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Ultraschallsensorarray zur Analyse von wässrigen Zucker-Ethanol-Gemischen für die zuckervergärende Industrie

Projekt

Ernährung und Verbraucherschutz

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Ernährung und Verbraucherschutz


Förderkennzeichen: AiF 14790 N
Laufzeit: 01.01.2006 - 31.12.2008
Fördersumme: 170.700 Euro
Forschungszweck: Angewandte Forschung

Die hochgenaue Konzentrationsbestimmung der Hauptkomponenten Extrakt und Ethanol ist von jeher von zentraler Bedeutung sowohl für die zuckervergärende Industrie (z.B. Brauwirtschaft, Weinbau, Sektkellereien), als auch für die weiterverarbeitende Industrie (z. B. Genussspirituosen, Bioethanolherstellung). In vielen Prozessschritten werden dazu Analysen im Prozess und im Labor vorgenommen. Ultraschallgeschwindigkeitsmessungen sind seit Jahren zur Konzentrationsmessung reiner Zuckerlösungen etabliert. Mit kommerziellen Systemen werden dabei bereits hohe Genauigkeiten von 0,5 g/l Zucker erreicht. Bei der gleichzeitigen signifikanten Anwesenheit einer weiteren Substanz, wie beispielsweise Ethanol, versagen diese Messsysteme. Eine zweite Messgröße wird zu einer spezifischen Extrakt- bzw. Ethanolanalyse benötigt, wozu derzeit nahezu ausschließlich kombinatorische physikalische Messverfahren verwendet werden. Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, dass sie zwei komplett unterschiedliche Messsysteme einsetzen, eine spezielle Kalibrierung erfordern und zusätzliche - teilweise methodenabhängige - Probenaufbereitungsschritte benötigen. Es existiert keine Methode, die ohne diese Konditionierung auskommt, und direkt gleichzeitig auf den Extrakt- und Ethanolgehalt abbildet. Dies führt zwangsläufig zu einem komplexen Messaufbau, der mit hohen Kosten und beträchtlichem Service- und Wartungsaufwand einhergeht. Der Erwerb und die Wartung eines derartigen Systems sind mit einem hohen finanziellen Aufwand verbunden, was insbesondere für kleine und mittlere Betriebe einen Kostenfaktor darstellt. Eine Online- Prozessanalyse von Zucker und Ethanol ist mit keinem dieser Systeme wirtschaftlich möglich. Ziel des Forschungsvorhabens war deshalb die Entwicklung und Evaluierung eines Messverfahrens zur simultanen Zucker/Ethanol-Bestimmung. Das System basiert auf einem Ultraschallsensorarray, der im Vergleich zu den etablierten Messverfahren: • lediglich eine Sensoreinheit verwendet, • zu einem geringeren Preis als etablierte Verfahren angeboten werden kann, • Zucker und Ethanol in beliebigen Konzentrationsverhältnissen, aber insbesondere auch „hefeunphysiologischen“ Relationen analysiert, • über die normalen Analysenwerte hinaus die Bestimmung weiterer Qualitätsgrößen zulässt (Kohlendioxidgehalt, weitere Analyse des Zuckerspektrums), • eine von der vorliegenden Probe unabhängige Kalibrierung aufweist, • keine Aufbereitung der Probe erfordert und AiF 14790 N 2 • Ergebnisse in zu etablierten Verfahren vergleichbarer Genauigkeit bereitstellt sowie • Potential für eine spätere online-Anwendung besitzt.

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