Fachbereiche
Schimmelpilze
naturbedingt immer Wasser enthalten und somit
erhöhte Grundfeuchten zeigen, macht es Sinn,
hier nur die Austauschprozesse zu betrachten
[2]
.
Für bauphysikalische Belange ist diese Betrach-
tung jedoch nicht ausreichend.
Kapriolen der Wasseraktivität a
W
Die Wasseraktivität ist auf den ersten Blick
etwas zutiefst unbauphysikalisches. So können
Baustoffe bei gleicher Temperatur zwar den glei-
chen Wassergehalt, aber unterschiedliche a
W
-
Werte zeigen. Umgekehrt kann von gleichen a
W
-
Werten bei konstanter Temperatur nicht auf den
Wassergehalt geschlossen werden. Das passt mit
den bekannten Eigenschaften von Wasserdampf
und h-x-Diagramm so gar nicht zusammen. Den-
noch ist die Wasseraktivität temperaturabhän-
gig. Und verhält sich hierbei völlig paradox zur
Temperaturabhängigkeit der rel. Feuchtigkeit.
So konnte in zunächst sehr irritierenden a
W
-Mes-
sungen an Baustoffen festgestellt werden, dass
bei konstantem Wassergehalt bei Temperaturzu-
nahme die Wasseraktivität anstieg und nicht, wie
erwartet, abnahm. Auch der umgekehrte Prozess
lässt sich messtechnisch nachverfolgen, bei Tem-
peraturabnahme sinkt auch der a
W
-Wert.
Was ist passiert? Die Antwort ist eigentlich
ganz einfach und versteckt sich in einer der oben
genannten Definitionen der Wasseraktivität:
Die Wasseraktivität ist die Messung des Energie-
status des Wassers in einem System.
Na? Schon Ideen? Richtig, bei realen kapil-
laraktiven bzw. kapillarporösen Baustoffen mit
inneren Oberflächen spielen nicht nur der Was-
serdampfgehalt und die Temperatur eine große
Rolle. Zwar gelangen die Wassermoleküle auf-
grund des Wasserdampfdruckgefälle in den Bau-
stoff, kollidieren sie aber mit freien Slots an in-
neren Oberflächen in Poren und Kapillaren, so
werden sie adsorbiert und geben ihre kinetische
Energie ab. Das ist ein exothermer Vorgang, es
wird die Adsorptionsenergie (4–40 kJ/mol) frei-
gesetzt. Die dabei entstehenden physikalischen
Bindungen beruhen auf Van-der-Waals-Wechsel-
wirkungen und sind reversibel. Dazu muss nur
Energie zugeführt werden, in der Regel in der
Größenordnung der Bindungs- bzw. Adsorpti-
onsenergie. So etwas geschieht bei Tempera-
turerhöhung. Um 1 mol Wasser wieder ablösen
zu wollen, wird eine Temperaturerhöhung um
maximal 9 K benötigt. Mit der Desorption, also
der Freigabe der physikalisch fixierten Wasser-
moleküle, erhöht sich der Partialdampfdruck und
die Wasseraktivität steigt an
[3]
.
Aber noch andere, jetzt vielleicht nicht
mehr ganz so abstruse Phänomene lassen sich
beobachten: so „wandert“ das freie Wasser von
Bereichen mit hohem a
W
zu Bereichen mit nied-
rigem a
W
(siehe Gleichung (2)), wobei der ab-
solute Wassergehalt keine Rolle spielt, d. h. das
freie Wasser kann durchaus in Richtung höherer
Wassergehalte wandern, solange nur genug Platz
im Porenluftvolumen ist und es nicht unterwegs
durch bindungsaffine Oberflächen und Kapillaren
zurückgehalten wird.
