Wasseraktivität : Die Grundlagen beherrschen

Was ist Wasseraktivität? Ist Wasseraktivität wie Feuchtigkeitsgehalt? Wie wird die Wasseraktivität gemessen? Kann man Wasseraktivität senken?

Dies sind einige der grundlegendsten Fragen zum Thema Wasseraktivität. Um diese – und weitere – Fragen zu beantworten, haben wir Erkenntnisse von Dr. Brady Carter und Dr. Nate Olson – Wasseraktivität Decagon – zusammengetragen, um Ihnen einen umfassenden Überblick über Wasseraktivität zu geben. Ihre Antworten stammen aus dem Webinar Wasseraktivität “.

Was ist Wasseraktivität?

Wasseraktivität das Verhältnis des Dampfdruck Wasser in einem Stoff zum Dampfdruck reinem Wasser bei einer bestimmten Temperatur. Auf einer Skala von 0 bis 1,0 gibt sie an, inwieweit dieses Wasser innerhalb eines Stoffes verfügbar oder „frei“ ist.

Ein aw-Wert von 0 bedeutet, dass kein Freies Wasser vorhanden ist, und ein aw-Wert von 1,0 entspricht dem Dampfdruck reinem Wasser. Wasseraktivität nicht die Wassermenge in einer Substanz – sie ist der Energiezustand des Wassers. Zwischen beiden besteht ein wesentlicher Unterschied, auf den wir später noch eingehen werden.

Warum ist uns Wasseraktivität wichtig?

Wasseraktivität wichtig, da Wasser zahlreiche Veränderungen in einem Produkt bewirken kann. Das Vorhandensein und die Verfügbarkeit von Wasser können zu folgenden Auswirkungen führen:

• Mikrobielles Wachstum Bakterien, Schimmelpilze, Hefen)
• Chemische Veränderungen (nichtenzymatische Bräunung)
• Physikalische Veränderungen (Verklumpung, Fließverhalten, Veränderungen der Konsistenz)

Anhand Wasseraktivität lässt sich viel über die Stabilität und Sicherheit eines Produkts aussagen. Die Kenntnis Wasseraktivität Produktentwicklern und Herstellern, Haltbarkeit zu steuern und zu verlängern Haltbarkeit die Sicherheit zu gewährleisten.

Messung Wasseraktivität

Das gängigste Messgerät zur Bestimmung Wasseraktivität das Taupunktmessgerät mit gekühltem Spiegel (z. B. das AQUALAB 4TE).

Bei einem Kalt-Spiegel-Taupunktmessgerät wird die Probe in eine Versiegelte Messkammer gegeben, Versiegelte Messkammer ein kleiner elektrischer Ventilator die Luft umwälzt. Im Inneren der Kammer befindet sich ein Spiegel, der so weit gekühlt wird, bis sich auf seiner Oberfläche Tau bildet. In dem Moment, in dem die Kondensation eintritt, erfasst das Gerät die Lufttemperatur über der Probe und die Temperatur des Spiegels. Aus diesen beiden Werten wird der Dampfdruck berechnet, der anschließend zur Bestimmung Wasseraktivität herangezogen wird.

Wasseraktivität den weiteren Messgeräten zur Bestimmung Wasseraktivität elektronische Sensoren und das isopiestische (oder gravimetrische) Verfahren. Im Rahmen dieser Einführung konzentrieren wir uns auf das Taupunktmessgerät mit gekühltem Spiegel.

Die ideale Temperatur für die Messung Wasseraktivität 25 °C; dies ist auch die Temperatur, bei der das Gerät Temperaturkorrektur seine automatische Temperaturkorrektur durchführt. Viele Wasseraktivität liefern innerhalb von etwa fünf Minuten ein Messergebnis mit einer Genauigkeit von ± 0,003 aw.

Wasseraktivität Feuchtigkeitsgehalt

Diese beiden Messungen sind nicht dasselbe. Hier sind die Unterschiede:

Feuchtigkeitsgehalt – die Wassermenge in einem Stoff, ausgedrückt als Prozentsatz des Gesamtgewichts eines Materials (Nassbasis) oder als Prozentsatz der Trockenmasse (Trockenbasis).

Wasseraktivität – der Energiezustand des Wassers in einem Stoff, ausgedrückt als Verhältnis der Dampfdrücke.

