Feuchtigkeitsgehalt vs. Wasseraktivität: Die Wahl der richtigen Messgröße

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 gibt auch Aufschluss über die Textur, da ein steigender Feuchtigkeitsgehalt die Beweglichkeit erhöht und die Glasübergang senkt.

Was sagt Ihnen der Feuchtigkeitsgehalt nicht? So gut wie gar nichts über „Qualitätskennzahlen“ wie Konsistenz, mikrobiologische Sicherheit, Feuchtemigration und Nährstoffverlust. Diese entscheidenden Faktoren lassen sich besser mit einer anderen Messgröße erfassen – Wasseraktivität.

Wasseraktivität : Was ist die Wasseraktivität Aw) und wozu dient sie?

Der reine Wassergehalt eines Stoffes vermittelt kein vollständiges Bild davon, welche Auswirkungen Wasser auf das Produkt haben wird. Hier kommt Wasseraktivität.

Bei genauerer Betrachtung Wasseraktivität als ein 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 völlig aus.

1. Wasseraktivität wie energiereich und verfügbar Wasser ist. Manche Stoffe enthalten zwar viel Wasser, doch dieses ist durch molekulare Bindungen fest gebunden. Dadurch kann es weniger leicht entweichen oder mit seiner Umgebung in Wechselwirkung treten – wir würden dies als niedrige Wasseraktivität bezeichnen, auch wenn tatsächlich viel Wasser vorhanden ist. Das Gegenteil kann ebenfalls der Fall sein: Manche Materialien enthalten nur sehr wenig Wasser, das jedoch sehr gut zugänglich ist.
2. Wasser strebt nach Gleichgewicht. Wenn man einen weichen Keks in einem trockenen Klima im Freien liegen lässt, entzieht Wasseraktivität niedriger Wasseraktivität Wasseraktivität hoher Wasseraktivität Feuchtigkeit – um ein Gleichgewicht herzustellen. Dagegen tauschen zwei Materialien mit Wasseraktivität – beispielsweise ein Kuchen und die darauf aufgetragene Glasur – keine Feuchtigkeit miteinander aus. Im Wesentlichen Wasseraktivität Aufschluss darüber, in welche Richtung sich Wasser bewegen will.
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.

Wasseraktivität sich auf verschiedene Weise messen, wobei Kapazitätssensoren und Gekühlte-Spiegel-Geräte die beiden gängigsten Methoden sind. Kapazitätssensoren sind oft kostengünstig, allerdings auf Kosten der Genauigkeit und Präzision. Gekühlte-Spiegel-Geräte sind genauer und gelten allgemein als Standard in der Lebensmittelindustrie. Zu den weiteren, eher nischenorientierten Methoden zählen resistive elektrolytische Sensoren und abstimmbare Diodenlaser.

Im Gegensatz zum Feuchtigkeitsgehalt Wasseraktivität vor allem für die Steuerung der Qualität und Sicherheit eines Stoffes oder Produkts von Bedeutung, nicht für die Menge. Daher hat sie in der Lebensmittel-, Pharma- und Cannabisindustrie breite Anwendung gefunden.

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 Ihr Ziel darin besteht, einen Snack über Monate hinweg im Verkaufsregal knusprig oder knackig zu halten, oder wenn Sie wissen möchten, wie man Gelee in einen Snackkuchen einfüllt, ohne dass dieser durchweicht, wählen Sie Wasseraktivität“.‍

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

Da der Feuchtigkeitsgehalt die Textur beeinflusst, werden Ihnen manche vielleicht sagen, dass dies der einzige Messwert ist, der benötigt wird, um sowohl die Menge als auch die Qualität zu erfassen. Wer diesen Ansatz jedoch ausprobiert, wird schnell feststellen, dass es ineffizient und nahezu unmöglich ist, Mikrobielles Wachstum andere qualitätsbezogene Probleme allein anhand des Feuchtigkeitsgehalts zu kontrollieren.

Feuchtigkeitssorptionsisothermen: Wie Feuchtigkeitsgehalt und Wasseraktivität

Wasseraktivität Feuchtigkeitsgehalt sind für sich genommen zwar schon wertvoll, doch durch die Verknüpfung beider Größen lässt sich genau aufzeigen, wie sich eine ganze Reihe von Rätseln rund um die Feuchtigkeit lösen lässt.

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

Einfacher ausgedrückt: Eine Isotherme stellt sowohl die Veränderungen des Feuchtigkeitsgehalts als auch Wasseraktivität einem Diagramm dar.

Jeder Stoff hat eine andere Isotherme, und der Zusammenhang zwischen Feuchtigkeitsgehalt und Wasseraktivität linear, sondern kann komplex und unvorhersehbar sein – zumindest solange, bis man ihn 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.

Heutzutage werden sie häufig in der Lebensmittelindustrie eingesetzt, um genau zu bestimmen, bei welchen Werten Veränderungen wie Verklumpung, Verbackung und Texturverlust auftreten, um vorherzusagen, wie ein Produkt auf Rezeptur reagieren wird, um Haltbarkeit abzuschätzen und vieles mehr. Außerdem werden sie häufig zur Analyse von Holz, Baustoffen und Textilien verwendet.

Ihre eigenen Schlussfolgerungen ziehen

Feuchtigkeitsgehalt und Wasseraktivität haben unterschiedliche Aussagekraft. Werden sie gemeinsam als Isotherme dargestellt, ergeben sich wertvollere Erkenntnisse, als jede für sich allein liefern könnte.

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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