Analyse der Wasseraktivität in Tierfutter mit dem tragbaren NIR-Gerät Visum Palm™

Die Wasseraktivität (Aw) ist ein genaueres Maß als der Feuchtigkeitsgehalt, um die mikrobiologische Stabilität und Haltbarkeit von Futtermitteln vorherzusagen. Die Wasseraktivität ist definiert als das Verhältnis des Dampfdrucks von Wasser im Futtermittel zum Dampfdruck von reinem Wasser bei gleicher Temperatur. Sie wird auf einer Skala von 0 bis 1 ausgedrückt, wobei 1 das Vorhandensein von reinem Wasser anzeigt.

Bei Tierfutter liegt der typische Aw-Wert in der Regel im Bereich von 0,2 bis 0,7 für Trockenprodukte, was eine größere Stabilität während der Lagerung ermöglicht. Wenn die Wasseraktivität höher als 0,7 ist, wird das Wachstum von Mikroorganismen wie Schimmelpilzen und pathogenen Bakterien begünstigt.
Daher ist es für die Vermeidung von Mikrobenwachstum und die Gewährleistung der Futtermittelsicherheit von entscheidender Bedeutung, die Wasseraktivität unter 0,70 zu halten.

^{Links: Resultierende Regressionskurve für Aw – Kalibrierungsproben (grau) und Validierungsproben (blau) Rechts: Fisher-Pitman-Permutationstest zur Bestimmung des Risikos einer Überanpassung des Aw-Modells.}

Die in der Branche am häufigsten verwendete traditionelle Methode zur Messung des Wassergehalts in Tierfutter ist die Trocknung im Ofen. Dieses Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

• Futtermittelprobe: Eine bestimmte Menge der Probe wird entnommen und gewogen.
• Trocknung: Die Probe wird für einen bestimmten Zeitraum (in der Regel zwischen 2 und 4 Stunden) in einen Ofen mit konstanter Temperatur (in der Regel zwischen 105 °C und 110 °C) gelegt.
• Berechnung des Wassergehalts: Nach dem Trocknen wird die Probe erneut gewogen und der Gewichtsverlust als verdunstete Wassermenge berechnet.

Diese Methode ist aufgrund ihrer Genauigkeit und Einfachheit weit verbreitet, obwohl sie zeitaufwendig und arbeitsintensiv ist, was die Probenahme betrifft.

Für die Entwicklung des Vorhersagemodells zur Bestimmung der Wasseraktivität arbeiteten wir eng mit einem mexikanischen Tiernahrungshersteller zusammen. Insgesamt wurden 345 Kalibrierungsproben im Bereich von 0,1 bis 1 % Aw verwendet, von denen 20 % automatisch von der Model Builder Visum Master™-Software zur internen Validierung der NIRS-Methode getrennt wurden.

Da die Verarbeitung der Daten (Spektren und Laborreferenzen) vollständig automatisiert ist, führt die Software selbst die bequemste Verarbeitungsroutine und Parametrisierung entsprechend den Eingabedaten aus und wendet sie an. Am Ende wird automatisch ein Permutationstest durchgeführt, um zu überprüfen, ob das resultierende Modell für die Analyse zukünftiger Proben geeignet ist und nicht das Produkt einer Überanpassung ist, was auch als Overfitting-Risiko bezeichnet wird und ein Indikator für das Vertrauen in die Analysemethode ist.

Das entwickelte Modell zur Vorhersage der Wasseraktivität in Tierfutter ergab einen Korrelationskoeffizienten (R²) von 0,96 und einen RMSEP (quadratischer Mittelwert des Vorhersagefehlers) von ± 0,04. Dies bestätigt die Verwendung des tragbaren NIR-Analysators Visum Palm™ als Echtzeitmethode (< 3 Sekunden) zur Bestimmung der Wasseraktivität in Futtermitteln und Tierfutter als wesentlich effizientere Alternative zur herkömmlichen Methode.

Die Kontrolle des Wassergehalts und der Wasseraktivität in Tierfutter ist aus mehreren Gründen für die Lebensmittelsicherheit von entscheidender Bedeutung:

• Verhinderung von Mikrobenwachstum: Mikroorganismen benötigen freies Wasser, um zu wachsen und sich zu vermehren. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt und die Wasseraktivität zu hoch sind, wird das Wachstum von Krankheitserregern wie Salmonellen, E. coli und Schimmelpilzen begünstigt, die sowohl bei Tieren als auch bei Menschen Krankheiten verursachen können, da sie mit der Nahrungskette in Verbindung stehen.
• Produktkonservierung: Ein Futtermittel mit kontrollierter Wasseraktivität ist länger haltbar. Das Wachstum von Mikroorganismen und chemische Reaktionen, die zu einer Verschlechterung der Nährstoffe führen, werden minimiert, wenn der Aw-Wert im optimalen Bereich liegt.
• Toxinkontrolle: Eine schlechte Kontrolle des Wassergehalts kann das Auftreten von Pilzgiften wie Aflatoxinen begünstigen, die für Tiere und damit für die menschliche Nahrungskette sehr gefährlich sein können.
•  Aufrechterhaltung der Nährstoffqualität: Ein angemessener Feuchtigkeitsgehalt gewährleistet, dass die Nährstoffe im Futter stabil bleiben. Fettoxidation und Vitaminabbau werden bei hoher Feuchtigkeit beschleunigt, was die Nährstoffqualität des Futters verringert.
• Kosten und Effizienz: Ein kontrollierter Wassergehalt verringert wirtschaftliche Verluste, da das Futter während des Transports und der Lagerung stabiler ist und das Risiko von Verlusten aufgrund von Kontamination oder Verderb verringert wird.

^{Visum Palm™ Handheld oder Laboranalysegerät}

Die Kontrolle des Wassergehalts und der Wasseraktivität in Tierfutter ist nicht nur für die Aufrechterhaltung der Nährstoffqualität des Futters von entscheidender Bedeutung, sondern auch für die Gewährleistung der.

Traditionelle Analysemethoden wie die Trocknung im Ofen sind wichtige Hilfsmittel, um diese Faktoren unter Kontrolle zu halten, sind jedoch im Vergleich zur Wasseraktivitätsanalyse mittels NIRS-Infrarotspektroskopie ressourcen- und zeitintensiv.

Das tragbare Visum Palm™-Analysegerät ist in der Lage, den Aw-Wert in Futtermittelproben in weniger als 3 Sekunden mit einer Genauigkeit von ± 0,04 vorherzusagen, was zu einem angemessenen Management der Wasseraktivität während des Produktionsprozesses beiträgt, was wiederum für die Sicherstellung der Futtermittelqualität, der Tiergesundheit und der Nachhaltigkeit der Lebensmittelproduktion von entscheidender Bedeutung ist. Als tragbares oder als Tischgerät (Labor) einsetzbares multiparametrisches Analysegerät kann es gleichzeitig zur Bestimmung des Feuchtigkeits-, Fett- und Fasergehalts verwendet werden, um nur die wichtigsten Parameter bei der Herstellung von Tiernahrung zu nennen, und stellt somit ein grundlegendes Werkzeug für effiziente analytische und Produktkontrollen dar, selbst für Agrar- und Lebensmittelrohstoffe.