Analyse Pflanzendrinks: Schlüsselparameter für die Qualitäts- und Prozesskontrolle

Pflanzendrinks stellen eine äußerst vielfältige Produktkategorie dar. Produkte auf Basis von Hafer, Reis, Soja, Mandeln, Cashewkernen, Kokosnuss oder Haselnüssen können sich hinsichtlich ihrer Zusammensetzung, ihres Protein-, Kohlenhydrat- und Fettgehalts, ihres rheologischen Verhaltens sowie ihrer Langzeitstabilität erheblich unterscheiden.

Diese Unterschiede beeinflussen nicht nur das ernährungsphysiologische und sensorische Profil, sondern haben auch direkte Auswirkungen auf den Produktionsprozess und die Anforderungen an die Qualitätskontrolle. Rohstoffe, Rezeptur und Verarbeitungstechnologien stellen daher unterschiedliche Herausforderungen dar:

• Soja und Reis: Diese Rohstoffe weisen sehr unterschiedliche Zusammensetzungseigenschaften auf und erfordern eine sorgfältige Kontrolle der Rezeptur. Insbesondere bei Reisdrinks sind die Stärkeumwandlung und das daraus resultierende Zuckerprofil sowohl aus technologischer Sicht als auch im Hinblick auf die Eigenschaften des Endprodukts wichtige Aspekte.
• Hafer: Einer der wesentlichen Schritte im Herstellungsprozess ist die enzymatische Hydrolyse der Stärke. Ihre Umwandlung in einfachere Kohlenhydrate beeinflusst unmittelbar Parameter wie Süße, Viskosität und Textur des Drinks.
• Mandel: Bei der Extraktion entsteht eine komplexe Matrix, die aus einer wässrigen Phase besteht, in der Lipide, Proteine und feste Partikel dispergiert sind. Die Formulierung und Homogenisierung müssen daher sorgfältig gesteuert werden, um eine Phasentrennung während der Lagerung zu minimieren.
• Cashewnüsse: Auch hier muss die Rezeptur ein geeignetes Gleichgewicht zwischen der wässrigen Phase und den vorhandenen Feststoffen gewährleisten, um gleichbleibende sensorische und strukturelle Eigenschaften zu erzielen.
• Kokosnuss und Haselnuss: Die Lipidkomponente spielt hier eine besonders wichtige Rolle. Die Emulsionsstabilität und die Produktgleichmäßigkeit über die Zeit sind daher Faktoren, die während der Formulierung und Produktion überwacht werden müssen.

Die Vielfalt dieser Matrizen erschwert die Anwendung eines einheitlichen analytischen Ansatzes auf die gesamte Produktkategorie. Selbst innerhalb derselben Getränkeart können aufgrund der Eigenschaften der Rohstoffe, der Prozessbedingungen oder der Rezeptur Unterschiede zwischen einzelnen Chargen auftreten.

Um die Stabilität dieser komplexen kolloidalen Suspensionen zu fördern und die Sedimentation zugesetzter Mikronährstoffe, wie beispielsweise Calciumsalze, zu begrenzen, können rheologische Zusatzstoffe und Stabilisatoren eingesetzt werden, etwa Sonnenblumenlecithin oder Gellan.

Im Bereich der Pflanzendrinks umfasst die Qualitätskontrolle mehr als nur die Prüfung des fertigen Produkts. Der Zugriff auf analytische Daten während der Produktion ermöglicht es Unternehmen, den Prozessverlauf zu überwachen, verschiedene Chargen miteinander zu vergleichen und Abweichungen von den erwarteten Werten schneller zu erkennen.

Wenn die Ergebnisse als Grundlage für betriebliche Entscheidungen dienen sollen, wird auch die Zeit, die für die Gewinnung der Daten benötigt wird, zu einem wichtigen Faktor. Die ausschließliche Nutzung eines externen Labors kann für bestimmte Analysen ausreichend sein, ermöglicht jedoch nicht immer die schnelle Reaktion, die im Rahmen der Produktionsaktivitäten erforderlich ist.

