Der umfassende Leitfaden für Lebensmittelhersteller zu Haltbarkeit

Ohne eine genaue, produktspezifische Haltbarkeitkönnten Sie ein abgelaufenes Produkt entsorgen, das noch einwandfrei ist. Oder ein nicht abgelaufenes Produkt verkaufen, das eigentlich schlecht ist. Möglicherweise zahlen Sie zu viel für eine Verpackung, die Ihrem Produkt nicht zugutekommt. Oder Sie verzichten auf erhebliche „ Haltbarkeit “, die eine bessere Verpackung mit sich bringen würde. Der Punkt ist: Sie wissen es nicht genau, weil Sie im Dunkeln tappen.

Warum führen die Menschen nicht mehr Haltbarkeitstests durch?

Sie könnten zu viel für Verpackungen bezahlen, die Ihrem Produkt nicht helfen.

Umfassende Tests von „ Haltbarkeit “

In der Regel liegt das daran, dass ein echter, umfassender Test nach der Norm „ Haltbarkeit “ eine gewaltige Aufgabe ist. Dabei spielen komplexe Zusammenhänge zwischen Feuchtigkeit, Temperatur und Produktversagensarten eine Rolle.

Es gibt eine Vielzahl von Faktoren, die Ihr Produkt unsicher oder ungenießbar machen könnten – Schimmel, Mikrobielles Wachstum, Ranzigkeit, Veränderungen in Konsistenz oder Geschmack sowie der Verlust von Vitaminen. Die meisten Menschen verfügen nicht über das nötige Fachwissen, um umfassende Haltbarkeit -Tests im eigenen Haus durchzuführen, und die Beauftragung eines externen Labors ist kostspielig.

Es gibt eine wissenschaftlich fundierte Alternative zu dieser Art von „ Haltbarkeit “-Tests. Es handelt sich um „ Haltbarkeit “, vereinfacht ausgedrückt als Wasseraktivität. Damit lassen sich alle Daten ermitteln, die Sie zur Vorhersage der Haltbarkeit Ihres Produkts ( Haltbarkeit ) benötigen – und zwar anhand eines Experiments, das sich jeder, selbst ein kleines Start-up, leisten kann.

Haltbarkeit und Wasseraktivität

Inwiefern vereinfacht die Wasseraktivität die „ Haltbarkeit “?

1. Es beseitigt Ablenkungen. Wenn Sie Wasseraktivität Ihres Produkts kennen, wissen Sie, welche Fehlerarten bei diesem Produkt ein Problem darstellen.
2. Das vereinfacht die Vorhersage. Sie können Ihr Wasseraktivitätsmessgerät zusammen mit einer weiteren Messmethode (welche, hängt von Ihrem jeweiligen Versagensmodus ab) nutzen, um ein einfaches, intern durchführbares Experiment durchzuführen, mit dem sich Ihr „ Haltbarkeit “ genau vorhersagen lässt.
3. Es sorgt für eine standardisierte Produktion. Sie können eine Wasseraktivitäts Spezifikation festlegen, mit der Sie bei jeder Charge Ihr optimales Haltbarkeit erzielen können.

Ihre „ Haltbarkeit “-Daten können wertvolle Erkenntnisse liefern, die Ihnen helfen, Produktfehler zu vermeiden, die Lebensdauer von Haltbarkeit vorherzusagen und zu verlängern, die kostengünstigste Verpackung auszuwählen und vieles mehr.

AQUALAB 3. Eine genaue Messung der Wasseraktivität Ihres Produkts kann dazu beitragen, Haltbarkeit genauer vorherzusagen.

Inwiefern lässt sich anhand der Wasseraktivität die „ Haltbarkeit “ vorhersagen?

Die Wasseraktivität ist ein wichtiges Mittel zur Vorhersage und Steuerung der Haltbarkeitsdauer ( Haltbarkeit ) von Lebensmitteln. Die Haltbarkeitsdauer ( Haltbarkeit ) ist der Zeitraum, in dem ein Produkt sicher bleibt, die gewünschten sensorischen, chemischen, physikalischen und mikrobiologischen Eigenschaften beibehält und den Anforderungen an die Nährwertkennzeichnung entspricht. Viele Faktoren beeinflussen die Haltbarkeitsdauer ( Haltbarkeit), darunter die Wasseraktivität, der pH-Wert, das Redoxpotenzial, Sauerstoff, der Einsatz von Konservierungsstoffen sowie die Verarbeitungs- und Lagerbedingungen. Durch die Messung und Steuerung der Wasseraktivität von Lebensmitteln und Arzneimitteln ist es möglich:

