Wasseraktivität und haltbare
Meeresfrüchte

Meeresfrüchte gelten weltweit in vielerlei Formen als Delikatesse und sind für viele Küstenregionen ein wichtiges Grundnahrungsmittel. Frische Meeresfrüchte sind jedoch aufgrund ihrer hohen Wasseraktivität nicht lagerstabil und müssen für eine längere Haltbarkeit entweder eingefroren oder durch Trocknen, Räuchern oder Salzen konserviert werden. Haltbare Meeresfrüchte sind weltweit beliebt und werden häufig an lokale Geschmacksrichtungen und Fischbestände angepasst. Die Überwachung der Wasseraktivität ist dabei entscheidend – wenn nicht sogar obligatorisch –, um die Sicherheit solcher Produkte zu gewährleisten.

Konservierung von Meeresfrüchten

Das Trocknen ist die gebräuchlichste Methode, um haltbare Meeresfrüchte herzustellen. Dabei wird durch Wasserentzug die Wasseraktivität unter die minimale Wachstumsgrenze pathogener Bakterien gesenkt (1). Eine weitere häufige Methode ist die Absenkung der Wasseraktivität durch Salzzugabe, oft als Pökelung oder Beizen bezeichnet. Beispiele hierfür sind Fischjerky und getrockneter Tintenfisch, die in Teilen Asiens beliebt sind, sowie getrocknete und gesalzene Kabeljaufilets („Stockfisch“), die insbesondere in Portugal und Italien verbreitet sind (2). Einige haltbare Fischprodukte kombinieren Fermentation (niedriger pH-Wert) mit Wasseraktivitätskontrolle durch Salzen, etwa die fermentierte Fischsauce Pla-ra in Südostasien (3). Auch Räuchern ist eine verbreitete Konservierungsmethode. Obwohl dabei ebenfalls die Wasseraktivität reduziert wird, wird hier häufig der Wasserphasensalzgehalt als Kontrollgröße herangezogen (2). Bei allen genannten Verfahren ist die Kontrolle der Wasseraktivität entscheidend – nicht jedoch der Feuchtigkeitsgehalt. Mikrobielles Wachstum hängt von der Wasseraktivität (dem Energiezustand des Wassers), nicht von der absoluten Wassermenge ab. Tabelle 1 zeigt typische Werte für Wasseraktivität und Feuchtigkeitsgehalt gängiger haltbarer Meeresfrüchte. Dabei wird deutlich, dass Produkte mit ähnlichem Feuchtigkeitsgehalt unterschiedliche Wasseraktivitäten aufweisen können – und umgekehrt.

Tabelle 1. Untersuchung der Wasseraktivität typischer haltbarer Meeresfrüchte (4)

Produkt	Feuchtigkeitsgehalt (% d.b.)	Wasseraktivität (aw)
Mugil (getrockneter Fisch)	28,4	0,71
Fufu (getrockneter Fisch)	8,49	0,71
Fischcracker	10,2	0,68
Getrockneter Tintenfisch	12,1	0,56
Getrockneter Wels	37,3	0,78
Getrocknete Sardellen	14,5	0,65

Wasseraktivität und Feuchtigkeitsgehalt

Wasseraktivität wird als Energiezustand des Wassers in einem System definiert und basiert auf den Gesetzen der Thermodynamik – konkret auf der Gibbs’schen freien Energie. Sie beschreibt das relative chemische Potential des Wassers, das durch Oberflächen-, kollektive und kapillare Wechselwirkungen in der Matrix beeinflusst wird. Je stärker Wasser mit polaren Molekülen (z. B. Salz) interagiert, desto mehr Energie verliert es – und desto geringer ist seine Tendenz, in die Dampfphase überzugehen. Praktisch wird die Wasseraktivität durch den Partialdampfdruck des Wassers im Gleichgewicht mit der Probe gemessen und ins Verhältnis zum Sättigungsdampfdruck gesetzt. Ein Wert von 0,50 aw bedeutet, dass das Wasser im Produkt nur 50 % der Energie von reinem Wasser unter denselben Bedingungen besitzt. Je niedriger die Wasseraktivität, desto weniger verhält sich das Wasser wie reines Wasser. Der häufig verwendete Begriff „freies Wasser“ ist wissenschaftlich nicht korrekt und sollte im Zusammenhang mit Wasseraktivität vermieden werden. Während Wasseraktivität eine intensive Eigenschaft ist (Energiezustand), ist der Feuchtigkeitsgehalt eine extensive Eigenschaft (Menge an Wasser). Der Feuchtigkeitsgehalt wird meist durch Trocknungsverlust (Differenz zwischen Nass- und Trockenmasse) bestimmt. Für haltbare Meeresfrüchte beschreibt der Feuchtigkeitsgehalt das gewünschte Mundgefühl, ist aber kein Maß für mikrobielle Sicherheit. Wie Tabelle 1 zeigt, kann derselbe aw-Wert mit unterschiedlichen Feuchtigkeitsgehalten erreicht werden.

Wasseraktivität und mikrobielles Wachstum

Die mikrobielle Sicherheit ist bei haltbaren Meeresfrüchten von größter Bedeutung.
Besonders gefährlich sind Toxine, die von Clostridium botulinum (v. a. Typ E) gebildet werden können. Wachstum und Toxinbildung werden jedoch bei aw < 0,97 zuverlässig verhindert. Daher sollte selbst bei gekühlten Meeresfrüchten die Wasseraktivität unter 0,97 liegen (5).

