Warum sich Pulver schlecht benehmen

Aber vielleicht haben Sie noch nicht gesehen, welche gefährlichen Schäden Pulver an anderer Stelle anrichten kann. Diese weniger sichtbaren, weniger bekannten Probleme können schwerwiegende Folgen haben – wie Gesundheitsrisiken und Produktrückrufe. Ignorieren Sie sie auf eigene Gefahr.

Begleiten Sie Mary Galloway, Leiterin des METER Food R&D Lab, und Dr. Zachary Cartwright, leitender Lebensmittelwissenschaftler, bei der Vorstellung neuer Forschungsergebnisse und der Erläuterung der vielen Gründe, warum Pulver sich unvorhersehbar verhalten.

Sie lernen:

• Wie viele Unternehmen stellen die funktionellen Vorteile ihrer Produkte versehentlich falsch dar?
• Die mikrobiellen Risiken von Lebensmitteln mit geringem Feuchtigkeitsgehalt und die gefährlichen Irrtümer darüber
• Die Vielzahl der Faktoren, die die Pulverstabilität beeinflussen, und welche davon am wichtigsten zu beachten sind
• Wie man genau feststellt, wo Pulverprobleme auftreten werden, und wie man sie verhindert, bevor sie entstehen

Über die Moderatoren

Mary Galloway ist Leiterin des METER Food Research & Development Lab. Sie ist spezialisiert auf den Einsatz und die Prüfung von Messgeräten zur Bestimmung Wasseraktivität deren Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften. Sie hat mit Dutzenden der weltweit größten und erfolgreichsten Lebensmittelmarken zusammengearbeitet, um feuchtigkeitsbedingte Produktprobleme zu lösen.

Dr. Zachary Cartwright ist leitender Lebensmittelwissenschaftler bei der METER Group. Er hat einen Doktortitel in Lebensmittelwissenschaft von der Washington State University und einen Bachelor-Abschluss in Biochemie von der New Mexico State University. Er ist Experte für Isothermanalysen und den Einsatz des Vapor Sorption Analyzer (VSA).

Transkript, zur besseren Verständlichkeit bearbeitet

Zachary:

Hallo zusammen. Willkommen bei „Why Powders Misbehave“. Mein Name ist Zachary Cartwright.

Mary:

Und ich bin Mary Galloway.

Zachary:

Beginnen wir mit einem kurzen Überblick darüber, was Sie heute erwartet. Wir werden darüber sprechen, was Pulver sind, versuchen, Ihnen eine Definition zu geben, und uns dann hauptsächlich auf drei verschiedene Aspekte von Pulvern konzentrieren. Wir werden uns mit der physikalischen Stabilität befassen, beispielsweise mit Verklumpung Verbackung dem Verlust der Fließfähigkeit. Mary hat einige Labordaten, die sie uns vorstellen wird, und anschließend wenden wir uns der chemischen Stabilität zu und betrachten dabei Ranzigkeit oder Bräunungsreaktionen. Ich glaube, du hast auch einige Forschungsergebnisse für uns.

Mary:

Ja, das tue ich. Wir haben im Labor eine Studie zum Abbau von Vitamin C durchgeführt.

Zachary:

Abschließend werden wir uns noch mit der mikrobiellen Stabilität befassen. Auch wenn es sich hier um eine Wasseraktivität geringer Wasseraktivität handelt, gibt es dennoch einige mikrobiologische Bedenken, und ich glaube, Sie haben gerade an einem Artikel gearbeitet oder wurden in einem Artikel zitiert, auf den wir uns konzentrieren werden.

Pulver 101: Grundlagen und Definitionen

Zachary:

Mary, was ist ein Puder? Wie würdest du einen Puder definieren?

Mary:

Nun, die meisten Menschen wissen theoretisch, was ein Pulver ist, da wir es an so vielen Orten finden. Als wir zuvor darüber gesprochen haben, war der Markt von Bedeutung. Als wir über die Kategorie der Pulver gesprochen haben, konnten wir Gewürze und Zutaten nennen. Die Pharmaindustrie verwendet den Begriff auch für Hilfsstoffe und Wirkstoffe, die viele verschiedene Funktionen erfüllen.

Grundsätzlich ist ein Pulver ein kleines körniges Produkt. Wir haben eine gute Definition in einem Artikel von Bandari aus dem Jahr 2017 gefunden. Um es mit anderen Worten zu sagen: Darin wird die Struktur als Hauptmerkmal eines Pulvers beschrieben. Amorph, kristallin oder eine Kombination aus beidem. Die Wechselwirkung zwischen diesen beiden Eigenschaften und die Partikelgröße beeinflussen die Funktionalität, die Anwendung und die Herstellung des Pulvers.

Das erklärt, warum Pulver einen so großen Markt darstellen und warum sie so schwierig sind – weil sie so viele verschiedene Märkte und Funktionsgruppen umfassen.

Zachary:

Wir haben bereits ein Webinar zum Thema Pulver durchgeführt, in dem wir uns etwas eingehender mit amorphen und kristallinen Pulvern befasst haben. Grundsätzlich gibt es einige wesentliche Unterschiede in der Molekülstruktur. Eine kristalline Struktur weist eine sich wiederholende, klar definierte Struktur auf. Das lässt sich auf molekularer Ebene erkennen. Selbst mit bloßem Auge lassen sich diese Unterschiede bei Pulvern erkennen, und wir haben dazu einige Abbildungen.

Letztes Mal haben wir über das Mischen dieser Pulver gesprochen und uns einige der kombinierten Effekte angesehen. Wenn Sie sich näher damit befassen möchten, können Sie sich unser vorheriges Webinar noch einmal ansehen. Wir haben auch über die Partikelgröße gesprochen, und darauf möchte ich noch einmal näher eingehen. Wie wirkt sich die Partikelgröße auf einige Eigenschaften von Pulvern aus?

Mary:

Die Partikelgröße hat einen großen Einfluss auf die Eigenschaften von Pulvern und ist der Grund, warum diese so schwierig sein können. Bei kleinen Partikelgrößen kann es zu unerwarteten Brückenbildungen zwischen den Partikeln kommen, wodurch diese klebrig werden und agglomerieren können.

Neben der allgemeinen Partikelgröße gibt es noch einige andere Faktoren. Auch die Partikelform spielt eine Rolle. Es gibt auch einige Forschungsergebnisse, die zeigen, dass beim Mischen kristalliner Pulver ein Phänomen auftritt, das wir als Delikveszenz bezeichnen. Dabei geht das Material früher als erwartet von einem festen in einen flüssigen Zustand über, als dies bei den einzelnen Pulvern zu erwarten wäre. Der Grund dafür sind die unterschiedlichen Partikelgrößen.

