Wasseraktivität – die unverzichtbare Hilfe zur Kontrolle

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.
A
n einem sonnigen Montagmorgen beim
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…
Die Wasseraktivität nimmt zudem auch wesentlich Einfluss auf das chemische und physikalische Verhalten von Lebensmitteln.
Wo kann die Wasseraktivitätsmessung eingesetzt werden?
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 GleichgewichtsFeuchte 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
Was ist „Wasseraktivität“?
(Verderbniserreger)
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
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Ausgabe 4/2012
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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 AwWert 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.
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Art
Organismen
Beispiele
Mikroorganismen
Milchsäurebakterien
Brevibakterien
Propionsäurebakterien
Strep. lactis, Strep. cremonis
Lactobacillen species
Acetobacter
Hefen
Schimmelpilze
Joghurt, Quark
Schmierkäse
Emmentaler Käse
Butter
Salami
Essig
Brot, Bier, Wein
Camembert, Roquefort
Verderbniserreger
Proteolytische Bakterien
Lipolytische Bakterien
Glycolytische Bakterien
Fleisch, Fisch
Butter, Öl, Fett
Früchte, Gemüse
Indikatororganismen
Escherichia coli
Enterobakteriaceen
Staphylokokkus aureus
Fäkalverunreinigung
Hygienemangel
Kontakt mit Eiter (z.B. bei Verletzungen),
Schleimhäuten des Nasen und
Rachenraumes
Pathogene Bakterien
(Krankmacher)
Krankheitserreger
Salmonellen
Campylobacter
Lebensmittelvergiftung durch Toxine
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 0,92aw (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
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