Es gibt keinen allgemeinen Zusammenhang zwischen Feuchtigkeitsgehalt und Wasseraktivität. Aus diesem Grund Wasseraktivität die bessere Größe zur Vorhersage des Verhaltens und der Stabilität eines Produkts.

Betrachten wir als Beispiel reines Wasser und eine gesättigte Salzlösung. Beide haben denselben Feuchtigkeitsgehalt – 100 % Wasser –, doch ihre Wasseraktivitäten unterscheiden sich. Reines Wasser hat eine Wasseraktivität 1,0, während eine gesättigte Salzlösung (obwohl sie immer noch größtenteils aus Wasser besteht) eine Wasseraktivität als 1,0 aufweist, da die Ionen in der Salzlösung die freie Bewegung der Wassermoleküle behindern.

Es gibt einige Gemeinsamkeiten. Mit steigendem Feuchtigkeitsgehalt eines Produkts steigt Wasseraktivität auch Wasseraktivität . Der Zusammenhang zwischen beiden Größen ist jedoch produktspezifisch und nicht allgemeingültig.

Sorptionsisothermen

In der Welt der Wasseraktivität ist eine Sorptionsisotherme ein Diagramm, das den Feuchtigkeitsgehalt als Funktion der Wasseraktivität konstanter Temperatur darstellt.

Sorptionsisothermen haben in der Lebensmittelwissenschaft zwei Hauptanwendungsbereiche:

1. Verständnis dafür, wie ein Produkt mit Feuchtigkeit interagiert (Auswahl der Verpackung, Haltbarkeit).
2. Qualitätsmerkmale verstehen und vorhersagen – von der Textur über die Stabilität bis hin Haltbarkeit.

Um eine Sorptionsisotherme zu erstellen, muss eine Reihe von Datenpunkten Wasseraktivität Feuchtigkeitsgehalt für ein bestimmtes Produkt und eine bestimmte Temperatur gemessen und anschließend grafisch dargestellt werden. Die Form der Sorptionsisotherme ist produktspezifisch.

Manche Produkte weisen S-förmige (sigmoide) Isothermen auf. Andere sind eher linear. Die Form der Isotherme hängt mit der Bindungsaffinität des Produkts gegenüber Wasser zusammen.

Sorptionsisothermen zeigen den Zusammenhang zwischen Feuchtigkeitsgehalt und Wasseraktivität ein bestimmtes Produkt – nicht den Zusammenhang zwischen zwei Produkten. Wenn Sie zwei Produkte mit jeweils unterschiedlichen Sorptionsisothermen miteinander mischen, hängt die Wasseraktivität Mischung von den Wasseraktivitäten der einzelnen Bestandteile ab, nicht von deren Feuchtigkeitsgehalten.

Der Einfluss der Temperatur

Wasseraktivität mit der Temperatur. Mit steigender Temperatur Wasseraktivität . Der Zusammenhang ist produktspezifisch, doch im Allgemeinen entspricht ein Temperaturanstieg um 10 °C einem Anstieg der Wasseraktivität etwa 0,03 aw.

Der Einfluss der Temperatur auf Wasseraktivität bei der Verarbeitung und Lagerung ein wichtiger Faktor. Wird ein Produkt bei hoher Temperatur hergestellt und anschließend abgekühlt, Wasseraktivität die Wasseraktivität mit sinkender Temperatur. Dies kann zu Kondensation führen, was wiederum Verklumpung, Verbackung und andere Qualitätsprobleme verursachen kann.

Wasseraktivität Mikrobielles Wachstum

Wasseraktivität direktem Zusammenhang mit Mikrobielles Wachstum. Jede Art von Mikroorganismus hat einen Wasseraktivität , unterhalb dessen er nicht wachsen kann.

Gängige Wasseraktivität für Wasseraktivität in Bezug auf Mikrobielles Wachstum:

• 0,97: Bakterien wie Clostridium botulinum E, Pseudomonas fluorescens
• 0,95: Bakterien wie Salmonella spp., E. coli
• 0,91: die meisten Bakterien, einschließlich Bacillus subtilis
• 0,87: Staphylococcus aureus (aerob)
• 0,70–0,85: die meisten Schimmelpilze
• 0,60: Untergrenze für Mikrobielles Wachstum gesamte Mikrobielles Wachstum

Diese Werte stellen die Mindestanforderungen für Mikrobielles Wachstum dar. Liegt die Wasseraktivität eines Produkts Wasseraktivität der für einen bestimmten Mikroorganismus geltenden Mindestanforderung, kann dieser Organismus nicht wachsen.

