Wie Wasseraktivität pH-Wert zusammenwirken, um Mikrobielles Wachstum zu regulieren

Wasseraktivität der pH-Wert sind die beiden wichtigsten intrinsischen Faktoren, die darüber entscheiden, ob ein Produkt das Wachstum von Verderbniserregern begünstigt. Wasseraktivität pH-Wert wirken synergistisch, wobei ihre kombinierte Wirkung bei der Bekämpfung stärker ist als ihre einzelnen Wirkungen. Dieser Synergieeffekt wird im Rahmen der „Hurdle-Technologie“ zur mikrobiellen Kontrolle ausführlich beschrieben und ist ein wesentlicher Bestandteil der Definition der FDA für potenziell gefährliche Lebensmittel.

So können Sie die kombinierte Wirkung von Wasseraktivität pH-Wert nutzen, um die Keimkontrolle mit schonenderen Konservierungsverfahren zu verbessern, was zu einer besseren Produkttextur und -qualität führen kann.

Wie Wasseraktivität Mikrobielles Wachstum Wasseraktivität

Wie alle Organismen sind auch Mikroorganismen für ihr Wachstum auf Wasser angewiesen. Sie nehmen Wasser auf, indem sie es über die Zellmembran transportieren. Dieser Mechanismus der Wasserbewegung beruht auf einem Wasseraktivität – das Wasser wandert also aus einer Wasseraktivität hoher Wasseraktivität außerhalb der Zelle in eine Wasseraktivität niedrigerer Wasseraktivität innerhalb der Zelle.

Wenn Wasseraktivität der Zelle niedrig genug wird, führt dies zu osmotischem Stress: Die Zelle kann kein Wasser mehr aufnehmen und geht in einen Ruhezustand über. Die Mikroorganismen werden nicht abgetötet, sie sind lediglich nicht mehr in der Lage, sich zu vermehren. Verschiedene Organismen gehen unterschiedlich mit osmotischem Stress um. Deshalb gibt es für jeden Organismus unterschiedliche Wachstumsgrenzen. Einige Schimmelpilz- und Hefearten haben sich so angepasst, dass sie sehr niedrige Wasseraktivität aushalten können.

Jeder Organismus hat eine bestimmte Wasseraktivität der er aufhört zu wachsen. Solange Produktentwickler die Wasseraktivität diesem Grenzwert halten, vermehrt sich der betreffende Mikroorganismus nicht in einem Ausmaß, das eine Infektion oder Erkrankung auslösen könnte. Siehe Tabelle 1.

Da Wasseraktivität Mikrobielles Wachstum , eignet Wasseraktivität hervorragend zur Gewährleistung der Lebensmittelsicherheit, und Wasseraktivität kann als kritischer Kontrollpunkt in HACCP-Plänen herangezogen werden.

Synergiepotenziale

Die Wachstumsgrenzen in Tabelle 1 gehen davon aus, dass alle anderen Bedingungen (pH-Wert, Temperatur usw.) für das Wachstum des Organismus optimal sind. Werden jedoch die wachstumshemmenden Auswirkungen eines gesenkten pH-Werts mit Wasseraktivität kombiniert, Mikrobielles Wachstum tatsächlich bei einer höheren Wasseraktivität kontrollieren, Wasseraktivität in der Tabelle angegeben.

Was ist pH?

Der pH-Wert ist ein Maß für den Säuregrad oder die Alkalität einer Lösung. Werte zwischen 0 und 7 weisen auf Säure hin, Werte zwischen 7 und 14 auf Alkalität. Destilliertes Wasser, das neutral ist, hat einen pH-Wert von 7. Lebensmittel sind in der Regel entweder neutral oder sauer.

Mikroben haben pH-Wert-Grenzen für ihr Wachstum

Genau wie bei Wasseraktivität gibt es auch für Mikroorganismen pH-Grenzwerte, unterhalb derer sie nicht wachsen. Tabelle 2 zeigt die Mindest-pH-Werte für das Wachstum verschiedener Arten von Mikroorganismen. Alle Mikroorganismen bevorzugen für ein optimales Wachstum einen neutralen pH-Wert, können jedoch auch bei saureren pH-Werten wachsen. Die meisten von ihnen hören bei einem pH-Wert von 5,0 auf zu wachsen. Einige Mikroorganismen kommen mit Werten von bis zu 4,6 und sogar bis hinunter zu 4,4 zurecht. Früher galt ein pH-Wert von 4,6 als untere Wachstumsgrenze, doch Teile des Lebensmittelkodexes wurden geändert, als man entdeckte, dass einige problematische Mikroben bereits bei pH-Werten von nur 4,2 wachsen können.

Verwendungszwecke für die pH-Einstellung

Aufgrund Mikrobielles Wachstum durch Mikrobielles Wachstum ist die Senkung des pH-Werts eine wirksame Methode zur Konservierung von Lebensmitteln und zur Verhinderung des Wachstums von Mikroorganismen und kann zudem als kritischer Kontrollpunkt in HACCP-Plänen dienen. Darüber hinaus passen einige Hersteller den pH-Wert an, um den Geschmack zu verändern. Dies geschieht häufig durch Einlegen oder Fermentierung, wobei mikrobielle Prozesse, enzymatische Reaktionen oder Säuren wie Essig genutzt werden, um die Bildung von Milchsäure anzuregen. Viele chemische Reaktionen sind pH-abhängig und können durch Anpassung des pH-Werts verhindert oder gesteuert werden.

