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Haltbarkeit einfach verbessern.

Haltbarkeit einfach verbessern.

Wer die genaue Haltbarkeit seines Produktes nicht kennt, kann in viele Fallen tappen. Produkte, die noch völlig in Ordnung sind, werden massenweise vernichtet. Und das nur, weil ein falsches Haltbarkeitsdatum abgelaufen ist. Oder man verkauft Produkte, die schon längst verdorben sind, mit einem Verfallsdatum, das noch lange nicht abgelaufen ist. Sie können zu viel für Verpackungen zahlen, die ihrem Produkt nicht helfen. Oder Sie verzichten auf eine längere Haltbarkeit für ihr Produkt, die eine verbesserte Verpackung mit sich bringen würde. Lange Rede kurzer Sinn: Wer das genaue Haltbarkeitsdatum nicht kennt, tappt im Dunkeln.

Warum werden also nicht viel mehr Haltbarkeitstests durchgeführt?

Vollständige Haltbarkeitsprüfung. 

Eine vollständige Haltbarkeitsprüfung ist eine schrecklich-aufwendige Aufgabe. Komplexe Zusammenhänge zwischen Feuchtigkeit, Temperatur und Produktfehler müssen beachtet werden. Unzählige Faktoren können Ihr Produkt unsicher oder ungenießbar machen: das mikrobiologische Wachstum springt in die Höhe, das Produkt wird ranzig, verändert sich in Textur und Geschmack, verliert Vitamine. Vielen fehlt das nötige Fachwissen, um eine vollständige Haltbarkeitsprüfung durchzuführen. Ein externes Labor zu beauftragen, ist wiederum teuer.

Endlich gibt es eine wissenschaftliche Alternative zu diesen Möglichkeiten! Bestimmen Sie die Haltbarkeit mittels der Wasseraktivität. Selbst kleinere Start-ups können jetzt kosteneffizient die Haltbarkeit ihrer Produkte vorhersagen.

Haltbarkeit und Wasseraktivität

Wie erleichtert die Wasseraktivität die Haltbarkeit?

1) Sie sorgt für Klarheit. Kennen Sie die Wasseraktivität, wissen Sie, welche Fehlerquellen ihr Produkt beeinträchtigen können.

2) Sie vereinfacht die Vorhersage. Sie mit einem einfachen Messgerät die Wasseraktivität bestimmen können Ihre Wasser-Aktivitäts-Meter und eine andere Messmethode (die man hängt von Ihrem besonderen Ausfall-Modus), um eine einfache, in-house-Experiment, das Ihre Haltbarkeit genau voraussagen wird.

3) Sie standardisiert die Produktion. Legen Sie eine bestimmte Wasseraktivität fest und erreichen Sie bei jeder Produktcharge die optimale Haltbarkeit.

Die gemessenen Haltbarkeitsdaten liefern Ihnen wertvolle Einblicke, um Produktionsfehler zu stoppen, die Haltbarkeit zu verlängern und die optimale und günstigste Verpackung zu wählen.

Wie kann die Wasseraktivität die Haltbarkeit vorhersagen?

Die Wasseraktivität ist eine wichtige Kenngröße zur Vorhersage und Kontrolle der Haltbarkeit von Nahrungsmitteln. Das Haltbarkeitsdatum bestimmt die Zeit, in der ein Produkt verzehrsicher ist und die gewünschten sensorischen, chemischen, physikalischen und mikrobiologischen Eigenschaften erhalten bleiben und die Nährwertkennzeichnung eingehalten wird. Viele Faktoren beeinflussen die Haltbarkeit, dazu gehören natürlich die Wasseraktivität, der pH-Wert, das Redoxpotential, der Sauerstoff, Konservierungsmittel sowie Verarbeitungs- und Lagerbedingungen.

Dank der Messung und Kontrolle der Wasseraktivität erhalten Sie wertvolle Erkenntnisse über Ihr Lebens- oder Arzneimittel:

  • Wann sind Mikroorganismen potenzielle Quellen für Verderb und Verfall?
  • Wie sieht es mit der Produktstabilität aus?
  • Lassen sich nichtenzymatische Bräunungsreaktionen und spontane autokatalytische Lipidoxidationsreaktionen minimieren?
  • Kann die Aktivität von Enzymen kontrolliert werden?
  • Lässt sich der Nährstoff- und Vitamingehalt verlängern?
  • Können die physikalischen Eigenschaften von Lebensmitteln verbessert und langfristig erhalten werden?

