Kohlendioxid (CO2) ist ein wesentlicher Bestandteil verschiedener alkoholischer und nichtalkoholischer Getränke. Insofern kommt seiner Reinheit erhebliche Bedeutung zu. Doch wie lässt sich feststellen, ob das eingesetzte Kohlendioxid den hohen Reinheitsanforderungen der Lebensmittelindustrie entspricht? Beispielsweise mit Dräger-Teströhrchen.
Dipl.-Ing. Oliver Schirk
In der Getränkeindustrie spielt CO2 eine entscheidende Rolle: Etwa 10 % der Weltproduktion gehen in diesen Bereich. Es wird verschiedenen alkoholischen und nichtalkoholischen Getränken zugesetzt, dient als Druckgas bei der Bierabfüllung und zum Spülen von Getränketanks vor der eigentlichen Befüllung. Auch Flaschen und Getränkeverpackungen werden mit CO2 gespült, um den Sauerstoff zu verdrängen und einen Überdruck während der Befüllung zu halten. Die Sauerstoffverdrängung ist eine wesentliche Voraussetzung, um Bier, Limonaden und andere Getränke haltbar zu machen.
Mögliche Kontaminationspfade
Die Betrachtung der verschiedenen Kohlendioxidherstellungsmethoden macht klar, wie die Verunreinigungen ins CO2 kommen. Es entsteht als Nebenprodukt bei der Herstellung der Ausgangsstoffe für die Ammoniaksynthese. In der Vergangenheit waren Ammoniakfabriken die bedeutends-te CO2-Quelle. Auch in Raffinerien fällt CO2 als Nebenprodukt bei der Herstellung von Wasserstoff an. Bei diesem Prozess wird aus Methan und Wasserdampf Wasserstoff und Kohlenmonoxid erzeugt. Durch Zugabe von Luft wird das Kohlenmonoxid zu CO2 oxidiert. Das auf diesem Weg gewonnene CO2 ist typischerweise mit Kohlenmonoxid, verschiedenen Kohlenwasserstoffen, Aromaten, Alkoholen und Schwefelverbindungen verunreinigt.
Eine Quelle für sehr sauberes CO2 sind natürliche CO2-Brunnen. Um das Rohgas zu verflüssigen kommen Kompressoren zum Einsatz, die wiederum Ausgangspunkt von Verunreinigungen(Feuchtigkeit, Öle, Kohlenwasserstoffe, Aromaten, Schwefelverbindungen etc.) sein können.
Bei der Herstellung von Ethanol durch Fermentation von Getreide und anderen pflanzlichen Materialien fallen ebenfalls erhebliche CO2-Mengen an, die unter Umständen mit Ethanol, anderen Alkoholen, Acetaldehyd oder Wasserdampf verunreinigt sein können. Diese Beispiele zeigen, dass es vielfältige Wege gibt, auf denen Verunreinigungen in das CO2 eingetragen werden können.
Sollte es nicht gelingen diese Verunreinigungen zu entfernen, beispielsweise durch den Einsatz von Filter- und Katalysatorsystemen, können die Folgen dramatisch sein. So musste ein amerikanischer Getränkehersteller 1990 280 Mio. Flaschen Mineralwasser vom Markt nehmen. Der Grund: Es wurden Spuren von Benzol im Mineralwasser gefunden.
Notwendig ist eine zuverlässige Eingangskontrolle des verwendeten CO2. Nur so lassen sich Verunreinigungen im Gas feststellen, die die Gesundheit der Verbraucher gefährden bzw. die Qualität des Endprodukts (Geschmack, Geruch, Haltbarkeit) negativ beeinflussen könnten. Grundlage für diese Eingangskontrolle sind die Richtlinien der International Society of Beverage Technologists (ISBT) aus dem Jahr 2001. Sie legen verbindliche Obergrenzen für mögliche Verunreinigungen im CO2 fest, das in Lebensmitteln zum Einsatz kommt.
