Die Wasseraktivität ist ein Maß für die Verfügbarkeit von freiem Wasser in einem Feststoff oder in einer Flüssigkeit. Häufig wird jedoch über Materialfeuchte oder Wassergehalt (g Wasser/g Substrat) gesprochen und diese auch gemessen. Materialfeuchte und Wasseraktivität sind jedoch nicht dasselbe. Die Materialfeuchte beinhaltet das freie und chemisch gebundene Wasser.

Die Wasseraktivität oder Gleichgewichtsfeuchte wird als aw-Wert angegeben und bewegt sich zwischen 0 (absolute Trockenheit) und 1 (kondensierender Feuchte). Nur dieser freie Anteil an Wasser beteiligt sich aktiv am Austausch mit der Umgebungsfeuchte und ist in Bezug auf die mikrobiologische Stabilität bzw. die biologischen Funktionen der Mikroorganismen von großer Bedeutung. Die Wasseraktivität beeinflusst auch das chemische Verhalten der Produkte.

Doch welchen Einfluss hat die Wasseraktivität auf die Qualität von Lebensmitteln? Sie gibt Auskunft über deren physikalische, mechanische, chemische sowie mikrobiologische Stabilität. Sie entscheidet über das Wachstum von Mikroorganismen (Bakterien, Pilze etc.) und darüber, welche Toxine sie produzieren. Des Weiteren beeinflusst die Wasseraktivität die chemische Stabilität von Produkten sowie deren Farbe, Geschmack, Nährwert, Löslichkeit und Textur. Die Optimierung und Stabilisierung der Produkteigenschaften erfordert eine Einstellung des aw-Wertes in einem – teilweise recht engen – Korridor. Erreicht wird dies durch Zugabe von Humectants, beispielsweise von Zucker, Polyolen, Aminosäuren oder auch Proteinen.

Konservierung von Produkten

Es gibt verschiedene Verfahren zur Konservierung von Lebensmitteln. Das Spektrum reicht vom Erhitzen und Kühlen über den Einsatz von Konservierungsmitteln, den Entzug von Sauerstoff bis hin zum Trocknen, Salzen und Zuckern. Gerade die drei zuletzt genannten Verfahren haben einen direkten Einfluss auf den aw-Wert. Um den Erfolg dieser Verfahren zu messen, ist eine schnelle und problemlose Messung der Wasseraktivität notwendig.

Zentrale Komponente bei der Bestimmung der Wasseraktivität ist eine geschlossene Messkammer, in der die Luftfeuchte unmittelbar über der Probe gemessen wird. Die Probe und die in der Kammer eingeschlossene Luft weisen einen unterschiedlichen Feuchtigkeitsgehalt auf. Aufgrund dieses Gefälles stellt sich nach einer gewissen Zeit ein Feuchtegleichgewicht zwischen Luft und Probe ein. Die Luftfeuchte in der Kammer wird gemessen und daraus der aw-Wert bestimmt, denn beide Größen verhalten sich proportional zueinander.

Die Luftfeuchte lässt sich mithilfe von elektrolytisch-resistiven und kapazitiven Messverfahren messen. Ein anderer Weg ist die Bestimmung über den Taupunkt (indirekt). Jedes der genannten Messverfahren weist Vor- und Nachteile auf, wobei die elektrolytisch-resistive Messung in puncto Genauigkeit und Wiederholbarkeit den anderen überlegen ist. Zudem ist sie hysteresefrei. Des Weiteren können Geräte, die nach diesem Verfahren arbeiten, unter Zuhilfenahme eines Salzstandards einfach kalibriert und justiert werden. Chemische Filter ermöglichen einen Schutz der Sensoren.

Zur Funktionsweise der elektrolytisch-resistiven Sensoren: In Abhängigkeit von der Luftfeuchte ändert der im Sensor applizierte Elektrolyt seinen Widerstand. Eine einfache Widerstandsmessung ermöglicht dabei eine direkte und einfache Ableitung der Wasseraktivität. Die Zusammensetzung des Elektrolyts ist dabei so gewählt, dass die Wasserabsorption und -desorption sofort stattfindet und der Sensor somit hysteresefrei funktioniert – ein Umstand, der gerade bei Proben mit hohem aw-Wert eine extrem hohe Reproduzierbarkeit liefert.