Faktoren, die die Haltbarkeit beenden.

Es gibt drei Hauptfaktoren, die die Haltbarkeit beeinflussen: mikrobielle Eigenschaften, chemische und physikalische Veränderungen. Alle diese Faktoren sind mit der Wasseraktivität verbunden.

Mikrobielles Wachstum.

Schimmel und mikrobielles Wachstum haben den größten, negativen Einfluss auf die Haltbarkeit. Die Kontrolle der Wasseraktivität kann das mikrobielle Wachstum behindern oder sogar ausschließen und damit die Haltbarkeit verlängern. Einige Produkte lassen sich dadurch sogar ohne Kühlung sicher lagern. Anhand gut geführter Aufzeichnungen können Sie eine Grenze für die Wasseraktivität Ihres Produktes festlegen und diese bei der Haltbarkeitsprüfung verwenden.

Chemischer Abbau.

Die Wasseraktivität beeinflusst die chemischen Reaktionsgeschwindigkeiten, da Wasser ein Lösungsmittel ist, ein Reaktant sein kann oder die Beweglichkeit von Reaktanten verändern kann. Beispielsweise steigen die nicht-enzymatischen Bräunungsreaktionen mit zunehmender Wasseraktivität auf ein Maximum bei 0,6 bis 0,7 aw an. Die Lipidoxidation wird von etwa 0,2 bis 0,3 aw minimiert. Eine optimale chemische Stabilität findet sich in der Regel nahe dem Monolayer-Feuchtigkeitsgehalt wieder, der aus den Feuchtigkeitssorptionsisothermen bestimmt wird.

Physikalischer Verschleiß

Feuchte und trockene Umgebungen beeinträchtigen die Wasseraktivität eines Produktes und führen zu unerwünschten Änderungen in der Textur oder der physikalischen Eigenschaften. Die wiederum die Haltbarkeit verkürzen. Dazu gehören zum Beispiel die Verringerung der Knusprigkeit bei trockenen Produkten, das Zusammenbacken Verklumpen von Pulvern sowie das Verhärten bei feuchten Produkten. Die Wasseraktivität kann einige Entwicklungsarbeit nach sich ziehen, die dadurch aber einfacher wird.

Verpackung, Transport und Lagerung.

Eine Veränderung der Wasseraktivität während des Versandes und der Lagerung können die Haltbarkeit eines Produktes Weil die Wasseraktivität von der Temperatur abhängig ist, können Transport- und Lagertemperaturen diese Kenngröße – und damit die Haltbarkeit – beeinflussen. Einfache Haltbarkeitsstudien können Ihnen helfen, die beste Verpackung zu bestimmen und die Wirkung der Versand- und Lagerbedingungen auf die Haltbarkeit Ihres Produktes zu bewerten.

KRITISCHE WASSERAKTIVITÄTSGRENZEN FINDEN

Nutzen Sie Isotherme, um zu erfahren, wann Ihr Produkt am stabilsten ist und finden Sie Punkte, wann ein Zusammenbacken, Verklumpen eintritt oder ein Produkt seine Knusprigkeit verliert.

Starten Sie mit einfachen Tests.

In der einschlägigen Fachliteratur werden Sie Informationen darüber finden, wie die Haltbarkeit von Lebens- und Arzneimitteln verlängert werden. Kann. Was sie eher nicht finden werden: eine Schritt-für-Schritt-Anleitung mit der sie das erreichen. Dabei müssen Sie lediglich einige Punkte im Auge behalten, um einen fundierten Plan zur Prüfung der Haltbarkeit zu erstellen.

1) Versuchen Sie nicht, alles zu analysieren.

Es gibt viele Faktoren, die die Haltbarkeit beeinflussen. Die größten Auswirkungen haben aber immer Wasseraktivität und Temperatur. Starten Sie damit, diese beiden Größen zu kontrollieren.

2) Bestimmen die wahrscheinlichsten Fehlerursachen.

Es gibt viele Faktoren, die die Haltbarkeit beeinflussen. Die größten Auswirkungen haben aber immer Wasseraktivität und Temperatur. Starten Sie damit, diese beiden Größen zu kontrollieren. .

