Wasseraktivität funktionellen Lebensmitteln

Lycopinreiche Tomaten. Mit CBD angereicherte Desserts. Superfoods wie Blaubeeren und Granatapfelkerne. Mit Vitamin D angereicherte Milch. Funktionelle Lebensmittel gibt es in vielen Formen, aber sie haben alle dasselbe Ziel: Krankheiten vorzubeugen und die Gesundheit durch unsere tägliche Ernährung zu verbessern.

Behalten Sie die Vorteile

Alle Lebensmittel enthalten Makro- und Mikronährstoffe, die zur Gesundheit beitragen. Funktionelle Lebensmittel enthalten noch etwas mehr: Wirkstoffe, die einen spezifischen gesundheitlichen Nutzen oder eine krankheitsbekämpfende Funktion haben. Unabhängig davon, ob dieser Wirkstoff natürlich vorkommt oder dem Produkt zugesetzt wurde, stehen funktionelle Lebensmittel, die aufgrund ihrer Vorteile beworben werden, vor einer besonderen Herausforderung: der Festlegung einer Haltbarkeit nicht nur die Sicherheit, sondern auch die Wirksamkeit des funktionellen Inhaltsstoffs gewährleistet.

Schützen Sie den funktionellen Inhaltsstoff

Funktionelle Inhaltsstoffe sind in der Regel sehr anfällig für Zersetzung. Licht, Wärme, Feuchtigkeit und der pH-Wert beeinflussen die Zersetzungsgeschwindigkeit. Wenn ein funktioneller Inhaltsstoff als Bestandteil eines haltbaren Produkts beworben wird, müssen Hersteller die Auswirkungen des pH-Werts und Wasseraktivität die Wirksamkeit dieses Inhaltsstoffs im Laufe der Zeit verstehen. Wasseraktivität des Produkts Wasseraktivität eines der wichtigsten Kriterien, die bei Rezeptur der Herstellung zu berücksichtigen sind, um sicherzustellen, dass die versprochenen gesundheitlichen Vorteile auch tatsächlich erzielt werden.

Die Auswirkungen von Feuchtigkeit

Wenn funktionelle Inhaltsstoffe in Getränken enthalten sind, kann es zu einem raschen Abbau kommen. Beispielsweise Abbildung 1

zeigt die Veränderung der Konzentration eines mit Vitamin C angereicherten Orangensafts. Im Laufe von vier Wochen sinkt die Konzentration um bis zu 50 % (Nutraceutical Business Review, 2018). Viele Vitamine und Probiotika sind ähnlich betroffen, wenn sie einer Umgebung mit hoher Feuchtigkeit ausgesetzt sind (Turkmen, Priyashantha und Jayarathna, 2019).

Es ist möglich, den Qualitätsverlust zu verlangsamen, indem man die Wasseraktivität Aw) des funktionellen Lebensmittels senkt. Eine Möglichkeit hierfür besteht darin, ein funktionelles Lebensmittel mit dem Monoschichtwert herzustellen – dem Wert, bei dem ein Lebensmittelprodukt hinsichtlich seiner Feuchtigkeit am stabilsten ist. Doch was genau ist der Monoschichtwert, und ist er ein Wert, den die meisten Hersteller anstreben sollten?

Stabilität in der Monoschicht

Die Monoschicht ist ein theoretisches Konzept, das 1938 von drei Physikern (Stephen Brunauer, Paul Emmett und Edward Teller) postuliert wurde. Die Theorie in Bezug auf ein poröses Lebensmittelmedium lautet wie folgt: Wenn ein vollständig trockenes Material hydratisiert wird, gibt es einen Punkt, an dem Wassermoleküle die Oberfläche jedes Partikels im Produkt mit einer Molekülschicht überziehen. Theoretisch ist ein Produkt am stabilsten, wenn jedes Partikel mit Wassermolekülen bedeckt ist, und zwar nur knapp bedeckt. Bei Produkten mit hohem Proteingehalt kann viel Wasser aufgenommen werden, bevor die Monoschicht erreicht ist, da Proteine viele Falten und eine große Oberfläche pro Masseneinheit haben, die bedeckt werden kann. Kristalliner Zucker hingegen ist ein einfacher Würfel, der pro Masseneinheit fast keine Oberfläche hat, die bedeckt werden kann.

