Zusammenfassung und wichtige Punkte des Webinars

Aber welche Variable ermöglicht eine bessere Kontrolle? Ist es die Wasseraktivität? Ist es der pH-Wert? Ist es eine Kombination aus beidem? Wir werden untersuchen, was Wasseraktivität und pH-Wert sind, wie sie sich einzeln auf die mikrobielle Stabilität auswirken und wie sie zusammen besser zur Kontrolle der mikrobiellen Kontamination beitragen.

Die erste Hürde: Was ist Wasseraktivität?

Die Wasseraktivität ist ein Maß für den Energiestatus von Wasser in einem System. Aus dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik lässt sich die Gibbs-Gleichung für die freie Energie ableiten, die Informationen über die Energie oder das chemische Potenzial jeder Art von Spezies liefert, in diesem Fall also von Wasser. Die Wasseraktivität in der Probe steht in direktem Zusammenhang mit dem Energiepotenzial, das wiederum in direktem Zusammenhang mit der Neigung des Wassers steht, in die Dampfphase zu entweichen, also seiner Flüchtigkeit.

Aus praktischer Sicht würde man, um die Wasseraktivität eines Produkts zu ermitteln, eine Probe in einen verschlossenen Behälter geben, damit das Wasser aus dieser Probe in den darüber liegenden Kopfraum verdampfen kann. Dieser Wasserdampf würde einen Druck auf den Behälter ausüben, der gemessen und als (P), der Partialdruck der Probe, berechnet werden kann. Anschließend kann man diesen Wert durch den Dampfdruck von reinem Wasser bei derselben Temperatur dividieren, um die endgültige Wasseraktivität der Probe auf einer Skala von 0 (kein Wasser) bis 1 (reines Wasser) zu erhalten.

Obwohl sie miteinander in Zusammenhang stehen, ist die Wasseraktivität eine andere Messgröße als der Feuchtigkeitsgehalt, der eine quantitative Messung der in einer Probe vorhandenen Wassermenge darstellt, während die Wasseraktivität eine qualitative Messung des Energiestatus des Wassers im System ist. Es ist zwar nützlich zu wissen, wie viel Wasser vorhanden ist, aber Mikroorganismen können nur Wasser verwerten, auf das sie zugreifen können.

Warum Wasseraktivität wichtig ist

Jeder Mikroorganismus hat eine ganz bestimmte Wasseraktivität, bei der er sich nicht mehr vermehrt. Dies wird durch den osmotischen Stress verursacht, der durch die Unterbrechung des freien Wasserflusses durch die halbdurchlässige Barriere des Organismus entsteht. Durch Senkung der Wasseraktivität des Systems unter diesen Schwellenwert kann der Mikroorganismus in einen Ruhezustand versetzt werden und hört auf zu wachsen, wodurch eine stabile und sichere Umgebung erreicht wird, wie in der folgenden Tabelle dargestellt:

Die Wasseraktivität ist jedoch kein Abtötungsschritt. Sie verhindert lediglich das Wachstum. Die Kombination einer verringerten Wasseraktivität mit guten Herstellungspraktiken und einem Abtötungsschritt ist die einzige Möglichkeit, die Mikroorganismen vollständig aus dem Produkt zu entfernen und zu verhindern, dass sie zurückkehren und sich vermehren.

Die Messung und Überwachung der Wasseraktivität in Produkten ist ein hervorragendes Instrument zur Gewährleistung der Produktsicherheit und zur Überprüfung der Kontrollpunkte in einem guten HACCP-Plan. Eine konstante Wasseraktivität gewährleistet Konsistenz im Herstellungsprozess und ist ein guter Indikator dafür, dass die Verarbeitung abgeschlossen ist.

Die zweite Hürde: pH-Wert

In der Chemie ist der pH-Wert die Skala, anhand derer wir den relativen Säuregrad (oder die Basizität) eines Produkts messen. Er reicht von 1 bis 14, wobei 7 der neutrale Punkt von destilliertem Wasser ist. Werte unter 7 sind saurer (Zitronensäure, Essigsäure usw.) und Werte über 7 sind alkalischer oder basischer (Backpulver, Bleichmittel usw.).

Eine grobe Methode zur visuellen Messung des pH-Werts ist die Verwendung von Indikatorpapier. Das Papier verändert seine Farbe und gibt anhand der entsprechenden Tabelle einen allgemeinen Überblick über den pH-Wert des Produkts. Eine wesentlich genauere Messung kann mit Hilfe der Photometrie unter Verwendung eines Spektralphotometers oder durch elektrochemische Messung mit einer pH-Elektrode vorgenommen werden.

