Bestimmung der Wasseraktivität bei der Herstellung von Lebensmitteln

Aktivitäten gezielt zügeln

10.02.2006 Inline-Messmethoden halten Einzug in die Produktionshallen, doch nicht alle Messgrößen lassen sich direkt im Prozessstrom bestimmen. Ein Beispiel ist die Wasseraktivität – ein wichtiger Parameter vor allem in der Lebensmittelproduktion. Zeitverlust durch Laboranalysen müssen dennoch nicht in Kauf genommen werden, robuste Messsysteme finden atline Einsatz.

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Die Wasseraktivität ist ein Maß für die Verfügbarkeit von „freiem“ Wasser in Lebensmitteln und darf nicht mit dem Wassergehalt verwechselt werden. Die Wasseraktivität wird mit dem aW-Wert angegeben und bewegt sich zwischen 0 (absolute Trockenheit) und 1 (kondensierende Feuchte). Nur dieser Anteil beteiligt sich aktiv am Austausch mit der Umgebungsfeuchte und ist in Bezug auf die mikrobiologische Haltbarkeit bzw. die biologischen Funktionen der Mikroorganismen von großer Bedeutung. Gleichzeitig nimmt die Wasseraktivität aber auch wesentlichen Einfluss auf das chemische Verhalten von Lebensmitteln.

Zur Bestimmung des aW-Werts wird die Luftfeuchte nach Erreichen des Feuchtegleichgewichts unmittelbar über einer Probe (Wasserdampf-Partial-Differenzdruck) gemessen. Diese verhält sich proportional zum aW-Wert. Eine aussagekräftige aW-Wertmessung ist nur möglich, wenn die Probe während der Messung eine konstante Temperatur aufweist. Inline-Messungen sind daher nicht möglich. Um dennoch direkt an der Produktionslinie messen zu können, ist die Messgerätefamilie LabMaster-aW robust ausgeführt. Ein Multiuser-Managementsystem ermöglicht die Vergabe von Benutzerrechten und erfüllt damit die Anforderungen bezüglich Sicherheit und Rückverfolgbarkeit.
Der austauschbare und intelligente Sensor ist justierbar und speichert alle Kalibrierwerte. Für schnelle Messungen besitzt das System eine Vorkonditionier-Kammer. Die Messgenauigkeit beträgt +/-0,003 aW, die Wiederholgenauigkeit +/-0,002 aW. Das System besitzt Schnittstellen zu PC-basierten Systemen und Druckern sowie Visualisierungs- und Analysetools. Mittels digitalem Bussystem können bis zu neun Messkammern (LabPartner-aW)modular an einen LabMaster-aW angeschlossen werden.

Wachstum unerwünschter Organismen stoppen

Der Gleichgewichts-Feuchte-Wert eines Produkts, der durch dessen Wasserdampf-Partialdruck an der Oberfläche bestimmt wird, ist von der chemischen Zusammensetzung, Temperatur, Wassergehalt, Lagerumgebung, Absolutdruck und Verpackung abhängig. Das „freie“ Wasser entscheidet über das Wachstum unerwünschter Organismen wie Bakterien oder Pilze, die Toxin oder andere schädliche Substanzen produzieren, und begünstigt chemische/biochemische Reaktionen, wie die Maillard-Reaktion. Folgende Eigenschaften werden beeinflusst:

  • mikrobiologische Stabilität (Wachstum)
  • chemische Stabilität (siehe Grafik)
  • Gehalt von Proteinen und Vitaminen
  • Farbe, Geschmack und Nährwert
  • Stabilität der Zusammensetzung und Haltbarkeit
  • Lagerung und Verpackung
  • Löslichkeit und Textur

Die Optimierung und Stabilisierung der Produkteigenschaften erfordert somit häufig eine enge Begrenzung des aW-Werts nach oben sowie nach unten. Durch Zugabe von so genannten Humectans lässt sich der aW-Wert eines Produkts beeinflussen. Auch die Trocknung der Produkte reduziert den aW-Wert und dient somit der Haltbarmachung. Gleichzeitig sinkt das Produktgewicht, was den Transport und die Lagerung vereinfacht. Bei der Herstellung von Convenience Food zählt die Trocknung zu den wichtigsten Prozessschritten.
Trocknungsverfahren, wie Warmlufttrocknung, Sprühtrocknung, Gefriertrocknung, Walzentrocknung oder Vakuumtrocknung führen zu physikalischen und strukturellen Veränderungen im Produkt. Enzymatische und nicht-enzymatische Reaktionen von Inhaltsstoffen führen zu Veränderungen von Nährwert, Farbe und Flavor und laufen hauptsächlich bei langsamer Trocknung ab. Enzyme werden in der Regel durch den Trocknungsprozess nicht inaktiviert, somit laufen enzymatische Prozesse beim Rekonstituieren weiter. Die meisten enzymatischen Reaktionen verlangsamen sich bei bei einem aW-Wert unter 0,8.
Bei den nicht-enzymatischen Reaktionen sind primär Proteindenaturierung und nicht-enzymatische Bräunung zu nennen. Bei vielen Trocknungen ruft die nicht-enzymatische Bräunung die auffälligsten Veränderungen hervor. Die Wahrscheinlichkeit der nicht-enzymatischen Bräunung erhöht sich mit steigendem aW-Wert und erreicht ein Maximum bei einem aW-Wert zwischen 0,6 und 0,7.
Auch mikrobiologische Veränderungen spielen bei langsamen Trocknungen eine Rolle. Wie die meisten Enzyme überleben viele Mikroorganismen die Trocknung.Die Überlebensrate ist um so größer, je schonender das Trocknungsverfahren ist. Deshalb erzielt – zum Beispiel mit der Gefriertrocknung – keine gesicherte Inaktivierung der Organismen.

Rieselfähigkeit von Pulvern erhalten

Die Kenntnis der Wasseraktivität von Pulvern – als eine Funktion von Feuchtegehalt und Temperatur – ist während des gesamten Prozesses, der Verarbeitung, Verpackung und Lagerung notwendig. Nur so können störendes Anbacken, Klumpen oder Verkleben des Pulvers verhindert werden. Folgende Maßnahmen können helfen, die gute Rieselfähigkeit zu erhalten:

  • Trocknung
  • Behandlung des Pulvers bei tiefer Luftfeuchtigkeit und Verpackung in luftdichter Verpackungen
  • Lagerung bei tiefen Temperaturen
  • Agglomeration
  • Zusätze und Anticaking-Stoffe

Heftausgabe: Januar-Februar 2006

Über den Autor

Claudio Zigerlig , Produktmanager, Novasina
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