Wann immer es zu solchen Kontaktstellen kommt, kann es zu Brückenbildung und Problemen kommen. Kristalline Pulver können besonders schwierig sein, da sie, wie Sie sagten, eine sehr geordnete Struktur haben, was bedeutet, dass die Feuchtigkeit im Wesentlichen nur an der Außenseite der Struktur haftet. Im Gegensatz zu einem amorphen Pulver handelt es sich nur um eine Oberflächeninteraktion, da es viele Spalten und unregelmäßige Formen und Größen gibt und Wasser sich leichter mit dem amorphen Pulver verbinden kann. Das macht sie zwar funktional unterschiedlich, hat aber auch Auswirkungen, wenn Sie sie als Formulierer verwenden müssen.

Zachary: Als wir uns das letzte Mal unterhalten haben, haben wir uns die fünf Stadien der Verklumpung angesehen. Es gibt mehrere Schritte, die zur Agglomeration und schließlich zur Verflüssigung führen.

Wir müssen heute nicht unbedingt auf alle Punkte eingehen, aber ich möchte darauf hinweisen, dass Verklumpung Verbackung bereits in einem frühen Stadium auftreten Verbackung . Eine Möglichkeit, dies zu kontrollieren, besteht darin, den Feuchtigkeitsgehalt und die Wasseraktivität Pulver zu betrachten. Das tun wir in den meisten unserer Webinare, aber es ist immer hilfreich, zu definieren, was Feuchtigkeitsgehalt und Wasseraktivität sind, Wasseraktivität darüber zu sprechen, wie wir diese Größen gemeinsam nutzen können, um physikalische Veränderungen sowie chemische und mikrobielle Stabilität zu beurteilen.

Schauen wir uns zunächst einmal den Feuchtigkeitsgehalt und Wasseraktivität an. Ich weiß, dass du dazu eine ziemlich gute Grafik und eine gute Definition hast. Wie unterscheidest du diese beiden verschiedenen Messgrößen?

Mary:

Für einige unserer Gesprächspartner Wasseraktivität ein neues Konzept, während die meisten Menschen mit dem Begriff „Feuchtigkeitsgehalt“ bestens vertraut sind. Ich unterscheide gerne zwischen beiden und sage, dass es zwei Arten der Wassermessung gibt. Bei der einen betrachten wir die Wassermenge, also den Feuchtigkeitsgehalt. Bei der anderen betrachten wir die Energie des Wassers – was kann das Wasser bewirken? Diese beiden Größen messen wir auf völlig unterschiedliche Weise.

Wenn wir den Feuchtigkeitsgehalt betrachten, handelt es sich dabei um einen Massenprozentsatz, wir betrachten also lediglich das Gewicht. Wenn wir hingegen Wasseraktivität betrachten, messen wir eigentlich den sogenannten Dampfdruck, der in etwa der Feuchtigkeit entspricht, die von einer Probe abgegeben wird.

Wenn Sie sich einige unserer Forschungsergebnisse und andere Webinare ansehen möchten: Wir sprechen dort über Wasseraktivität. Es könnte hilfreich sein, sich vor Augen zu führen, dass es sich dabei im Grunde um die im Gleichgewicht befindliche Feuchtigkeit handelt, die die Probe abgibt – das könnte dazu beitragen, diese beiden Aspekte besser zu verstehen. Außerdem geht es darum, wie bestimmte äußere und Umgebungsbedingungen das Produkt beeinflussen können – auch das sollte man beachten und im Auge behalten.

Zachary:

Guter Einwand. Ich stelle immer noch ziemlich oft fest, dass Wasseraktivität fälschlicherweise Wasseraktivität „Wasserverfügbarkeit“ Wasseraktivität , und das ist nicht ganz richtig. Wasseraktivität ein thermodynamisches Prinzip. Es handelt sich dabei tatsächlich um die Energie dieses Wassers, und es ist wichtig, das zu wissen, da die Energie des Wassers für eine chemische Reaktion, Texturveränderung etwas anderes genutzt werden kann. Es ist gut, diesen Punkt zu verdeutlichen. Bei Wasseraktivität betrachten wir die Energie des Wassers.

Wir haben Kunden, die regelmäßig zu uns kommen und über gute Werte für den Feuchtigkeitsgehalt verfügen, aber große Schwierigkeiten haben, genaue Messungen zu erhalten. Da sie den Feuchtigkeitsgehalt nicht genau bestimmen können, ist es schwierig, einige der Probleme, mit denen sie zu kämpfen haben, mit dem Feuchtigkeitsgehalt in Verbindung zu bringen. Der Feuchtigkeitsgehalt allein liefert Ihnen nicht alle Informationen, die Sie benötigen, insbesondere bei Pulvern.

Indem wir Wasseraktivität den Feuchtigkeitsgehalt kombinieren, können wir die Isotherme betrachten – ein Thema, über das wir immer wieder viel sprechen. Der Grund dafür ist, dass dies eine einzigartige Methode ist, um das Wasser in diesen Produkten zu untersuchen und ein umfassendes Bild davon zu erhalten, wie sich das Wasser in diesem Produkt verhält. Wie ermittelt man eine Isotherme? Wie betrachtet man diese Kurvenform und setzt sie in Zusammenhang mit verschiedenen Eigenschaften eines Pulvers?

Mary:

Isothermen nutzen wir unter anderem dazu, einen kritischen Punkt zu definieren – eine kritische Wasseraktivität Texturveränderungen und andere Veränderungen in der Struktur des Produkts auftreten. Im Grunde geht es darum, ab welchem Punkt sich das Produkt zu verändern beginnt und deutlich mehr Feuchtigkeit aufnimmt. Bei Pulvern ist dies in der Regel der Punkt, an dem Verklumpung Verbackung auftreten. Bei anderen Produkten, wie beispielsweise Snacks, kann es zu einer Erweichung kommen – das sind also die kritischen Punkte, die es zu ermitteln gilt. Wir können auch die Steigung oder die Form der Isotherme selbst betrachten und so die Struktur identifizieren, wie wir es im Zusammenhang mit amorphen und kristallinen Stoffen besprochen haben. Das können wir untersuchen. Indem wir diese Proben feuchter Luft aussetzen und im Grunde in Echtzeit beobachten, wie sie sich verhalten, können wir viele wertvolle Informationen über das Produkt gewinnen, die für einen Kunden nützlich sein können.

Zachary:

Es ist wichtig zu betonen, dass wir über eine einzigartige Methode verfügen, die als dynamische Taupunktisotherme bezeichnet wird, und dies ist der beste Weg, um eine hochauflösende grafische Darstellung oder ein Bild davon zu erhalten, wie sich das Wasser verhält. Es gibt noch weitere Methoden, auf die wir später eingehen werden, doch die Verwendung dieser dynamischen Taupunktisotherme in Verbindung mit dem Dampfabsorptionsanalysator ist der beste Weg, um das Wasser zu charakterisieren und anschließend einige der Faktoren zu untersuchen, die wir berücksichtigen werden – angefangen bei der physikalischen Stabilität. Im nächsten Abschnitt wollen wir uns mit der physikalischen Stabilität befassen und erläutern, was diese für Pulver bedeutet.