• Vorhersagen, welche Mikroorganismen potenzielle Ursachen für Verderb und Infektionen sind
• Die chemische Stabilität von Lebensmitteln erhalten
• nichtenzymatische Bräunung -Reaktionen und spontane autokatalytische Lipidoxidation -Reaktionen minimieren
• Die Aktivität von Enzymen steuern
• Nährstoffe und Vitamine in Lebensmitteln länger haltbar machen
• Optimierung der physikalischen Eigenschaften von Lebensmitteln

Faktoren, die enden Haltbarkeit

Es gibt drei Hauptfaktoren, die die „ Haltbarkeit “ beeinflussen: mikrobielle Eigenschaften, chemische Veränderungen und physikalischer Verderb. Alle diese Faktoren stehen im Zusammenhang mit der Wasseraktivität.

Mikrobielles Wachstum

Schimmel und Mikrobielles Wachstum stellen die gefährlichsten Bedrohungen für Haltbarkeit dar. Durch die Kontrolle der Wasseraktivität lässt sich Mikrobielles Wachstum hemmen oder verhindern, Haltbarkeit verlängern und die sichere Lagerung einiger Produkte ohne Kühlung ermöglichen. Anhand genau definierter Tabellen können Sie einen Grenzwert für die Wasseraktivität Ihres Produkts festlegen und diesen bei Haltbarkeit -Tests verwenden.

Tabelle 1. Wachstumsgr Wasseraktivität Abhängigkeit von Wasseraktivität für viele gängige Mikroorganismen

Aber wie können Sie dieses Wissen in den Bereichen Rezeptur, Spezifikation, Produktion und Verpackung zu Ihrem Vorteil nutzen? Sehen Sie sich unser aktuelles Webinar an und erfahren Sie:

• Wie die Wasseraktivität Vorhersagen ermöglicht Mikrobielles Wachstum
• Wie Sie die für Ihre Branche relevanten_AW -Grenzwerte für bestimmte Organismen bei der Festlegung Ihrer Spezifikationen berücksichtigen
• Wie man verschiedene Techniken der „ Rezeptur “ (einschließlich Feuchthaltemittel, Filme und Beschichtungen) einsetzt, um die gewünschte Wasseraktivität zu erreichen
• Warum Sie die Hürden-Technologie in Betracht ziehen sollten, um bestimmte Herausforderungen zu bewältigen

Chemischer Abbau

Die Wasseraktivität beeinflusst die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen, die zum Verderb führen, da Wasser als Lösungsmittel wirkt, selbst als Reaktionspartner fungieren kann oder durch seine Viskosität die Mobilität der Reaktionspartner verändert. Beispielsweise nehmen nicht-enzymatische Bräunungsreaktionen mit steigender Wasseraktivität zu und erreichen ein Maximum bei 0,6 bis 0,7_aw, während die „ Lipidoxidation “ im Bereich von etwa 0,2 bis 0,3_aw minimiert ist. Die optimale chemische Stabilität liegt im Allgemeinen nahe dem Monoschicht-Feuchtigkeitsgehalt, der anhand von Feuchtigkeitssorptionsisothermen bestimmt wird.

Abbildung 1. Die Stabilität und die Reaktionen in einem Produkt lassen sich anhand Wasseraktivität vorhersagen.

Physische Verschlechterung

Umgebungen mit hoher und (seltener) niedriger Luftfeuchtigkeit können die Wasseraktivität eines Produkts beeinflussen, was zu unerwünschten Veränderungen der Textur oder der physikalischen Eigenschaften des Produkts führt und dessen Haltbarkeit verkürzt Haltbarkeit. Zu den Problemen zählen der Verlust der Knusprigkeit bei Trockenprodukten, Verklumpung und Verbackung bei Pulvern sowie eine zähe oder zähe Konsistenz bei feuchten Produkten. Die Ermittlung der kritischen Wasseraktivität für Ihr Produkt kann einige Nachforschungen erfordern, doch mit „Water Activity“ ist dies wesentlich einfacher.

Die Kenntnis der optimalen Wasseraktivität Ihrer Produkte kann unerwünschte Veränderungen der physikalischen Eigenschaften des Produkts verhindern, wie beispielsweise Verklumpung und Verbackung.

