Praxis Tipps II/10 Das löst aus unserem Kaffeepulver die von uns gewünschten Geruchs- und Geschmacksstoffe heraus. Diese Stoffe sind der 'Extrakt'. Das fertige Getränk ist dann eine Mischung aus Extrakt und Lösungsmittel. In der Extraktionsterminologie nennen wir das 'Miscella'. Was wir mit der gebrauchten Filtertüte wegwerfen heißt 'Extraktionsrückstand'. Deshalb „Extrakta“ Unser Name weist auf einen wichtigen Teil unserer Arbeit und unseres Produktspektrums hin: Extraktion und Extrakte. In großer Vielfalt stellen wir z.B. Gewürzextrakte her. 'Extrahieren' ist übrigens vom lateinischen 'extrahere' = 'herausziehen' abgeleitet. Das gibt es (autsch) auch beim Zahnarzt und er nennt es tatsächlich so: Zahnextraktion. Doch keine Sorge: Bei uns ist Extraktion etwas ganz anderes, absolut schmerzfrei und viel interessanter. Mehr darüber lesen Sie in dieser Ausgabe von 'Praxis-Tipps.' Substanzen gekonnt separieren Das einfache Kaffeebeispiel hat Damit man Kaffee trinken kann Auch Extraktion in unserem Sinne ist meist Spezialistensache – doch Sie kennen und können es auch – immer, wenn Sie Kaffee kochen. Da gewinnen Sie das Beste aus der Bohne. Sie geben gemahlenen Kaffee in den Filter und Sie oder Ihre Kaffeemaschinen gießen heißes Wasser obendrauf. Das zieht Geschmack und Aroma aus dem Kaffepulver heraus und in die Kanne läuft das herrlich duftende Getränk. Und schon haben wir wichtige Stationen und Begriffe der Extraktion zusammen. Am Anfang war die Bohne Geröstete Kaffebohnen sind der 'Ausgangsstoff' oder das 'Extraktionsgut' unserer hauseigenen Extraktion. Sie wurden gemahlen, also 'zerkleinert'. Das vervielfacht die Oberfläche. So kann unser 'Lösungsmittel' besser wirken. Lösungsmittel ? Richtig: das kochende Wasser. es gezeigt: Im Prinzip ist die Extraktion eine Stofftrennung. Mit Hilfe eines Lösungsmittels wird von einem komplex zusammengesetzten Ausgangsstoff oder Stoffgemisch ein Teil, nämlich der Extrakt, abgetrennt. Übrig bleibt der Extraktionsrückstand. Der Extrakt befindet sich zunächst in der Lösung (Miscella). Anders als beim Kaffee ist dies meist nicht das gewünschte Endprodukt. Man will den Extrakt pur. Deshalb wird das Lösungsmittel abdestilliert und in den Prozess zurückgeführt. Das Schema rechts oben zeigt noch einmal den Ablauf. Normalerweise ist also der Extrakt das gewünschte Endprodukt, z.B. bei der Gewinnung von Oleoresinen aus Gewürzen. Es ist aber auch möglich, dass der Extraktionsrückstand Ziel der Extraktion ist, z.B. bei der Entkoffeinierung von Kaffee. Praxis Tipps II/10 Auf die richtige Lösung kommt es an Ausgangsstoff Zerkleinerung Lösungsmittel Extraktion Miscella Extraktionsrückstand Destillation Extrakt Lösungsmittel Einen großen Einfluss auf die Zusammensetzung des Extraktes hat das Extraktionslösungsmittel. Dafür kommen unterschiedliche Flüssigkeiten und komprimierte Gase infrage. Die Alternativen haben jedoch ein unterschiedliches Lösungsverhalten. Sie lösen die Bestandteile des Ausgangsstoffes nicht im gleichen Maße. So können aus demselben Ausgangsstoff durch verschiedene Lösungsmittel auch verschieden zusammengesetzte Extrakte gewonnen werden. Praxis Tipps II/10 Noch eine Trennung Nach der Extraktion hat das Lösungsmittel seine Schuldigkeit getan. Sowohl im Extrakt wie im Extraktionsrückstand ist es jetzt nicht mehr erwünscht. Durch Destillation wird es abgetrennt. Durch folgendes Phänomen wird dieses allerdings erschwert: Je kleiner der Restgehalt im Laufe der destillativen Abtrennung wird, je größer wird der Zeitbedarf, auch diesen Rest noch abzutrennen. Richtig komplett gelingt das gar nicht. Ein – wenn auch noch so kleiner – Rückstand bleibt übrig. Die Mathematiker sagen: 'Die zeitliche Abnahme des Restgehaltes vermindert sich asymptotisch gegen Null.' Für den Nachweis mit modernen Analysen-Methoden reicht die Restmenge immer. Doch wenden wir uns lieber den praktischen Folgen zu. Regeln für die LösungsmittelWahl Nicht nur der Anwender, auch rechtliche Vorschriften bestimmen die Wahl und Anwendung von Lösungsmitteln – vor allem in unserer Branche, der Lebensmittelindustrie. Die soeben angesprochenen Rückstandsreste – auch wenn sie nur in Spuren auftreten – sind in ihren Höchstmengen festgeschrieben. In der Lebensmittetechnik verwendete Extraktionslösungsmittel bedürfen einer Zulassung, die physiologisch bedenkliche Lösungsmittel ausschließt. Weitere Wahl-Kriterien Rechtliche und praktische Überlegungen führen zu folgenden Anforderungen an ein geeignetes Extraktionslösungsmittel: • es muss zugelassen sein • es muss die als Extrakt gewünschten Stoffe möglichst selektiv und vollständig lösen • sein Siedepunkt sollte möglichst tief unter den Siedepunkten der extrahierten Substanzen liegen • wenn es nicht brand- und explosionsgefährlich ist, können bei den Extraktionsanlagen und Gebäuden hohe Kosten vermieden werden. • wenn es wasserlöslich oder gar Wasser ist, wird die Reinigung bzw. Restbeseitigung vereinfacht. Praxis Tipps II/10 Wahlkandidat Kohlendioxid Zu den Extraktionslösungsmitteln gehören Flüssigkeiten, wie Ethylalkohol, Aceton und selbstverständlich Wasser, aber auch komprimierte Gase, z.B. Kohlendioxid (CO2). Kohlendioxid kommt unserer Forderung nach einem möglichst niedrigen Siedepunkt optimal entgegen: Es sublimiert bei -78° C. CO2 ist ungiftig – wir atmen es ständig aus. (In einer CO2-Atmosphäre würden wir allerdings sofort ersticken.) Kohlendioxid ist nicht brennbar – man verwendet es sogar für Feuerlöschzwecke. Vor allem aber: Kohlendioxid hat ein beachtliches Lösungsvermögen für die uns interessierenden Stoffe. Bei so viel Positivem fehlt natürlich die Schattenseite nicht: Man muss das CO2 durch Druck verflüssigen, es möglichst sogar in den sog. überkritischen Zustand versetzen (darüber ein andermal mehr). Darin steckt aber auch gleich wieder ein Vorteil: Das aufwändige Abdestillieren – zur Trennung vom Extrakt – entfällt. Man hebt den Druck einfach auf und schon entweicht das CO2 weitgehend vollständig als Gas (wobei man es dann separat wieder auffangen kann). – Ein zweiter Nachteil von Kohlendioxid: Für das Extrahieren damit braucht man eine sehr teure, weil druckfeste (bei uns bis 1.000 bar) Extraktionsanlage. Wir extrahieren daher auch mit Wasser, wenn es seinen Zweck gut erfüllt. 11 9 Technik für Extraktion 10 Die technischen Möglichkeiten und Umsetzungen für Extraktionsaufgaben sind komplex. Deshalb können wir dieses Thema hier nur anreißen. Überschaubar und einfach zu erklären ist ein Extraktionsapparat, der schon im 19. Jahrhundert von Franz von Soxhlet (1848-1926) erfunden wurde und der sogar heute noch in vielen Labors, auch bei uns, eingesetzt wird. Der SoxhletExtraktor (Schema rechts) funktioniert so: 8 6 3 4 5 7 2 1 Das Lösungsmittel (1) wird in den Rundkolben (2) gegeben. Das zerkleinerte Extraktionsgut füllt man in die Extraktionshülse (4). Beim Erhitzen im Rundkolben verdampft das Lösungsmittel, steigt in dem Seitenrohr (3) nach oben und kondensiert im Rückflusskühler (9). Dabei tropft das kondensierte und noch heiße Lösungsmittel in die Extraktionshülse(4). Die Miscella steigt bis zur maximalen Höhe des Heberohrs (6) (7), durch das sie dann durch Saugwirkung in den Rundkolben (2) wieder zurückfließt. Das