Mary:

In Ordnung.

Charakterisierung der physikalischen Stabilität von Pulvern

Zachary:

Lassen Sie uns tiefer in die physikalische Stabilität eintauchen. Wenn wir über physikalische Stabilität und Pulver nachdenken, gibt es drei wichtige Faktoren, die wir berücksichtigen sollten: Feuchtigkeit, Temperatur und Zeit. Ich werde Sie sich damit befassen lassen und bei Bedarf weitere Informationen hinzufügen.

Mary:

Was die Feuchtigkeit betrifft, so gilt grundsätzlich: Je mehr Feuchtigkeit verfügbar ist, desto mehr Prozesse müssen verändert werden, desto mehr Strukturen müssen verändert werden. Als Sie über die DDI sprachen, dachte ich zunächst an sprühgetrocknetes Milchpulver, bei dem wir von einem glasartigen Zustand zu einem gummiartigen Zustand übergehen.

Wenn wir nun eine andere, traditionellere Art der Isotherme verwenden würden, würde man diesen Übergang tatsächlich verpassen, da er im Wesentlichen übersprungen wird. Normalerweise hält man Dinge bei einer bestimmten Luftfeuchtigkeit und beobachtet, was passiert. Aber beim DDI handelt es sich um einen Echtzeitprozess, und man kann diese Übergänge tatsächlich sehen. Das meine ich konkret, wenn ich davon spreche, Isothermen zu verwenden, um Ihre Echtzeitdaten zu sehen und zu erkennen, wann diese kritischen Punkte eintreten. Feuchtigkeit hat einen großen Einfluss auf diese Prozesse, da Wasser dazu neigt, die Vorgänge zu beschleunigen.

Es kann ein Lösungsmittel sein, es kann ein Reaktionspartner sein, und es kann sogar als Puffer in chemischen Reaktionen fungieren. Manchmal ändern sich die Rollen im Laufe des Prozesses oder wenn dem Prozess mehr Feuchtigkeit hinzugefügt wird, und dann kann man beobachten, wie sich die Reaktionsgeschwindigkeiten tatsächlich verändern. Neben der Feuchtigkeit wollen wir auch die Temperatur betrachten. Wir haben eine Grafik, die wir gerne zeigen, weil sie sehr gut veranschaulicht, wie sich der von uns erwähnte kritische Punkt verändert, wenn wir einem Produkt Wärme zuführen oder die Temperatur erhöhen. Was passiert, und das ist auch logisch, wenn man darüber nachdenkt, ist, dass diese Veränderung schneller vonstattengeht. Man fügt dem System Energie zu, und dieses System fließt schneller. Diese Veränderungen treten bei geringerer Wasseraktivität oder schneller in diesem Prozess auf.

Das Letzte ist die Zeit. Wenn man einem Prozess genügend Zeit gibt, wird er sich verändern. Selbst wenn man die anderen Faktoren wie Temperatur und Feuchtigkeit konstant halten könnte, würde dies bei ausreichender Zeit dennoch geschehen. Ich habe neulich gerade über dieses Beispiel nachgedacht. Man hat alte Glasfenster, und wenn man die Ober- und Unterseite sehr alter Glasfenster misst, würde man feststellen, dass die Unterseite dicker ist als die Oberseite, und das liegt daran, dass sie viel Zeit hatten, sich zu verflüssigen. Das ist die Idee, dass etwas, wenn man ihm genügend Zeit gibt, irgendwann zu Ende geht. Alle drei Faktoren spielen eine Rolle für die physikalische Stabilität.

Zachary:

Es ist außerdem wichtig zu beachten, dass es je nach Fragestellung verschiedene Methoden oder verschiedene Arten von Isothermen gibt, die Sie verwenden können. Um auf die dynamische Taupunktisotherme zurückzukommen: Mit ihrer Hilfe können Sie diesen kritischen Punkt ermitteln und genau verstehen, bei welcher Wasseraktivität bei welcher Kombination aus relativer Luftfeuchtigkeit und Temperatur dieser Effekt auftritt. Sobald Sie wissen, wo dieser kritische Punkt liegt, können Sie zudem einen DVS-Test (dynamischer Dampfabsorptionstest) durchführen, um die Frage nach der Zeit zu klären.

Um auf Ihr Fensterbeispiel zurückzukommen: Wie lange dauert es, bis dieser kritische Punkt unter bestimmten Bedingungen tatsächlich erreicht ist? Wir haben eine Möglichkeit, diese Frage zu beantworten. Wir verfügen über einen Dampfabsorptionsanalysator, mit dem Sie beide Methoden anwenden können. Dieses Gerät ist einzigartig und tatsächlich das einzige Instrument, das beide Methoden ausführen kann. Wenn Sie ein Problem mit der physikalischen Stabilität haben, kann es sinnvoll sein, auf beide Testarten zurückgreifen zu können.

Kommen wir nun zu Ihrem Projekt zum Mischen von Gewürzen. Was war das für ein Projekt? Was war das Ziel und was haben Sie daraus gelernt?

Mary:

Wie wir wissen, wandert Feuchtigkeit aufgrund von Unterschieden in der Wasseraktivität. Die Frage ist: Wie stark bewegt sie sich? Können wir das vorhersagen und wie genau ist diese Vorhersage? Wir verfügen über ein Werkzeug. Es gibt durchaus Gleichungen, die versuchen, diese Wechselwirkung zwischen den Produkten zu modellieren. Für unser Projekt haben wir im Wesentlichen Folgendes getan: Ich habe sechs verschiedene Mischungen genommen – einige Gewürze, einige mit Maltodextrin in Sorbitol, Maisstärke und Zwiebelsalz sowie Gewürze wie Salbei, Oregano und Kreuzkümmel. Diese haben wir miteinander kombiniert. Zunächst haben wir alle Mischungen auf eine ganz bestimmte Wasseraktivität eingestellt. Dann haben wir für alle diese Zutaten Isothermen ermittelt, da dies ein wesentlicher Faktor ist – nicht nur die Wasseraktivität das Massenverhältnis im Blut, sondern auch die Eigenschaften dieser Isotherme, also wie sie sich in Gegenwart von Feuchtigkeit verhält.

