Bei Geräten zur Messung der Wasseraktivität kann es in Bezug auf die Messzeit zu einer Menge Verwirrung kommen. Fakt ist, dass die Messzeit für die Wasseraktivität durch die Probe und nicht durch das Gerät bestimmt wird.

Da es sich bei der Wasseraktivität um eine Gleichgewichtsmessung handelt, ist ein Messwert erst dann vollständig, wenn das Feuchtegleichgewicht in der Messkammer erreicht ist, und dieser Prozess kann durch ein Messgerät nicht beschleunigt werden. Daher ist jede Behauptung einer bestimmten Messzeit nicht anwendbar. Behauptungen über ultraschnelle Messzeiten im unteren Minutenbereich beruhen entweder auf einer Vorhersage oder auf Einstellungen für das Testende, die nicht streng genug sind, um ein echtes Feuchtegleichgewicht zu erreichen.

Anforderungen, um die Messung zu beenden

Um festzustellen, wann das Feuchtegleichgewicht erreicht ist und eine Messung beendet werden sollte, wird geprüft, ob die Änderungsrate der Wasseraktivität unter einen bestimmten Sollwert fällt. Welcher Sollwert verwendet wird und wie er bestimmt wird, wirkt sich sowohl auf die Messzeit als auch auf die Zuverlässigkeit aus. Ist der Sollwert zu niedrig angesetzt, könnte der Test vorzeitig beendet werden, bevor ein echtes Gleichgewicht erreicht ist.

Das ideale System sollte es dem Benutzer ermöglichen, die Einstellung für das Testende so zu wählen, wie es seiner Situation und seinen Bedürfnissen am besten entspricht. Die Unklarheit bei den Einstellungen für das Testende und ihre potenziellen Auswirkungen auf die Testergebnisse hat die International Standardization Organization, kurz ISO, sogar dazu veranlasst, die Anforderungen an das Testende in ihrer kürzlich überarbeiteten Wasseraktivitätsmethode ISO18787 zu definieren.

Vergleichstests an realen Proben

Zur Veranschaulichung der möglichen Probleme, welche durch ein vorzeitiges Beenden der Wasseraktivitätsmessung vor Erreichen des Feuchtegleichgewichts entstehen, wurden Wasseraktivitätstests an Proben von Cremefüllungen, Gummibärchen und Beef Jerky durchgeführt.

Die Proben wurden in verschiedene Probeschälchen verteilt und in einem Wasseraktivitätsmessgerät mit Taupunkt-Detektionsmethode im kontinuierlichen Modus und im Novasina LabMaster-aw NEO mit den Stabilitätseinstellungen schnell (am wenigsten streng) und langsam (am strengsten) durchgeführt. Abbildung 1 veranschaulicht die Ergebnisse.

Die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Ergebnis im Taupunktmessgerät war bei allen Produkten immer grösser als die angegebene Genauigkeit des Geräts von 0,003 aw, was darauf hindeutet, dass das erste Messergebnis verfrüht als Endresultat angegeben wurde. Ausserdem zeigen die Diagramme deutlich, dass die kontinuierlichen Tests der Gleichgewichtskurve folgen, was darauf hindeutet, dass die ersten 2–3 Testergebnisse immer verfrüht waren und das Feuchtegleichgewicht noch nicht erreicht war. Alternativ dazu lieferte die schnelle Einstellung des LabMaster-aw NEO ebenfalls verfrühte Ergebnisse, während die langsame Stabilitätseinstellung das tatsächliche Feuchtegleichgewicht vollständig widerspiegelte.

1. Ergebnisse der Wasseraktivitätstests für A) Cremefüllung, B) Gummibärchen und C) Beef Jerky unter Verwendung des kontinuierlichen Modus in einem Taupunktsystem (•) und der Einstellungen für schnelles und langsames Testende im LabMaster-aw NEO (•), verglichen mit der tatsächlichen Wasseraktivitätskurve (–). Für jedes der Produkte sind die frühen Testergebnisse aus dem Taupunktsystem eindeutig verfrühte Ergebnisse auf der Kurve, und es sind sechs kontinuierliche Tests erforderlich, um das wahre Gleichgewicht zu erreichen. Die schnelle Einstellung des NEO führt aufgrund ihrer geringeren Strenge ebenfalls zu einem verfrühten Ergebnis, liegt aber weiter oben auf der Gleichgewichtskurve als die frühen Taupunktmesswerte. Die einzige Einstellung, die ein echtes Feuchtegleichgewicht der Wasseraktivität ergibt, ist die Einstellung NEO Slow.

Schlussfolgerung

Die hier dargelegten Erkenntnisse zeigen deutlich, dass eine beträchtliche Zeitspanne erforderlich sein kann, um bei der Prüfung der Wasseraktivität ein echtes Feuchtegleichgewicht zu erreichen, und dass weniger strenge Einstellungen zu falschen Ergebnissen führen, die nicht die tatsächliche Wasseraktivität widerspiegeln. Bei einem Produkt, das nahe am Grenzwert für mikrobielles Wachstum hergestellt wird, könnten verfrühte Messdaten zur Freigabe eines unsicheren Produkts führen.

Es kann gerechtfertigt sein, bei Routinetests weniger strenge Einstellungen für das Messende zu verwenden, um die Messzeiten zu verkürzen, aber dies sollte nie geschehen, ohne vorher zu prüfen, wie sehr diese vorzeitigen Ergebnisse von der tatsächlichen Wasseraktivität abweichen.

Dann kann eine fundierte Entscheidung darüber getroffen werden, ob schnellere Messzeiten akzeptabel sind, ohne das Unternehmen dem Risiko auszusetzen, ein fehlerhaftes Produkt zurückzurufen.

References

1. Fontana, A.J. and Carter, B.P. 2020. Measurement of water activity, moisture sorption isotherms, and moisture content of foods. In Water Activity in Foods: Fundamentals and Applications, 2nd Edition. Wiley-Blackwell.

2. International Organization for Standardization. 2017. Foodstuffs – Determination of water activity. ISO18787:2017. https://www.iso.org/obp/ui/fr/#iso:std:63379