Verunreinigungen auf der Spur
Eine Prüfung des CO2 auf mögliche Verunreinigungen bietet sich bei der Anlieferung des Gases in Tankwagen, Gasflaschen oder anderen Druckbehältern an. Um auch eine Verunreinigung des Gases während des Produktionsprozesses – zum Beispiel durch Schmierfett aus Pumpen oder Kompressoren – zuverlässig ausschließen zu können, arbeiten viele Getränkehersteller mit speziellen CO2-Filtersystemen. Ihre Wirksamkeit wird von entsprechenden Messeinrichtungen kontrolliert.
Die quantitative Bestimmung einiger in der ISBT-Tabelle aufgelisteter Substanzen verlangt aufwändige Labormethoden. Andere lassen sich mit einer Schnelltestmethode erfassen, die sich bereits seit Jahrzehnten in der Arbeitsplatzanalytik bewährt hat: Der Einsatz von Dräger-Röhrchen. Bei vergleichsweise geringen Kosten liefern diese Prüfröhrchen Messergebnisse binnen kurzer Zeit.
Einfaches Funktionsprinzip
Ein definiertes Luftvolumen wird durch das Dräger-Röhrchen geleitet. Hierbei verfärbt sich ein im Röhrchen befindliches Reagenzsystem. Die Stärke der Farbreaktion hängt von der Konzentration der zu messenden Substanz ab und kann auf einer Skala am Röhrchen direkt abgelesen werden. Die Prüfröhrchen werden vom Hersteller kalibriert.
Mit dem von Dräger Safety angebotenen Simultantest lassen sich gleichzeitig bis zu sieben Schadstoffkonzentrationen in CO2 (Niederdruckbereich 3 bar) erfassen. Ein Adapter verbindet die Messeinrichtung direkt mit der Kohlendioxidleitung. Sie enthält Aufnahmevorrichtungen für sieben Dräger-Röhrchen, mit denen die Konzentration folgender Substanzen gemessen werden kann: NH3, NOx, PH3, CO, SO2, H2S und Wasserdampf (Tabelle). Die gespülte und mit den jeweiligen Röhrchen (geöffnet) ausgestattete Messeinrichtung wird fünf Minuten mit dem zu untersuchenden CO2 durchströmt. In Ausnahmefällen, beispielsweise bei der Bestimmung niedriger SO2- und Wasserdampfkonzentrationen, sind längere Messzeiten erforderlich. Jeder einzelne Röhrchenadapter hat einen charakteristischen Widerstand. Er stellt sicher, dass durch das Röhrchen nur das für die Messung erforderliche CO2-Volumen strömen kann. Die Messeinrichtung kann auch eingesetzt werden, wenn man weniger als sieben Verbindungen bestimmen möchte. Denn für eine korrekte Messung muss nicht jeder Röhrchenadapter bestückt sein. Nach Durchströmen der Röhrchen können diese direkt ausgewertet werden. Neben den oben aufgeführten Verbindungen hat Dräger auch Prüfröhrchen für andere Substanzen im Programm, die für die Vor-Ort-Gasanalytik bei Getränkeherstellern interessant sein könnten. Allerdings empfiehlt sich in diesen Fällen die Verwendung eines T-Stückes. Über das eine Ende des T-Stücks erfolgt die drucklose Messung mit Röhrchen und Pumpe, über das andere kann die zu untersuchende Probe abströmen.
Oft ist eine Erweiterung des Messbereichs der Röhrchen über eine Erhöhung der Hubzahl möglich. Soll die Konzentration von verschiedenen organischen Substanzen (z.B. aromatische Verbindungen) nebeneinander bestimmt werden, stehen über die direktanzeigenden Röhrchen hinaus Aktivkohle-Sammelröhrchen zur Verfügung. Sie dienen zur Adsorption dieser Substanzen und werden anschließend einer gaschromatographische Analyse unterzogen. Im Vergleich zum Schnelltest mit direkt anzeigenden Röhrchen ist dieses Verfahren zwar recht zeit- und kostenaufwändig, ermöglicht aber die Analyse komplexer Stoffgemische.
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