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Wenn der Whisky ins Glas rieselt

Na dann, prost!

Pulverförmig und doch zu achtzig Prozent Flüssigkeit - das ist das Geheimnis dreier kleiner Fläschchen, deren Aufschriften >Rum<, >Whisky< und >Campari< zunächst verwundern mögen. Die Pulver - oder vielleicht doch eher „rieselfähige“ Flüssigkeiten - sind nicht nur für die Weihnachtsbäckerei gedacht. Ob für Pharmazeutika, Kosmetik, Farben oder Lacke - zwei neue technische Verfahren bieten maßgeschneiderte Produkte und noch viele ungeahnte Einsatzmöglichkeiten.

Schokolade schmeckt erst dann weich und cremig, wenn der Kakao als feines Pulver vorliegt. Kaffee ist nur aus gemahlenen Bohnen genießbar. Brot, Kuchen oder Weihnachtsplätzchen sind erst dann wirklich gut, wenn die Zutaten wie Mehl, Zucker, Nüsse oder Gewürze pulverförmig sind.
Beim Backen sind nicht selten flüssige Inhaltsstoffe wie ätherische Öle oder Aromen für den Geschmack des Endproduktes ausschlaggebend. Kleine Mengen an Flüssigkeiten in feste oder zähflüssige Produkte zu mischen, ist eine anspruchsvolle verfahrenstechnische Aufgabe. Wer selbst gern Kuchen bäckt, weiß, wieviel Energie es erfordert, bis ein “glatter” Teig gerührt oder geknetet ist. Die homogene Einarbeitung insbesondere hochkonzentrierter Aromen ist unverzichtbar, da ein sog. “Aromanest” die Geschmacksknospen weit überfordert. Schon im normalen Haushalt ist eine hohe Mischgüte kaum zu erreichen - in Großküchen, in denen Teigmengen bis zu einigen 100 kg angesetzt werden, erhöhen sich die Anforderungen um ein Vielfaches. Das Problem löst sich elegant, wenn Flüssigkeiten zu Pulvern werden. Pulverisierte Flüssigkeiten mischen sich leicht mit anderen pulverförmigen Backzutaten. Erst der homogenen Pulvermischung wird dann Wasser zugegeben. Am Lehrstuhl für Verfahrenstechnische Transportprozesse (VTP) werden in Kooperation mit der Universität Erlangen, der Universität Maribor und Industriepartnern neue Verfahren entwickelt, mit denen sich jetzt nicht nur aus Feststoffen, sondern auch aus Flüssigkeiten rieselfähige Pulver herstellen lassen.
Das Prinzip ist einfach und jedem vertraut: In der Mineralwasserflasche wird Gas (Kohlensäure) unter Druck in der Flüssigkeit (Mineralwasser) gelöst. Beim Öffnen der Flasche wird der über der Flüssigkeit herrschende Druck abgebaut - es zischt - und im Wasser entstehen Gasblasen - es sprudelt. Dieser Effekt wird bei der Pulverisierung von Flüssigkeiten genutzt. Allerdings wäre die Menge an Gas, die im Mineralwasser gelöst ist, dafür viel zu gering. Größere Gasmengen können durch Erhöhung des Drucks aufgelöst werden. Während in einer Mineralwasserflasche Drücke von 1,5 bar (stilles Wasser) bis 3 bar (Sprudel) herrschen, sind zur Herstellung von Pulvern aus Flüssigkeiten 30 bis 250 bar erforderlich.

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Abb. 2: Pulver, die bis zu 80 Prozent aus einer Flüssigkeit bestehen: “Concentrated Powder Form”- kurz CPF genannt - steht für Verfahren und Produkt.

Dagegen enthalten 100g eines CPF-Pulvers bis zu 80g Flüssigkeit (= 80 Gew.%). Dies wird dadurch erreicht, dass die Trägerstoffe von den Flüssigkeitströpfchen “zusammengeklebt” oder technisch ausgedrückt agglomeriert werden (Abb. 3, Mitte).

Die Flüssigkeit wird durch sogenannte “Kapillarkräfte” ins Innere der Agglomerate gezogen, so dass die hoch flüssigkeitsbeladenen Pulver trocken erscheinen und rieselfähig sind. Eine Alternative besteht in der Verwendung poröser Trägerstoffe.

Da bei der Entspannung der gashaltigen Lösungen durch die Volumenzunahme des Gases extrem kleine Flüssigkeitströpfchen entstehen, können diese in Poren mit kleinem Querschnitt eindringen. Dadurch wird eine sehr intensive Tränkung poröser Feststoffe erreicht.

Abb. 3 (unten rechts) zeigt eine hochporöse, weiße Kieselsäure, die als Trägerstoff gleichmäßig mit gelb gefärbtem Curcumaextrakt getränkt ist. Curcuma oder Gelbwurz ist ein Hauptbestandteil von Curry. Flüssigkeiten und Trägerstoffe lassen sich beliebig kombinieren. Abb. 4 zeigt einige dieser Kombinationen, die in den letzten 3 Jahren untersucht wurden.

Am Beispiel von Paprikaextrakt sollen die Vorteile dieser Produkte und des CPF-Verfahrens verdeutlicht werden. Paprikaextrakt wird in Lebensmitteln und Kosmetika als Gewürz bzw. als natürlicher Farbstoff eingesetzt. Bei den färbenden Komponenten handelt es sich um sog. Carotinoide. Ihr bekanntester Vertreter ist das ß-Carotin, das eine intensive rote Farbe aufweist.

