Messung der Wasseraktivität (aw) für Produktqualität und Haltbarkeit

Was verstehen wir unter Wasseraktivität?

Der Begriff Wasseraktivität wird häufig mit "aw" abgekürzt. Vereinfacht ausgedrückt handelt es sich um ein Maß für das in einem Produkt oder einer Zutat verfügbare Wasser, das entweder zu mikrobiellem Wachstum führen oder durch Migration die Qualität anderer Zutaten beeinträchtigen könnte. Ein klassisches Beispiel ist Müsli, das Rosinen, Samen und Kleieflocken enthält. Rosinen enthalten in der Regel mehr Feuchtigkeit als Kleieflocken, so dass mit der Zeit die Feuchtigkeit aus den Rosinen in die Kleieflocken übergeht; je nach Zeit kann das Ergebnis harte, ausgetrocknete Rosinen und durchweichte Kleieflocken sein!

Es ist wichtig, die Wasseraktivität nicht mit der Wassermenge in einem Produkt - dem Feuchtigkeitsgehalt - zu verwechseln. Letzterer bestimmt die physikalischen Eigenschaften des Produkts und kann im Allgemeinen durch die Stärke der molekularen Bindungen zwischen Wasser und anderen wichtigen Inhaltsstoffmolekülen charakterisiert werden; per Definition ist diese Art von "gebundenem" Wasser für Mikroorganismen normalerweise nicht verfügbar, um ihr Wachstum zu unterstützen.

Im Vergleich dazu ist die Wasseraktivität ein Maß für die Menge an Wasser, die als "frei" oder "ungebunden" betrachtet werden kann und die die oben beschriebenen Probleme verursachen kann. Obwohl das mikrobielle Wachstum durch eine Reihe von Faktoren wie Temperatur, Sauerstoffgehalt und pH-Wert gefördert werden kann, ist die Verfügbarkeit von freiem Wasser die wichtigste Determinante für das mikrobielle Wachstum. Insbesondere bei pharmazeutischen Anwendungen bietet die Wasseraktivität eine bessere Methode zur Berechnung des mikrobiologischen Wachstums.

Wie wird die Wasseraktivität berechnet?

Die Wasseraktivität wird berechnet, indem der Dampfdruck, der durch die freie Feuchtigkeit im Produkt entsteht, gemessen und mit dem Dampfdruck von destilliertem Wasser unter gleichen Bedingungen verglichen wird; der Dampfdruck ist die Kraft, die von Wassermolekülen in gasförmigem Zustand auf die Oberfläche eines Produkts ausgeübt wird, und gibt an, wie leicht Wasser aus dem Produkt verdampft.

Die Formel zur Berechnung der Wasseraktivität lautet: aw = p/ps

Dabei ist p der Wasserdampfdruck über der Oberfläche des Produkts und ps der Wasserdampfdruck über der Oberfläche eines Körpers aus reinem Wasser.

Beide werden immer bei der tatsächlichen Temperatur des Produkts gemessen, da die Temperatur die Art und Weise beeinflussen kann, in der Wasser mit dem Produkt interagiert. Die Ergebnisse werden auf einer Skala von 0-1 dargestellt, wobei 0 bedeutet, dass kein freies Wasser vorhanden ist, während 1 anzeigt, dass das gesamte Wasser im Produkt vorhanden ist.

Zum Vergleich: Die meisten Obst- und Gemüsesorten, Fleisch- und Milchprodukte haben einen Wert von 0,99 aw; das ist relativ hoch und erklärt, warum das Wachstum von Bakterien und Schimmelpilzen schnell erfolgen kann. Umgekehrt haben Produkte wie Honig und geröstete Kaffeebohnen einen Wasseraktivitätswert von etwa 0,5 aw.

Die Bedeutung der Aufmerksamkeit

Wie bereits erwähnt, ist die Wasseraktivität ein wichtiger Parameter für die Qualität und Haltbarkeit von Lebensmitteln und anderen feuchtigkeitsempfindlichen Produkten wie Arzneimitteln, Kosmetika, Saatgut und modernen industriellen Beschichtungen.

Die Verwendung von Wasseraktivitätswerten für verschiedene Zutaten, wie im Beispiel des Müslis, und die Erkenntnis, dass Wasser normalerweise von einer Substanz mit einem hohen aw-Wert zu einer Substanz mit einem niedrigen aw-Wert migriert, ermöglicht eine Verbesserung sowohl der Produktformulierung als auch der Kontrolle. Darüber hinaus wird die Wasseraktivität häufig als wichtiger Messparameter für HACCP-Regelungen (Hazard Analysis and Critical Control Point) und als wesentlicher Messwert für eine genaue Prozesssteuerung verwendet; so kann das Produktionspersonal beispielsweise genau bestimmen, wie lange ein Produkt gekocht oder getrocknet werden muss, oder die Ofentemperaturen und die Geschwindigkeit von Fördersystemen steuern.

Im pharmazeutischen Sektor kann die Messung der Wasseraktivität bei der Produktformulierung, -herstellung und -verpackung eingesetzt werden. Insbesondere bietet die Wasseraktivität ein wirksames Mittel zur Vorhersage der Stabilität von Proteinen, Enzymen und biopharmazeutischen Komponenten sowie zur Steuerung der Kompatibilität hygroskopischer Hilfsstoffe wie Stärke und Zellulose in feuchtigkeitsempfindlichen Produkten.

Messung der Wasseraktivität

Die Wasseraktivität kann mit einer Reihe von fortschrittlichen Labor-, Inline- und tragbaren Spot-Messgeräten gemessen werden. In jedem Fall sind diese Geräte einfach zu bedienen und bieten ein extrem hohes Maß an Genauigkeit, wobei konsistente Ergebnisse schnell und in einer Form vorliegen, die für Wissenschaftler und Produktionsmitarbeiter gleichermaßen leicht verständlich ist.

Rotronic entwickelt und produziert seit vielen Jahren Geräte zur Messung der Wasseraktivität. Dadurch haben wir uns ein umfangreiches Wissen und Erfahrung in allen Anwendungsbereichen angeeignet. Unsere neueste Produktpalette bietet eine große Auswahl, von Einsteigergeräten bis hin zu hochentwickelten Laboranalysatoren, die alle durch optionales Zubehör, Software und Supportleistungen unterstützt werden.

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