Wasseraktivität und Schimmelpilze
Schimmelpilze bilden zwei Formen von My-
zel aus: das Substrat- oder vegetative Myzel,
welches sich in das Nährsubstrat oder wie hier
in den Baustoff einarbeitet. Das Substratmyzel
dient der Aufnahme von Wasser und Nährstoffen,
also der Versorgung und Ernährung des Schim-
melpilzes. Von der Oberfläche weg hingegen
wächst in sogenannter geotroper Reaktion das
Luft- oder Reproduktionsmyzel, hier finden sich
spezielle Fruktifikationsorgane, die schließlich
zur Bildung von Sporen führen
[4,5]
. Beide Myze-
lien benötigen, obwohl sie zur selben Spezies
gehören und selbst wenn sie ursprünglich von
derselben Spore abstammen, unterschiedliche
Wasseraktivitäten!
[12]
Wie weitreichend die Wasseraktivität den mi-
krobiellen Lebenszyklus beeinflusst, zeigt sich am
Beispiel des Aspergillus flavus. Zum Auskeimen
benötigen die Sporen des A. flavus einen aw-Wert
von 0,80. Obwohl das Wachstumsoptimum bei
einer Wasseraktivität von 0,95 liegt, kann Sub-
stratwachstum bis zu einem minimalen a
W
-Wert
von 0,78 stattfinden. Das Luftmyzel sporuliert
bevorzugt bei aw-Werten von 0,95–0,96; mini-
mal müssen aber 0,85 zur Verfügung stehen
[12]
.
Das Luftmyzel stellt also höhere Anforderungen
an die Wasseraktivität als das Substratmyzel,
wobei die „Herbeischaffung“ entsprechender
Wasserreservoire auf Seiten des Substratmyzels
liegt. Die Produktion der Aflatoxine B
1
und B
2
ist
an eine Wasseraktivität von 0,8, also deutlich
unterhalb des Fruktifikationsniveaus, gebunden.
Vielleicht nach dem Motto: „Friss mich nicht,
bevor ich sporuliert habe!“ Eine sehr effektive
Überlebensstrategie (Bild 1).
Das Wachstumsoptimum der meisten Schim-
melpilze liegt bei einem a
W
-Wert um 0,95. Un-
abhängig davon, bei welchen a
W
-Wert Sporen
keimen und ab wann Myzelwachstum möglich
ist. Lediglich Aspergillus penicillioides hat es
gerne etwas trockener bei 0,77; wobei er ab
0,75 auskeimen kann. Wer sich mehr dafür inte-
ressiert, kann beim CBS eine umfangreiche Liste
auf Deutsch abrufen
[12]
.
Für die Erkennung von Schimmelpilzbefällen
ist dies von Bedeutung. Denn auffällig wird ein
Befall in der Regel erst durch die Ausbildung
eines Luftmyzels und durch pigmentierte Koni-
dienträger und Sporen. Findet aufgrund sehr ge-
ringer Wasseraktivität nur vegetatives Wachstum
statt, bleibt der Befall lange (visuell) unbemerkt.
Das macht sich übrigens ein Patent der Fir-
ma Henkel zunutze. Dabei wird über bestimmte
Botenstoffe die Sporulation verhindert. Durch
die Nichtpigmentierung des Myzels erscheint die
Silikonfuge länger unbewachsen und sauber
[11]
.
Die magischen 0,8 (80 Prozent r. F.)
Wenn nun doch das Wesentliche im Leben
eines Schimmelpilzes oberhalb einer Wasserak-
tivität von 0,8 stattfindet, warum wird dann so
stringent auf das „Schimmel-Kriterium“ bestan-
0,2a
w
0,4a
w
0,6a
w
0,8a
w
1,0a
w
Wasseraktivität
Enzyme
Mikro-
biologie
Oxidation
Bräunung
Vitamine
Reaktionsgeschwindigkeit
Bild 1: Substrat- und Reproduktionsmyzel einer Cladosporiumkolonie im Querschnitt
bei 200-facher Vergrößerung. Das Substratmyzel wandert bis zu einem Millimeter
tief in das Nährsubstrat ein. (Foto Messal)
Bild 2: Wasseraktivität als Einflussfaktor für biotische und chemische Prozesse.
(Bild: Markus Bernasconi, Novasina)
a
W
j
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Schützen & Erhalten · Juni 2013 · Seite 24