3) Die grundlegenden Schritte zur Bestimmung der Haltbarkeit

  • Kontrollieren Sie Wasseraktivität und Temperatur
  • Kontrollieren Sie Wasseraktivität und Temperatur
  • Messen und verfolgen Sie Änderungen in den Faktoren, die die Haltbarkeit bei gewählter  Wasseraktivität und Temperatur verringern.
  • Sammeln Sie Daten über einen langen Zeitraum.
  • Identifizieren Sie den idealen Wasseraktivitätsbereich für Ihr Produkt.

4) Wählen Sie das ideale Verpackung.

Sobald Sie den idealen Wasseraktivitätsbereich für Ihr Produkt bestimmt haben, ist es Zeit, die Verpackung genauer zu betrachten. Der wichtigste Faktor ist die Durchlässigkeit des Verpackungsmaterials. Die Frage ist: Wie gut kann Ihre Verpackung den Feuchtigkeitstransfer unter verschiedenen Bedingungen verhindern (siehe Wong et al 1999). Um eine korrekte Verpackung für eine ideale Haltbarkeit zu bestimmen, benötigen Sie zwei einfache Größen: die Packungs-Permeabilität und die kritische Wasseraktivität.

5) Finden Sie Ihre Wasserdampfdurchlässigkeitsrate.

Die treibende Kraft für den Wasseraustausch über die Verpackung ist ein Unterschied in den Wasseraktivitätsbedingungen innerhalb und außerhalb der Verpackung. Hersteller verwenden unterschiedliche Verpackungsmaterialien, um die Geschwindigkeit zu kontrollieren, mit der sich dieses Wasser austauscht. Die Feuchtigkeit, die durch die Verpackung übertragen wird, wird als Wasserdampfdurchlässigkeitsrate, auch Waters Valor Transmission Rate (WVTR) bezeichnet. Sie können die WVTR in mathematischen Modellen verwenden, um eine optimale Verpackung für die gewünschte Haltbarkeit zu bestimmen.

6) Identifizieren Sie Ihren kritischen Wasseraktivitätsbereich.

Eines der Hauptziele der Haltbarkeitsstudie ist es, den besten Wasseraktivitätsbereich für Ihr Produkt zu bestimmen. Dies kann eine kritische Wasseraktivität sein, die bei Überschreitung sofort Sicherheits- oder Texturprobleme verursacht, die die Haltbarkeit beenden. Oder es kann der sogenannte “Meistere Sweet Spot“ sein, also der optimale Punkt, an dem die Haltbarkeit ideal ist und Geschmacks-, Textur- und Sicherheitsprobleme am geringsten.

Wenn physikalische Änderungen der primäre Grund für den Ausfall Ihres Produktes sind, kann eine dynamische Taupunkt-Isotherme-Kurve (DDI) in der Lage sein, die kritische Wasseraktivität zu identifizieren. Eine DDI-Kurve misst die Änderung der Sorptionseigenschaften einer Probe, da sie Wasser adsorbiert und absorbiert (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1. Wie sich die Texturveränderungen auf die Isotherme eines sprühgetrockneten Milchpulvers auswirken.

DDI-Kurven können Ihnen viel Zeit sparen, um eine kritische Wasseraktivität zu identifizieren. Sie können sie bestimmen, indem Sie eine Probe Ihres Produkts an METER Kundenservice senden oder mit dem VAPOR SORPTION ANALYZER Ihre eigenen DDI Kurven entwickeln.

Wenn mikrobielle Verderbnis der entscheidende Faktor ist, der Ihre Haltbarkeit begrenzt, können Sie eine kritische Wasseraktivität oder Wasseraktivitätsbereich unter Verwendung von Grenzen identifizieren, die durch die Forschung gut berechnet wurden. Viele besorgniserregende Mikroorganismensind in dieser Tabelle aufgeführt, die die Beziehung zwischen Wasseraktivität und mikrobiellem Wachstum zeigt.

Wenn chemische Faktoren wie Lipid-Oxidation, Maillard-Bräunung oder Vitamin-Verlust sind Ihr Produkt beeinträchtigen, müssen Sie ein bisschen mehr Arbeit investieren. Die Wasseraktivität ist zwar mit vielen dieser chemischen Reaktionen korreliert, aber Sie müssen experimentieren, um festzustellen, welche Korrelation für Ihr bestimmtes Produkt entscheidend ist.

