für die Wasseraktivität und den pH-Wert zusammen niedriger sind, als sie es wären, wenn sie allein die gleichen Ergebnisse erzielen würden. Nur bei den höchsten Werten ist eine Produktbewertung erforderlich, die mit PA gekennzeichnet ist.
Wie man die Wasseraktivität und den pH-Wert verändert
Wie kann man also die Wasseraktivität im Produkt kontrollieren? Die häufigste Methode ist das Trocknen oder Dehydrieren des Produkts, um die Wasseraktivität zu verringern. Durch den Entzug von Wasser sinkt die Wasseraktivität. Die Dehydratisierung ist jedoch nicht bei allen Produkten möglich, weshalb Feuchthaltemittel eingesetzt werden.
Feuchthaltemittel sind Stoffe, die die Wasseraktivität verringern, indem sie das verwertbare Wasser im Lebensmittel binden, ohne ihm mehr Wasser zu entziehen. Die am häufigsten verwendeten Stoffe sind bestimmte Zucker, wie Maissirup mit hohem Fructosegehalt, oder Salz. Es gibt auch andere Stoffe wie Sorbit, Maltodextrin, Glycerin und sogar einige Stärken, wobei die Löslichkeit dieser Stoffe der begrenzende Faktor ist.
Bei der METER Group sind Tools erhältlich, mit denen sich berechnen lässt, wie viel von einem Feuchthaltemittel benötigt wird, um ein bestimmtes Wasseraktivitätsniveau zu erreichen. Dies ist ein guter Ausgangspunkt, um mit dem Messen und Testen von Zusatzstoffen und ihrer Wirkung zu beginnen.
Und wie lässt sich der pH-Wert steuern? Üblicherweise geschieht dies durch die Zugabe verschiedener Säuren (Essig-, Zitronen-, Milchsäure usw.). Manchmal geschieht dies auch durch die Zugabe von natürlich sauren Zutaten selbst. Nehmen wir zum Beispiel Spaghetti-Sauce. Die Tomaten senken den pH-Wert der Soße und machen sie so sauer, dass sie stabil ist.
Eine weitere Möglichkeit zur Kontrolle des pH-Werts ist der Fermentationsprozess. Dabei wachsen bevorzugt Bakterien, die Milchsäure produzieren, die dann den pH-Wert des Lebensmittels senkt und das Wachstum anderer Organismen verhindert. Beispiele für Gärung sind Gurken, Sauerkraut, Oliven usw.
Beide Faktoren sind zwar für sich genommen gut, aber in Kombination sind sie noch effektiver. Mit einem HACCP-Plan, der die Wasseraktivität und den pH-Wert als Kontrollpunkte vorsieht, können Routineprüfungen sicherstellen, dass der Herstellungsprozess konsistent und das Produkt letztlich sicher ist.
