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Was ist der Aw Wert?
Der Aw Wert Definition: Was ist der Aw Wert?
Was bedeutet der Aw Wert? Der Aw-Wert ist ein Maß für das frei verfügbare, nicht gebundene oder aktive Wasser in organischen Erzeugnissen wie Lebens- oder Arzneimitteln. Kurzum für die Wasseraktivität. Er beschreibt den Dampfdruck des Lebensmittels selbst, wenn es sich in einem völlig ungestörten Gleichgewicht mit der umgebenden Luft befindet.
Zur Veranschaulichung: Stellen Sie sich vor, Sie nehmen ein Glas Wasser und einen trockenen Schwamm. Tauchen Sie die Ecke des Schwamms in das Glas mit Wasser. Das Wasser wird sich vom Glas in den Schwamm bewegen. Die Wasseraktivität ist die Kraft, die das Wasser veranlasst, sich in den Schwamm zu bewegen.
Denken Sie darüber nach, wie sich das Wasser im Schwamm vom Wasser im Glas unterscheidet: Das Wasser im Glas ist frei, aber das Wasser im Schwamm ist alles andere als frei. Es ist durch Wasserstoffbrücken, Kapillarkräfte und van der Waals-Kräfte gebunden. Diese werden auch als Matrixeffekte bezeichnet. Das Wasser im Schwamm hat einen niedrigeren Energiezustand als das Wasser im Glas. Das Wasser fließt in den Schwamm hinein, aber um es wieder herauszubekommen, müssen wir Energie aufwenden, indem wir den Schwamm zusammendrücken.
Das Wasser im Schwamm hat einen niedrigeren Dampfdruck, einen niedrigeren Gefrierpunkt und einen höheren Siedepunkt als das Wasser im Glas. Und diese Unterschiede können wir messen und quantifizieren.
Der Aw-Wert als Messgröße für Sicherheit und Qualität.
Durch die Messung des Aw-Werts können Lebens- und Arzneimittelunternehmen Rückschlüsse über die Qualität und Sicherheit ihrer Produkte ziehen. Sie ist ein Maß für den Energiestatus von Wasser in einem System und sagt mehr über die mikrobiellen Wachstumsschwankungen aus als der Wassergehalt.
Mit dem Aw Wert die Haltbarkeit vorhersagen
Der Aw-Wert ist ein wichtiges Kriterium anhand dessen Prognosen zur Verderbs- und Verzehrfähigkeit von Produkten getroffen werden können – in Bezug auf mikrobielles Wachstum, chemische und biochemische Reaktionsgeschwindigkeiten und physikalische Eigenschaften. Entgegen gängiger Annahmen und weit verbreiteter Praxis im Qualitätsmanagement ist nicht der Feuchte- oder Wassergehalt eines Produktes, sondern dessen Aw Wert entscheidend für die Entwicklung und Vermehrung von Mikroben, Schimmel- und Hefepilzen.
Abbildung 1 zeigt die Stabilität in Bezug auf die mikrobiellen Wachstumsgrenzen und die Rate der abbaubaren Reaktionen als Funktion der Wasseraktivität.
Die Messung des Aw-Werts bietet Ihnen folgende Möglichkeiten:
- Vorhersagen zu potentiellen Verderbs- und Infektionsquellen verursacht durch Mikroorganismen
- Erhalt der chemischen Stabilität von Produkten
- Reduzierung nichtenzymatischer Bräunungsreaktionen und von spontanen autokatalytischen Lipidoxidationsreaktionen
- Verlängern die Aktivität von Enzymen und Vitaminen
- Optimierung der physikalischen Eigenschaften von Produkten hinsichtlich Feuchtigkeitsmigration, Textur und Haltbarkeit
Mikrobielles Wachstum kontrollieren mithilfe des Aw-Werts
Unter einem bestimmten Schwellenwert des Aw-Werts können Mikroorganismen nicht wachsen. Wer nur den Wassergehalt misst, wird diese Schwelle nicht erkennen.
Weil Bakterien, Hefe und Schimmelpilze eine gewisse Menge an “verfügbarem” Wasser benötigen, um zu wachsen, ist es ratsam, Produkte so zu gestalten, dass sie unterhalb ihres kritischen aw-Niveaus liegen. Auch wenn theoretisch genügend Wasser vorhanden wäre, können Mikroorganismen bei einem ausreichend niedrigen Energieniveau dieses Wasser nicht für ihr Wachstum nutzen. Dieser “wüstenähnliche” Zustand schafft ein osmotisches Ungleichgewicht zwischen den Mikroorganismen und der lokalen Umgebung. Die Folge ist ein vermindertes oder behindertes Wachstum von Mikroben.
Hürdentechnik
Natürlich beeinflussen auch Temperatur, pH-Wert und andere Faktoren, ob und wie schnell Mikroorganismen wachsen. Der Aw Wert ist jedoch der wichtigste Faktor.