Die ideale Verpackung für die optimale Haltbarkeit.

Sobald die Permeabilität und die kritische Wasseraktivität bekannt sind, können diese Werte verwendet werden, um eine prädiktive Modellierung durchzuführen.

Die prädiktive Modellierung erfolgt oft durch eine Reihe komplizierter Gleichungen (im Abschnitt “Weitere Informationen” beschrieben), aber es gibt einen einfacheren Weg. Unser Software-Programm, das so genannte MOISTURE ANALYSIS TOOLKIT, übernimmt diese Berechnungen für Sie. Das Toolkit verwendet grundlegenden Eingaben, um die Haltbarkeit zu bestimmen, die idealen Verpackungsspezifikationen festzulegen und sogar die Analyseparameter zu variieren, um verschiedene Verpackungsoptionen zu untersuchen.

WEBINAR: VERPACKUNG

WEBINAR: VERPACKUNG

Erfahren Sie mehr über die kritische Wasseraktivität, DDI-Kurven, Pufferpermeabilität und prädiktive Modellierung in unserem Webinar vom Wasseraktivitäts- und Isotherm-Experten Dr. Brady Carter.

Weitere Informationen

ASTM International. ASTM E96-00 Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials. West Conshohocken, PA: ASTM International, 2000.

Azanha, A.B., and Faria J. A. F. “Use of Mathematical Models for Estimating the Shelf-life of Cornflakes in Flexible Packaging.” Packaging Technology and Science 18, no. 4 (2005): 171-178.

Carter, B.P., Galloway, M.T., Campbell, G.S., and Carter, A.H. 2015. The critical water activity from dynamic dewpoint isotherms as an indicator of premix powder stability. Journal of Food Measurement and Characterization. 9(4):479-486.

Carter, B.P., Galloway, M.T., Campbell, G.S., and Carter, A.H. 2015. The critical water activity from dynamic dewpoint isotherms as an indicator of crispness in low moisture cookies. Journal of Food Measurement and Characterization 9(3):463-470.

Carter, B. P., and Schmidt, S. J. “Developments in Glass Transition Determination in Foods using Moisture Sorption Isotherms.” Food Chemistry 132, no. 4 (2012): 1693-1698.

Risbo, J. “The Dynamics of Moisture Migration in Packaged Multi-Component Food Systems I: Shelf Life Predictions for a Cereal-Raisin System.” Journal of Food Engineering 58, no. 3 (2003): 239-246.

The Stability and Shelf-Life of Food, Edited by David Kilcast and Persis Subramaniam. Woodhead Publishing, 2000.

Koutsoumanis, Konstantinos, and George-John E. Nychas. “Application of a systematic experimental procedure to develop a microbial model for rapid fish shelf life predictions.” International Journal of Food Microbiology60, no. 2-3 (2000): 171-84. doi:10.1016/s0168-1605(00)00309-3.

Del Nobile, M. A., and Buonocore, G. G., and Limbo, S., and Fava, P. “Shelf Life Prediction of Cereal-based Dry Foods Packed in Moisture-sensitive Films.” Journal of Food Science 68, no. 4 (2003): 1292-1300.

Labuza, T.P., and Hyman, C. R. “Moisture Migration and Control in Multi-domain Foods.” Trends in Food Science & Technology 9, no. 2 (1998) 47-55.

Wong, Ee Hua, and Teo, Y. C., and Lim, T. B. “Moisture Diffusion and Vapor Pressure Modeling of IC Packaging.” Presentation at the Annual Electronic Components and Technology Conference, Seattle, WA, May 25-28, 1998.

Yuan, X., and Carter, B. P., and Schmidt, S. J. “Determining the Critical Relative Humidity at which the Glassy to Rubbery Transition Occurs in Polydextrose using an Automatic Water Vapor Sorption Instrument.” Journal of Food Science 76, no. 1 (2011) 78-89.

Feuchtigkeitsmessung
in der Box

Wenn Sie sowohl DVS- als auch DDI-Isotherme messen, ist der VAPOR SORPTION ANALYZER perfekt, denn er vereint beiden Technologien in einem Instrument. Und das passt in jedes Forschungsbudget.