Verpackung, Versand und Lagerung

Veränderungen der Wasseraktivität während des Transports und der Lagerung können erhebliche Auswirkungen haben Haltbarkeit. Die Wasseraktivität ist temperaturabhängig, und die Transport- und Lagertemperaturen können die Wasseraktivität im Inneren der Verpackung beeinflussen. Vereinfachte Haltbarkeit -Tests können Ihnen dabei helfen, die optimale Verpackung zu ermitteln und die Auswirkungen der Transport- und Lagerbedingungen auf die Haltbarkeit Ihres Produkts zu bewerten.

Starten Sie mit vereinfachten Tests

Informationen darüber, wie sich die „ Haltbarkeit “ maximieren lässt, finden sich in der lebensmittelwissenschaftlichen Literatur, doch es kann schwierig sein, eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zu finden. Bei der Ausarbeitung eines Plans zur Prüfung der „ Haltbarkeit “ Ihres jeweiligen Produkts gibt es nur einige wenige Punkte zu beachten.

Versuchen Sie NICHT, alles zu analysieren.

Bei Haltbarkeit spielen viele Faktoren eine Rolle, doch die größten Auswirkungen haben die Wasseraktivität und die Temperatur. Beginnen Sie damit, diese beiden Faktoren zu kontrollieren.

Wie wird Wasseraktivität ?

Lebensmittelhersteller messen Wasseraktivität Labor und in der Produktionslinie mit Wasseraktivität . Messen Sie Wasseraktivität _aw) in maximal 5 Minuten (durchschnittliche Messdauer: 2,5 Minuten) mit_{einer Genauigkeit von} ±0,003_aw . Die Geräte von AQUALAB sind die schnellsten und präzisesten Wasseraktivität auf dem Markt. Sehen Sie sich das Video an, um zu erfahren, wie es funktioniert.

Bestimmen Sie die wahrscheinlichsten Ausfallmodi.

Die „ Haltbarkeit “ eines Produkts wird in der Regel nur von einem oder zwei Fehlermodi beeinflusst. So wird beispielsweise die „ Haltbarkeit “ von Kartoffelchips häufig durch Fehlaromen beeinträchtigt, die mit „ Lipidoxidation “ in Verbindung stehen. Vereinfachte „ Haltbarkeit “-Tests sollten damit beginnen, „ Lipidoxidation “ bei verschiedenen Wasseraktivitäten und Temperaturen zu verfolgen. Sobald die Auswirkungen von „ Lipidoxidation “ berücksichtigt wurden, können Sie weitere potenziell einschränkende Faktoren wie beispielsweise die Textur untersuchen.

Die grundlegenden Schritte zur Ermittlung Haltbarkeit

Grundlegende Schritte zur Prüfung der Haltbarkeit anhand Wasseraktivität.

Wenn Sie diese Schritte in einem detaillierten Flussdiagramm darstellen würden, würde es wie folgt aussehen (siehe größeres Bild hier):

Abbildung 2: Ablaufdiagramm für Haltbarkeitstests

Wählen Sie das richtige Paket

Sobald Sie den idealen Wasseraktivitätsbereich für Ihr Produkt ermittelt haben, ist es an der Zeit, sich mit der Verpackung zu befassen. Der wichtigste Faktor, der bestimmt, wie sich die Wasseraktivität Ihres Produkts im Laufe der Zeit entwickelt, ist die Permeabilität des Verpackungsmaterials – also wie gut es unter verschiedenen Bedingungen den Feuchtigkeitsaustausch verhindern kann (siehe Wong et al. 1999). Um die richtige Verpackung für eine gewünschte Wasseraktivität ( Haltbarkeit) zu ermitteln, benötigen Sie zwei einfache Kennzahlen: die Permeabilität der Verpackung und die kritische Wasseraktivität.

Finden Sie Ihren WVTR

Die treibende Kraft für die Wasserbewegung durch die Verpackung ist ein Unterschied in der Wasseraktivität innerhalb und außerhalb der Verpackung. Hersteller nutzen Verpackungen, um die Geschwindigkeit zu steuern, mit der sich dieses Wasser bewegt. Feuchtigkeit wird mit einer Geschwindigkeit durch die Verpackung transportiert, die als Wasserdampfdurchlässigkeitsrate ( Wasserdampfdurchlässigkeit , WVTR) angegeben wird. Sie können die WVTR in mathematischen Modellen verwenden, um die optimale Verpackung für die gewünschten Wasser Haltbarkeit zu ermitteln.

