BMA untersucht die Kristallisation von Zuckerersatzstoffen
Im Januar 2019 gab das finnische Unternehmen Fazer bekannt, dass es eine Anlage zur Herstellung des Zuckerersatzstoffs Xylit errichten werde. Dies ist der Hintergrund unserer Untersuchung zum Kristallisationsverhalten von Lösungen, die Xylose oder Xylit enthalten.
Von Fazer in Auftrag gegebene Studie
Da es sich bei den verwendeten Haferhülsen um einen neuen Rohstoff handelt, weisen die Kristallisationslösungen eine spezifische Zusammensetzung auf, deren Auswirkungen auf den Kristallisationsprozess untersucht werden mussten. Anfang 2019 beauftragte Fazer das Unternehmen BMA mit der Untersuchung des Kristallisationsverhaltens von wässrigen Lösungen, die Xylose oder Xylit enthalten.
Aufgrund ihrer unterschiedlichen chemischen Strukturen weisen die beiden Zucker auch unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften auf. Die spezifische Zusammensetzung der wässrigen Lösungen führt zu spezifischen Löslichkeiten und zu einem charakteristischen Kristallwachstum mit unterschiedlichen Kristallformen, -größen und -ausbeuten. Diese Eigenschaften mussten für die Auslegung der Kristallisationsprozesse und der Apparate entweder überprüft oder ermittelt werden. Dies erforderte einen besonderen Ansatz bei den Untersuchungen.
Hochpräzise Daten von BMA
Löslichkeitsdaten sind eine Grundvoraussetzung für die Durchführung von Kristallisationstests. BMA hat ein Verfahren entwickelt, mit dem sich sehr genaue Löslichkeitsdaten in Abhängigkeit von der Reinheit, dem Trockensubstanzgehalt und der Temperatur der bereitgestellten technischen Lösungen ermitteln lassen. Auf der Grundlage der Ergebnisse von Versuchen mit diesem Verfahren konnten geeignete Parameter für den Kristallisationsprozess festgelegt werden.
Im Rahmen der Kristallisationstests wurden sowohl der „ Verdampfungskristallisation “-Prozess als auch die Kristallisation durch Abkühlung unter Verwendung verschiedener Prozessparameter untersucht und deren Auswirkungen auf den Kristallgehalt, die Ausbeute und die technische Machbarkeit ermittelt. Relevante Eigenschaften wie Dichte, Viskosität und Siedepunkterhöhung wurden für die Lösungen und Kristallsuspensionen in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren wie Temperatur, Reinheit, Trockensubstanzgehalt und gegebenenfalls Kristallgehalt bestimmt. Diese Eigenschaften sind beispielsweise für die Berechnung von „ Wärmedurchgang “-Prozessen bei der Anlagenauslegung erforderlich.
Zur Untersuchung der Kristalle wurde die flüssige Phase (Muttersirup) in einer Zentrifuge von der Kristallsuspension (Magma) abgetrennt. Die so gewonnenen Kristalle wurden anschließend in Trocknungsversuchen verwendet, um die Konstruktion des Trockners zu überprüfen und die Trocknungsparameter zu ermitteln.
Morphologische Eigenschaften von Xylosekristallen während der Kristallwachstumsphase
Anregungen für die technische Umsetzung
Die Testergebnisse wurden ausführlich mit Fazer besprochen, woraufhin die Prozessbedingungen für eine technische Umsetzung der Kristallisationsverfahren festgelegt wurden. Auf dieser Grundlage konnten wir Fazer modifizierte Anlagen aus dem BMA-Portfolio anbieten. Im Sommer 2019 erteilte Fazer BMA den Auftrag zur Lieferung, Montage und Inbetriebnahme von Anlagen zur Kristallisation mit Verdampfungskristallisation n und Kühl n für Xylose und Xylit sowie zur Lieferung einer Trocknungsanlage für die kristallinen Produkte.
Xylose
- Xylose ist ein Einfachzucker. Sie ist einer der Bausteine der Hemicellulose Xylan (ein Kohlenhydrat mit höherem Molekulargewicht) und kommt in Birken- und Buchenholz, in Stroh, Maiskolben und in Haferhülsen vor. Xylose ist der Ausgangsstoff für die Herstellung von Xylit.
Xylitol
- Xylit ist ein Zuckeralkohol, dessen Name sich vom griechischen Wort für „Holz“, xylon, ableitet und der in geringen Mengen in einigen Obst- und Gemüsesorten vorkommt. Fazer plant, in naher Zukunft in Finnland mit der Produktion von Xylit aus Haferhülsen zu beginnen. Aufgrund seiner besonderen Eigenschaften (Xylit ist nicht kariogen und fast so süß wie Saccharose, hat aber etwa 40 Prozent weniger Kalorien) wird Xylit in der Lebensmittelindustrie vor allem als Zuckerersatzstoff verwendet. Auch in der Pharmazie, der Kosmetik und der grünen Chemie spielt es eine zunehmend wichtige Rolle.