Lösungsmittel verdampft erneut. Der Soxhletapparat ermöglicht eine quasi kontinuierliche und erschöpfende Extraktion, die viele Stunden dauern kann. Praxis Zwei weitere Anlagen, die wir hier im Schnittbild zeigen, sollen beispielhaft die apparatebauliche Vielfalt zeigen. Extraktionsapparate müssen aufgabenspezifisch gebaut sein. Tipps II/10 Gewürzextrakte bieten alle 2 B. Schneckenextraktor 3 6 7 • Verunreinigungen 5 Quelle: WILEY-VCH VERLAG • schwankende Würzeigenschaften 1 Droge 5 Schneckenantrieb 2 Extraktionsmittel 3 Rückstand 6 Oberschnecke mit Heizmantel 4 Unterschnecke mit Heizmantel 7 Miscellaaustritt über Siebvorrichtung B. Schneckenextraktor A. Diskontinuierlich arbeitende Feststoff-Extraktionsanlage 4 2 3 Das Optimum an Leistung wird durch kontinuierliche Arbeitsweise erreicht. Für die Drogenextraktion bewährt sich hier der Schneckenextraktor. 1 Extraktor 2 ExtraktionsgutFüllstutzen 1 3 Lösemittelsammler 8 5 Und was extrahieren wir nun 5 Destillierblase konkret ? Zum einen vieles für die eigenen Produkte. Außerdem übernehmen wir eine Reihe von Extraktionsaufgaben nach kundenspezifischen Anforderungen. – Die Produkte unseres eigenen Sortiments sind vor allem eine Vielzahl von Gewürzextrakten. Weshalb sind die eigentlich so sinnvoll und was unterscheidet sie vom Ausgangsprodukt ? 7 Dampfeintritt 8 RückstandEntnahme 6 Quelle: WILEY-VCH VERLAG Was wir extrahieren 4 Lösemittelkühler 6 Miscella/Extrakt 7 positiven Eigenschaften des Rohgewürzes ohne seine Nachteile: • Keimbelastung 4 Der eigentliche Extraktor begrenzt die Leistung einer solchen Anlage: Zu der oft Stunden beanspruchenden Extraktionsdauer pro Charge kommt noch die für das Befüllen und Entleeren benötigte Zeit hinzu. Zur Leistungssteigerung vereinigt man daher häufig mehrere Extraktoren in einer Batterieschaltung. Tipps II/10 Gewürzextrakte: die Vorteile 1 A. Diskontinuierlich arbeitende FeststoffExtraktionsanlage Praxis • große Bandbreite der Preise und verfügbaren Mengen • schwierige Vorratshaltung Für die Gewinnung der Extraktgewürze setzen wir auch die Wasserdampfdestillation sowie ein speziell von uns entwickeltes Hochdruck-Extraktionsverfahren ein, an dessen innovativem Ausbau wir ständig weiterarbeiten. Die so als etherische Öle und Oleoresine erhaltenen Extrakte sind Naturstoffe wie die Rohgewürze auch. Da sie aber rein und keimfrei, standardisierbar und lagerstabil sind, weisen sie keinen der oben aufgeführten Nachteile mehr auf. Kundenspezifische Auftrags-Extraktion Das ist die zweite Seite unserer Extraktionsleistungen: Im Kundenauftrag führen wir anforderungsspezifische Extraktionsprojekte durch. Verständlicherweise möchten unsere Kunden, dass wir wegen des Wettbewerbs nicht näher darüber sprechen. Aromaträger bzw. Aromastoffe sind jedenfalls dabei, ebenso Drogenextrakte, z.B. für die Pharmaindustrie. Als Mitbewerber für Großextrakteure, die zum Beispiel Speiseöl aus Ölsaaten 100.000 tonnenweise herstellen, sehen wir uns dabei keineswegs. Wir bei Extrakta sind mehr die Spezialisten für das Besondere, für Aufgaben, die oft sehr anspruchsvoll sind. Dann sind viel Erfahrung und gewachsenes Know-how besonders nützlich. Wir verstehen unser Handwerk. Gekonnt kümmern wir uns um die Konditionierung der Ausgangsstoffe, die Rückgewinnung der Lösungsmittel (auch von bio-zertifiziertem Alkohol), die richtige Wahl der Apparaturen (Glas, Edelstahl, Normaldruck, Hochdruck), die Prozesskontrolle und um vieles mehr. Wenn es bei Ihnen Aufgaben in diesem Zusammenhang gibt, zögern Sie bitte nicht, uns anzusprechen.
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