Met de legalisering van op cannabis gebaseerde producten voor zowel medicinaal, als op sommige locaties, recreatief gebruik, is de noodzaak gekomen om veiligheidsinitiatieven te implementeren. Microbiële besmetting in ofwel gedroogde toppen, geëxtraheerde oliën of bewerkte eetwaren kan resulteren in allergische reacties, ademhalingscomplicaties, of door voedsel overgedragen ziekten. Daarnaast kan afbraak door chemische reacties leiden tot veranderingen qua werkzaamheid en potentie. Wateractiviteit is een effectief hulpmiddel dat wordt gebruikt in de voedingsmiddelen- en farmaceutische industrieën om de microbiële, chemische, en fysieke stabiliteit te controleren. Het biedt dezelfde veiligheidscontrole op de cannabismarkt en het is belangrijk dat telers en verwerkers wateractiviteit begrijpen en hoe het nut ervan te maximaliseren. Veiligheidsvoorschriften voor de teelt en verwerking van cannabis- gebaseerde producten wordt momenteel behandeld op staatsniveau, resulterend in inconsistente aanbevelingen. Als gevolg daarvan vereisen niet alle staten momenteel het testen van de wateractiviteit van cannabis. Echter, op basis van de huidige kennis van veiligheid en kwaliteit, zou het belangrijk moeten zijn dat analytische testen uitgevoerd worden op de cannabismarkt.
METING VAN DE WATERACTIVITEIT VAN CANNABIS
Het meten van de wateractiviteit van gedroogde cannabisbloemen en andere cannabisproducten kan uitdagend zijn vanwege het hoge gehalte aan vluchtige stoffen, waaronder terpenen en cannabinoïden. Deze vluchtige stoffen kunnen worden geabsorbeerd door of interfereren met de sensor die wordt gebruikt om de wateractiviteit te meten. Als de sensor niet wordt beschermd door enige vorm van interventie, bestaat het risico van degradatie van de sensor of onjuiste testresultaten.
De elektrolytische weerstandssensor kan de wateractiviteit nauwkeurig meten in aanwezigheid van cannabis-gerelateerde vluchtige stoffen. Maar om te voorkomen dat het na verloop van tijd verslechtert, moet de sensor worden beschermd met een filter. Novasina beveelt de eVC-21/eVALC combo voor de Lab-Touch en LabSwift en de eVC-18/eVALC combofilter voor de Labmaster NEO aan bij het meten van cannabis.
Recentelijk heeft Novasina een testonderzoek uitgevoerd met behulp van een LabMaster NEO, waarbij de elektrolytische sensor werd blootgesteld aan cannabisbloemen zonder enige beschermende filters gedurende verschillende tijdsperioden om meer inzicht te krijgen in de invloed van cannabis-gerelateerde vluchtige stoffen. De resultaten van deze studie worden weergegeven in tabel 1.
De studie toonde aan dat blootstelling aan cannabis zonder een beschermend filter resulteerde in veranderingen in de metingen van de wateractiviteit volgens de Sal-T-normen. De mate van verandering was echter niet hetzelfde voor alle normen. De verandering als gevolg van de blootstelling nam toe met de wateractiviteit van de norm, met de 0,576 aw standaard met een maximale verandering van 0,003 aw, de 0,753 aw standaard met een maximale verandering van 0,005 aw, en de 0,8434 aw standaard met een maximale verandering van 0,02 aw. Dit suggereert dat hogere wateractiviteitsmetingen meer worden beïnvloed door blootstelling van de sensor aan cannabis dan metingen onder 0,753.
Als deze resultaten allemaal werden verzameld zonder een filter, vertegenwoordigen ze een worstcasescenario, en de effecten zouden worden verminderd en vertraagd wanneer het juiste beschermende filter wordt gebruikt. De resultaten in tabel 1 geven ook aan dat het vluchtige effect op de elektrolytische sensor als gevolg van cannabis kan worden teruggedraaid door langdurige blootstelling aan de regeneratiekit.