Ermitteln Sie Ihren kritischen Wasseraktivität

Eines der Hauptziele der Haltbarkeit -Prüfung besteht darin, den optimalen Wasseraktivitätsbereich für Ihr Produkt zu ermitteln. Dabei kann es sich um einen kritischen Wasseraktivitätswert handeln, dessen Überschreitung unmittelbar zu Sicherheits- oder Texturproblemen führt, die den Haltbarkeit zum Scheitern bringen. Oder es handelt sich um den „optimalen Feuchtigkeitsbereich“, der den Gewinn maximiert und potenzielle Probleme hinsichtlich Geschmack, Textur und Sicherheit ausschließt.

Wenn physikalische Veränderungen die Hauptursache für das Versagen Ihres Produkts sind, lässt sich die kritische Wasseraktivität möglicherweise anhand einer DDI- Kurve (Dynamische Taupunkt-Isotherme ) ermitteln. Eine DDI-Kurve misst die Veränderung der Sorptionseigenschaften einer Probe beim Adsorption und Desorption von Wasser (siehe Abbildung 3).

Abbildung 3. Zusammenhang zwischen Texturveränderungen und der Isotherme von sprühgetrocknetem Milchpulver.

DDI-Kurven können bei der Ermittlung einer kritischen Wasseraktivität viel Zeit sparen. Sie können diese erhalten, indem Sie eine Probe Ihres Produkts an AQUALAB Lab Services senden oder mithilfe des VAPOR SORPTION ANALYZER Ihre eigenen DDI-Kurven erstellen.

Wenn mikrobieller Verderb der begrenzende Faktor für Ihre „ Haltbarkeit “ ist, können Sie einen kritischen Wasseraktivitätswert oder einen kritischen Wasseraktivitätsbereich anhand von Grenzwerten ermitteln, die durch Forschungsergebnisse fundiert belegt sind. Viele relevante Mikroorganismen sind in dieser Tabelle aufgeführt, die den Zusammenhang zwischen Wasseraktivität und „ Mikrobielles Wachstum “ veranschaulicht.

Wenn chemische Faktoren wie die „ Lipidoxidation “, die Maillard-Reaktion oder der Vitaminverlust die Hauptursachen für die Qualitätsmängel Ihres Produkts sind, müssen Sie etwas mehr Arbeit investieren. Die Wasseraktivität steht mit vielen dieser chemischen Reaktionen in Zusammenhang, doch Sie müssen experimentieren, um herauszufinden, wie dieser Zusammenhang bei Ihrem speziellen Produkt aussieht.

Paket für den Erfolg von „ Haltbarkeit “

Sobald die Permeabilität der Verpackung und die kritische Wasseraktivität bekannt sind, können diese Werte zur Berechnung der „ prädiktive Modellierung “ herangezogen werden.

prädiktive Modellierung Dies erfolgt oft anhand einer Reihe komplizierter Gleichungen (die im Abschnitt „Weitere Ressourcen“ beschrieben werden), doch es gibt einen einfacheren Weg. Ein Softwareprogramm namens „MOISTURE ANALYSIS TOOLKIT“ übernimmt diese Berechnungen für Sie. Das Toolkit ermittelt anhand dieser grundlegenden Eingabewerte die „ Haltbarkeit “, legt ideale Verpackungsspezifikationen fest und ermöglicht es Ihnen sogar, die Analyseparameter zu variieren, um verschiedene Verpackungsoptionen zu prüfen.

Ein tiefer Einblick in Arten des Scheiterns und mehr

Möchten Sie mehr erfahren? Im Folgenden finden Sie eine umfassende, detaillierte Anleitung zu den einzelnen Schritten des oben unter Haltbarkeit dargestellten vereinfachten Ablaufdiagramms (Abbildung 2). Öffnen Sie die Registerkarten, um mehr über die einzelnen Themen zu erfahren.

