Farbintensiv und trubstabil

Vor der Saftenzymierung zum Kolloid- und Pektinabbau erfolgt häufig eine Vorklärung zur Abtrennung größerer Fruchtbestandteile, die während des Pressvorganges beziehungsweise der Tresterextraktion mit in den Saft übergegangen sind. Hier werden Rüttelsiebe oder Zentrifugen eingesetzt.

Die nach der Saftenzymierung folgende Schönung ist unter anderem für die Farbstabilität, -intensität und Trübung des Fruchtsaftes verantwortlich. Sie wird um so aufwändiger und schwieriger, je mehr unerwünschte Bestandteile noch nach der Saftenzymierung vorhanden sind. Schwer klärbare Säfte erfordern aufwändige Schönungs- und Filtrationsmaßnahmen, die zumeist mit Farbverlusten verbunden sind. Zur Schönung werden Bentonite, Gelatine und Kieselsol zugegeben und mittels Drehfiltern abgetrennt. Die Menge der eingesetzten Schönungsmittel kann direkt als Maß für Farbverluste angesehen werden. Welche Schönungsprodukte in welchen Konzentrationen verwendet werden, muss für jede Frucht durch entsprechende Vorversuche mühsam ermittelt werden. Trotz all dieser Maßnahmen erhält man häufig nur ein bedingt stabiles Produkt, oder es kommt zur Nachtrübung aufgrund des hohen natürlichen Gehaltes an Kolloiden in der Frucht. Bei stabilen Säften stellt man dagegen häufig geringere Farbintensitäten fest. Es gilt also einen Kompromiss zwischen Farbintensität und Trubstabilität zu finden.

Die Aufgabe bestand nun darin, ein Filtrationsverfahren zu entwickeln, das aus Säften (Tab. 1), die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurden, farbintensive und trubstabile Saftkonzentrate generieren kann. Die Batchgrößen während der unterschiedlichen Versuche lagen zwischen 60 und 100 m3, die Filtrationstemperaturen zwischen 38 und 48 °C.

Aufgrund der positiven Erfahrungen mit Ultrafiltrationssystemen zur Klärung/Stabilisierung von Apfelsaft wurde zunächst auch bei Buntsäften die Ultrafiltration mit polymeren Rohrmembranen im Versuchsmaßstab eingesetzt. Die Ergebnisse der Standard-Apfelsaftmembranen aus PS bzw. PVDF zeigten jedoch einen zu großen Rückhalt der Farbe (ca. 30 bis 40% bei kons-tanter Konzentration). Änderungen der Betriebsparameter der Ultrafiltrationsanlage (Überströmungsgeschwindigkeit, transmembraner Druck) und des Verarbeitungsverfahrens der Beerenfrüchte bewirkten keine Verbesserung des Ergebnisses. Insbesondere bei schwarzen Säften wurden für bestimmte Anthocyane, die unter anderem für die Farbe verantwortlich sind, Rückhalte von 40 bis 90% gemessen. Die Trubstabilität des filtrierten Saftes wurde als gerade noch stabil bewertet. Die Verwendung offener Polymermembranen in Rohrform wurde durch eingeschränkte Verfügbarkeit begrenzt und erschien wenig erfolgversprechend, da sich bei offenen Membranen die Trubstabilität verschlechtert. Der Einsatz einer Membran für hohen Farbdurchlass (Herstellerangabe) zeigte während der ersten Stunden ein besseres Farbergebnis, die Membran kompaktierte später aber zusehends und ergab dann schlechtere Ergebnisse als mit den zuvor verwendeten (Tab. 2).

Der Einsatz keramischer Membranen mit verschiedenen Trenngrenzen zeigte bemerkenswerte Ergebnisse. Während Mikrofiltrationsmembranen in Bezug auf die Farbausbeute (bezogen auf Rohsaft) brauchbare Ergebnisse zeigten und die Trubstabilität nur mit vollständiger Schönung zufriedenstellend war, konnte mit einer Ultrafiltrationsmembran ein filtrierter Saft (Konzentrat etwa 70° Brix) hergestellt werden, dessen Farbwerte nahe am Rohsaft lagen und dessen Stabilität auch nach Hitze/Kälte-Test als gut beurteilt wurde. Diese Ergebnisse konnten durch Optimierung der Betriebsbedingungen der Ultrafiltrationsanlage weiter verbessert werden (Tab. 2). Die Retentate der Ultrafiltration wurden zur Erhöhung der Ausbeute diafiltriert, wobei festgestellt werden konnte, dass das notwendige Diafiltrationswasser-Volumen bei Polymermembranen (zur Erzielung gleicher Ausbeute) etwa drei mal so groß ist wie bei den Keramikmembranen.

Membransysteme mit keramischen Membranen zeigen bei der Klärung/Stabilisierung von Buntsäften bessere Farbergebnisse und Stabilitäten als konventionell geschönte und geklärte Säfte. Die Forderung nach einer Maximierung der Farbausbeute (bezogen auf Rohsaft) bei einer Verbesserung der Trubstabilität konnte erfüllt werden. Darüber hinaus ist festzustellen, dass weniger Reststoffe anfallen, da auf den Einsatz von Schönungsmitteln weitgehend verzichtet werden kann und sich somit im Retentat neben den Fruchtbestandteilen nur Bentonit befindet.

Membranverfahren zeichnen sich gegenüber konventionellen Verfahren durch weniger Prozessschritte bei der Klärung aus und lassen sich daher automatisieren, woraus sich eine einfache Handhabung für das Bedienpersonal ergibt.

Vorversuche zur Schönung/Klärung sind nicht notwendig, wodurch Fehlerquellen vermieden werden und die Betriebssicherheit des gesamten Prozesses erhöht wird. Zudem ist das Verfahren weniger anfällig gegenüber Schwankungen der Rohsaftqualität.

Die Keramikmembranen zeigten gegenüber den Polymermembranen bei gleichem Rohsaft einen etwa zwei- bis dreimal höheren spezifischen Flux, der sich über den gesamten Batch sehr konstant zeigte. Auffällig war der deutliche Fluxanstieg während der Diafiltration bei roten Säften, was auf einen geringen Deckschichtaufbau schließen lässt, der auch den geringen Bedarf an Diafiltrationswasser zur Erzielung gleicher Endkonzentrationen erklärt. Die Betriebsanlage hat eine Leistung von 8000 bis 10 000 l/h bei roten Säften und 6000 bis 8000 l/h bei schwarzen Säften.

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