Der Aw-Wert kann mit anderen Konservierungsfaktoren (Hürden), wie Temperatur, pH-Wert, Redoxpotential usw. kombiniert werden, um Bedingungen zu schaffen, die Mikroorganismen hemmen. Das Wasseraktivitätsniveau, das das Wachstum der überwiegenden Mehrheit der pathogenen Bakterien begrenzt, ist 0,90 aw (0,70 aw für Verderbungsformen). Die untere Grenze für alle Mikroorganismen beträgt 0,60 aw.
In der folgenden Tabelle sind die Wasseraktivitätsgrenzen für Wachstumsbeispiele von Produkten aus bestimmten Bereichen aufgelistet.
| aw | Bacteria | Mold | Yeast | Typical Products |
| 0.97 | Clostridium botulinum E Pseudomonas fluorescens | fresh meat, fruits, vegetables, canned fruit, canned vegetables | ||
| 0.95 | Escherichia coli Clostridium perfringens Salmonella spp. Vibrio cholerae | low-salt bacon, cooked sausages, nasal spray, eye drops | ||
| 0.94 | Clostridium botulinum A, B Vibrio parahaemolyticus | Stachybotrys atra | ||
| 0.93 | Bacillus cereus | Rhizopus nigricans | some cheeses, cured meat (ham) bakery goods, evaporated milk, ral liquid suspensions, topical lotions | |
| 0.92 | Listeria monocytogenes | |||
| 0.91 | Bacillus subtilis | |||
| 0.90 | Staphylococcus aureus (anaerobic) | Trichothecium roseum | Saccharomyces cerevisiae | |
| 0.88 | Candida | |||
| 0.87 | Staphylococcus aureus (aerobic) | |||
| 0.85 | Aspergillus clavatus | sweetened condensed milk, aged cheeses (cheddar), fermented sausage (salami), dried meats (jerky), bacon, most fruit juice concentrates, chocolate syrup, fruit cake, fondants, cough syrup, oral analgesic suspensions | ||
| 0.84 | Byssochlamys nivea | |||
| 0.83 | Penicillium expansum Penicillium islandicum Penicillium viridicatum | Deharymoces hansenii | ||
| 0.82 | Aspergillus fumigatus Aspergillus parasiticus | |||
| 0.81 | Penicillium Penicillium cyclopium Penicillium patulum | |||
| 0.80 | Saccharomyces bailii | |||
| 0.79 | Penicillium martensii | |||
| 0.78 | Aspergillus flavus | jam, marmalade, marzipan, glace fruits, molasses, dried figs, heavily salted fish | ||
| 0.77 | Aspergillus niger Aspergillus ochraceous | |||
| 0.75 | Aspergillus restrictus Aspergillus candidus | |||
| 0.71 | Eurotium chevalieri | |||
| 0.70 | Eurotium amstelodami | |||
| 0.62 | Saccharomyces rouxii | dried fruits, corn syrup, licorice, marshmallows, chewing gums, dried pet foods | ||
| 0.61 | Monascus bisporus | |||
| 0.60 | No microbial proliferation | |||
| 0.50 | No microbial proliferation | caramels, toffees, honey, noodles, topical ointments | ||
| 0.40 | No microbial proliferation | whole egg powder, cocoa, liquid center cough drop | ||
| 0.30 | No microbial proliferation | crackers, starch-based snack foods, cake mixes, vitamin tablets, suppositories | ||
| 0.20 | No microbial proliferation | boiled sweets, milk powder, infant formula |
Chemische und biochemische Reaktivität.
Der Aw-Wert beeinflusst nicht nur den mikrobiellen Verderb, sondern auch die chemische und enzymatische Reaktivität. Wasser kann die chemische Reaktivität auf unterschiedliche Weise beeinflussen. Es kann als Lösungsmittel bzw. als Reaktant wirken oder die Beweglichkeit der Reaktanten durch Beeinflussung der Viskosität des Systems verändern. Die Wasseraktivität beeinflusst die nicht-enzymatische Bräunung, die Lipidoxidation, den Abbau von Vitaminen und anderen Nährstoffen. Sie hat außerdem Auswirkungen auf enzymatische Reaktionen, die Proteindenaturierung, die Stärke-Gelatinierung und die Stärke-Retrogradation. Typischerweise nimmt die Rate der chemischen Abbaureaktionen ab, wenn das Wasseraktivitätsniveau gesenkt wird.
Physikalische Eigenschaften des Aw Werts
Der Aw-Wert wirkt sich auch auf die strukturellen Eigenschaften von Lebensmitteln aus. Lebensmittel mit einem hohem Aw Wert haben eine Textur, die als feucht, saftig, zart und zäh beschrieben wird. Wenn der Aw Wert dieser Produkte verringert wird, stellen sich unerwünschte Texturattribute wie Härte, Trockenheit, Stauchbarkeit und Zähigkeit ein. Produkte mit einem geringen Aw Wert haben normalerweise Texturattribute, die als knackig und knusprig beschrieben werden, während diese Produkte bei höheren Aw-Niveaus zu einer matten Textur wechseln.