De resultaten van dit onderzoek, gecombineerd met feedback van klanten die frequente tests op cannabis uitvoeren, hebben geleid tot bijgewerkte best practices voor het testen van hennep. De huidige aanbevelingen van Novasina voor het testen van cannabis zijn als volgt:
- Gebruik het aanbevolen filter voor het instrument dat wordt gebruikt voor het testen (eVC-21/eVALC combo voor de LabTouch en LabSwift, en de eVC-18/eVALC combofilter voor de Labmaster NEO).
- Vervang het filter ongeveer elke 1-2 maanden.
- Schaf een regeneratiekit aan bij Novasina en gebruik deze regelmatig. A. Sommige gebruikers gebruiken de kit momenteel elke avond, tussen de tests door, en ondervinden geen problemen, zelfs niet bij extreme testfrequenties. B. Als de testfrequentie minder is dan 5 keer per dag, kan het gebruik van de regeneratiekit worden beperkt tot alleen wanneer de verificatie van zoutnormen buiten de tolerantiegrenzen valt.
- Laat cannabismonsters niet langdurig in het instrument zitten wanneer er niet wordt getest.
WATERACTIVITEIT EN MICROBIËLE VEILIGHEID
Elk micro-organisme heeft een ideaal interne wateractiviteit, en hun vermogen om zich voort te planten en te groeien is afhankelijk van het behoud van die wateractiviteit. Wanneer een micro-organisme een omgeving tegenkomt waar de wateractiviteit lager is dan hun interne wateractiviteit, ervaren ze osmotische stress en beginnen ze water aan het milieu te verliezen. Water beweegt van hoge wateractiviteit (energie) naar lage wateractiviteit. Dit verlies van water vermindert de turgordruk en vertraagt de normale metabole activiteit. Om door te gaan met reproduceren, moet het organisme zijn interne wateractiviteit verlagen tot onder die van de omgeving. Het probeert dit te bereiken door opgeloste stoffen intern te concentreren. Het vermogen om zijn interne wateractiviteit te verminderen met behulp van deze strategieën is uniek voor elk organisme. Daarom heeft elk micro-organisme een unieke minimale wateractiviteit waarbij ze niet kunnen groeien [1, 2]. Het vermogen van een organisme om zich voort te planten en te groeien, hangt niet af van de hoeveelheid water in de omgeving (vochtgehalte), maar alleen van de energie van het water (wateractiviteit) en of het toegang heeft tot dat water voor groei. Een lijst van de minimale wateractiviteit voor groei van veelvoorkomende bederfveroorzakende organismen is te vinden in Tabel 1. Deze groeilimieten geven aan dat alle pathogene bacteriën stoppen met groeien bij wateractiviteiten lager dan 0,87, terwijl de groei van gemeenschappelijke bederf gisten en schimmels stopt bij 0,70 aw, wat bekend staat als de praktische begrenzing. Alleen xerofiele en osmofiele organismen kunnen groeien onder 0,70 aw, en alle microbiële groei stopt bij wateractiviteiten lager dan 0,60. Bovendien kan de snelheid van microbiële groei worden gemodelleerd met behulp van wateractiviteit, samen met andere groeifactoren zoals temperatuur en pH. Voor een cannabisproduct om als houdbaar te worden beschouwd, moet de wateractiviteit lager zijn dan 0,86 om te voorkomen dat pathogene bacteriën op het product groeien terwijl het op de plank ligt. Cannabisproducten met een wateractiviteit hoger dan 0,70 maar minder dan 0,86 worden als stabiel beschouwd maar kunnen nog steeds de groei van schimmels en gisten ondersteunen. Cannabisproducten in dit bereik worden niet als onveilig beschouwd omdat, hoewel ze mogelijk ongewenst zijn voor de consument, schimmels en gisten geen door voedsel overgedragen ziekten veroorzaken. Maar zelfs de groei van niet-pathogene organismen kan leiden tot de productie van mycotoxinen en aflatoxinen, die schadelijk kunnen zijn bij consumptie, met name bij inademing. Daarom moet de wateractiviteit worden verlaagd tot onder 0,70 aw, of anders moeten interventies zoals een conserveringssysteem of vacuümverpakking worden gebruikt om schimmelgroei te voorkomen.