Es wird im Körper zur Synthese von Vitamin A benötigt. Wie alle Carotinoide ist ß-Carotin extrem oxidationsempfindlich. Dies wird technisch genutzt, indem Carotinoide als Antioxidantien eingesetzt werden. Durch Zugabe geringer Mengen an ß-Carotin zu Nahrungsmitteln (z.B. Margarine) werden diese nicht nur angefärbt, sondern auch vor Oxidation (ranzig werden) geschützt.

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Abb. 3: Verschiedene Bindungsmechanismen zwischen Trägerstoff und Flüssigkeit im mikroskopischen Maßstab. Von der Adsorption (links) über die Agglomeration (Mitte) bis zur Tränkung (rechts) steigt die Flüssigkeitsaufnahme des Trägerstoffes. rot: Flüssigkeit grün: Trägerstoff

Aus den positiven Eigenschaften der Carotinoide ergeben sich hohe Anforderungen an deren Gewinnung aus Naturstoffen. Paprika ist direkt nach der Ernte durch die Carotinoide intensiv rot gefärbt. Während der Lagerung werden die Carotinoide durch Oxidation schnell abgebaut - eine deutliche Aufhellung des Paprikas tritt ein.

Um die wertvollen Carotinoide möglichst lange (bis zur nächsten Ernte) zu erhalten, werden Extrakte hergestellt. Hierzu wird gemahlener Paprika extrahiert. Besonders gute Extrakte erhält man mit Kohlendioxid als Extraktionsmittel. Die Dichte von Kohlendioxid wird unter hohem Druck so groß, dass es flüssigkeitsähnliche Eigenschaften bekommt und die Paprikainhaltsstoffe aus dem Paprika herauslösen kann. Aus einem Kilogramm Paprika werden durch Hochdruckextraktion (Abb. 5) etwa 100g Extrakt gewonnen.

Im Vergleich zum Ausgangsprodukt hat dieser Extrakt günstigere Eigenschaften: Er ist z.B. keimarm und haltbarer als der “natürliche” Paprika, da durch die Extraktion der im Ausgangsprodukt vorhandene Sauerstoff ausgetrieben wird. Die starke Volumenreduktion (1kg gemahlener Paprika hat ein Volumen von etwa 2 Litern, der Extrakt hat ein Volumen von 0,1 Liter) gestattet eine aufwändigere Lagertechnik (z.B. Tiefkühlung), die für Paprikapulver viel zu teuer wäre, und hat geringere Transportkosten zur Folge.
Doch neben allen Vorteilen erweist sich auch hier wieder die cremige, hochviskose Konsistenz der Extrakte als ein entscheidender Nachteil bezüglich der Vermischung: Denn wie soll 1kg Paprikaextrakt dieser Konsistenz in 1000kg Fleischmasse gleichmäßig verteilt werden?

Die Lösung liegt hier in der Kombination aus Hochdruckextraktion und CPF-Prozess. Aus dem hochviskosen Paprikaextrakt können ebenso wie aus pastösen Produkten oder aus Flüssigkeiten wie z.B. Whisky (Abb. 6) auf einfache und kostengünstige Art und Weise Pulver entstehen.

Dabei bietet das Herstellungsverfahren viele Vorteile: Das Produkt wird durch die Entspannungskälte des Gases stark abgekühlt, wodurch chemische Reaktionen, z.B. der Abbau der Carotinoide, verlangsamt bzw. verhindert werden. Bei tiefen Temperaturen bleiben auch leichtflüchtige Aromen, wie z.B. beim Whisky, im Produkt, was zugleich die Geruchsbelastung beim Herstellungsprozess reduziert.

Ein weiterer Vorteil ist, dass ausschließlich Kohlendioxid verwendet wird. Kohlendioxid ist reaktionsträge und wirkt als sog. Schutzgas. Pharmazeutische Wirkstoffe zum Beispiel werden unter Schutzgas gelagert, um die Haltbarkeit sicherzustellen.

Bei CPF-Produkten ist die Schutzwirkung bereits integriert. Es ist damit möglich, auch “Nicht-Pharmaprodukte” unter schonenden Bedingungen kostengünstig herzustellen und zu lagern.

Durch das CPF-Verfahren lassen sich auch sicht- und “schmeckbare” Produkteigenschaften maßschneidern: Viele Naturstoffextrakte sind in Ölen und Fetten gut löslich (lipophil), dagegen praktisch unlöslich in wässrigen Medien (hydrophob). Werden z.B. Karotten in Wasser gedünstet, bleibt das Kochwasser klar, d.h. die fettlöslichen Farbstoffe (Carotinoide) bleiben in der Karotte. Wird jedoch Butter - also Fett - zugegeben, färbt sich die Flüssigkeit gelb, der Farbstoff wird teilweise aus der Karotte herausgelöst.

Eingesetzte Flüssigkeiten			Stärken	Maisstärken, Kartoffelstärken, Weizenstärken, modifizierte Stärken
Gewürzextrakte: CO2 -Extrakte, Lösemittelextrakte Etherische Öle: Thymianöl, Zitronenöl Pflanzliche Öle: Sojaöl, Sonnen- und Fette blumenöl, Butterfett Aromen: Citrus, Erdbeer, Huhn, Rum Vitamine: a-Tocopherol Alkoholische Lösungen: Whisky, Wein, Likör Wäßrige Lösungen: dest. Wasser, Essig, Säfte			Kieselsäure
			Cellulosen	mikrokristalline Cellulosen Carboxymethylcellulosen Weizenfasern, Fruchtfasern
			Zucker
Abb. 4: Einige Kombinationen aus Flüssigkeiten und Trägerstoffen, die bereits untersucht wurden.			Emulgatoren	Mono-, Diglyceride Lecithin

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