Produkte können zwar unterschiedliche Mengen an Wasser aufnehmen, doch bei den meisten Produkten ist die erste Schicht – die Monoschicht – bei einer relativ konstanten Wasseraktivität von 0,3 aw vollständig ausgebildet. Zu den Produkten, die typischerweise in diesem Wasseraktivität liegen, gehören Frühstückscerealien, Mehl und Teigwaren. Es überrascht nicht, dass diese Produkte mit langer Haltbarkeit seit den 1940er Jahren die bevorzugte Verabreichungsform für US-amerikanische Anreicherungsprogramme sind (Institute of Medicine (US) Committee, 2003).

Für eine frischere Textur

Warum werden also nicht alle funktionellen Lebensmittel mit ihrem Monoschichtwert hergestellt? Einfach ausgedrückt: Weil moderne Verbraucher eine andere Art von funktionellen Lebensmitteln wünschen – etwas Weicheres, das frischer schmeckt und natürlicher ist, aber dennoch verzehrfertig bleibt.  Die Hersteller entwickeln haltbare funktionelle Lebensmittel mit deutlich höheren Wasseraktivität . Würde man sie bis auf ihren Monoschichtwert trocknen, würden sie trocken und unappetitlich werden. Bei diesen höheren Wasseraktivitätswerten Rezeptur einem komplexen Balanceakt, bei dem es darum geht, die Haltbarkeit funktionellen Inhaltsstoffs zu maximieren und gleichzeitig das Produkt weich und frisch im Geschmack zu halten.

Verfallsraten verfolgen

Wasseraktivität bei diesem Spagat eine wesentliche Rolle. Für Produktentwickler ist es äußerst hilfreich, die Abbaurate des funktionellen Inhaltsstoffs in Abhängigkeit von Wasseraktivität zu erfassen. Obwohl die Abbauraten mit Wasseraktivität korrelieren, weisen verschiedene Inhaltsstoffe unterschiedliche Zusammenhänge auf. Viele Vitamine beispielsweise zersetzen sich schneller, je Wasseraktivität die Wasseraktivität (siehe z. B. Lavelli, Zanoni und Zaniboni, 2007; Sablani, Al-Belushi, Al-Marhubi und Al-Belushi, 2007). Andere Inhaltsstoffe, wie Probiotika, weisen spezifische Bereiche auf, in denen sie maximale Stabilität erreichen. Durch die Optimierung Wasseraktivität Haltbarkeit Tagen auf Monate verlängern.

Haltbarkeit optimieren

Je natürlicher ein funktionelles Lebensmittel ist, desto größere Rolle Wasseraktivität spielen. Bei Trockenfrüchten beispielsweise beeinflusst Wasseraktivität funktionellen Produkts nicht nur die Haltbarkeit funktionellen Inhaltsstoffs, sondern wirkt sich auch auf die Anfälligkeit für Schimmelbildung und auf Qualitätsmerkmale wie die Textur aus. Wenn ein funktionelles Lebensmittel aus einer Kombination von zwei oder mehr natürlichen Inhaltsstoffen besteht, spielt Feuchtemigration eine Rolle.

Unabhängig vom jeweiligen Produkt lässt sich die positive Wirkung jedes haltbaren funktionellen Lebensmittels nur dann auf höchstem Niveau aufrechterhalten, wenn man die Grundprinzipien der Wasseraktivität versteht und anwendet.

Referenzen

Nutraceutical Business Review. „Abbau von Vitaminen, Probiotika und anderen Wirkstoffen durch Einwirkung von Hitze, Wasser und Sonnenlicht.“ 7. August 2018.

Turkmen, Nazli, Hasitha Priyashantha und Shishanthi Jayarathna. „Herausforderungen bei probiotischen Milchgetränken.“ New Food Magazine, 26. Oktober 2019. https://www.newfoodmagazine.com/article/97303/challenges-in-probiotic-d….

Institut für Medizin (USA), Ausschuss für die Verwendung von Referenzwerten für die Nährstoffzufuhr in der Nährwertkennzeichnung. „Referenzwerte für die Nährstoffzufuhr: Leitprinzipien für die Nährwertkennzeichnung und Anreicherung von Lebensmitteln“. Washington (DC): National Academies Press (USA); 2003.

Shyam S. Sablani, K. Al-Belushi, I. Al-Marhubi & R. Al-Belushi (2007) Bewertung der Stabilität von Vitamin C in angereicherter Säuglingsnahrung anhand von Wasseraktivität Glasübergang, International Journal of Food Properties, 10:1, 61–71, DOI: 10.1080/10942910600717284

Lavelli, Vera, Bruno Zanoni und Anna Zaniboni. „Einfluss der Wasseraktivität den Abbau von Carotinoiden in getrockneten Möhren.“ Food Chemistry, Band 104, Heft 4: 2007. Seiten 1705–1711.

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