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FOOD LABOR
Wasseraktivität – die unverzichtbare Hilfe zur
Kontrolle und Verbesserung der Produktqualität
Die Optimierung der Produktionsprozesse aber auch Verbesserungen der Lebensmittel hinsichtlich Qualität und
Haltbarkeit sind Themenschwerpunkte von Qualitätsverantwortlichen bzw. Produktionsleiter in einem Betrieb.
Ein bisher wenig berücksichtigter aber dennoch sehr wichtiger Messparameter kann hier hilfreich sein: Die Wasseraktivität.
Als wichtiger Qualitätsindikator für die Nahrungsmittelindustrie sollte er mindestens Bestandteil der
Endkontrolle sein und gehört zwingend in ein HACCP Konzept.
n einem sonnigen Montagmorgen beim
A Lebensmittelproduzenten Hans Muster
Food AG: Laborant Meier hat soeben den Auftrag
gefasst, erneute Stabilitäts- und Haltbarkeitstests
für die neuen und auch wichtigsten
Produkte der Firma zu machen, schliesslich legt
die Firma grossen Wert auf die Produktqualität,
damit sich das Produkt dem Endkunden
im Regal des Supermarktes immer einwandfrei
präsentiert. Zudem sollen Erkenntnisse für
die Optimierung der Produktionsprozesse und
-bedingungen gewonnen werden. Leider dauern
solche Tests lange und sind ebenfalls arbeitsintensiv.
Natürlich gefällt dies Laborant
Meier nicht, würde er in diesen Tagen doch lieber
früher den Arbeitsplatz verlassen. Er denkt
nach: „Es muss doch etwas geben, was in einer
solchen Situation zu machen ist“.
In einer ruhigen Minute geht ihm ein Licht auf:
„Ja, da war doch was“! Vor Jahren meinte er
in der Ausbildung etwas von einem Messparameter
gehört zu haben, welcher vieles über
das Risiko einer mikrobiologischen Kontamination,
Wachstum von Bakterien und Infos zu chemischen
und physikalischen Eigenschaften eines
Produktes liefern kann. Der Messparameter existiert
tatsächlich, er ist jedoch noch nicht in allen
Industrien bekannt und etabliert: Es ist die
„Wasseraktivität“. „Aber worum geht es hier
genau?“ Laborant Meier will es nun detailliert
wissen und geht der Sache nach…
Was ist „Wasseraktivität“?
Spricht man von Wasser in einem Produkt,
so sind zwei verschiedene „Arten“ von Wasser
auszumachen, freies und gebundenes, wie
dies schematisch in Abb. 1 dargestellt ist.
Das „gebundene“ Wasser ist, wie der Name
schon sagt, chemisch an das Produkt gebunden.
Dies im Unterschied zum „freien“ Wasser,
welches verschiedene Effekte und Prozesse (wie
z. B. Wachstum von Mikroorganismen, Oxidationen,
Maillard-Reaktionen usw) in einem Produkt
fördert. Die Wasseraktivität ist ein Mass
für die Verfügbarkeit von „freiem“ Wasser in
einem Fest- oder Flüssigstoff – beispielsweise in
Abb.1: Freies und gebundenes Wasser in einem Produkt
Lebensmitteln – und darf nicht mit dem Wassergehalt
(g Wasser/g Substrat), welcher die
Menge an gebundenem und freiem Wasser beschreibt,
verwechselt werden.
Die Wasseraktivität oder auch Gleichgewichts-
Feuchte wird als Aw-Wert angegeben und bewegt
sich zwischen 0 bei absoluter Trockenheit
und 1 bei kondensierender Feuchte. Nur
dieser Anteil an Wasser beteiligt sich aktiv am
Austausch mit der Umgebungsfeuchte und ist
in Bezug auf die mikrobiologische Stabilität
beziehungsweise die biologischen Funktionen
der Mikroorganismen von großer Bedeutung.
Der Aw-Wert ist ein wichtiges Maß bezüglich der
Haltbarkeit von Lebensmitteln und beeinflusst das
Vorkommen der Mikroorganismen
(Verderbniserreger)
Die Wasseraktivität nimmt zudem auch wesentlich
Einfluss auf das chemische und physikalische
Verhalten von Lebensmitteln.
Wo kann die Wasseraktivitätsmessung
eingesetzt werden?
Grundsätzlich gibt es zwei Bereiche, wo
die Wasseraktivitätsmessung eingesetzt werden
kann. Am weitesten bekannt ist der Einsatz
in der Qualitätssicherung und damit verbunden
die Freigabe von Produktionschargen.