Jedes Mikroorganismus hat eine individuelle Wachstumsgrenze der Wasseraktivität. Bei aw-Werten unterhalb dieser Grenze kann keine Vermehrung mehr stattfinden. Pathogene Bakterien stoppen ihr Wachstum bei aw < 0,87, während Hefen und Schimmelpilze bei aw < 0,70 nicht mehr wachsen – dies gilt als die praktische Grenze.
Nur sogenannte xerophile oder osmophile Mikroorganismen können noch darunter wachsen; bei aw < 0,60 stoppt jegliches mikrobielles Wachstum vollständig.

Tabelle 2. Untere Wachstumsgrenzen (aw) häufiger Verderbniserreger

Mikroorganismus	aw-Grenze	Mikroorganismus	aw-Grenze
Clostridium botulinum E	0,97	Penicillium expansum	0,83
Pseudomonas fluorescens	0,97	Penicillium islandicum	0,83
Escherichia coli	0,95	Debaryomyces hansenii	0,83
Clostridium perfringens	0,95	Aspergillus fumigatus	0,82
Salmonella spp.	0,95	Penicillium cyclopium	0,81
C. botulinum A, B	0,94	Saccharomyces bailii	0,80
Vibrio parahaemolyticus	0,94	Penicillium martensii	0,79
Bacillus cereus	0,93	Aspergillus niger	0,77
Rhizopus nigricans	0,93	Aspergillus ochraceus	0,77
Listeria monocytogenes	0,92	Aspergillus restrictus	0,75
Bacillus subtilis	0,91	Eurotium chevalieri	0,71
Staphylococcus aureus (anaerob)	0,90	Eurotium amstelodami	0,70
Saccharomyces cerevisiae	0,90	Zygosaccharomyces rouxii	0,62
Candida spp.	0,88	Monascus bisporus	0,61
Staphylococcus aureus (aerob)	0,86	–	–

Staatliche Richtlinien und Vorschriften

Aufgrund des mikrobiellen Risikos unterliegen Meeresfrüchte weltweit strengen gesetzlichen Kontrollen. In den USA werden sie von der Food and Drug Administration (FDA), Abteilung Office of Food Safety, überwacht (5). Das Dokument Fish and Fishery Products Hazards and Controls Guidance beschreibt die wichtigsten Gefahren und legt fest, dass Wasseraktivität als kritischer Kontrollpunkt (CCP) im HACCP-Plan enthalten sein muss.

Ein Meeresfrüchteprodukt gilt als haltbar, wenn

• aw < 0,86 oder
• pH < 4,6

Damit wird sichergestellt, dass keine pathogenen Bakterien wachsen können.
Produkte mit aw > 0,70 aber < 0,86 können zwar noch Hefen oder Schimmelpilze unterstützen, gelten jedoch als mikrobiologisch sicher, wenngleich ihr sensorischer Wert durch Verderb begrenzt wird. Um dies zu verhindern, muss die Wasseraktivität unter 0,70 aw gesenkt oder durch Zusatz von Konservierungsmitteln bzw. Vakuumverpackung stabilisiert werden.

Die wichtigste Produktspezifikation

Das Festlegen einer idealen Wasseraktivitätsspezifikation ist entscheidend, um Sicherheit und Qualität von haltbaren Meeresfrüchten zu gewährleisten. Da diese Produkte üblicherweise nach Gewicht verkauft werden, führt übermäßiges Trocknen zu Gewichts- und Umsatzverlusten. Durch Anpassung des Salzgehalts kann die gewünschte Wasseraktivität bei höherem Wassergehalt erreicht werden. Der erforderliche Salzgehalt kann mithilfe der Norrish- und Ross-Gleichungen vorhergesagt werden. Fachleute für Wasseraktivität können hierfür einfache Rechenmodelle entwickeln, um die Rezeptur zu optimieren. Regelmäßige Messungen der Wasseraktivität während der Produktion ermöglichen es zudem, den Energieverbrauch zu senken, Übertrocknung zu vermeiden und Erträge zu maximieren. Zusammengefasst: Die Festlegung und Überwachung einer optimalen Wasseraktivität gewährleistet Produktsicherheit, hohe Qualität und eine maximale Haltbarkeit bei gleichzeitig wirtschaftlicher Effizienz.

References

1. Abbas, K.A., Saleh, A.M., Mohamed, A., and Lasekan, O. 2009. The relationship between water activity and fish spoilage during cold storage: A review. Journal of Food, Agriculture & Environment 7:86-90.
2. Thai National Bureau of Agricultural Commodity and Food Standards – Ministry of Agriculture and Cooperatives. 2018. Thai Agricultural Standard- Pla-Ra. ICS65.020.30.
3. Oregon State University Seafood Lab. 2002. Chapter 4 Dried Fish and Fishery Products In Compendium of Fish and Fishery Product Processes Hazards and Controls. https://seafood.oregonstate.edu/seafood-network-information-center/compendium- fish-and-fishery-product-processes-hazards-and
4. Agustini, T.W., Darmanto, Y.S., and Susanto, E. 2009. Physiochemical properties of some dried fish products in Indonesia. Journal of Coastal Development 12:73-80.
5. Office of Food Safety – Food and Drug Administration. 2022. Fish and Fishery Products Hazards and Controls Guidance. SGR 129. https://www.fda.gov/food/seafood-guidance-documents-regulatory-information/fish-and-fishery-products-hazardsand- controls#Downloads
6. Beuchat, L. 1983. Influence of water activity on growth, metabolic activities and survival of yeasts and molds. Journal of Food Protection 46(2):135-141.
7. Scott, W. 1957. Water relations of food spoilage microorganisms. Advances in Food Research 7:83-127.
8. Leistner, L. 1985. Hurdle technology applied to meat products of the shelf stable product and intermediate moisture food types. In Properties of Water in Foods pg. 309-329. Martinus Nijhoff Publishers, Boston, MA.