Lebensmittelforschung – Anwendungen Wasserdampfsorption
Wasser ist einer der kritischsten Bestandteile von Nahrungsmitteln, da der Feuchtegehalt und im speziellen die Wasseraktivität, die Haltbarkeit, Qualität sowie die physikalischen und sensorischen Eigenschaften beeinflussen. Beispiele hierfür sind Fließfähigkeit, Klebrigkeit, Knusprigkeit oder die Textur der Produkte, die sich in Abhängigkeit der Produktfeuchte ändern. Eine Änderung, sowohl durch Zunahme als auch durch Verlust von Feuchtigkeit, kann dabei während des Transports, der Lagerung, Verarbeitung oder Handhabung des Produkts stattfinden. Dabei kann der Feuchtigkeitstransfer zwischen einzelnen Zutaten oder zwischen dem Produkt und der Umgebung stattfinden. Um diese Effekte näher zu charakterisieren, ist die Methode der dynamischen Wasserdampfsorption in der Lebensmittelforschung in zahlreichen Anwendungen weit verbreitet.
Haltbarkeit
Qualität, Haltbarkeit und Verbraucherakzeptanz von Lebensmitteln wie Brot oder trockenen Snacks wie Kartoffelchips und Salzstangen werden sowohl durch die Adsorption als auch die Desorption von Feuchtigkeit beeinflusst. So steht die Alterung von Brot im Zusammenhang mit dem Austrocknen der Krume. Bei Snacks hingegen führt die Adsorption von Feuchtigkeit zu einem Verlust der Knusprigkeit. Mit dynamischer Wasserdampfsorptionsmessung lässt sich das Produktverhalten unter dem Einfluss von Umweltbedingungen (relative Luftfeuchte, Temperatur) untersuchen, um Rückschlüsse auf Haltbarkeit und Qualitätsveränderungen des Produkts zu ziehen.
Hygroskopie
Die Deliqueszenz beschreibt den Übergang von einem kristallinen Feststoff in einen gelösten Zustand, wenn eine materialspezifische kritische relative Luftfeuchtigkeit überschritten wird. Ein solches Verhalten ist typischerweise bei hygroskopischen Substanzen zu beobachten, da sie eine hohe Affinität zur Adsorption von Feuchtigkeit—meist in Form von Wasserdampf aus der Umgebungsluft—aufweisen. Bei diesen Produkten tritt dies bereits bei niedrigen relativen Luftfeuchten auf. In der Folge kommt es häufig zu Verbackungen und bei höherer Feuchte zur Deliqueszenz der Feststoffe. Aufgrund der damit verbundenen negativen Auswirkungen auf die technologischen und sensorischen Eigenschaften sowie die Haltbarkeit erfordern hygroskopische Produkte im Allgemeinen besondere Beachtung der Produkt-Feuchte-Interaktion. In diesem Zusammenhang spielen dynamische Wasserdampfsorptionsmessungen eine entscheidende Rolle bei der Bewertung der Stabilität sowohl einzelner Rohstoffe als auch der Endprodukte.
Amorphe Anteile
Die Quantifizierung des amorphen Anteils in Materialien ist eine essentielle Analysemethode sowohl in der Pharma- als auch in der Lebensmittelforschung. Verarbeitungsschritte wie Mahlen können amorphe Anteile in einem überwiegend kristallinen Pulver erzeugen oder den Gehalt erhöhen. Der Kristallinitätsgrad spielt eine entscheidende Rolle für die Wirkstofffreisetzung und die physikalische Stabilität. Die Wechselwirkung von Wasser mit den amorphen Anteilen eines Pulvers beeinflusst die Feststoffeigenschaften maßgeblich. Amorphe Materialien können mehr Wasser adsorbieren als kristalline. Bei (Re-)Kristallisation wird das adsorbierte Wasser für die Interaktion mit anderen Bestandteilen einer Formulierung verfügbar. Die Quantifizierung des amorphen Anteils in kristallinen Pulvern ist daher besonders für pharmazeutische Anwendungen und in der Lebensmittelforschung von großem Interesse. Hierbei stellen DVS-Messungen eine empfindliche Methode zur Quantifizierung und Untersuchung der Kristallisationskinetik amorpher Komponenten dar.
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proUmid ist spezialisiert auf die Herstellung und weltweiten Vertrieb von Systemen zur Messung der Sorptionseigenschaften von Materialien sowie von Feuchtegeneratoren für analytische Anwendungen. Unsere Geräte und Instrumente werden weltweit in einer Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen zur Wasserdampfsorption sowie zur Regelung der relativen Feuchtigkeit in Analysegeräten eingesetzt.