Wasseraktivität in Tiernahrung

Nach 30 Jahren ohne Probleme musste ein Tierfutterhersteller Produkte wegen Schimmel zurückrufen, behauptete jedoch, dass sich der Feuchtigkeitsgehalt nicht verändert habe. Hätten sie stattdessen die Wasseraktivität statt des Feuchtigkeitsgehalts überwacht, hätte dies möglicherweise verhindert werden können.

Die Tierfutterproduktion ist eine der am schnellsten wachsenden Branchen weltweit und hatte 2018 einen Wert von 91 Milliarden US-Dollar. Die Zeiten, in denen Haustiere mit Resten vom Tisch gefüttert wurden, sind vorbei; Tierfutter wird heute sorgfältig formuliert, um gesunde Ernährung zu gewährleisten, Allergien zu vermeiden und Abwechslung zu bieten. Mit dem zunehmenden Wert von Tierfutter steigen auch die Erwartungen an Sicherheit, Qualität und Konsistenz. Parallel zu diesen steigenden Erwartungen gibt es intensivere staatliche Aufsicht und Regulierungen. Mit der Unterzeichnung des Food Safety Modernization Act (FSMA) im Jahr 2011 wurden Empfehlungen umgesetzt, die Produktion von Tierfutter den Vorschriften für Lebensmittel für Menschen gleichzustellen. Die letzten dieser Updates traten für sehr kleine Unternehmen im September 2018 in Kraft. Das Ziel und die Herausforderung der Tierfutterindustrie besteht heute darin, diese neuen FSMA-Vorschriften einzuhalten und gleichzeitig ein sicheres, qualitativ hochwertiges und profitables Produkt herzustellen.

Wasseraktivität in Tierfutter und mikrobielle Sicherheit

J Mikroorganismus muss eine ideale Wasseraktivität aufrechterhalten. Wenn ein Mikroorganismus auf eine Umgebung trifft, in der die Wasseraktivität niedriger ist als seine interne Wasseraktivität, erfährt er osmotischen Stress und beginnt, Wasser an die Umgebung abzugeben, da Wasser von hoher zu niedriger Wasseraktivität (Energie) fließt. Dieser Wasserverlust reduziert den Turgordruck und hemmt die normale Stoffwechselaktivität.

Wichtig ist: Die Fähigkeit eines Organismus, sich zu vermehren und zu wachsen, hängt nicht davon ab, wie viel Wasser in seiner Umgebung vorhanden ist (Feuchtigkeitsgehalt), sondern von der Energie des Wassers (Wasseraktivität) und davon, ob er dieses Wasser für sein Wachstum nutzen kann. Jeder Mikroorganismus hat daher eine spezifische Grenzwasseraktivität, unterhalb derer er nicht wachsen kann.

Der Schlüssel zur Kontrolle der mikrobiellen Sicherheit in Tierfutter liegt darin, das Produkt auf Wasseraktivitäten unter 0,85 aw zu verarbeiten, um das Bakterienwachstum zu stoppen, unter 0,70 aw, um Schimmelwachstum zu verhindern, und unter 0,60 aw, um das Wachstum aller Mikroorganismen zu stoppen. Innerhalb dieser Grenzen kann die Stabilität von Tierfutter effektiv kontrolliert werden.

Wasseraktivität in Tierfutter und chemische Stabilität

Die Wasseraktivität beeinflusst Reaktionsraten, indem sie die Aktivierungsenergie reduziert, die Beweglichkeit erhöht und die Reaktionskonstante steigert. Reaktionsraten korrelieren daher besser mit der Wasseraktivität als mit dem Feuchtigkeitsgehalt. Allgemein gilt: Mit steigender Wasseraktivität nehmen auch die Reaktionsraten zu, wobei spezifische Korrelationen vom Produkttyp und der Reaktion abhängen.

Die meisten Reaktionen erreichen bei 0,70–0,80 aw ein Maximum, da bei hohen Wasseraktivitäten Verdünnungseffekte auftreten. Die Lipidoxidation ist jedoch die einzige Reaktion, die bei niedriger Wasseraktivität zunimmt. Die Reaktion, die die Qualität von Tierfutter am stärksten beeinträchtigen kann, ist die Lipidoxidation oder das Ranzigwerden. Dies ist eine komplexe Reaktion mit mehreren möglichen Wegen und erfordert das Vorhandensein von Lipiden (Fett), Sauerstoff und freien Radikalen. Kontrolliert wird dies meist durch Sauerstoffentzug mittels Stickstoffspülung oder durch den Einsatz von Sauerstoffabsorbern.

