Energieeffizienz: Die Kombination macht’s

Sabine Koll

Wer meint, dass Gelatine immer aus Schweineschwarten oder Rinderhäuten besteht, irrt: „In jeder Region werden die Knochen und Häute der dort lebenden Nutztiere verwendet, also zum Beispiel von Geflügel in China und von Fisch in Indien und Kanada“, verrät Herbert Praschak, der bei der GEA Wiegand GmbH in Ettlingen den Bereich Eindampfanlagen leitet. Und da Geflügelknochen und Fischhäute andere Eigenschaften aufweisen als die Schwarten eines deutschen Schweins, ist klar: Die Prozesstechnik zur Herstellung von Gelatine muss darauf abgestimmt werden. Mehr noch: „Gelatine ist alles andere als ein Standardprodukt, da spielen so viele Faktoren in die Herstellung hinein, dass auch wir Prozesstechnikanbieter darauf eingehen müssen“, sagt Praschak. Neben den Rohstoffen sind vor allem die Qualität des Endprodukts, die energetischen Voraussetzungen und örtliche Gegebenheiten beim Kunden entscheidend für die Auslegung der Anlagen. Wichtige Kennzahlen dafür sind unter anderem:

Diese Parameter müssen in den Herstellungsprozess einbezogen werden, der im Prinzip der gleiche ist wie bei der Leimherstellung: Lederabfälle, Tierhäute, Knochen oder Schweineschwarten werden in einem alkalischen oder sauren Extraktionsverfahren zunächst chemisch vorbehandelt. Das heißt, mittels Säuren und Laugen werden die Querverbindungen zwischen den Kettenmolekülen im Kollageneiweiß der Rohstoffe gespalten. Anschließend werden diese hochmolekularen Kollagenbruchstücke mit warmem Wasser als Gelatine oder Leim extrahiert. Dies geschieht je nach Aufschlussverfahren in mehreren Schritten bei verschiedenen pH-Werten und Temperaturen. Im weiteren Verlauf werden die Abzüge filtriert, über Membranen vorkonzentriert, über Ionenaustauscher vor der Membrananlage oder nach der Membrananlage entsalzt sowie in Eindampfanlagen konzentriert und gegebenenfalls sterilisiert und anschließend getrocknet und verpackt.

„Die Kombination aus Membranfiltrations- und Verdampfertechnologie hat sich seit einigen Jahren als sehr effektive Lösung für die Gelatineherstellung erwiesen – insbesondere hinsichtlich des Energieverbrauchs. Steht in einem Betrieb überschüssige Energie wie etwa Trocknerabdampf zur Verfügung, kann die Konzentrierung auch in einem Schritt in einer Eindampfanlage erfolgen“, erklärt Praschak. GEA Wiegand, traditionell der Verdampfertechnologie verhaftet, bietet seit 2002 die Membranfiltration an. „Damals fiel die Entscheidung für den neuen Geschäftsbereich, weil wir erkannt hatten, dass die Kombination von Membran- und Verdampfertechnik in vielen Fällen Vorteile hinsichtlich Energieverbrauch und Produktqualität bietet, wie dies hier bei der Gelatineherstellung der Fall ist“, so der Experte.

Durch die Vorkonzentrierung der Gelatine in Membranen auf 12 bis 18 % lässt sich nach Angaben von GEA Wiegand bis zu 50 % an Energie für die Eindampfung einsparen. Verschiedene Gelatine- und Leimhersteller – wie ein Gelatineproduzent in der Türkei – möchten diesen Effizienzgewinn nutzen und schalten einer bestehenden Eindampfanlage eine Membranfiltrationsanlage vor. Dadurch vergrößern sie ihre Produktionskapazität entscheidend, ohne die alte Technik abschalten zu müssen.

Die Membranfiltration hat aber noch einen weiteren Vorteil: „Bei relativ niedrigen Prozesstemperaturen von 53 bis maximal 63 °C wird die Gelatine nur geringfügig belastet. Dadurch kann bis zu einem bestimmten Aufkonzentrierungsfaktor eine höhere Gelatinequalität im Vergleich zur reinen Eindampfung erreicht werden“, erklärt Christian Diener, Projektmanager bei GEA Filtration.

