Wasseraktivität zur Überwachung der Qualität von getrocknetem Destillationsrückstand

Getrocknetes Getreidekorn mit löslichen Bestandteilen (DDGS) ist ein Nebenprodukt des Bioethanol-Herstellungsprozesses aus Getreide. Es entsteht in einem mehrstufigen Verfahren. Zunächst werden die nicht fermentierbaren Rückstände aus der Ethanolproduktion als Schlempe entfernt. Überschüssiges Wasser wird durch Zentrifugieren aus der Schlempe entfernt, und die feuchten Körner werden mit kondensierten Destillationsrückständen vermischt und getrocknet, um DDGS herzustellen. Es wird in erster Linie als hochwertiges Futtermittelzusatz verkauft, könnte aber potenziell viele Verwendungszwecke haben, darunter auch als Nahrungsergänzungsmittel für Menschen. Der Verkauf von DDGS trägt wesentlich zur Wirtschaftlichkeit einer Ethanolproduktionsanlage bei. Daher sind die Optimierung der DDGS-Qualität und der Haltbarkeit von größter Bedeutung.

Empfohlene Analysemethoden für DDGS

Am 1. Februar 2007 veröffentlichte die American Feed Industry Association eine Studie mit dem Titel „Evaluation of Analytical Methods for Analysis of Dried Distillers Grains with Solubles” (Bewertung analytischer Methoden zur Analyse von getrockneten Destillationsrückständen mit Lösungsmitteln). Diese Studie untersuchte die Wirksamkeit analytischer Methoden zur Bewertung von DDGS. Ziel der Studie war es, eine Reihe von Tests auszuwählen, mit denen sich die physikalischen und chemischen Eigenschaften von DDGS am besten charakterisieren lassen und deren Sicherheit und Qualität gewährleistet werden kann. Die wichtigsten Aspekte hinsichtlich der Haltbarkeit von DDGS sind die Anfälligkeit für mikrobiellen Abbau, die Aufrechterhaltung der Fließeigenschaften und die Feuchtigkeitsmigration.

Wasser beeinflusst all diese Belange.

In dieser Studie wurde als einzige Methode zur Feuchtigkeitsanalyse der Feuchtigkeitsgehalt aufgeführt. Leider ist der Feuchtigkeitsgehalt nicht die effektivste Methode zur Feuchtigkeitsanalyse für die oben genannten Aspekte. Die Wasseraktivität ist ein besserer Prädiktor für mikrobielle Sicherheit, Fließeigenschaften und Feuchtigkeitsmigration. Ethanolproduzenten können die Qualität ihres DDGS-Produkts besser sicherstellen und gleichzeitig Zeit und Geld sparen, wenn sie die Wasseraktivität als einen ihrer Qualitätssicherungstests verwenden.

Was ist Wasseraktivität?

Die Wasseraktivität gibt den Energiezustand des Wassers im System an und entspricht der relativen Luftfeuchtigkeit im Gleichgewicht mit einer Probe in einer versiegelten Kammer. Sie basiert auf der Thermodynamik und ist definiert als der Dampfdruck von Wasser (p) über einer Probe geteilt durch den Dampfdruck von reinem Wasser (po) bei einer bestimmten Temperatur. Obwohl dies wissenschaftlich nicht korrekt ist, kann es hilfreich sein, sich die Wasseraktivität als die Menge an „verfügbarem” Wasser in DDGS vorzustellen. Sie wird nicht dadurch bestimmt, wie viel Wasser in DDGS vorhanden ist, sondern ist ein Vergleich, inwieweit das Wasser in DDGS reinem Wasser ähnelt und sich wie dieses verhält.

Die Wasseraktivitätswerte werden auf einer Skala von 0 (knochentrocken) bis 1,0 (reines Wasser) angegeben.

Mit abnehmender Wasseraktivität sinkt die Energie des Wassers in DDGS, es ist weniger verfügbar und verhält sich immer weniger wie reines Wasser. Eine Wasseraktivität von 0,80 würde beispielsweise bedeuten, dass das Wasser im System genügend Energie hat, um Schimmelwachstum zu unterstützen, während eine Wasseraktivität von weniger als 0,60 bedeutet, dass das Wasser im System das Wachstum von Mikroorganismen nicht unterstützen kann. Mit steigender Wasseraktivität wird Wasser auch mobiler, was die Molekülbeweglichkeit beeinflusst und die chemischen und enzymatischen Reaktionsgeschwindigkeiten erhöht. Beispielsweise sind die Bräunungsreaktionsgeschwindigkeiten bei einer Wasseraktivität von 0,25 minimal, steigen mit zunehmender Wasseraktivität stetig an und erreichen bei etwa 0,80 aw ein Maximum.

Die Wasseraktivität kontrolliert das mikrobielle Wachstum.