Ähnlich wie bei der Wasseraktivität können wir anhand des pH-Werts Mindestwachstumswerte für verschiedene Organismen festlegen.

Kürzlich wurden Teile des Lebensmittelkodex geändert, sodass nun neben dem bisherigen Mindest-pH-Wert von 4,6 auch besonders problematische Stämme berücksichtigt werden, die sich noch bei einem pH-Wert von 4,2 vermehren können.

Hurdle-Technologie: Wasseraktivität und pH-Wert kombiniert

Während Wasseraktivität allein oder pH-Wert allein das Bakterienwachstum hemmen können, lässt sich durch die Kombination ihrer Wirkungen mit Hilfe der sogenannten Hürden-Technologie eine effektivere Bekämpfung von Mikroorganismen erreichen. Verschiedene Faktoren wie Temperatur, Wasseraktivität, Säuregehalt, Konservierungsstoffe usw. können das Wachstum von Mikroben beeinflussen, aber durch ihre Kombination lassen sich eine Reihe von Hürden schaffen, um dieses Wachstum zu verhindern.

In einigen Fällen ist die Gesamtwirkung der Lösung größer als die Summe ihrer Einzelkomponenten, da die Wechselwirkung der Wirkstoffe eine effektive Kontrolle auf einem Niveau ermöglicht, das normalerweise aufgrund des pH-Werts oder der Wasseraktivität allein als unsicher gelten würde. Die folgende Tabelle zeigt diese Wechselwirkung zwischen Wasseraktivität und pH-Wert.

Sie werden feststellen, dass die Wasseraktivität und der pH-Wert zusammen niedriger sind, als sie es wären, um die gleichen Ergebnisse allein zu erzielen. Nur bei den höchsten Werten muss eine Produktbewertung durchgeführt werden, wie durch PA angegeben.

Wie man die Wasseraktivität und den pH-Wert verändert

Wie kontrollieren wir also die Wasseraktivität im Produkt? Die gängigste Methode ist das Trocknen oder Dehydrieren des Produkts, um die Wasseraktivität zu senken. Durch die Entfernung von Wasser sinkt die Wasseraktivität. Da jedoch nicht alle Produkte dehydriert werden können, kommen in diesem Fall Feuchthaltemittel zum Einsatz.

Feuchthaltemittel sind Stoffe, die die Wasseraktivität senken, indem sie das nutzbare Wasser in Lebensmitteln binden, ohne den Wassergehalt zu verringern. Die am häufigsten verwendeten Stoffe sind bestimmte Zuckerarten, wie beispielsweise Maissirup mit hohem Fruktosegehalt, oder Salz. Es gibt noch weitere Stoffe wie Sorbit, Maltodextrin, Glycerin und sogar bestimmte Stärken, wobei jedoch die Löslichkeit dieser Inhaltsstoffe zum limitierenden Faktor wird.

Bei der METER Group sind Hilfsmittel erhältlich, mit denen sich berechnen lässt, wie viel eines bestimmten Feuchthaltemittels erforderlich ist, um einen bestimmten Wasseraktivitätsgrad zu erreichen. Dies ist ein guter Ausgangspunkt für die Messung und Prüfung von Zusatzstoffen und deren Auswirkungen.

Und wie kontrollieren wir den pH-Wert? Hierzu werden üblicherweise verschiedene Säuren (Essigsäure, Zitronensäure, Milchsäure usw.) zugesetzt. Manchmal werden auch natürliche saure Zutaten verwendet. Nehmen wir zum Beispiel Spaghettisoße. Die Tomaten senken den pH-Wert der Soße und machen sie so sauer, dass sie haltbar bleibt.

Eine weitere Möglichkeit zur Regulierung des pH-Werts ist der Fermentationsprozess. Dabei vermehren sich bestimmte Bakterien, die Milchsäure produzieren, wodurch der pH-Wert des Lebensmittels sinkt und das Wachstum anderer Organismen verhindert wird. Beispiele für fermentierte Lebensmittel sind Essiggurken, Sauerkraut, Oliven usw.

Beide Faktoren funktionieren zwar auch einzeln gut, sind jedoch noch effektiver, wenn sie zusammen angewendet werden. Durch die Einführung eines HACCP-Plans mit Wasseraktivitätswerten und pH-Werten als Kontrollpunkte kann durch routinemäßige Tests sichergestellt werden, dass der Herstellungsprozess konsistent ist und das Produkt letztendlich sicher ist.

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