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Ultraschallsensorarray zur Analyse von wässrigen Zucker-Ethanol-Gemischen für die zuckervergärende Industrie
Projekt
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
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• Ergebnisse in zu etablierten Verfahren
vergleichbarer Genauigkeit bereitstellt sowie
• Potential für eine spätere online-Anwendung
besitzt.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Verfahrenstechnik Lebensmittel
Ausführende Einrichtung
Institut für Lebensmittelwissenschaft und Biotechnologie (150)