Die kontinuierliche Überwachung chemischer Parameter trägt dazu bei, spezifische technologische Anforderungen zu erfüllen:

• Erkennung mikrobiologischer Veränderungen: Parameter wie Essigsäure und Milchsäure können als Indikatoren dafür dienen, wie sich das Produkt während der Produktion und Lagerung entwickelt. Abnormale Abweichungen von den erwarteten Werten können auf eine unerwünschte Fermentation oder eine potenzielle mikrobiologische Verderbnis hindeuten und ermöglichen weitere Untersuchungen, bevor die nächsten Verarbeitungsschritte erfolgen. Dies kann dazu beitragen, dass Chargen mit auffälligen Werten zur Abfüllung oder Pasteurisierung nicht weitergeleitet werden.
• Kontrolle der Anreicherung und Homogenität: Bei angereicherten Rezepturen steht die Qualitätskontrolle vor der physikalischen Herausforderung der Sedimentation. Die zugesetzten Mikronährstoffe, insbesondere Kalziumsalze, neigen dazu, auszufallen und sich von der flüssigen Phase abzuscheiden, was die ernährungsphysiologische Homogenität der Charge beeinträchtigt und es erschwert, die Übereinstimmung mit den auf dem Etikett angegebenen Nährwerten zu gewährleisten.

CDR DrinkLab^® wurde entwickelt, um die analytische Kontrolle von Getränken zu vereinfachen und die Durchführung zahlreicher Analysen direkt am Produktionsstandort zu ermöglichen.

Die Eigenschaften des Systems erleichtern die Integration chemischer Analysen in die Qualitätskontrolle:

• Einfache Andwendung: Vorgefüllte Reagenzien und geführte Arbeitsabläufe reduzieren den manuellen Aufwand und ermöglichen die Durchführung von Analysen, ohne dass ein herkömmliches Chemielabor eingerichtet werden muss. Die Analysen können auch von entsprechend geschultem Produktionspersonal durchgeführt werden.
• Schnelle Ergebnisse: Kurze Analysezeiten ermöglichen eine schnelle Verfügbarkeit der Daten. Diese können genutzt werden, um das Produkt zu überprüfen oder bestimmte Prozessschritte zu überwachen, ohne die bei der Einsendung von Proben an ein externes Labor üblichen Verzögerungen abwarten zu müssen.
• Reduzierung der analytischen Komplexität: Der Einsatz gebrauchsfertiger Reagenzien und spezifischer Arbeitsverfahren reduziert den Bedarf an manueller Handhabung, komplexen Probenvorbehandlungen, toxischen Lösungsmitteln und Geräten, die für herkömmliche Methoden typisch sind.

Diese operative Vereinfachung geht nicht zulasten der analytischen Leistungsfähigkeit: Die Methoden sind darauf ausgelegt, Präzision und Wiederholbarkeit zu gewährleisten, wobei die Ergebnisse mit denen von Referenzsystemen übereinstimmen.

Bei Pflanzendrinks ist diese Möglichkeit besonders interessant, gerade aufgrund der Heterogenität der Matrizen. Der schnelle Zugriff auf Daten zu verschiedenen Parametern ermöglicht es, die analytische Kontrolle gezielt an die jeweilige Rezeptur und die betreffende Produktionsstufe anzupassen.

Die Vielfalt der Rezepturen macht es erforderlich, für jede Matrix und jeden Prozess die tatsächlich relevanten analytischen Parameter für die Qualitätskontrolle zu bestimmen. Mit CDR DrinkLab^® können verschiedene besonders aussagekräftige Parameter für Pflanzendrinks bestimmt werden. Dadurch lassen sich in kurzer Zeit Informationen über die Rezeptur, den Verlauf bestimmter Produktionsschritte sowie mögliche Veränderungen des Produkts gewinnen.

Zucker

Der Zuckergehalt kann sowohl von den Eigenschaften des Rohstoffs als auch von den eingesetzten technologischen Prozessen abhängen.

Bei Getreide-basierten Pflanzendrinks kann ein Teil der Einfachzucker aus der enzymatischen Umwandlung von Stärke entstehen; bei anderen Rezepturen können hingegen Zucker zugesetzt werden, um das gewünschte sensorische Profil zu erzielen.

Die Bestimmung des Zuckergehalts ermöglicht somit die Überwachung der Rezepturkonstanz und liefert bei Hafer- oder Reisdrinks ergänzende Informationen zur Stärkebestimmung.

Milchsäure (D+L)

Bei einem nicht fermentierten Pflanzendrink kann eine ungewöhnliche Schwankung der Milchsäurekonzentration ein Hinweis sein, der näher untersucht werden sollte.

Die Bestimmung der Milchsäure kann dazu beitragen, mögliche unerwünschte Fermentationsprozesse während bestimmter Produktions- oder Lagerungsphasen zu erkennen.

Die schnelle Verfügbarkeit des Ergebnisses ermöglicht es dem Qualitätsbeauftragten, den gemessenen Wert mit den Spezifikationen oder den für diese bestimmte Rezeptur üblicherweise beobachteten Werten zu vergleichen und bei Bedarf weitere Überprüfungen durchzuführen.