WEITERE Informationen zu Haltbarkeit

In diesem 30-minütigen Webinar sprechen die Lebensmittelwissenschaftler Mary Galloway und Zachary Cartwright darüber, wie Sie Antworten auf Ihre Fragen zu „ Haltbarkeit “ erhalten. Erfahren Sie, wie Sie:

• Beheben Sie Probleme und gehen Sie Beschwerden nach, um herauszufinden, warum „ Haltbarkeit “ früher als erwartet endet.
• Prognostizieren Sie, wie sich Änderungen am Rezept auswirken werden Haltbarkeit
• Vergleichen Sie die Wirkung verschiedener Inhaltsstoffoptionen
• Prüfen Sie, ob eine bestimmte Verpackungsoption Ihnen dabei helfen wird, Folgendes zu erreichen oder zu verbessern Haltbarkeit

Warum das AQUALAB 4TE andere Wasseraktivität übertrifft

Das AQUALAB 4TE schließt eine Probe in einem versiegelten Behälter ein, und die relative Luftfeuchtigkeit im „ Kopfraum “ gleicht sich mit der Wasseraktivität der Probe aus. Im Gleichgewichtszustand sind beide Werte gleich, und wir können die relative Luftfeuchtigkeit im „ Kopfraum “ messen, um die Wasseraktivität der Probe zu ermitteln. Dies ist die zuverlässigste Antwort auf die Frage, wie man die Wasseraktivität misst.

Sekundäre Methoden: Hygrometer, Kapazitätssensoren

Wie die frühen Wasseraktivitätsmessgeräte nutzen auch die meisten modernen Geräte Hygrometersensoren, die auf elektrischer Kapazität oder elektrischem Widerstand basieren, um die Luftfeuchtigkeit im „ Kopfraum “ über der Probe zu messen.

Diese Messgeräte verwenden sekundäre Methoden: Sie setzen ein elektrisches Signal in Beziehung zur relativen Luftfeuchtigkeit und müssen mit bekannten Salzstandards kalibriert werden.

Bei diesen Sensoren entspricht der ERH-Wert Wasseraktivität der Wasseraktivität der Probe, solange die Temperaturen von Probe und Sensor identisch sind. Für genaue Messungen ist eine gute Temperaturregelung oder -messung erforderlich. Kapazitätssensoren weisen einen einfachen Aufbau auf und werden häufig in relativ kostengünstigen Wasseraktivität eingesetzt.

Das 4TE-Taupunktverfahren ist ein Primärverfahren

Die besten Verfahren zur Bestimmung der Wasseraktivität Primärverfahren, bei denen das Verhältnis p/p0 herangezogen wird.

P0 (der Sättigungs Dampfdruck) hängt ausschließlich von der Temperatur der Probe ab (wie in der beigefügten Grafik dargestellt), sodass es möglich ist, p0 durch Messung der Probentemperatur zu ermitteln. P (der Dampfdruck des Wassers in der Probe) lässt sich durch Messung des Dampfdruck des Wassers im versiegelten Kopfraum über der Probe bestimmen. Die genaueste Methode zur Messung dieses Dampfdruck – die zudem auf den Grundprinzipien basiert – ist die Messung des Taupunkts der Luft.

Abbildung 15. Die Sättigungs Dampfdruck kann durch Messung der Probentemperatur ermittelt werden (Sättigungs Dampfdruck t temperaturabhängig).

Primärmethode bedeutet direkte Messung, keine Kalibrierung

Die Hauptvorteile der Taupunktmethode (oder der Kältespiegel-Taupunktmethode) sind Schnelligkeit und Genauigkeit. Der Kältespiegel-Taupunktsensor ist ein primäres Messverfahren, das auf grundlegenden thermodynamischen Prinzipien basiert. Wasseraktivität liefern hochpräzise Messwerte (_±0,_{003 aw}), in der Regel innerhalb von etwa 5 Minuten. Da die Messung auf der Temperaturbestimmung basiert, ist keine Kalibrierung erforderlich. Anwender sollten eine Standard-Salzlösung messen, um die ordnungsgemäße Funktion des Geräts zu überprüfen. Bei einigen Anwendungen ermöglicht die Schnelligkeit dieser Methode den Herstellern eine In-Line-Überwachung der Wasseraktivität eines Produkts.

Zusätzliche Ressourcen

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Carter, B.P., Galloway, M.T., Campbell, G.S. und Carter, A.H. 2015. Die kritische Wasseraktivität dynamischer Taupunktisothermen als Indikator für die Knusprigkeit von Keksen mit geringem Feuchtigkeitsgehalt. Journal of Food Measurement and Characterization 9(3):463-470.

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