Unabhängig davon, ob das Produkt nun
Fleisch, Fisch, Backwaren, Schokolade, Teigwaren
oder Milchprodukt (Käse, Joghurt etc.) ist,
die Kenntnis des Aw-Wertes ist elementar. Bei
Fleisch, Fleischerzeugnissen und Käse ist ein optimaler
Aw-Wert wichtig für die Reifungsvorgänge
und die Haltbarkeit. Auch für die Haltbarkeit
von Dauerbackwaren spielt der Aw-
Wert eine wichtige Rolle. Zusätzlich müssen oft
auf Stufe Endprodukt definierte Limiten seitens
des Lebensmittelgesetzes/-verordnung eingehalten
werden oder es kann eine vereinfachte
mikrobiologische Untersuchung des Produktes
gemacht werden, falls der Aw-Wert unter einer
gewissen Schwelle liegt. Bei Fleischprodukten
beispielsweise liegt diese Schwelle bei < 0,92 aw.
26 foodTechnologie Ausgabe 4/2012 September

FOOD LABOR
Art Organismen Beispiele
Mikroorganismen
Verderbniserreger
Indikatororganismen
Pathogene Bakterien
(Krankmacher)
Milchsäurebakterien
Brevibakterien
Propionsäurebakterien
Strep. lactis, Strep. cremonis
Lactobacillen species
Acetobacter
Hefen
Schimmelpilze
Proteolytische Bakterien
Lipolytische Bakterien
Glycolytische Bakterien
Escherichia coli
Enterobakteriaceen
Staphylokokkus aureus
Krankheitserreger
Lebensmittelvergiftung durch Toxine
Joghurt, Quark
Schmierkäse
Emmentaler Käse
Butter
Salami
Essig
Brot, Bier, Wein
Camembert, Roquefort
Fleisch, Fisch
Butter, Öl, Fett
Früchte, Gemüse
Fäkalverunreinigung
Hygienemangel
Kontakt mit Eiter (z.B. bei Verletzungen),
Schleimhäuten des Nasen und
Rachenraumes
Salmonellen
Campylobacter
Listeria
Botulismus
Enterotoxine von
Staphylokokkus aureus
Aspergillus species
Tabelle 1 (Quelle: Auszug aus www.laboratorium.lu.ch/lebensmittelhygiene.pdf)
Aber Warum gerade 0,92 aw ? Betrachtet man
die Daten, bei welchem Aw-Wert welche Bakterien
oder Pilze wachsen können, so ist dies
sehr schnell begründet. Über 0,92 aw (bei 25°C)
wachsen vor allem Bakterien, welche gefährliche
Gifte (Botulinum Toxin etc.) produzieren.
Eine zweite Anwendung bildet dabei die Optimierung
der Produktionskette und -prozesse.
Häufig sind Heiz- und Kühlprozesse involviert,
um Produkte haltbar zu machen und Bakterien
oder Keime abzutöten (Hitze) oder zumindest
deren Vermehrung zu stoppen (Kälte).
Da eine Produktion ohne jeglichen Keim
utopisch ist, wird der Aw-Wert nach diesem
Prozessschritt überprüft, um im sicheren Bereich
zu sein, so dass auch bei einem mikrobiologischen
Zwischenfall (Kontamination) die
einwandfreie Hygiene des Produktes gewährleistet
ist und das Wachstum gefährlicher Bakterien
durch den optimierten Aw-Wert verhindert
wird.
Ein weiterer, häufiger Prozessschritt ist die
Trocknung, z. B. Warmluft-, Sprüh-, Gefrier-,
Walzen- oder Vakuumtrocknung. Der grosse
Nachteil dieser Prozesse sind die chemischen,
physikalischen und strukturellen Änderungen
im Produkt. Die Bestimmung des Aw-Messwertes
des getrockneten Produktes hilft, die
Entfeuchtungsparameter (Luftströmung, Temperatur,
Durchlaufzeit) zu optimieren und ein
einwandfreies Zwischenprodukt ohne Klumpen
zu garantieren. Klumpen bergen das
Risiko von Rohrverstopfungen und Wassereinschluss,
woraus im Klumpen-Innern plötzlich
hervorragende Bedingungen für mikrobiologisches
Wachstum entstehen können.
Nebst all den prozesstechnischen Optimierungsmöglichkeiten
durch die Bestimmung des
Aw-Wertes, liefert die Messung gleich noch
eine weitere Info mit: Falls eine gewünschte
Flora zur Herstellung/Reifung des Produktes
notwendig ist, ist eine Kontrolle möglich, ob
sich diese Flora bei den aktuellen Bedingungen
ausbilden kann. Darüber hinaus beinhalten
viele Nahrungsmittelherstellprozesse (z.B.
Salami etc.) eine Fermentationsstufe, wobei
gewünschte Bakterien wachsen sollen, ungewünschte
jedoch nicht. (siehe Tabelle 1)
Abschließend bleibt festzuhalten, dass die
Messung der Wasseraktivität einen wichtigen
Schritt in Richtung Produktsicherheit und -qualität
darstellt.
Autor:
Markus Bernasconi, Bachelor in Chemie
und Nachdiplomstudium in Integrierte
Mikrosysteme, Key Account & Product
Manager, Novasina AG
Weitere Informationen:
www.novasina.com
September Ausgabe 4/2012 foodTechnologie
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