Wir wollen wissen, wie sie diese aufnehmen oder nicht – oder wie auch immer das sein mag. Wir müssen wissen, wie diese Informationen für das jeweilige Produkt aussehen, damit wir ein gutes Vorhersagemodell erstellen können. Das haben wir getan und die Stoffe anschließend in bekannten Massenverhältnissen gemischt. Dann haben wir gemessen, um genau zu ermitteln, wie hoch die Wasseraktivität , nachdem wir ihnen Zeit zum Gleichgewicht erreichen gegeben hatten. Anschließend haben wir auch die Vorhersage durchgeführt, und die Ergebnisse waren sehr gut. Im Grunde zeige ich hier die Kombinationen, die wir getestet haben – ganz oben: Maisstärke und Zwiebelsalz. Wir haben eineinhalb Gramm Maisstärke gemischt, und die Wasseraktivität lag Wasseraktivität 435. Beim Zwiebelsalz haben wir ein Gramm verwendet, aber die Wasseraktivität war niedriger. Wie Sie dort sehen können, lag sie Wasseraktivität bei 0, Wasseraktivität, und nachdem wir beides gemischt hatten, Wasseraktivität tatsächliche Wasseraktivität unserer Mischung 0,429.

‍

Als wir das Vorhersagemodell anwendeten, das die Isothermen, die Anfangsmasse und die anfänglichen Wasseraktivitäten berücksichtigte, sagten wir tatsächlich voraus, dass die endgültige Wasseraktivität 0,431 betragen Wasseraktivität – also extrem, extrem nah dran. Das hat gut funktioniert. Die Partikel haben tatsächlich eine feine Korngröße, sodass sie viele Kontaktflächen bieten, was zu einem schnelleren Gleichgewicht führt. Das war keine allzu große Überraschung, aber es war schön, dass es so gut geklappt hat. Wie man an einigen unserer anderen Beispiele sehen kann, liefen diese Versuche sehr gut. Wir haben auch Maltodextrin und Sorbitol getestet. Wir haben die Mengen variiert und die Ausgangswerte angepasst. Bei einem war der Wert höher als beim anderen, und dann haben wir die Werte vertauscht. Wir haben verschiedene Kombinationen ausprobiert, um das Ganze ein wenig zu testen. Dann haben wir auch die Gewürze unten getestet: Salbei, Kreuzkümmel und Oregano.

Das hat recht gut funktioniert. Unser Worst-Case-Szenario in der Versuchsanordnung war das allerletzte Beispiel. – Vielleicht sollte ich das nicht sagen, aber der Wissenschaftler in mir sagt mir, dass ich es tun muss. Sie werden sehen, dass unsere Vorhersage bei Wasseraktivität von 0,35 lag, Wasseraktivität der tatsächliche Wert bei 0,395 lag. Er war also um etwa 0,05 niedriger. Ich wollte nur kurz erläutern, wie das funktioniert, und dann auf die Vergleiche eingehen, die wir durchgeführt haben.

Hier sehen Sie alle Isothermen für Salbei, Kreuzkümmel und Oregano sowie ein kombiniertes Modell, in dem wir all diese Daten zusammengefasst haben. Ich wollte auch zeigen, wo wir angefangen haben. Hier haben wir mit allen Zutaten begonnen – mit der anfänglichen Wasseraktivität und dem anfänglichen Feuchtigkeitsgehalt, basierend auf der Isotherme und den Massenverhältnissen. Nachdem wir alles hineingegeben hatten, sehen Sie dort, dass wir eine endgültige Wasseraktivität 0,349 erhalten haben.

Wichtig dabei ist, dass wir mathematisch vorgehen, also wollen wir sicherstellen, dass wir eine gute Darstellung, eine gute mathematische Gleichung und Koeffizienten für jede unserer Zutaten haben. Als wir das hatten, erhielten wir unsere Vorhersage, die ziemlich genau war, und ich war damit sehr zufrieden. Die Partikelgröße bei Gewürzen, die vielleicht nicht so gut in Kontakt kommen, könnte dazu geführt haben, dass wir ein etwas anderes Ergebnis erhalten hätten, wenn wir sie länger zusammen gelassen hätten. Aber ich war mit dem Ergebnis, das wir erzielt haben, sehr zufrieden. Ich wollte dies auch nutzen, um es aus einer anderen Perspektive zu betrachten.

Wir haben die Isotherme so modelliert, wie ich sie hier in der roten Kurve zeige, aber dann wollte ich das auch mit der tatsächlichen Isotherme vergleichen, denn nachdem wir diese Mischung hergestellt hatten, haben wir tatsächlich eine Isotherme daran durchgeführt, um zu sehen, was wir erreichen können. Daraus lassen sich die Unterschiede zwischen der tatsächlichen Isotherme und der modellierten Isotherme erkennen, und sie stimmen sehr, sehr gut überein, insbesondere in dem Bereich, der für uns von Interesse ist. Wenn wir uns im Bereich von etwa 0,2 bis 0,4 umsehen, liegen Gewürze im Allgemeinen in diesem Wasseraktivität . Sie werden feststellen, dass wir eine wirklich gute Übereinstimmung haben. Ich bin sehr, sehr zufrieden mit den Daten unserer Studie. Dies ist, wie gesagt, der ungünstigste Fall, den wir hatten. Die übrigen Fälle lieferten tatsächlich viel bessere Ergebnisse.

Zachary:

Ich möchte einfach mal einen Schritt zurücktreten und über die praktische Anwendung in der Praxis nachdenken. Ich spreche ständig mit Wissenschaftlern, die unter großem Druck stehen, neue Produkte so schnell wie möglich auf den Markt zu bringen. Wenn man diese Art der Modellierung für eine Trockenmischung verwendet, ist das ein schneller Weg, um viele Erkenntnisse über das Endprodukt zu gewinnen, noch bevor man es überhaupt herstellt. Es dauert zwar ein wenig, eine Bibliothek aufzubauen und Isothermen für jeden Inhaltsstoff zu erstellen, aber sobald das erledigt ist, kann man am Computer sitzen und sehr schnell erkennen, wie hoch die Wasseraktivität sein Wasseraktivität . Mit unserem neuen Programm im „Moisture Analysis Toolkit“, das im Lieferumfang unseres Dampfabsorptionsanalysators enthalten ist, übernimmt die Toolkit-Software die gesamte Arbeit für Sie. Sie haben diese Gleichungen erwähnt, und im Hintergrund kommen tatsächlich Gleichungen zum Einsatz; doch anstatt selbst eine Tabellenkalkulation erstellen oder all dies eigenhändig erledigen zu müssen, wird Ihnen diese Arbeit abgenommen, sodass Sie ganz einfach ermitteln können, wie hoch die Wasseraktivität sein Wasseraktivität .

Jetzt können Sie auch die Koeffizienten für das von Ihnen erwähnte Modell abrufen. Anhand dieser Koeffizienten können Sie Fragen stellen wie Haltbarkeit Wie hoch ist die prognostizierte Haltbarkeit Wie lange dauert es, bis eine kritische Wasseraktivität erreicht ist Wasseraktivität welche Art von Verpackung sollte ich verwenden? Es gibt viele Möglichkeiten, wenn Sie sich die Zeit nehmen, diese Isothermen zu betrachten und genau zu verstehen, wie Sie diese Daten nutzen können, um viele verschiedene Fragen zu beantworten. Ich wollte nur darauf hinweisen, dass die von Ihnen gezeigten Grafiken tatsächlich aus der Software „Moisture Analysis Toolkit“ stammen. Viele unserer Kunden – sei es Hersteller von Nahrungsergänzungsmitteln oder einige der größten Gewürzhersteller des Landes, mit denen wir zusammenarbeiten – nutzen diese Gleichungen und Werkzeuge, um ihre Produktion zu beschleunigen.

