Weiß ist nicht gleich Weiß

Klaus Koehler, Pernille Borre Arskog, Ji Hoong Too

Benötigte man bisher eine weiße Farbe mit hohem Lichtbrechungsindex und höchster Deckkraft, blieben nur künstliche Farben auf Basis von Titandioxid. In Zeiten, in denen immer mehr Verbraucher infolge eines höheren Gesundheitsbewusstseins natürliche Inhaltsstoffe bevorzugen, stellen immer mehr Lebensmittelproduzenten von künstlichen auf natürliche Farben um. Nur im Falle der Farbe Weiß war das schwierig. Händeringend wurde nach einer natürlichen Alternative zu titandioxidhaltigen Farben gesucht. Und die Suche war erfolgreich: Die Farbspezialisten von Chr. Hansen haben ein natürliches Weiß ohne Titandioxid entwickelt: CapColors White 100 WSS-P. Es basiert auf Calciumcarbonat.

Calciumcarbonat ist in Europa bereits als Lebensmittelfarbe (E170) zugelassen. Natcol, die Vereinigung für natürliche Lebensmittelfarben, hat es als natürliche Farbe eingestuft. In den USA kann Calciumcarbonat als Überzugsmittel eingesetzt werden, seine Einstufung als Lebensmittelzutat läuft.

Das von der Lebensmittelindustrie geforderte Weiß wird von Farbschattierung und Reinheit des Farbtons sowie von der Deckkraft oder Lichtundurchlässigkeit beeinflusst. Die Farbschattierung und Reinheit des Farbtons wird vom Kristallgitter bestimmt, während die Deckkraft oder Lichtundurchlässigkeit von der Teilchenstruktur beeinflusst wird. Während das Kristallgitter für das ausgewählte Pigment charakteristisch ist, kann die Teilchenstruktur in der Produktrezeptur optimiert werden. Lichtundurchlässigkeit ist ein Maß dafür, wie ein Pigmentüberzug die Oberfläche verdeckt. Sie hängt von der Fähigkeit des Überzugs ab, Licht zu absorbieren und zu streuen. Je mehr Licht gestreut wird, desto höher ist die Lichtundurchlässigkeit. Es gibt einige Faktoren, die die Lichtundurchlässigkeit beeinflussen. Hauptfaktor ist der Lichtbrechungsindex (BI), der die Fähigkeit einer Substanz erfasst, Licht zu beugen. Der Unterschied zwischen dem Lichtbrechungsindex des Pigments und dem des Mediums, in dem es aufgelöst wird, ergibt den Trübungseffekt. Da Titandioxid über einen sehr hohen Lichtbrechungsindex verfügt, wird es als Trübungsmittel eingesetzt. In der Rutil-Kristallform verfügt Titandioxid über einen BI von 2,76, während es in der Anatas-Kristallform einen BI von 2,55 aufweist. Calciumcarbonat hat einen BI von 1,58, also einen geringeren Lichtbrechungsindex als Titandioxid. Dieser Wert ist pigmentspezifisch und konstant. Es gibt aber noch andere Faktoren, die die Lichtundurchlässigkeit und damit die Deckkraft eines Pigmentüberzugs beeinflussen.

Die Teilchengröße des Pigmentes ist ein Faktor, der bei der Lichtundurchlässigkeit eine wichtige Rolle spielt. Wenn die Teilchengröße sinkt, nimmt die gesamte Oberfläche einer gegebenen Materialmenge zu. Daher steigen das Reflexionsvermögen und die Lichtstreuung. Allerdings nimmt die Lichtstreuung nur bis zu einer bestimmten Teilchengröße zu. Fällt letztere weiter, sinkt auch die Lichtstreuung. An diesem Wendepunkt – so eine Faustregel – ist die Teilchengröße kleiner als die Hälfte der Wellenlänge des zu streuenden Lichts. Jede weitere Abnahme der Teilchengröße führt zu mehr Lichtdurchlässigkeit.