Ranzigkeit tritt auf, wenn die Lipidoxidation zur Bildung von Geruchs- und Geschmacksstoffen führt, die einen muffigen Geruch und Geschmack erzeugen. Zur Prävention muss die chemische Stabilität des Futters kontrolliert werden. Trockenfutter wird oft mit einer Fettschicht besprüht, um Frische und Nährwert zu erhalten, was es besonders anfällig für Ranzigkeit macht. Haustiere lehnen ranziges Futter oft ab, und Besitzer entsorgen Futter, das ranzig riecht.

Wasseraktivität in Tierfutter und physikalische Stabilität

Änderungen der Wasseraktivität können die physikalische Stabilität (Struktur und Textur) von Tierfutter beeinflussen. Jedes Produkt hat einen idealen Wasseraktivitätsbereich, in dem die Textur optimal ist. Um die Haltbarkeit zu maximieren, muss ein Produkt im idealen Wasseraktivitätsbereich hergestellt werden und diesen während Transport und Lagerung beibehalten.

Bei trockenem Futter ist die Wasseraktivität niedrig, die gewünschte Textur ist knusprig, aber wenn die Wasseraktivität außerhalb des idealen Bereichs steigt, wird das Futter weich und unerwünscht. Halbfeuchte Leckerlis haben höhere Wasseraktivitätswerte und sollen eine weiche, formbare Struktur haben. Sinkt die Wasseraktivität bei diesen Produkten unter den idealen Bereich, werden sie hart und unattraktiv.

Kontrolle der Wasseraktivität von Zutaten in Tierfutter

Nachdem ein idealer Wasseraktivitätswert festgelegt wurde, besteht die nächste Herausforderung darin, Produkte konsequent auf diesem Niveau herzustellen. Idealerweise könnten Produktionsparameter wie Ofentemperatur und Förderbandgeschwindigkeit festgelegt und bei jedem Produktionslauf konstant gehalten werden, sodass die Wasseraktivität des Produkts jedes Mal gleich ist.

Leider gibt es äußere Faktoren, die Anpassungen erforderlich machen, z. B. Schwankungen bei den Rohstoffen oder Änderungen der Produktionsumgebung. Eine effektive Lösung, um Probleme durch ungleichmäßige Rohstoffe zu vermeiden, ist die Überwachung der Wasseraktivität der Zutaten und die Festlegung eines zulässigen Bereichs, der die Herstellung eines Produkts innerhalb der Spezifikationen ermöglicht. Viele Hersteller messen die Wasseraktivität des Endprodukts, aber die Idee, Wasseraktivität zur Überprüfung der Rohstoffe zu verwenden, ist neu und potenziell sehr nützlich.

Die wichtigste Spezifikation: Wasseraktivität in Tierfutter

Für Tierfutter ist die Festlegung eines idealen Wasseraktivitätswerts ein entscheidender Schritt bei der Formulierung für Sicherheit, Qualität und Stabilität. Viele Hersteller versuchen immer noch, die Produktsicherheit anhand des Feuchtigkeitsgehalts zu bestimmen, und stoßen dabei auf schimmeliges Futter. Diese Fehler können vollständig vermieden werden, wenn stattdessen eine Wasseraktivitäts-Spezifikation verwendet wird.

Die Spezifikation kann so festgelegt werden, dass mikrobielle Vermehrung, chemische Reaktionen, physikalische und strukturelle Verschlechterung sowie Feuchtigkeitsmigration vermieden werden. Der ideale Wert wird anhand der wahrscheinlichsten Ausfallursache bestimmt: Texturverlust bei trockenem Futter, chemische Degradation bei halbfeuchten Produkten und mikrobielles Wachstum bei Nassfutter. Nachdem die ideale Wasseraktivität festgelegt ist, kann eine Kombination aus Verarbeitung und Formulierung verwendet werden, um diesen Wert zu erreichen. Dadurch wird ein sicheres, qualitativ hochwertiges Produkt mit optimaler Haltbarkeit und maximalem Ertrag gewährleistet.