Mary:

Guter Punkt. Ich möchte noch hinzufügen, dass ich diese Vorhersage, sobald ich die Isothermen habe, immer wieder neu durchführen kann. Ich kann jeden Teil davon ändern und innerhalb weniger Augenblicke neu ausführen. Ich könnte beispielsweise das Massenverhältnis ändern, wenn wir feststellen, dass uns diese Mischung nicht besonders gefällt oder wir die Fließfähigkeit nicht mögen oder vielleicht der Geschmack nicht gut ist. Vielleicht enthält sie zu viel Kreuzkümmel oder etwas anderes. Man könnte dieses Rezept anpassen, und das geht ganz einfach in der Software. Oder nehmen wir als Beispiel an, wir haben in früheren Webinaren über die Saisonalität gesprochen, wie diese Ihre eingehenden Zutaten verändern kann.

Wasseraktivität ist im Sommer Wasseraktivität höher und im Winter niedriger. Es ist wichtig, die Werte bei der Anlieferung zu überprüfen, damit Sie keine Überraschungen erleben und keine Feuchtigkeit in Ihr Produkt gelangt, die Sie nicht erwartet haben oder nicht wünschen. Das können Sie hier ändern. Sie könnten die anfängliche Wasseraktivität dieser Produkte ändern und dann die Vorhersage einfach erneut durchführen. Sobald Sie diese Informationen haben, können Sie damit viel anfangen.

Zachary:

Nun, das betraf hauptsächlich die physikalische Stabilität. Kommen wir nun zur chemischen Stabilität und sprechen wir darüber, wie wir Wasseraktivität nutzen können, Wasseraktivität die chemische Stabilität besser zu verstehen.

Charakterisierung der chemischen Stabilität von Pulvern

Zachary:

Um nun zur chemischen Stabilität zu kommen, möchte ich noch einmal auf unser Stabilitätsdiagramm zurückkommen, das wir zuvor gezeigt haben.

Der Grund, warum dies wichtig ist, liegt darin, dass Sie sich überlegen müssen, ob Ihr Pulver tatsächlich die versprochenen gesundheitlichen Vorteile bietet. Sind die Vitamine noch in der versprochenen Menge vorhanden, oder hat es eine chemische Veränderung gegeben, die Sie beachten müssen? Wenn Sie sich das Stabilitätsdiagramm ansehen, gibt es verschiedene Punkte in diesem Diagramm, an denen sich die Abbaurate oder die Reaktionsgeschwindigkeit ändern – beispielsweise bei Wasseraktivität von etwa 0,6 kann es zu einer Zunahme von Bräunungsreaktionen kommen. Bei sehr niedrigen Wasseraktivitäten beobachten wir, dass Lipidoxidation .

Du musst dir nur bewusst machen, wie Wasseraktivität auf die Reaktionsgeschwindigkeiten auswirkt und welche Reaktionen mit dem Ende der Haltbarkeit zusammenhängen. Ich weiß, dass du kürzlich an einem Vitamin-C-Experiment gearbeitet und untersucht hast, in welchem Zusammenhang dies mit der Wasseraktivität steht. Kannst du dieses Experiment erläutern und uns sagen, zu welchen Ergebnissen du gekommen bist?

Mary:

Die Reaktionsgeschwindigkeiten chemischer Reaktionen sind etwas schwieriger zu verfolgen, aber es ist durchaus machbar, sie zu erfassen. Anhand dieser Informationen können wir die Haltbarkeit einen Zeitrahmen vorhersagen, bis zu dem die Reaktionen einen Punkt erreichen, an dem wir die Haltbarkeit betrachten. Unsere Studie befasste sich mit Ascorbinsäure, die wir zwei verschiedenen Wasseraktivitäten und drei verschiedenen Temperaturen aussetzten. Anschließend verfolgten wir den Abbau mittels UV-Vis-Spektroskopie und konnten die Abbaugeschwindigkeiten berechnen.

Ein entscheidender Aspekt dabei ist, dass wir die Arrhenius-Gleichung verwendet haben, die bei dieser Art von Reaktion sehr häufig zum Einsatz kommt. Im Grunde verbindet man damit die Reaktionsgeschwindigkeit mit der Temperatur und der Energie. Wir wissen bereits, dass wir die Energie Wasseraktivität mit Wasseraktivität in Beziehung setzen können.

Wir führen eine Studie durch, bei der wir zum Zeitpunkt Null beginnen und dann über einen Zeitraum von mehreren Tagen bis Wochen die Ascorbinsäure einer bestimmten Wasseraktivität und Temperatur aussetzen, um anschließend die Veränderungen zu beobachten und grafisch darzustellen. Das ist unsere Studie. Im Wesentlichen möchten wir wissen, wie Wasseraktivität Temperatur und Wasseraktivität auf die Abbaurate auswirken. Wir haben hier diese Zeitverläufe, die wir in der Grafik darstellen. Wir haben Wasseraktivitäten von 0,76 und 0,948 sowie die von uns verwendeten Temperaturen, und wir führen diese Untersuchung als beschleunigte Studie durch. Wir haben 30 °C, 40 °C und 50 °C. Im Wesentlichen geben wir diese Werte in den Rechner ein und nutzen die Arrhenius-Gleichung, um die Informationen zu ermitteln und alles miteinander in Zusammenhang zu bringen. Sobald wir alle unsere Daten und Untersuchungsergebnisse eingegeben haben, können wir dem Programm genau mitteilen, woran wir interessiert sind.

Welche Temperatur interessiert uns? Welche Wasseraktivität uns? Dann müssen wir in der Studie auch festlegen, wo wir Haltbarkeit beenden. Wie viel Prozent sind noch übrig? In unserem Fall haben wir beschlossen, dass 75 % des verbleibenden Vitamin C das Ende darstellen. Wir würden im Wesentlichen 25 % unseres Vitamin C verlieren, und das würden wir dann als Ende der Haltbarkeit bezeichnen. Wenn Sie als Rezepturentwickler oder Hersteller ein Vitamin wie das von Ihnen erwähnte verwenden, geben Sie bestimmte Angaben zum Vitamingehalt oder zur Wirksamkeit Ihres Produkts an. Haltbarkeit würden Sie Haltbarkeit diesen Wert stützen.

