Wie die Wasseraktivität den Prozess steuert Mikrobielles Wachstum

Im Jahr 1953 wies William James Scott nach, dass Mikrobielles Wachstum in Lebensmitteln nicht – wie die meisten Menschen dachten – vom Wassergehalt, sondern von der Wasseraktivität bestimmt wird. Vier Jahre später führte er das Konzept einer minimalen Wasseraktivität für „ Mikrobielles Wachstum “ ein. Die Wasseraktivität wird heute von Lebensmittelherstellern routinemäßig verwendet, um festzustellen, ob ein Produkt anfällig für mikrobielles Wachstum ist oder nicht.

Wasseraktivität regulieren, verhindern Mikrobielles Wachstum

Wie alle Organismen sind auch Mikroorganismen für ihr Wachstum auf das in der Nahrung verfügbare 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, so stark zu wachsen, dass sie eine Infektion auslösen könnten. 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. Tabelle 1 zeigt Wasseraktivität für viele gängige Mikroorganismen.

Häufig gestellte Fragen

Wie lautet der „ Wasseraktivitätsschwellenwert “ der FDA für haltbare Lebensmittel?

Die FDA stuft Lebensmittel mit einem aw-Wert von 0,85 oder darunter gemäß 21 CFR und FSMA Präventive Kontrollen als im Allgemeinen nicht kühlpflichtig ein – dieser Schwellenwert basiert auf den Mindestanforderungen für das Wachstum der meisten bakteriellen Krankheitserreger. Produkte mit einem aw-Wert zwischen 0,85 und 0,91 erfordern eine sorgfältige Bewertung, da Staphylococcus aureus in diesem Bereich noch wachsen kann, auch wenn andere Krankheitserreger dies nicht können.

Inwiefern wird Wasseraktivität als kritischer Kontrollpunkt in HACCP-Plänen Wasseraktivität ?

Die Wasseraktivität wird in HACCP-Plänen als kritischer Kontrollpunkt (CCP) verwendet, indem ein bestimmter aw-Grenzwert – in der Regel bei oder unter 0,85 – als messbare, überprüfbare vorbeugende Kontrollmaßnahme gegen das Wachstum von „ pathogen “ festgelegt wird. Da die Wasseraktivität direkt mit definierten „ Mikrobielles Wachstum “-Grenzwerten verknüpft ist und am Herstellungsort überprüft werden kann, ist sie einer der zuverlässigsten Parameter zur Dokumentation der Lebensmittelsicherheit, ohne dass bei jeder Charge eine direkte „ pathogen “-Untersuchung erforderlich ist.

Werden durch eine Verringerung Wasseraktivität bereits in einem Lebensmittel vorhandene Bakterien und Schimmelpilze Wasseraktivität ?

Nein, eine Senkung Wasseraktivität das Wachstumsminimum versetzt Mikroorganismen zwar in einen Ruhezustand, tötet sie jedoch nicht ab, und Sporen können bei sehr niedriger Wasseraktivität Jahre Wasseraktivität lebensfähig bleiben, bevor sie ihr Wachstum wieder aufnehmen, sobald sich die Bedingungen ändern. Aus diesem Grund kombiniert die Hurdle-Technologie Wasseraktivität anderen Kontrollparametern wie dem pH-Wert oder der Temperatur, anstatt sich Wasseraktivität auf Wasseraktivität zu verlassen.

Was ist der Mindest-AW-Wert für Staphylococcus aureus und warum ist er von Bedeutung?

Staphylococcus aureus weist mit einem aw-Wert von 0,86 einen der niedrigsten Mindestschwellenwerte für die Wasseraktivität aller bakteriellen pathogen auf. Aus diesem Grund können Produkte mit einem aw-Wert zwischen 0,86 und 0,91 ein Staphylokokkenrisiko bergen, obwohl die meisten anderen Krankheitserreger in diesem Bereich nicht wachsen können. Dies macht den FDA-Schwellenwert von 0,85 zu einem konservativen, aber entscheidenden Kontrollpunkt für Lebensmittel mit mittlerem Feuchtigkeitsgehalt.

Kann ein hoher Salz- oder Zuckergehalt die Wasseraktivität so weit senken, dass eine „ Mikrobielles Wachstum “ verhindert wird?

Ja, gelöste Stoffe wie Salz und Zucker binden Wassermoleküle und senken deren Energiezustand – das ist das wissenschaftliche Prinzip hinter traditionellen Konservierungsmethoden wie Pökeln, Einlegen in Salzlake und der Herstellung von Marmelade. Eine ausreichend konzentrierte Salzlake oder ein Produkt mit hohem Zuckergehalt kann Wasseraktivität erreichen, Wasseraktivität niedrig genug sind, um den Verderb zu verhindern; allerdings ist eine direkte Messung erforderlich, da komplexe Lebensmittelmatrizen sich nicht nach einfachen Formeln verhalten.

Wasseraktivität FDA, FSIS, FSMA

Wenn Sie die Wasseraktivität eines beliebigen Materials messen, wissen Sie, welche Bakterien, Schimmelpilze oder Pilze darauf und darin wachsen können. Durch die Verringerung der Wasseraktivität können Sie das Wachstum bestimmter Mikrobenklassen ausschließen. Bei niedrigen Wasseraktivitäten können Sie das Wachstum jeglicher Mikroorganismen verhindern. Die Wasseraktivität ist kein Abtötungsschritt. Sie ist ein Kontrollschritt und ein wesentlicher Bestandteil vieler HACCP-Pläne. Diese etablierten Grenzwerte für die Wasseraktivität ( Mikrobielles Wachstum ) wurden in die Vorschriften der FDA, des FSIS und anderer Behörden aufgenommen. Die Wasseraktivität ist Teil der Definition potenziell gefährlicher Lebensmittel im Food Code von 2013, auf den sich der Food Safety Modernization Act (FSMA) bezieht.

Zwar können Temperatur, pH-Wert und verschiedene andere Faktoren beeinflussen, ob und wie schnell sich ein Organismus in einem Lebensmittel vermehrt, doch ist die Wasseraktivität möglicherweise der wichtigste Faktor. Die meisten Bakterien wachsen beispielsweise nicht bei einer Wasseraktivität unter 0,91, und die meisten Schimmelpilze hören bei einer Wasseraktivität unter 0,70 auf zu wachsen. Die Wasseraktivität in Kombination mit anderen Hemmfaktorenwie pH-Wert, Temperatur oder Schutzgasverpackung schränkt das „ Mikrobielles Wachstum “ selbst bei Wasseraktivitäten über 0,91 ein.

Erfahren Sie mehr – sehen Sie sich Wasseraktivität “ an

Jeder weiß, dass die Wasseraktivität mit Mikrobielles Wachstum zusammenhängt. Aber wie können Sie dieses Wissen bei Rezeptur, Spezifikation, der Produktion und der Verpackung zu Ihrem Vorteil nutzen? In diesem 30-minütigen Webinar erfahren Sie:

• Was Sie darüber wissen müssen, wie sich die Wasseraktivität vorhersagen lässt Mikrobielles Wachstum
• Wie Sie die für Ihre Branche relevanten AW-Grenzwerte für bestimmte Organismen bei der Festlegung Ihrer Spezifikationen verwenden
• 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