Feuchtigkeitsgehalt 101: Was ist Feuchtigkeitsgehalt und wie wird er verwendet?

Wasser ist überall. In den Lebensmitteln, die wir essen, in der Luft, die wir atmen, und in den Gegenständen um uns herum – und es hat einen erheblichen Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften all dieser Dinge. Kein Wunder, dass Arbeitnehmer von Tischlern bis hin zu Erdölwissenschaftlern wissen möchten: Wie viel Wasser ist in diesem Material enthalten?

Es ist eine einfache Frage. Es scheint, als müsste es eine einfache Lösung geben. Leider ist es sehr schwierig, eine klare und präzise Antwort zu erhalten.

Die größte Herausforderung (obwohl es viele gibt) besteht darin, nur die Feuchtigkeit zu messen und den Rest des Materials zu ignorieren. Sobald Wasser in ein Material eindringt, lässt es sich oft nicht mehr so leicht entfernen – was die Messung erschwert. Andere Methoden, wie die Messung der Feuchtigkeit, ohne sie aus dem Trägermaterial zu entfernen, bringen eine Reihe weiterer Herausforderungen mit sich.

Welche Messmethode Sie verwenden, hängt von zwei Faktoren ab: Wie genau müssen Sie sein und welche Kompromisse sind Sie bereit einzugehen?

• Wenn Sie als Erdölwissenschaftler winzige Mengen Wasser in Öl oder Kunststoff untersuchen, sind Sie vielleicht bereit, die für die Titration erforderlichen Stunden (und Dollar) zu investieren.
• Wenn Sie als Zimmermann oder Bauunternehmer vor Ort entscheiden müssen, ob ein Stück Holz geeignet ist, sind Sie vielleicht bereit, auf Laborpräzision zu verzichten und stattdessen ein einfach zu bedienendes Handgerät zu verwenden, das den Feuchtigkeitsgehalt annähernd misst.
• Wenn Sie in der Lebensmittel- oder Cannabisproduktion tätig sind, benötigen Sie möglicherweise etwas dazwischen, wie beispielsweise die Trocknungsverlustmessung – eine relativ hochpräzise Messung innerhalb eines angemessenen Zeitraums.

Die oben genannten Beispiele sind bei weitem nicht alle Anwendungsbereiche für Feuchtigkeitsmessungen, aber die Vor- und Nachteile sind unabhängig von der Branche ähnlich. Unabhängig davon, für welche Methode Sie sich entscheiden, sollten Sie sich vor den vielen Missverständnissen hüten, die darüber bestehen, was Feuchtigkeitsmessungen aussagen können und was nicht. Eine einfache Regel, die Sie sich merken sollten, ist, dass die Feuchtigkeit eine „Mengenangabe” ist.

Beispielsweise ist der Feuchtigkeitsgehalt ein wertvoller Maßstab für den Ertrag. Viele Produkte werden nach Gewicht verkauft. Da Wasser ein sehr kostengünstiger (und schwerer) Inhaltsstoff ist, kann die Messung und Steuerung des Feuchtigkeitsgehalts einen überproportionalen Einfluss auf den Gewinn haben.

Der Feuchtigkeitsgehalt liefert auch Informationen über die Textur, da ein höherer Feuchtigkeitsgehalt die Beweglichkeit erhöht und die Glasübergangstemperatur senkt.

Was sagt Ihnen der Feuchtigkeitsgehalt nicht? Nicht viel über „Qualitätskennzahlen“ wie Konsistenz, mikrobielle Sicherheit, Feuchtigkeitswanderung und Nährstoffverfall. Diese wichtigen Faktoren lassen sich besser mit einer anderen Messgröße erfassen – der Wasseraktivität.

Wasseraktivität 101: Was ist Wasseraktivität (Aw) und wie wird sie verwendet?

Die bloße Wassermenge in einer Substanz vermittelt kein vollständiges Bild davon, welchen Einfluss Wasser auf das Produkt haben wird. Hier liegen die Stärken der Wasseraktivität.

Bei zu genauer Betrachtung kann die Wasseraktivität als sehr komplexes Konzept erscheinen. Glücklicherweise müssen Sie sich nicht mit Thermodynamik und komplizierten Gleichungen auskennen, die ihre Funktionsweise belegen. Die folgenden allgemeinen Grundsätze reichen für die meisten Zwecke aus.

1. Die Wasseraktivität misst, wie energiereich und verfügbar Wasser ist. Einige Substanzen enthalten viel Wasser, aber das Wasser ist durch molekulare Bindungen festgehalten. Dadurch kann es weniger leicht austreten oder mit der Umgebung interagieren – wir würden dies als geringe Wasseraktivität bezeichnen, obwohl möglicherweise viel Wasser vorhanden ist. Das Gegenteil kann ebenfalls der Fall sein: Einige Materialien enthalten nur sehr wenig Wasser, das jedoch sehr leicht zugänglich ist.
2. Wasser strebt nach Gleichgewicht. Wenn Sie einen weichen Keks in einem trockenen Klima draußen liegen lassen, entzieht die Atmosphäre mit geringer Wasseraktivität dem Keks mit hoher Wasseraktivität Feuchtigkeit – um ein Gleichgewicht herzustellen. Andererseits tauschen zwei Materialien mit derselben Wasseraktivität – z. B. ein Kuchen und die Glasur, die ihn bedeckt – keine Feuchtigkeit miteinander aus. Im Wesentlichen kann die Wasseraktivität Ihnen sagen, in welche Richtung sich Wasser bewegen möchte.
3. Die Energiegehalte von Wasser spielen bei vielen wertvollen Vorhersagen eine Rolle. Zum Beispiel , welche Mikroorganismen auf einer Substanz wachsen werden, wie sich ihre Beschaffenheit im Laufe der Zeit verändern wird, wann sie sich zersetzen wird, wie sie mit anderen Substanzen reagieren wird und vieles mehr.