Sobald wir all diese Informationen eingeben können, lässt sich die Haltbarkeit berechnen. In unserem Fall hier mit der Ascorbinsäure: Wenn wir uns für 30 Grad Celsius interessieren und Wasseraktivität von etwa 0,8 annehmen – was ziemlich hoch ist, aber in einem dampfenden Badezimmer durchaus vorkommen kann –, entspricht dies einer relativen Luftfeuchtigkeit von etwa 80 %. Wie ich bereits sagte, sind 75 % das Ende. Wir hätten dann 62 Tage Zeit, bevor diese Ascorbinsäure nicht mehr wirksam genug wäre.

So funktioniert chemische Stabilität im Grunde genommen. Wir müssen sie nur verfolgen, und wenn Sie in der Lage sind, sie zu messen, dann können Sie diese Studie durchführen.

Zachary:

Auch dies ist ein weiteres Tool im „Moisture Analysis Toolkit“, das speziell für die chemische Stabilität entwickelt wurde. Auch wenn die Datenerfassung etwas Zeit in Anspruch nehmen kann, lassen sich die Daten, sobald sie vorliegen, im Toolkit ganz einfach grafisch darstellen. Sie haben gerade gezeigt, dass man eine Wasseraktivität und eine relevante Temperatur eingeben und dann festlegen kann, wann die Haltbarkeit endet Haltbarkeit schnell Berechnungsergebnisse zu erhalten. Auch wenn die Einrichtung einer Untersuchung etwas Zeit in Anspruch nehmen kann – und das sind Untersuchungen, die wir selbst durchführen oder bei denen wir Kunden bei der Nutzung von Feuchtigkeitskammern anleiten können –, bietet die Datenerfassung, sobald sie abgeschlossen ist, viel Flexibilität bei den Berechnungen und liefert zahlreiche Erkenntnisse. In Ihrem Fall haben wir uns speziell mit Vitamin C befasst, aber dies lässt sich auf alles anwenden, was wir messen können, alles, dem wir einen Wert zuweisen können.

Mary:

Das gilt in beide Richtungen. In diesem Fall könnte es sich um die Abbaurate handeln, aber man könnte auch eine Zunahme eines bestimmten Prozesses betrachten, wie zum Beispiel eine Bräunungsreaktion oder etwas Ähnliches, das mit der Zeit zunimmt, und genau das würde dann Haltbarkeit beeinträchtigen. Vielleicht war es ein bestimmter Farbwert. Das spielt keine Rolle, solange man es messen kann. Wenn es eine Möglichkeit gibt, diese Veränderung tatsächlich zu verfolgen, dann kann man daraus eine Rate ableiten und Diagramme wie dieses erstellen.

Zachary:

Es gibt mittlerweile so viele Nahrungsergänzungsmittel, und so viele davon liegen in Pulverform vor, dass die Verwendung eines solchen Tools ihnen helfen könnte, zu verstehen, was ihr Wasseraktivität ist, Haltbarkeit oder wodurch die Haltbarkeit beeinträchtigt wird. Um wie viel Prozent geht ein bestimmtes Vitamin verloren, und wie können sie die Angabe auf ihrem Etikett begründen? Woher wissen sie das mit Sicherheit? Das ist eine gute Möglichkeit, dies zu ermitteln.

Mary:

Auch hier gilt: Das vorliegende Beispiel lässt sich an Ihre Bedürfnisse anpassen – Sie können die Temperatur und die Wasseraktivität ändern oder sogar die gewünschte Endmenge festlegen. All das lässt sich ganz einfach anpassen, und anschließend können Sie die Vorhersage einfach erneut ausführen.

Charakterisierung der mikrobiellen Stabilität von Pulvern

Zachary:

Und schließlich die mikrobielle Stabilität. Viele Pulver weisen eine niedrige Wasseraktivität auf, und manchmal wird nicht erkannt, dass dies dennoch ein Sicherheitsrisiko darstellen kann. Ich meine, Pulver können bedenkliche Mikroorganismen enthalten – sie sind zwar möglicherweise unbedenklich, aber nicht unbedingt steril. Sobald man ein Pulver rehydriert und es Sporen oder bedenkliche Mikroorganismen enthält, können nach der Rehydrierung Sicherheitsprobleme auftreten. Ich habe gehört, dass Sie kürzlich an einem Artikel mitgewirkt haben, und ich würde mich freuen, wenn Sie etwas über den Inhalt dieses Artikels erzählen könnten.

Mary:

Das hast du genau auf den Punkt gebracht. Es herrscht die Vorstellung, dass man sich bei Lebensmitteln mit geringem Feuchtigkeitsgehalt keine Sorgen um Mikrobielles Wachstum machen muss Mikrobielles Wachstum sich nicht mit Wasseraktivität auskennen muss, Wasseraktivität es gab leider schon viele Rückrufaktionen bei Lebensmitteln mit geringem Feuchtigkeitsgehalt, bei denen es zu Ausbrüchen von E. coli und Salmonellen gekommen ist, beispielsweise bei Erdnussbutter oder Mehl, solchen Produkten und Babynahrung. Das ist entmutigend. Genau das ist der Punkt: Wasseraktivität ein hervorragendes Mittel, um Mikrobielles Wachstum einzudämmen. Bei einer Wasseraktivität 0,6 wächst nichts. Das vermittelt ein falsches Gefühl der Sicherheit. „Mein Produkt hat einen niedrigen Wert, ich muss mir keine Sorgen machen.“ Doch Wasseraktivität , wie du gerade gesagt hast, kein Abtötungsschritt, was bedeutet, dass die Keime noch leben – sie befinden sich lediglich in einer Ruhephase.

Wenn sie einer höheren Luftfeuchtigkeit oder Wasseraktivität höheren Wasseraktivität ausgesetzt sind – etwa wenn man Mehl in einen Keksteig gibt, was ja der übliche Verwendungszweck ist –, schafft man damit ein Umfeld, in dem diese Mikroorganismen wachsen und sich vermehren können, und man sieht, wo Salmonellen, E. coli oder andere Erreger zu einer Gefahr für die Öffentlichkeit werden. Das ist tatsächlich ein umfangreiches Thema. Als ich kürzlich an einer Konferenz zum Thema Lebensmittelsicherheit teilnahm, wurde dies ausführlich diskutiert; es gab zahlreiche Sitzungen dazu, und derzeit wird auch intensiv daran geforscht, wie wir diese Lebensmittel mit geringem Feuchtigkeitsgehalt möglicherweise sterilisieren oder pasteurisieren können. Die Forschung läuft bereits, und wir kennen mehrere Forscher – und ich weiß, dass Sie das auch tun –, die sehr aktiv daran arbeiten, Wege zu finden, wie wir Mikrobielles Wachstum solche Ausbrüche verhindern können, indem wir diese Lebensmittel mit geringem Feuchtigkeitsgehalt pasteurisieren oder sterilisieren.