WATERACTIVITEIT EN CHEMISCHE STABILITEIT
Bij cannabisbiomassa en eetwaren met een wateractiviteit van minder dan 0,70 aw is microbieel bederf niet langer de meest waarschijnlijke oorzaak van bederf. Echter, producten in dit bereik hebben geen onbeperkte houdbaarheid.
Dus welke andere oorzaken van bederf zijn waarschijnlijk om de houdbaarheid te beëindigen? Voor cannabisbiomassa en eetwaren met een wateractiviteit in het bereik van 0,40-0,70 aw is chemische degradatie een sterke kandidaat omdat de reactiesnelheden maximaal zijn. Chemische reacties zoals Maillard-bruining, lipide-oxidatie, enzymatische reacties en andere kunnen de smaak, het uiterlijk en de voedingswaarde van de biomassa of eetwaren beïnvloeden. Wateractiviteit beïnvloedt de reactiesnelheden door de activeringsenergie te verlagen, de mobiliteit te verhogen en de snelheidsconstante te verhogen. Daarom zijn de reactiesnelheden beter gecorreleerd met de wateractiviteit dan met het vochtgehalte. Over het algemeen nemen de reactiesnelheden toe naarmate de wateractiviteit toeneemt, maar specifieke correlaties zijn afhankelijk van het type product en het type reactie (Figuur 1). De meeste reacties bereiken een maximum in het bereik van 0,70-0,80 aw vanwege verdunning bij hoge wateractiviteiten, maar lipide-oxidatie is de enige reactie die toeneemt bij lage wateractiviteit.
Voor marihuana is de reactie die naar alle waarschijnlijkheid de kwaliteit het meest zal beïnvloeden, het verlies van THCA als gevolg van decarboxylering, wat de potentie zal verminderen. Voor cannabisproducten in de vorm van eetwaren is de reactie die naar alle waarschijnlijkheid de kwaliteit het meest zal aantasten Maillard-bruining voor producten met eiwitten en reducerende suikers, of lipide-oxidatie (ranzigheid) voor monsters met een hoog vetgehalte. Deze reacties zijn complex en veroorzaken problemen door de productie van geur- en smaakverbindingen. Wanneer de reactie is gevorderd en voldoende ongewenste verbindingen heeft geproduceerd, of wanneer er verlies van THCA optreedt, wordt het product onaanvaardbaar voor de consument. De impact van chemische reacties kan worden geminimaliseerd door reactanten zoals reducerende suikers te beperken voor Maillard-bruining, zuurstof voor ranzigheid en door decarboxylering. Lipide-oxidatie is uniek omdat de snelheid niet alleen toeneemt naarmate de wateractiviteit stijgt, maar ook bij lage wateractiviteit, waardoor de algemene regel “lagere wateractiviteit is beter” niet in alle gevallen opgaat.
Om te helpen bepalen wat de ideale wateractiviteit is om de afbraak van chemicaliën te vertragen, kan de reactiesnelheid worden voorspeld met behulp van houdbaarheidsmodellen. Om effectief te zijn, moeten deze modellen rekening houden met het effect van zowel wateractiviteit als temperatuur. Het enige fundamentele houdbaarheidsmodel dat zowel wateractiviteit als temperatuur omvat, is de hygrothermische tijd [2]. Dit model is afgeleid van een vorm van de Eyring-vergelijking voor snelheidsverandering en de Gibbs-vergelijking voor vrije energie, en wordt gegeven door:
waarbij T de temperatuur (K) is, R de gasconstante (J mol-1 K-1), Ea de activeringsenergie (J mol-1), B de moleculaire volumeverhouding, aw de wateractiviteit, en r0 de snelheid bij de standaardomstandigheden. In de praktijk zullen de waarden voor B, Ea/R en r0 uniek zijn voor elke situatie en worden empirisch afgeleid via iteratieve methoden zoals de methode van de kleinste kwadraten. Nadat deze constanten bekend zijn, kan het hygrothermische tijdsmodel worden gebruikt om de veranderingssnelheid bij verschillende temperaturen en wateractiviteiten te bepalen, en daarmee de houdbaarheid voor een specifiek product in verband met die omstandigheden. Dit model kan helpen bij het bepalen van de ideale wateractiviteit waarbij chemische afbraak minimaal is voor cannabisbiomassa of eetwaren, waardoor de houdbaarheid wordt gemaximaliseerd. Het identificeren en verwerken van producten tot deze ideale wateractiviteit, om zo microbiële groei te voorkomen en chemische afbraak te minimaliseren, is essentieel voor het maximaliseren van de houdbaarheid van cannabisproducten.