Das Konzept der Wasseraktivität wird seit Jahrzehnten von Mikrobiologen und Lebensmitteltechnologen genutzt und ist das am häufigsten verwendete Kriterium für Lebensmittelsicherheit und -qualität. Mikroorganismen haben eine begrenzte Wasseraktivität, unterhalb derer sie nicht wachsen können. Die Wasseraktivität, nicht der Feuchtigkeitsgehalt, bestimmt die Untergrenze des für das mikrobielle Wachstum „verfügbaren“ Wassers. Da Bakterien, Hefen und Schimmelpilze eine bestimmte Wasserverfügbarkeit benötigen, um ihr Wachstum zu unterstützen, ist das Trocknen von DDGS unterhalb eines kritischen Wasseraktivitätsniveaus ein wirksames Mittel zur Kontrolle des mikrobiellen Wachstums. Wasser kann sogar in höheren Konzentrationen als normalerweise in DDGS akzeptabel vorhanden sein, aber wenn sein Energiegehalt ausreichend niedrig ist, können die Mikroorganismen das Wasser nicht für ihr Wachstum nutzen. Dieser „wüstenähnliche” Zustand führt zu einem osmotischen Ungleichgewicht zwischen den Mikroorganismen und der lokalen Umgebung. Infolgedessen werden die Mikroben inaktiv oder sterben ab. Der Wasseraktivitätsgrad, der das Wachstum der überwiegenden Mehrheit der pathogenen Bakterien begrenzt, liegt bei 0,90, eine Wasseraktivität von 0,70 ist die Grenze für Verderbsschimmelpilze und die Untergrenze für alle Mikroorganismen liegt bei 0,60.

Die Wasseraktivität hilft dabei, Verklumpungen, Zusammenfallen und Klebrigkeit zu kontrollieren.

Die Wasseraktivität kann auch ein Indikator für die physikalische Stabilität von DDGS während der Lagerung sein. Aufgrund ihrer Auswirkungen auf die Handhabbarkeit ist die Fließfähigkeit ein wichtiger Faktor für die physikalische Stabilität von DDGS. Durch die Kontrolle der Wasseraktivität in DDGS werden die richtige Struktur, Textur, Stabilität und Dichte erhalten. Es kann eine kritische Wasseraktivität ermittelt werden, unterhalb derer DDGS seine Fließeigenschaften beibehält. Oberhalb dieser kritischen Wasseraktivität werden die DDGS-Partikel benetzt und beginnen, zusammenzukleben. Daher ist die Kenntnis der Wasseraktivität von DDGS in Abhängigkeit vom Feuchtigkeitsgehalt und der Temperatur während der Verarbeitung, Handhabung, Verpackung und Lagerung unerlässlich, um schädliche Phänomene wie Verklumpen, Zusammenfallen und Klebrigkeit zu verhindern. Die Wasseraktivität ist der effektivste Qualitätssicherungstest, um die Anfälligkeit von DDGS für eine Verringerung der Fließeigenschaften zu beurteilen.

Die Wasseraktivität steuert die Feuchtigkeitswanderung.

Da die Wasseraktivität ein Maß für den Energiestatus des Wassers ist, sind Unterschiede in der Wasseraktivität die treibende Kraft für die Feuchtigkeitswanderung. Das Wissen darüber, ob Wasser aus einer Ladung DDGS absorbiert oder desorbiert wird, ist für die Verhinderung von Qualitätsverlusten von entscheidender Bedeutung. Daher ist die Wasseraktivität ein wichtiger Parameter, da sie die Wasserwanderung in gemischten Chargen von DDGS steuern kann. Unterschiedliche Ladungen von DDGS können aufgrund unterschiedlicher Trocknungsbedingungen und der Menge der zugesetzten löslichen Stoffe unterschiedliche Wasseraktivitäten aufweisen. Per Definition bestimmt die Wasseraktivität, dass Feuchtigkeit von einem Bereich mit hoher Wasseraktivität zu einem Bereich mit niedrigerer Wasseraktivität wandert, aber die Geschwindigkeit der Migration hängt von vielen Faktoren ab.

Die Antwort hängt von der Wasseraktivität der beiden Ladungen ab. Wenn die Wasseraktivität der beiden Ladungen unterschiedlich ist, kommt es zu einem Feuchtigkeitsaustausch, auch wenn ihr Feuchtigkeitsgehalt gleich ist. Diese Feuchtigkeitswanderung kann zu Problemen mit der Fließfähigkeit oder zu mikrobiellem Wachstum führen.

Die Wasseraktivität ist ein wirksames Instrument zur Qualitätssicherung.

Die Wasseraktivität ist ein wirksames Instrument zur Prozesskontrolle und Qualitätssicherung, um die Stabilität und Sicherheit von DDGS zu gewährleisten, und sollte als empfohlene Analysemethode für DDGS aufgenommen werden. Zusätzlich zu den oben genannten Gründen ist die Wasseraktivität eine effektivere Feuchtigkeitsanalyse als der Feuchtigkeitsgehalt, da sie empfindlicher und genauer ist. Im mittleren Feuchtigkeitsbereich, zu dem auch DDGS gehört, können Veränderungen des Feuchtigkeitsgehalts, die aufgrund der begrenzten Genauigkeit der Feuchtigkeitsgehaltsanalysen nicht nachweisbar sind, zu großen Veränderungen der Wasseraktivität und damit zu Veränderungen der Stabilität führen. Dies kann beunruhigend sein, wenn DDGS auf einen bestimmten Feuchtigkeitsgehalt getrocknet wird und plötzlich Stabilitätsveränderungen auftreten, obwohl keine Veränderung des Feuchtigkeitsgehalts festgestellt wird. Diese Stabilitätsveränderungen lassen sich vorhersagen, wenn eine Wasseraktivitätsspezifikation verwendet wird. Die Wasseraktivität ist eine schnelle, kostengünstige und genaue Methode, um die Qualität und Sicherheit von DDGS sicherzustellen. Sie kann von jeder Ethanolanlage problemlos integriert werden. Weitere Informationen zu Wasseraktivitätstests und DDGS erhalten Sie vom Aqualab-Support.

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