Zachary:

Eine dieser Forscherinnen, mit der wir kürzlich gesprochen haben, ist Dr. Jennifer Acuff. Sie befasst sich mit Lebensmitteln mit geringem Feuchtigkeitsgehalt und den Umgebungen, in denen diese hergestellt werden, und denkt über verschiedene Ansätze oder Hygienetechniken nach, wie wir verhindern können, dass lebensmittelbedingte Krankheitserreger überhaupt in Lebensmitteln mit geringem Feuchtigkeitsgehalt vorkommen. Wir haben kürzlich diesen Podcast mit ihr aufgenommen, und genau darüber hat sie gesprochen. Aus meiner Sicht geht es darum, die Hygiene stets im Blick zu behalten und sicherzustellen, dass die Umgebung so sauber wie möglich ist. Das ist etwas, worüber wir kürzlich auch erneut mit Dr. Minto Michael von der Washington State University gesprochen haben: Wir haben uns mit Mikrobiologie befasst und verstanden, dass es verschiedene Kombinationen aus Temperatur, Zeit und Wasseraktivität gibt, aber wie Sie bereits erwähnt haben, kann man nicht jede Art von Lebensmittel erhitzen, da dies zu strukturellen Veränderungen führen würde.

Möglicherweise gibt es noch andere Methoden – wie die Mikrowellenbehandlung, die Hochdruckbehandlung oder Ähnliches –, die wir in Verbindung mit der Berücksichtigung Wasseraktivität einsetzen können, Wasseraktivität sicherzustellen, dass diese Lebensmittel so sicher wie möglich sind. Wenn Sie möchten, können Sie sich den Podcast mit Dr. Acuff oder Dr. Michael anhören, um mehr über Lebensmittelsicherheit zu erfahren.

Mary:

Ich habe auch darüber nachgedacht, welche Rolle Wasseraktivität bei der Pasteurisierung spielt. Selbst wenn man das schafft – nehmen wir zum Beispiel Beef Jerky oder etwas Ähnliches –, gibt es eine bestimmte Kombination aus Zeit, Temperatur und Luftfeuchtigkeit, damit diese Maßnahmen wirksam sind. Der andere Aspekt ist: Wenn man das schafft, schafft man dann auch eine Umgebung, in der die Mikroorganismen, die man bekämpfen will, tatsächlich abgetötet werden? Wenn man die richtige Zeit und Temperatur wählt, die Luftfeuchtigkeit aber zu niedrig ist, ist die Sterilisation ebenfalls nicht so effektiv. Es kommt ganz sicher auf all diese Faktoren an.

Zusammenfassung und Empfehlungen

Zachary:

Zur kurzen Zusammenfassung:

• Heute haben wir uns mit Pulvern beschäftigt und versucht, sie zu definieren.
• Wir haben die physikalische, chemische und mikrobielle Stabilität untersucht.
• Wir haben über einige der AQUALAB-Produkte gesprochen, die wir verwendet haben, um zu recherchieren und uns über das zu informieren, worüber wir heute gesprochen haben.

Eine Sache, die ich hier erwähnen möchte, ist, dass wir zwar Lösungen zur Messung von Endprodukten oder Inhaltsstoffen anbieten, aber auch über eine Inline-Lösung namens SKALA Dry verfügen, die bei sprühgetrockneten Produkten sehr hilfreich sein kann.

Sollten Sie Schwierigkeiten haben, ein Produkt mit gleichbleibender Qualität herzustellen, wenn sich die Temperatur oder die Jahreszeiten ändern, kann SKALA Dry Ihnen automatisch dabei helfen, die richtige Wasseraktivität dieses Produkt zu erreichen.

Schauen Sie sich auch den Podcast „Water In Food“ an, den wir erwähnt haben. Wir haben auch einen YouTube-Kanal. Hören Sie sich den Podcast an und abonnieren Sie ihn.

An dieser Stelle möchten wir die Diskussion eröffnen und einige Fragen entgegennehmen.

1. Gibt es eine Möglichkeit, die Hygroskopizität Pulver, mit denen ich arbeite, zu messen oder zu überwachen?

Zachary:

Tolle Frage. Wenn es um Hygroskopizität geht, können wir uns die Form der Isothermenkurve ansehen. Das haben wir bereits zuvor angesprochen und können es jetzt wahrscheinlich noch einmal aufgreifen, aber es geht dabei um die Steigung der Kurven.

In diesem Fall betrachten wir verschiedene Hilfsstoffe, und je steiler die Kurve ist, desto höher ist die Hygroskopizität desto mehr Wasser nimmt das jeweilige Pulver auf bzw. absorbiert es. Allein anhand der Form dieser Kurve können wir sehr schnell und auf einen Blick erkennen, wie hygroskopisch diese Pulver sind. Ich weiß nicht, ob Sie dem noch etwas hinzufügen möchten.

Mary:

Das ist eine gute Erklärung. Grundsätzlich gilt: Je steiler dieser Hang ist, desto hygroskopischer ist er, was auch bedeuten kann, dass er mehr Feuchtigkeit zu Ihrem Endprodukt beitragen kann, was auch immer das sein mag. Es ist auf jeden Fall wichtig, diesen Zusammenhang zu verstehen und zu wissen, wie hygroskopisch etwas ist.

Zachary:

Ich möchte noch hinzufügen, dass Sie je nach Ihrer Formel oder Ihrem Ziel oder Endergebnis möglicherweise etwas mit einer größeren Steigung wünschen oder auch nicht. Welche Art von Steigung Sie benötigen, hängt ganz vom Produkt und der Formel ab.

Mary:

Wenn Sie etwas suchen, das je nach Wunsch die Wasseraktivität erhöht oder stabilisiert, dann ist das ein guter Ansatz. Sie können einen Inhaltsstoff mit einem steilen Feuchtigkeitsabsorptionsprofil verwenden, der viel Feuchtigkeit aufnimmt und Ihrem Produkt viel Feuchtigkeit zuführt, und dann die Rezeptur genau auf die Wasseraktivität abstimmen. Das ist aber nicht unbedingt schlecht, man sollte es nur wissen.

2. Was hat den Abbau von Vitamin C stärker beeinflusst: die Temperatur oder Wasseraktivität?

Mary:

Na gut, ich übernehme das. Wasseraktivität definitiv der ausschlaggebende Faktor für den Abbau von Vitamin C – mehr noch als die Temperatur. Wenn Sie sich die Daten noch einmal ansehen, können Sie das auch selbst feststellen, denn wenn man die Reaktionen vergleicht, bei denen nur die Temperatur variiert wurde, mit denen, bei denen wir die Wasseraktivität variiert haben, wird in diesem Fall tatsächlich ganz deutlich, dass Wasseraktivität der wichtigere Faktor ist.