Hohe Messgenauigkeit

Bei Labmaster-aw handelt es sich um eine Messgerätefamilie zur Bestimmung der Wasseraktivität. Die Geräte, die nach dem elektrolytisch-resistiven Messprinzip arbeiten (Novalyte-Technologie), finden in den Laboren der chemischen, pharmazeutischen und Lebensmittelindustrie Einsatz. Wesentliche Merkmale der Gerätefamilie sind eine sehr gute Messgenauigkeit und Reproduzierbarkeit. Hinzu kommt eine einfache Benutzerführung, die im Zusammenspiel mit den o. g. Vorteilen die Bestimmung des aw-Wertes fast zu einem Kinderspiel werden lässt.

Die aktive, temperaturstabilisierte Messkammer der Labmaster-aw-Geräte ist für Arbeitstemperaturen von 0 bis 50 °C ausgelegt. Der Anwender kann die Arbeitstemperaturen mit einer Genauigkeit von ±0,2 K einstellen. Für eine schnelle Messung besitzt jedes Messgerät zusätzlich eine Vorkonditionierkammer. Folgende Leistungsparameter charakterisieren die Messgeräte:

· aw-Messbereich von 0,03 bis 1,00 (effektiv)

· Messgenauigkeit ±0,003

· Reproduzierbarkeit ±0,002

Die Auswertung der Messdaten übernimmt die Software Novalog MC. Für den Datenaustausch mit anderen Geräten steht eine RS-232- sowie eine USB-Schnittstelle zur Verfügung. Eine Windows-basierende Menüsteuerung ermöglicht eine einfache und intuitive Bedienung der Labmaster-aw-Geräte. Ein Multiuser-Management-System erlaubt die Programmierung durch verschiedene Benutzer mit entsprechenden Benutzerrechten.

Drei Geräteversionen

Novasina bietet die Labmaster-aw-Geräte in den Versionen Basic (Single User), Standard (Multi User) und Advanced (Multi User und Mehrkanal) an. Ein Upgrade ist jederzeit mittels Freischaltcode möglich. Der austauschbare elektrolytisch-resistive Feuchtesensor beinhaltet bereits die Justierdaten und kann nach dem Einsetzen sofort den Messbetrieb aufnehmen.

Neben den Labmaster-aw-Messgeräten hat Novasina auch die Gerätebaureihe Labpartner-aw im Programm. Diese Geräte dienen ebenfalls zur Bestimmung der Wasseraktivität nach dem elektrolytisch-resistiven Messprinzip, können allerdings nur in Kombination mit den Labmaster-aw-Geräten in der Advanced-Version eingesetzt werden, weil über sie Stromversorgung, Überwachung und Steuerung der Partnergeräte erfolgt. Vorteil für den Anwender: Über einen Feldbus können bis zu neun Labpartner-aw-Einheiten an ein Labmaster-aw-Gerät angeschlossen werden. Auf diese Weise sind bis zu zehn simultan laufende unabhängige Messungen mit unterschiedlichen Proben möglich, wobei die einzelnen Labpartner-aw-Geräte in verschiedenen Laborräumen oder an unterschiedlichen Stellen in der Produktion platziert werden können.

Voraussetzung für eine zuverlässige und genaue aw-Bestimmung ist eine konstante Probentemperatur und ein konstantes Gleichgewicht zwischen Probenfeuchtigkeit und Luftfeuchtigkeit in der Messkammer. Die Einstellung des Gleichgewichts erfordert Zeit; die Messung darf erst nach dem endgültigen Erreichen des Gleichgewichtzustandes beendet werden. Ein zu früher Abbruch der Messung würde zu ungenauen Messergebnissen führen. Diesem Umstand tragen die aw-Messgeräte von Novasina Rechnung. Der Anwender kann ein Zeitintervall definieren, in dem sich der gemessene Wert für die Wasseraktivität um nicht mehr als 0,001 Einheiten und die Temperatur um nicht mehr als 0,1 °C ändern darf. Welches Zeitintervall sinnvoll ist, hängt von dem zu analysierenden Produkt ab. Bei trockenen Substanzen sind ca. 5 Minuten ausreichend, während bei stark fett- und zuckerhaltigen Proben durchaus 45 Minuten angebracht sind.

Online-Info www.dei.de/d0811400

Markus Bernasconi