Wasseraktivität der Praxis

Wir haben bereits erwähnt, dass Wasseraktivität für Mikrobielles Wachstum sowie für chemische und physikalische Veränderungen von Bedeutung Wasseraktivität . Schauen wir uns nun an, wie Wasseraktivität in der Praxis zur Steuerung dieser Variablen eingesetzt Wasseraktivität :

Mikrobielles Wachstum – Durch die Entwicklung eines Produkts mit einer Wasseraktivität des für Krankheitserreger geltenden Mindestwerts können Produktentwickler Produkte herstellen, die ohne Kühlung lagerstabil sind. Die FDA legt eine Wasseraktivität 0,85 als Schwellenwert fest, unterhalb dessen ein Produkt aus Sicherheitsgründen nicht gekühlt werden muss.

Chemische Veränderungen – Wasseraktivität die Geschwindigkeit der nichtenzymatische Bräunung, Lipidoxidation und anderer chemischer Reaktionen. Das Verständnis des Zusammenhangs zwischen Wasseraktivität chemischen Reaktionen hilft Produktentwicklern dabei, Haltbarkeit die Geschmacksstabilität zu optimieren.

Physikalische Veränderungen – Wasseraktivität physikalische Eigenschaften wie Textur, Verklumpung und Pulverfluss. Das Verständnis, wie Wasseraktivität diese Eigenschaften Wasseraktivität , hilft Herstellern dabei, Produkte mit gleichbleibenden physikalischen Eigenschaften herzustellen.

Wasseraktivität ein wichtiges Instrument im Werkzeugkasten des Produktentwicklers, um Produkte mit vorhersehbarer Sicherheit, Stabilität und Qualität zu entwickeln. Durch das Verständnis und die Steuerung Wasseraktivität können Hersteller bessere Produkte mit längerer Haltbarkeit und weniger Qualitätsmängeln herstellen, was zur Verringerung von Lebensmittelabfällen und zur Verbesserung der Nachhaltigkeit beiträgt. Forscher nutzen Wasseraktivität zudem Wasseraktivität Grundlage für die Vorhersage Mikrobielles Wachstum, zur Aufrechterhaltung der physikalischen und chemischen Stabilität, zur Produktformulierung sowie zur Vorhersage Haltbarkeit.

Häufig gestellte Fragen

Wie wird Wasseraktivität in Lebensmitteln Wasseraktivität ?

Wasseraktivität gemessen, indem eine kleine Probe in einer geschlossenen Kammer versiegelt und die Gleichgewichts-Relative Luftfeuchtigkeit Kopfraum abgelesen wird, die der Wasseraktivität Probe im Gleichgewicht entspricht. Die genauesten Messgeräte verwenden einen Gekühlter Spiegel-Taupunkt – wie das AQUALAB 4TE –, der innerhalb von etwa fünf Minuten einen Messwert liefert, ohne dass eine Kalibrierung anhand von Referenzstandards erforderlich ist.

Welcher Wasseraktivität weist auf ein haltbares Lebensmittel hin?

Die FDA legt einen aw-Wert von 0,85 als Schwellenwert fest, unterhalb dessen ein Produkt aus Sicherheitsgründen in der Regel nicht gekühlt werden muss – Produkte, die diesen Wert erreichen oder unterschreiten, gelten als lagerstabil gegenüber den meisten Krankheitserregern. Unterhalb eines aw-Werts von 0,70 kommt das Schimmelwachstum zum Erliegen, und unterhalb eines aw-Werts von 0,60 findet Mikrobielles Wachstum statt. Aus diesem Grund werden Snacks mit geringem Feuchtigkeitsgehalt und Trockenprodukte so formuliert, dass sie in diesem Bereich bleiben.

Beeinflusst die Temperatur Wasseraktivität ?