Zachary:

Das hängt konkret von jedem einzelnen Vitamin ab – ein Thema, über das wir uns in letzter Zeit tatsächlich schon unterhalten haben. Aber auch wenn sich Vitamin C in diesem speziellen Fall so verhalten hat, muss man jedes Vitamin bzw. jeden Wirkstoff einzeln betrachten, je nachdem, worum es geht. Das wird nicht immer der Fall sein. Es wird nicht immer so sein, dass Wasseraktivität den größeren Einfluss Wasseraktivität . Es sind solche Studien erforderlich, um zu verstehen, welcher Faktor den größeren Einfluss hat.

Mary:

Richtig. Denn es könnte Sauerstoff oder Vitamin E sein, das ranzig werden kann. Das könnte man nachverfolgen, und vielleicht gäbe es dafür eine andere Reaktion. Bei Vitamin C war es jedoch Wasseraktivität.

3. Inwiefern hängt Wasseraktivität der Feuchtigkeitsgehalt davon ab, wie schnell sich ein Pulver auflöst?

Mary:

Ich würde sagen, es geht nicht unbedingt um Wasseraktivität den Feuchtigkeitsgehalt an sich, sondern eher um die Struktur des Pulvers selbst, wie schnell es sich auflösen kann und in welcher Umgebung sich das Pulver befinden wird. Handelt es sich beispielsweise um einen Getränkemix, dann befindet es sich in einer Wasseraktivität hoher Wasseraktivität , sodass es sich schnell auflöst. Aber das hängt davon ab. Ein Beispiel: Wenn man etwas hat, das ein Hydrat enthält, ist darin in der Regel bereits Wasser gebunden, das sich tendenziell schneller auflöst. Es kommt ganz darauf an. Es ist nicht so einfach, wie nur die Wasseraktivität den Feuchtigkeitsgehalt eines Pulvers zu kennen – es geht vielmehr um die Struktur und darum, wie schnell es sich auflösen kann.

Zachary:

Ich möchte noch hinzufügen, dass man, wenn man sich auch die Isotherme und einen DVS-Test ansieht, einen Zersetzungspunkt oder einen Punkt, an dem alles in Lösung geht, identifizieren kann. Dann können wir einen DVS-Test verwenden, um zu verstehen, wie lange dies dauern wird. Vielleicht sollte man sich die Struktur ansehen und sich auch von der Isotherme informieren lassen.

Mary:

Richtig. Ein wichtiger Aspekt bei Pulvern ist, dass sie sich auflösen lassen, denn die meisten Pulver, die wir kennen, sollen das tun. Wenn Sie nur ein Getränkepulver haben, mischen Sie es mit etwas anderem. Aber was ist, wenn Sie verhindern wollen, dass es vor dem Verpacken verklumpt und klumpt? Wir alle haben das schon erlebt, oder wir hatten schon einmal ein Getränkepulver oder etwas Ähnliches, das hart war. Vielleicht haben wir uns die Isotherme angesehen, um herauszufinden, was der kritische Punkt für diese Mischung ist, und dann dafür zu sorgen, dass wir eine Verpackung haben, die sicherstellt, dass dieser Punkt nicht überschritten wird, oder vielleicht müssen wir ein Antiklumpmittel oder etwas Ähnliches hinzufügen. All diese Faktoren beeinflussen die Löslichkeit eines Pulvers.

4. Wie lässt sich die Haltbarkeit amorphem Pulver mit der Haltbarkeit kristallinem Pulver vergleichen?

Zachary:

Das hängt davon ab, wodurch die Haltbarkeit endet. Handelt es sich um eine Texturveränderung um eine chemische Veränderung? Zunächst müssten wir definieren, wie dieser Endpunkt aussieht, und dann überlegen, was man noch hinzufügen würde.

Mary:

Gute Frage. Kristalline Pulver haben, wie ich bereits erwähnt habe, einen Deliqueszenzpunkt. Ich weiß, dass sie dabei direkt vom festen in den flüssigen Zustand übergehen, und das hängt von der Luftfeuchtigkeit ab, der sie ausgesetzt sind. Wenn man die Umgebung um dieses kristalline Pulver herum unterhalb dieses Punktes halten kann, dann lässt sich die Aktivität schnell verändern, ohne die Struktur des Pulvers zu verändern. Man kann Haltbarkeit wirklich lange Haltbarkeit erzielen. Man kann sich das zum Beispiel bei Saccharose oder NaCl oder ähnlichen Stoffen vorstellen. Haltbarkeit hat man einfach eine lange Haltbarkeit .

Aber wenn der Wert darüber liegt, dann gibt es Probleme. Es kommt auf vieles an, anders als du gesagt hast: Was beeinträchtigt Haltbarkeit? Welchen Umgebungsbedingungen wird das Produkt ausgesetzt sein? Was ist dann sinnvoll? Wir haben auch ein Webinar über Süßstoffe abgehalten, und das war ein interessanter Aspekt: die Eigenschaften der Süßstoffe hinsichtlich ihrer Löslichkeit. Wir wechseln zwischen amorphen und kristallinen Strukturen, und wie sich diese im Grunde aus einem Produkt ausfällen lassen, ist eine komplizierte Frage. Gibt es eine eindeutige Antwort? Vielleicht versuche ich einfach, es zu vereinfachen. Bei kristallinen Strukturen gilt: Wenn man sie unterhalb dieses kritischen Punktes halten kann, kann man sie allem aussetzen, was unterhalb dieses Punktes liegt. Es wird sich wirklich nichts ändern, da jede Wechselwirkung mit Wasser nur an der Oberfläche stattfindet. Aber wenn der Wert darüber liegt oder wenn es sich um eine chemische Reaktion oder etwas anderes handelt, dann ist das eine andere Sache, über die wir sprechen müssen.

Zachary:

Ich möchte noch hinzufügen, dass bei kristallinen Feststoffen oder Pulvern die Deliqueszenzpunkte in der Regel recht hoch liegen, vielleicht bei 0,9 Wasseraktivität irgendwo in diesem Bereich, während bei einem amorphen Pulver bereits bei Wasseraktivität von 0,3 bis 0,6 eine physikalische Veränderung eintreten kann. Wenn es allein um die Textur geht und diese die Haltbarkeit bestimmt, dann würde ich vermuten, dass die meisten kristallinen Feststoffe eine längere Haltbarkeit haben. Wenn es jedoch um chemische Stabilität oder chemische Reaktionen geht, bedarf es einer eingehenderen Untersuchung und eines Experiments, um diese Frage zu beantworten.

Mary:

Was wir noch nicht erwähnt haben, ist, dass kleine Partikelgrößen, ungewöhnliche Strukturen oder Formen oder unterschiedliche Größen einen Einfluss darauf haben können, wo bei Raumfeuchtigkeit überraschend Brückenbildung auftritt. Selbst wenn man sagt, dass Kristalle unterhalb des Zersetzungspunktes stabil sind, hat die Partikelgröße definitiv einen Einfluss auf die Stabilität der Kristallstruktur.

‍