Essigsäure

Neben Milchsäure kann auch Essigsäure als Kontrollparameter herangezogen werden, um unerwünschte Veränderungen des Produkts aufzuzeigen.

Ihre Bildung kann unter bestimmten Bedingungen mit mikrobieller Aktivität in Verbindung stehen und mit Veränderungen des sensorischen Profils einhergehen, wie z. B. einem Anstieg des wahrgenommenen Säuregehalts oder dem Auftreten ungewöhnlicher Aromanoten.

Die Bestimmung von Essigsäure kann daher die anderen Kontrollen ergänzen, die zur Überwachung des Produkts während der Herstellung und Lagerung eingesetzt werden.

Ammoniak

In pflanzlichen Matrizen kann das Vorhandensein von Ammoniak mit der Desaminierung von Aminosäuren sowie mit Veränderungen der Proteinfraktion infolge der Aktivität endogener Enzyme oder kontaminierender Mikroorganismen in Verbindung stehen.

Mit CDR DrinkLab^® kann die Analyse innerhalb von nur 8 Minuten durchgeführt werden. Sie liefert damit eine relevante Information zur Überwachung der Entwicklung der Proteinfraktion und zur Erkennung möglicher Abbauprozesse entlang der gesamten Prozesskette – von der Extraktion bis zur Lagerung.

Stärke

Stärke ist ein besonders relevanter Parameter bei Getreide-basierten Pflanzendrinks, beispielsweise aus Hafer oder Reis.

Während des Herstellungsprozesses wird die Stärke durch enzymatische Hydrolyse schrittweise in einfachere Kohlenhydrate umgewandelt. Der Verlauf dieser Umwandlung beeinflusst unmittelbar Eigenschaften wie Viskosität, Süße und Konsistenz des Pflanzendrinks.

Die Bestimmung des Stärkegehalts ermöglicht die Überprüfung des Fortschritts der Hydrolyse sowie die Ermittlung von gegebenenfalls verbleibender Reststärke. In Kombination mit der Zuckeranalyse kann sie somit wertvolle Informationen für die Prozesskontrolle liefern und dazu beitragen, die Produkteigenschaften zwischen verschiedenen Chargen konstanter zu halten.

Kalzium

Die Anreicherung mit Kalzium ist bei Pflanzendrinks, die eine Kalziumzufuhr vergleichbar mit anderen Produkten mit entsprechender ernährungsphysiologischer Funktion bieten sollen, weit verbreitet.

Die Kontrolle der Kalziumkonzentration ermöglicht die Überprüfung einer korrekten Anreicherung des Produkts und ist insbesondere auch im Hinblick auf die Homogenität von Bedeutung. Kalziumsalze können nämlich Sedimentationsprozessen unterliegen, wodurch das Risiko einer ungleichmäßigen Verteilung des Minerals im Pflanzendrink besteht.

Die Bestimmung des Kalziumgehalts kann daher wertvolle Hinweise zur Überprüfung der Formulierung und Homogenisierung sowie zur Kontrolle der Übereinstimmung des Produkts mit den festgelegten Spezifikationen liefern.

Die folgende Tabelle fasst die Funktion der verschiedenen analytischen Parameter sowie die wichtigsten Situationen zusammen, in denen ihre Bestimmung die Qualitäts- und Prozesskontrolle unterstützen kann.

Die Vielfalt der Pflanzendrinks erfordert einen Qualitätskontrollansatz, der die Unterschiede zwischen Rohstoffen, Rezepturen und Produktionsprozessen berücksichtigt.

Stärke und Zucker können bei Getreidedrinks wertvolle Hinweise liefern; Milchsäure und Essigsäure können zur Überwachung der Produktentwicklung und möglicher Verderbprozesse beitragen; Ammoniak kann bei Matrizen mit einem höheren Anteil an Protein ergänzende Informationen liefern, während die Bestimmung des Kalziumgehalts die Kontrolle der Anreicherung bei entsprechend angereicherten Rezepturen ermöglicht.

In diesem Zusammenhang ermöglicht die schnelle Verfügbarkeit der Analysenergebnisse direkt im Produktionsbetrieb, die chemische Kontrolle in die täglichen Produktionsabläufe zu integrieren und schneller einzugreifen, wenn ein Parameter von den festgelegten Spezifikationen abweicht.

CDR DrinkLab^® ermöglicht die Durchführung dieser Bestimmungen mithilfe spezifischer Analysenmethoden und bereits vorgefüllter, gebrauchsfertiger Reagenzien. Dadurch wird die Analyse von einer reinen Überprüfung des Endprodukts zu einem operativen Instrument für die Qualitätskontrolle und die Überwachung des Produktionsprozesses.