Die Membranfiltration wird in der Regel ohne Zusatz von Chemikalien betrieben. Die in der wässrigen Phase befindlichen Stoffe verbleiben dabei im Permeat oder im Konzentrat. Je nach gewünschtem Endprodukt setzt GEA Wiegand bei der Gelatine-herstellung Membrananlagen für Ultrafiltration, Nanofiltration oder Umkehrosmose ein. „Dabei sind wir nicht an bestimmte Materialen gebunden, je nach Anforderung setzen wir polymere oder anorganische Membranen aus Keramik ein“, so Diener.

In der Regel kommen bei der Gelatineherstellung mit Schweineschwarten oder Rinderhäuten Polymer-Spiralwickelmembranen für die Ultrafiltration zum Einsatz. Sie stellen aufgrund ihrer kompakten Bauweise und relativ großen Membranfläche pro Element eine kostengünstige Lösung für hohe Strömungsvolumen dar, die wenige oder keine partikulären Inhaltsstoffe enthalten.

„Die Entwicklung in der Membrantechnik geht hin zu höherer Temperaturbeständigkeit und auch zu höherer Membranstabilität“, weiß Diener. „Das heißt, dass beispielsweise Standard-Spiralwickelmembranen seit längerer Zeit auch bei Temperaturen von 70 bis 80 °C – auch im höheren Druckbereich – betrieben werden können. Früher lag die Grenze der Temperaturbeständigkeit bei ungefähr 45 °C. Der Vorteil für die Gelatineherstellung, die bei maximal 63 °C stattfindet, liegt klar auf der Hand: Höhere Aufkonzentrierung bei längeren Standzeiten der Membrananlage. Des Weiteren wird der Zulaufstrom aus unterschiedlichen Abzügen durch die Membrantechnik für nachfolgende Prozessanlagen homogener“, so Diener.

Ein weiterer Vorteil der Membranfiltration für die Gelatineherstellung ist, dass man durch die Integration eines zusätzlichen Bearbeitungsschrittes, der Diafiltration, in die Ultrafiltrationsanlage den Salzgehalt reduzieren kann. Dadurch lässt sich eine bessere Gelatinequalität mit höheren Bloomwerten erzielen. Je nach gewünschtem Endsalzgehalt kann man dann sogar auf den Ionenaustauscher verzichten. In Verbindung mit dem Verdampfer ergibt sich noch ein Plus des Verfahrens: Zur Reinigung der Membrananlage lässt sich das im Verdampfer entstehende Brüdenkondensat verwenden.

Moderne Eindampfanlagen werden immer häufiger mit mechanischer Brüdenverdichtung ausgerüstet. Eine solche Anlage benötigt im Betrieb keinen Frischdampf, sondern nur elektrische Energie für den Betrieb eines einstufigen Radialventilators, der ähnlich wie eine Wärmepumpe funktioniert. Der spezifische Energieverbrauch kann dadurch auf ca. 30 % einer dampfbeheizten Anlage reduziert werden. Es werden lediglich geringe Mengen Dampf beim Anfahren und eventuell für einen nachgeschalteten Hochkonzentrator und die Sterilisationseinheit benötigt.

Betreiben lässt sich eine solche Hybridanlage mit nur einer Steuerung. Praschak: „Wir sind einer der wenigen Anbieter, die beide Technologien entwickeln. Daher sorgen wir auch für eine reibungslose Schnittstelle zwischen Membranfiltration und Eindampftechnik.“

Halle 3, Stand B 41

Online-Info www.dei.de/0310409

Auf der Intervitis Interfructa stehen bei GEA Wiegand sowohl die Eindampf- als auch die Membranfiltrationstechnik für die Fruchtsaftindustrie im Mittelpunkt – etwa für die Pektin-Herstellung: So wird das Pektinextrakt in Fallstrom-Eindampfanlagen mit mechanischem Brüdenverdichter aufkonzentriert. Zur Rückgewinnung des Fällungsalkohols und zur Schlempeaufarbeitung werden Destillations- und Eindampfanlagen eingesetzt, die je nach Anwendungsfall energetisch gekoppelt sind. Das heißt, die Eindampfanlage wird direkt mit dem Abdampf oder Brüden aus der Destillation beheizt. Die Kapazität einer bestehenden Eindampfanlage lässt sich auch hier durch Vorschalten einer Ultrafiltrationsanlage zur Vorkonzentrierung in einer energieeffizienten Weise erhöhen.