Auch die Teilchengrößenverteilung beeinflusst die Lichtundurchlässigkeit der Pigmente. Im Allgemeinen ergibt eine weite Teilchengrößenverteilung trübe, schmutzig aussehende Farbtöne und weniger Deckkraft. Je enger die Teilchengrößenverteilung ist, desto besser ist die Lichtstreuung. Gleiches gilt für die Lichtundurchlässigkeit, sie wird stärker. Das ist der Homogenitätsfaktor.

Pures, unveredeltes Calciumcarbonat ergibt keine intensive weiße Farbe. Das Ergebnis würde ein grauer Farbton mit geringer Deckkraft sein. Das liegt an dem generellen Problem, dass kleine Teilchen zu Agglomeration neigen. Agglomeration weitet die Teilchengrößenverteilung aus und führt damit zum unerwünschten schmutzig grauen Farbton. Mithilfe der patentierten Verkapselungstechnologie von Chr. Hansen lässt sich die Agglomeration von Teilchen deutlich reduzieren und die optimale Teilchengröße einstellen. Das Ergebnis ist ein verkapseltes Calciumcarbonat mit maximaler Lichtstreuung. Auf diese Weise wird die Deck- oder Bleichungskraft von CapColors White erreicht. Aufgrund der Herkunft des Calciumcarbonats und des Verkapselungsmittels ist CapColors White 100 WSS-P als vegetarisch, koscher und halal zertifizierbar.

Es gibt verschiedene natürliche Quellen für Calciumcarbonat. Das Spektrum reicht von Kalkstein über Muschel- bis hin zu Eierschalen. Das Salz wird traditionell in unterschiedlichsten Bereichen der Lebensmittelindustrie eingesetzt. In Nahrungsergänzungsmitteln dient es als Calciumquelle. In der Süßwarenindustrie wird es oft als Füllstoff eingesetzt. In der Kaugummiproduktion nutzt man es als Trennmittel.

Die Spezialisten von Chr. Hansen haben CapColors White 100 WSS-P in dragierten Süßwaren, beispielsweise in Kaugummi und Schokoladendragees, getestet. Es hat in diesen Produkten gute Ergebnisse erzielt. Ein visueller bzw. geschmacklicher Unterschied zu Produkten, die mit Titandioxid gefärbt wurden, konnte nicht festgestellt werden. CapColors White 100 WSS-P erzeugt auf Schokolinsen eine gute Deckschicht, die für andere Farben eine gute Grundlage darstellt. Weiterer Pluspunkt: Im Vergleich zu Titandioxid ist CapColors White 100 WSS-P viel leichter zu dispergieren und damit sehr angenehm in der Verarbeitung. Die Leistungsfähigkeit von CapColors White 100 WSS-P wurde auch in zuckerfreiem Kaugummi getestet. Die Ergebnisse waren positiv. Es zeigte sich, dass CapColors White 100 WSS-P auch in dieser Anwendung ein gleichwertiger Ersatz für das chemisch hergestellte Titandioxid ist. Hinzu kommt, dass CapColors White 100 WSS-P die Oberflächenbeschaffenheit der zuckerfreien Schichten nicht negativ beeinflusst. Das ist wichtig, denn die Verbraucher schätzen eine glatte Oberfläche bei derartigen Produkten.

Wesentlicher Bestandteil von CapColors White 100 WSS-P ist Calciumcarbonat. Es ist daher für den Einsatz der Farbe in wäßrig-sauren Produkten nicht geeignet. Das Calciumcarbonat würde sich in der sauren Lösung unter Bildung von Kohlendioxid zersetzen. Die Geschwindigkeit dieser Zersetzungsreaktion hängt von der Stärke der Säure ab.

Untersuchungen haben allerdings auch gezeigt, dass CapColors White 100 WSS-P in Hartkaramellen mit niedrigem pH-Wert eingesetzt werden kann. Voraussetzung ist, dass die Matrix nicht zu lange heiß gehalten wird. Die Bildung von Kohlendioxid führt zu Luftblasen und damit zu einer Verbesserung der Weißfärbung.

Halle 10.1, Stand B10

Online-Info www.dei.de/0210417