WATERACTIVITEIT EN OPSLAGSTABILITEIT
Geoogste cannabis (marihuana en hennep) moet voldoende droog zijn om opslag en transport mogelijk te maken. Zoals eerder uitgelegd, bepaalt de wateractiviteit of schimmels, gisten of bacteriën kunnen groeien op de biomassa tijdens de opslag. Over het algemeen zal droge biomassa een wateractiviteit hebben in het bereik van 0,60 tot 0,70 aw.
Terwijl pathogene bacteriën het grootste risico vormen bij de typische wateractiviteit van biomassa, zijn schimmels waarschijnlijk een meer voorkomende besmettingsbron. Bijna alle schimmels, behalve enkele zeldzame xerofiele soorten, stoppen met groeien bij wateractiviteiten lager dan 0,70. Hoewel schimmels op zichzelf niet bijzonder gevaarlijk zijn bij consumptie, kunnen ze mycotoxinen produceren als onderdeel van hun metabolisme, wat bij sommige mensen ernstige reacties kan veroorzaken. Bovendien duidt de aanwezigheid van actief groeiende schimmel ook op de aanwezigheid van schimmelsporen. Dit kan met name gevaarlijk zijn voor producten die worden ingeademd, aangezien schimmelsporen in de luchtwegen astmasymptomen kunnen veroorzaken.
Daarom moet de wateractiviteit van alle geoogste biomassa die wordt opgeslagen of vervoerd, lager zijn dan 0,70 aw. Dit betekent dat het testen van de wateractiviteit essentieel is voor zowel telers als verwerkers. De wateractiviteit van eetbare cannabisproducten kan ook veranderen tijdens opslag en transport. Bijvoorbeeld, gebakken eetwaren hebben doorgaans een hogere wateractiviteit en moeten worden getest om er zeker van te zijn dat ze worden verwerkt tot wateractiviteiten lager dan 0,86 aw om de groei van ziekteverwekkende bacteriën te voorkomen. Vervolgens moet hun wateractiviteit tijdens de opslag worden gehandhaafd in het ideale wateractiviteitsbereik om zowel een toename van de wateractiviteit tot onveilige niveaus als een afname van de wateractiviteit die ongewenste veranderingen in textuur kan veroorzaken, te voorkomen. Om dit te bereiken, moeten eetwaren worden verpakt in een geschikte vochtbarrière-verpakking. De exacte verpakkingsvereisten om veranderingen in de wateractiviteit te voorkomen, kunnen worden gemodelleerd en voorspeld, maar de afleiding en toepassing van deze modellen vallen buiten de reikwijdte van dit document.
HET BELANGRIJKSTE SPECIFICATIE
Wateractiviteit speelt een sleutelrol bij het waarborgen van de veiligheid van cannabisproducten en het maximaliseren van de houdbaarheid. Voor velen in de cannabisindustrie kan wateractiviteit een nieuw concept zijn, en degenen die er bekend mee zijn, denken mogelijk alleen aan de rol ervan bij het reguleren van microbiële groei. In werkelijkheid is microbieel bederf echter niet altijd de meest waarschijnlijke oorzaak van houdbaarheidsproblemen bij cannabisproducten. Wateractiviteit is gerelateerd aan alle gebruikelijke manieren waarop producten kunnen bederven en kan daarom de belangrijkste test zijn die kan worden uitgevoerd op alles, van geoogste biomassa tot eetwaren.
Vragen of wil je meer informatie ontvangen over AW-meters? Neem dan contact met ons op!