Ja, Wasseraktivität mit zunehmender Temperatur, da wärmere Wassermoleküle Dampfdruck höheren Dampfdruck erzeugen. Das bedeutet, dass dasselbe Produkt bei einer Messung bei 25 °C eine höhere Wasseraktivität aufweist Wasseraktivität bei 15 °C. Messwerte sollten stets zusammen mit der Messtemperatur angegeben werden, und AQUALAB-Messgeräte führen Temperaturkorrektur eine automatische Temperaturkorrektur durch.

Lässt sich anhand Wasseraktivität chemische Reaktionen wie Bräunung oder Lipidoxidation Wasseraktivität ?

Ja – Wasseraktivität bestimmt Wasseraktivität die Geschwindigkeit der nichtenzymatische Bräunung, Lipidoxidation, des Vitaminabbaus und der enzymatischen Reaktionen in Lebensmitteln. Die meisten chemischen Abbauprozesse verlaufen bei Wasseraktivitäten zwischen 0,2 und 0,4 am langsamsten und beschleunigen sich deutlich oberhalb von aw 0,6, wodurch Wasseraktivität neben der mikrobiologischen Sicherheit Wasseraktivität Schlüsselvariable bei der Vorhersage der Geschmacks- und Farbstabilität sowie des Nährstofferhalts wird.

Wird Wasseraktivität von der FDA Wasseraktivität ?

Ja, die FDA verwendet Wasseraktivität Kontrollparameter gemäß 21 CFR Part 117 und Präventive Kontrollen des FSMA, wobei ein aw-Wert von 0,85 als Schwellenwert gilt, unterhalb dessen ein Produkt aus Sicherheitsgründen in der Regel nicht gekühlt werden muss. Hersteller, die Wasseraktivität präventive Kontrollmaßnahme einsetzen, müssen Zielwerte validieren, Überwachungsverfahren festlegen und die Überprüfung des Endprodukts dokumentieren.

Referenzen

Labuza, T. P. „Sorptionsphänomene in Lebensmitteln.“ Food Technology 22, Nr. 3 (1968): 263–272.

Scott, W. J. „Wasserhaushalt von Staphylococcus aureus bei 30 °C.“ Australian Journal of Biological Sciences 6 (1953): 549–564.

Labuza, T. P., A. Kaanane und J. Y. Chen. „Einfluss der Temperatur auf die Feuchtigkeitssorptionsisothermen und Wasseraktivität bei zwei dehydrierten Lebensmitteln.“ Journal of Food Science 50, Nr. 2 (1985): 385–392.

Troller, J. A. und J. H. B. Christian. Wasseraktivität Lebensmittel. Academic Press, 1978.

Fontana, A. J. „Wasseraktivität: Warum sie für die Lebensmittelsicherheit wichtig ist.“ In: Tagungsband der Ersten NSF International-Konferenz zur Lebensmittelsicherheit, S. 177–185. 1998.

Slade, L., und H. Levine. „Beyond Wasseraktivität: Neueste Fortschritte auf der Grundlage eines alternativen Ansatzes zur Bewertung der Lebensmittelqualität und -sicherheit.“ Critical Reviews in Food Science and Nutrition 30, Nr. 2–3 (1991): 115–360.

Chirife, J., und M. Del Pilar Buera. „Wasseraktivität, Wasserglasdynamik und die Kontrolle des mikrobiologischen Wachstums in Lebensmitteln.“ Critical Reviews in Food Science and Nutrition 36, Nr. 5 (1996): 465–513.

Rahman, M. S. und T. P. Labuza. „Wasseraktivität Lebensmittelkonservierung.“ In: Handbook of Food Preservation, herausgegeben von M. S. Rahman, S. 339–382. CRC Press, 1999.

Ross, K. D. „Bestimmung der Wasseraktivität Lebensmitteln mit mittlerem Feuchtigkeitsgehalt.“ Food Technology 29, Nr. 3 (1975): 26–34.

Carr, J. M., T. Sufferling und J. Poppe.Wasseraktivität : eine gemeinsame Studie zu verschiedenen Methoden.“ Journal of Food Science 41, Nr. 4 (1976): 910–917.

Scott, W. J. „Wasserhaushalt von Mikroorganismen, die Lebensmittel verderben.“ In: Advances in Food Research, Band 7, S. 83–127. Academic Press, 1957.

‍