Die Wasseraktivität kann auf verschiedene Arten gemessen werden, wobei die beiden beliebtesten Methoden Kapazitätssensoren und Kühlspiegelgeräte sind. Kapazitätssensoren sind oft kostengünstig, allerdings auf Kosten der Genauigkeit und Präzision. Kühlspiegelgeräte sind genauer und gelten allgemein als Standard in der Lebensmittelindustrie. Andere, eher nischenorientierte Methoden sind resistive Elektrolytsensoren und abstimmbare Diodenlaser.

Im Gegensatz zum Feuchtigkeitsgehalt ist die Wasseraktivität vor allem für die Steuerung der Qualität und Sicherheit einer Substanz oder eines Produkts hilfreich, nicht für die Quantität. Daher wird sie in der Lebensmittel-, Pharma- und Cannabisindustrie weit verbreitet eingesetzt.

Welches sollten Sie verwenden?

Das hängt davon ab, was Sie erreichen möchten. Keine der beiden Messmethoden ist einfach besser als die andere. Sie messen sehr unterschiedliche Konzepte und bieten jeweils große Vorteile in unterschiedlichen Umgebungen.

Wenn Sie das richtige Produktgewicht ermitteln möchten, um den Gewinn zu maximieren, sollten Sie sich auf den Feuchtigkeitsgehalt konzentrieren. Wenn Sie möchten, dass ein Snack über Monate hinweg im Ladenregal knusprig bleibt, oder wenn Sie wissen möchten, wie Sie Gelee in einen Snackkuchen füllen können, ohne dass dieser durchweicht, sollten Sie sich für die Wasseraktivität entscheiden.‍

Um mehr über die wissenschaftlichen Hintergründe dieser beiden Messungen zu erfahren, besuchen Sie unsere Wissensdatenbank —>

Da der Feuchtigkeitsgehalt die Textur beeinflusst, werden Ihnen manche sagen, dass dies die einzige Messgröße ist, die zur Überwachung von Quantität und Qualität erforderlich ist. Wer diesen Ansatz jedoch ausprobiert, wird schnell feststellen, dass es ineffizient und nahezu unmöglich ist, das mikrobielle Wachstum und andere qualitätsbezogene Aspekte allein anhand des Feuchtigkeitsgehalts zu kontrollieren.

Feuchtigkeitsadsorptionsisothermen: Wie Feuchtigkeitsgehalt und Wasseraktivität zusammenwirken

Wasseraktivität und Feuchtigkeitsgehalt sind für sich genommen schon wertvoll, aber wenn man beide miteinander verknüpft, kann man genau herausfinden, wie sich eine ganze Reihe von Rätseln im Zusammenhang mit Feuchtigkeit lösen lassen.

Feuchtigkeitssorptionsisothermen, manchmal auch als „Feuchtigkeitskarten“ bezeichnet, stellen grafisch dar, wie sich der Feuchtigkeitsgehalt und die Wasseraktivität verändern, wenn Feuchtigkeit von einem Material, das auf einer konstanten Temperatur gehalten wird, adsorbiert und desorbiert wird.

Einfacher ausgedrückt: Eine Isotherme zeigt Veränderungen sowohl des Feuchtigkeitsgehalts als auch der Wasseraktivität in derselben Grafik.

Jede Substanz hat eine andere Isotherme, und die Beziehung zwischen Feuchtigkeitsgehalt und Wasseraktivität ist nicht linear und kann komplex und unvorhersehbar sein – bis man sie auf einer Isotherme dargestellt sieht.

In der Vergangenheit waren Isothermen nicht besonders praktisch, da die Erstellung eines einzigen Diagramms einen Monat oder mehr Laborarbeit erforderte. Der Prozess umfasste das Einlegen von Proben in Exsikkatoren und das wiederholte Wiegen über Tage oder Wochen hinweg, um einen einzigen Datenpunkt zu erhalten. Neuere Technologien haben den Prozess automatisiert und dazu beigetragen, Isothermen zugänglicher und praktischer zu machen.

Heute werden sie häufig in der Lebensmittelindustrie eingesetzt, um genau festzustellen, bei welchen Konzentrationen Veränderungen wie Verklumpungen, Klumpenbildung und Texturverlust auftreten, um vorherzusagen, wie ein Produkt auf Änderungen in der Rezeptur reagieren wird, um die Haltbarkeit abzuschätzen und vieles mehr. Sie werden auch häufig zur Analyse von Holz, Baumaterialien und Textilien verwendet.

Ihre eigenen Schlussfolgerungen ziehen

Feuchtigkeitsgehalt und Wasseraktivität haben unterschiedliche Stärken. Wenn man sie gemeinsam als Isotherme visualisiert, erhält man wertvollere Erkenntnisse, als jede für sich allein bieten würde.

In vielen Fällen gibt es keine einheitliche Messgröße – alles hängt von der Anwendung ab. Die Entscheidung liegt beim Anwender.

Wenn Sie Hilfe bei der Entscheidung benötigen, welches Produkt für Sie das richtige ist oder welches Instrument Sie benötigen, kontaktieren Sie uns. Unsere Experten freuen sich auf Ihre Anfrage.

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