Kritische Aw-Werte bestimmen also, wo Produkte aus sensorischer Sicht inakzeptabel werden
Aw Wert und Textur: Zusammenbacken, verklumpen, zusammenfallen oder verkleben.
Der Aw-Wert ist ein wichtiger Faktor im Bezug auf die Stabilität von Pulvern und dehydrierten Produkten während der Lagerung. Die Kontrolle der Wasseraktivität in einem Pulverprodukt garantiert die richtige Produktstruktur, Textur, Stabilität, Dichte und ideale Dehydratations-Eigenschaften. Die Kenntnis der Wasseraktivität von Pulvern als Funktion von Feuchtigkeitsgehalt und Temperatur ist während der Verarbeitung, Handhabung, Verpackung und Lagerung unerlässlich, um das schädliche Phänomen des Zusammenbackens, des Verklumpens, des Zusammenfallens und der Klebrigkeit zu verhindern. Das Aufbacken ist abhängig von der Wasseraktivität, der Zeit und der Temperatur und bezieht sich auf die Kollapsphänomene des Pulvers abhängig von der Gravitationskraft.
Aw Wert und Feuchtigkeitsmigration
Die Unterschiede in den Aw-Werten der einzelnen Komponenten sind die treibende Kraft für Feuchtigkeitswanderungen, da das System ein Gleichgewicht anstrebt. Dadurch ist der Aw Wert ein wichtiger Parameter bei der Kontrolle der Wasserwanderung von Mehrkomponentenprodukten.
Einige Lebensmittel enthalten Bestandteile mit verschiedenen Wasseraktivitätsniveaus, zum Beispiel gefüllte Snacks oder Getreide mit getrockneten Früchten. Laut Definition bestimmt die Wasseraktivität, dass Feuchtigkeit von einer Region mit hohem Aw Wert zu einer Region mit niedrigerem Aw Wert wandern wird – die Rate der Migration hängt jedoch von vielen weiteren Faktoren ab. Durch Feuchtigkeitsmigration können in Mehrkomponenten-Lebensmitteln unerwünschte strukturelle Veränderungen entstehen. Feuchtigkeit von getrockneten Früchten mit hohem Aw Wert kann an das Getreide mit niedrigerem Aw Wert abgegeben werden. Das bewirkt, dass die Frucht hart und trocken wird, während das Getreide feucht wird.
Wissen darüber, ob Wasser von einer bestimmten Komponente absorbiert oder desorbiert wird, ist wichtig, um den Abbau zu verhindern. Besonders, wenn die Substanz feuchtigkeitsempfindlich ist. Ein Beispiel: Wenn gleiche Mengen an Komponente 1 bei 2% und Komponente 2 bei 10% Feuchtigkeitsgehalt zusammengemischt werden, besteht dann ein Feuchtigkeitsaustausch zwischen den Komponenten? Der endgültige Feuchtigkeitsgehalt des gemischten Materials wäre 6%, aber wird es zum Feuchtigkeitsaustausch zwischen Komponente 1 und 2 kommen? Die Antwort hängt von den Aw-Werten der beiden Komponenten ab. Ist sie gleich, dann wird keine Feuchtigkeit zwischen den beiden Komponenten ausgetauscht. Bei gleichen Wassergehalt kann es zudem sein, dass zwei Zutaten nicht kompatibel sind, wenn sie gemischt werden. Haben zwei Zutaten eine unterschiedliche Wasseraktivität und einen identischen Wassergehalt, wird das Wasser zwischen den Materialien wandern, bis ein Gleichgewicht hergestellt ist.
Mithilfe des Aw Werts Verpackungen optimieren
Der Aw Wert ist ein kritischer Faktor bei der Bestimmung der Haltbarkeit von Produkten. Kritische obere und untere Wasseraktivitätsniveaus können in Bezug auf mikrobielles Wachstum, Textur, Geschmack, Aussehen, Aroma, Ernährungs- und Kochqualitäten für Nahrungsmittelprodukte bestimmt werden. Die Rate des Austauschs von Feuchtigkeit durch die Verpackung und die Rate der Änderung des Aw Werts der Nahrung hin zu einer kritischen Grenze bestimmt die Haltbarkeit eines Produkts. Die Kenntnis der Temperatur, der relativen Feuchtigkeit und der kritischen Aw-Werte helfen bei der Auswahl einer Verpackung mit den richtigen Barriere-Eigenschaften. Ein wichtiger Punkt, um Qualität und Haltbarkeit zu optimieren.