Anwendungen der Wasseraktivität bei der Bewertung der Zuckerqualität

Zuckerproduzenten haben häufig Probleme mit Verklumpungen und Verbackungen während der Lagerung und des Transports. Diese irreversiblen Veränderungen beeinträchtigen die Fließfähigkeit, verärgern Kunden und verursachen kostspielige Verluste, wenn Zucker in Großgebinden erneut verarbeitet oder entsorgt werden muss.

Traditionell wurde der Feuchtigkeitsgehalt zur Überwachung der Stabilität herangezogen. Feuchtigkeit allein kann jedoch nicht erklären, wie sich Zucker in realen Umgebungen verhält. Die Wasseraktivität (_aw) liefert einen klareren, vorausschauenden Überblick über das Verklumpungsrisiko.

Warum Wasseraktivität wichtig ist

• Feuchtigkeit vs. Wasseraktivität: Der Feuchtigkeitsgehalt ist die Gesamtmenge des vorhandenen Wassers, sagt jedoch nichts über dessen Verhalten aus. Die Wasseraktivität ist die Energie des Wassers, die mit der Gleichgewichtsrelativfeuchte (ERH) zusammenhängt. Da Zucker bei schwankender relativer Luftfeuchtigkeit klumpt, ist aw der eigentliche entscheidende Faktor.‍
• Deliqueszenz: Kristalline Saccharose ist bis zu ~82–83 % ERH (_aw ≈ 0,82) stabil, wie in Abbildung 1 dargestellt. Oberhalb dieses Wertes beginnt Saccharose sich aufzulösen oder zu deliqueszieren.‍
• Verklumpen: Bei niedrigerer aw/RH-Werte kann es zu Verklumpungen kommen, die durch verschiedene Faktoren wie Temperatur und Änderungen der Lagerungsfeuchtigkeit beeinflusst werden.
• Vorhersagekraft: Durch die Überwachung der Wasseraktivität können Qualitätssicherungsteams Probleme erkennen, bevor sichtbare Klumpenbildung auftritt – etwas, das allein anhand des Feuchtigkeitsgehalts nicht möglich ist.

Wie es zu Verklumpungen kommt

Studien zeigen vier Phasen:

1. Pendular – Trockene, frei fließende Kristalle.‍
2. Seilbahn – Dünne Wasserfilme; Partikel beginnen zu haften.‍
3. Kapillare – Wasserbrücken wachsen; der Durchfluss wird reduziert.‍
4. Drop – Irreversible Verklumpung durch Auflösung/Rekristallisation (Abbildung 2).

Wichtigste Faktoren:

• Feine Staubpartikel adsorbieren mehr Wasser.
• Temperaturschwankungen und Schwankungen der relativen Luftfeuchtigkeit begünstigen Kondensation.
• Der Speicherdruck drückt die Partikel zusammen, wodurch die Wasserbrücken zunehmen.

Sobald sich Klumpen gebildet haben, lassen sie sich nicht mehr auflösen – die ursprüngliche Fließfähigkeit geht verloren.

Verwendung von Feuchtigkeitssorptionsisothermen

Feuchtigkeitsadsorptionsisothermen zeigen, wie Zucker bei unterschiedlichen Feuchtigkeiten und Temperaturen Wasser adsorbiert oder abgibt. Hochauflösende dynamische Taupunktisothermen (DDI) zeigen kritische Stabilitätspunkte auf.

Anwendungen:

• Stabilität: Bestimmen Sie die Verklumpungs- und/oder Zersetzungspunkte (Abbildungen 1 und 2).‍
• Verpackung: Wählen Sie Barrierefolien, die die Feuchtigkeit unterhalb unerwünschter Übergangspunkte oder innerhalb eines bestimmten Bereichs halten, um Verklumpungen zu minimieren oder zu verhindern.‍
• Lagerung: Definieren Sie sichere Bereiche für relative Luftfeuchtigkeit und Temperatur.‍
• Versand: Berücksichtigen Sie Risiken durch feuchte Häfen, tropisches Klima oder Kondensation in Containern.

Die Kosten für das Verklumpen

• 5–10 % des weltweit produzierten Zuckers leiden unter einer starken Wasseraufnahme, was zu Verklumpungen, Handhabungsproblemen und Beschwerden führt.
• Verklumpter Zucker entwickelt eine 3- bis 4-mal höhere Scherspannung, was das Entladen und Verpacken sehr erschwert.
• Für eine große Raffinerie kann ein einziges verstopftes Silo (50.000–100.000 Tonnen) Verluste in Millionenhöhe bedeuten.

Praktische Tipps für QA/QC-Teams

• Verwenden Sie Wasseraktivitätsmessgeräte, um Chargen vor der Lagerung oder dem Versand zu überprüfen.
• Überprüfen Sie die Wahl der Verpackung anhand der Daten zur Feuchtigkeitsaufnahmeisotherme.
• Überwachen Sie die Siloaushärtung, um vor dem Versand ein sicheres Gleichgewicht zu bestätigen.
• Reduzieren Sie Kundenbeschwerden, indem Sie dafür sorgen, dass der Zucker frei fließend bleibt.

Schlussfolgerung

Die Wasseraktivität ist nicht nur eine akademische Messgröße, sondern ein wesentlicher Kontrollpunkt für die Zuckerqualität. In Kombination mit Feuchtigkeitsadsorptionsisothermen liefert sie die wissenschaftliche Grundlage für die Verpackung, Lagerung und den Transport.

Das Ignorieren der Wasseraktivität führt zu irreversibler Verklumpung, Gewinneinbußen und Vertrauensverlust. Die Kontrolle der Wasseraktivität schützt die Produktqualität und den Ruf der Marke.

Kontaktdaten

Wenden Sie sich direkt an die Wissenschaftler von AQUALAB:

Zachary Cartwright, PhD
Leitender Lebensmittelwissenschaftler
[email protected]‍

Mary Galloway
Laborleiterin
[email protected]

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