Wasseraktivität pH-Wert – gemeinsam noch wirkungsvoller

Die Auswirkungen von Wasseraktivität pH-Wert lassen sich mithilfe der Hurdle-Technologie kombinieren, um Mikroorganismen wirksamer zu bekämpfen. Im Falle von Wasseraktivität pH-Wert ist die kombinierte Wirkung beider Hurdles größer als die Wirkung jeder einzelnen Hürde. Das bedeutet, dass eine wirksame mikrobielle Kontrolle bereits bei Werten erreicht werden kann, die für den pH-Wert oder Wasseraktivität normalerweise als unsicher gelten würden.  Der derzeit gültige Lebensmittelkodex von 2013 enthält Tabellen Wasseraktivität pH-Wert und Wasseraktivität (siehe Tabellen 3 und 4), anhand derer festgestellt werden kann, ob ein Lebensmittel aus Sicherheitsgründen einer Zeit- und Temperaturkontrolle (TCS) unterzogen werden muss oder nicht.

Tabelle 3 gilt für Lebensmittel, die einer Wärmebehandlung unterzogen wurden, um Mikroorganismen abzutöten, und anschließend verpackt wurden. Eine Verringerung Wasseraktivität des pH-Werts stellt keinen Abtötungsschritt dar.  Sie beseitigen keine Mikroorganismen. Sie verhindern lediglich das Wachstum von Mikroben bis zu toxischen Konzentrationen. Da die Wärmebehandlung alle Mikroorganismen mit Ausnahme sporenbildender Bakterien abtötet, können diese Lebensmittel bei höheren Wasseraktivitäten und pH-Werten verpackt werden. Unter diesen Bedingungen gelten eine Wasseraktivität 0,92 und ein pH-Wert von 4,6 oder höher als sicher.

Die interaktive Tabelle 4 gilt für Produkte, die nicht wärmebehandelt sind oder die zwar wärmebehandelt, aber unverpackt sind. In der Regel müssen diese Produkte eine Wasseraktivität weniger als 0,88 oder einen pH-Wert von weniger als 4,2 aufweisen, um als sicher zu gelten. Höhere Werte können jedoch akzeptabel sein, wenn Wasseraktivität pH-Wert gemeinsam berücksichtigt werden.

Tabelle 5 zeigt die Wasseraktivität den pH-Wert einiger gängiger Lebensmittel. Erdbeerkonfitüre weist eine sehr hohe Wasseraktivität auf, der pH-Wert ist jedoch recht niedrig. Aufgrund des enthaltenen Zitronensäuregehalts ist der pH-Wert niedrig genug, um Mikrobielles Wachstum zu verhindern Mikrobielles Wachstum die Wasseraktivität hoch Wasseraktivität . Auch Senf hat einen sehr niedrigen pH-Wert, aber eine hohe Wasseraktivität. Diese Produkte sind aufgrund ihres pH-Werts sicher, nicht aufgrund ihrer Wasseraktivität. Ahornsirup hat einen hohen Zuckergehalt, daher ist Wasseraktivität geringer, sein pH-Wert ist jedoch relativ neutral. In diesem Fall ist es die Wasseraktivität für die Sicherheit sorgt, nicht der pH-Wert.

Abbildung 1 zeigt, dass sich bei gemeinsamer Darstellung Wasseraktivität pH-Wert keinerlei direkter Zusammenhang erkennen lässt. Wird einem Produkt Säure zugesetzt, um seinen pH-Wert zu senken, hat dies zwar gewisse Auswirkungen auf Wasseraktivität saure Stoffe in der Regel polar sind und bevorzugt mit Wasser interagieren. Im Wesentlichen führt eine Senkung des pH-Werts jedoch nicht zu einer direkten Senkung der Wasseraktivität.

So regulieren Sie Wasseraktivität

Die gängigste Methode, Wasseraktivität eines Produkts zu senken, Wasseraktivität das Trocknen oder Backen. (Beachten Sie jedoch, dass Sie hierfür zunächst die Feuchtigkeitssorptionsisotherme des Produkts verstehen müssen.) Wasseraktivität sich auch durch die Zugabe von Feuchthaltemitteln wie Salz, Zucker, Maissirup mit hohem Fruktosegehalt, Sorbit und Maltodextrin regulieren.

Gängige Methoden zur pH-Kontrolle

Die gängigste Methode zur Senkung des pH-Werts ist die Fermentation. Bei der Fermentierung produzieren „gute“ Bakterien Milchsäure, die den pH-Wert des Produkts senkt und das Wachstum anderer Organismen verhindert. Bei Essiggurken, Sauerkraut, fermentierten Würsten und Oliven wird diese Methode angewendet. Der pH-Wert kann auch durch die direkte Zugabe von Säure (Essig, Milchsäure, Zitronensäure) zum Produkt oder durch die Zugabe von natürlich sauren Zutaten wie Tomaten in Spaghettisoße reguliert werden.

Wasseraktivität pH-Wert – schnelle und einfache Messungen

Wasseraktivität pH-Wert sind zwei Messgrößen, die sich am besten gemeinsam bestimmen lassen. Beide lassen sich mit handelsüblichen Wasseraktivität und pH-Messgeräten, die überall erhältlich sind, leicht messen.

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