Zahlreiche Nahrungs- und Genussmittel werden mit Kristallzucker gesüßt. In Mitteleuropa dienen seit jeher Zuckerrüben als wichtigste Zuckerquelle. Während der Herstellung des Zuckers aus den Zuckerrüben erfolgt u. a. eine Carbonatation. Dieser Prozessschritt gewährleistet, dass aus Rüben – die von Natur aus 20 % Zuckeranteil enthalten – das bekannte Süßungsmittel wird. Dabei beeinflusst nicht zuletzt der pH-Wert im Prozess die Qualität des Produktes.
Im Schnitt benötigt man für die Herstellung von 1 kg Zucker 7 kg Rüben. Nach der Anlieferung werden diese zunächst gereinigt und zu Schnitzeln zerkleinert. Anschließend erfolgt mithilfe von ca. 70 °C heißem Wasser die Extraktion des Zuckers. Das Ergebnis ist ein Rohsaft, der nochmals geklärt werden muss.
Bei der Reinigung des Rohsaftes nutzt man die Carbonatation. Sie bewirkt, dass die Nebenstoffe gebunden und vom Zucker getrennt werden. Zu Beginn enthält der Rohsaft ca. 99 % des in den Rüben enthaltenen Zuckers sowie zahlreiche andere organische und anorganische Stoffe. Um die für das reine Endprodukt störenden Bestandteile zu entfernen, wird zunächst Kalkmilch (Kalziumhydroxid) in den Rohsaft eingeleitet, sodass die vorhandenen Säuren neutralisiert werden und sich mit den Nichtzuckerstoffen in Form von lockeren Rückständen verbinden. Anschließend wird dem Rohsaft gasförmiges CO2 zugeführt. Dieses reagiert mit dem Kalziumhydroxid zu Kalziumkarbonat (Kalk) und in Kombination mit den Nichtzuckerstoffen entsteht ein Niederschlag.
Bei der ersten Carbonatation wird das CO2 bei einer Temperatur von rund 90 °C eingeleitet, wobei der pH-Wert im Bereich von 11,1 bis 11,6 gehalten wird. Auf diese Weise können die meisten Stoffe entfernt werden, wobei allerdings auch viel Zucker verloren geht. Um diesen zurückzugewinnen, wird der Filterkuchen gewaschen und das Waschwasser erneut einer Carbonatation unterzogen. Dieser Vorgang wird anschließend ein zweites Mal durchgeführt und erneut wird Kohlendioxid eingeleitet, welches den pH-Wert des Produktes beeinflusst. Dadurch können der übrige Kalk und Nichtzuckerstoffe entfernt werden, es entsteht der sogenannte Dünnsaft. Voraussetzung für die vollständige Klärung ist die richtige Einstellung sowie Überwachung des pH-Wertes. Ist er zu hoch, verstopfen die Filter sehr schnell. Ist er wiederum zu niedrig, löst sich ein Teil des Filterkuchens wieder auf. Optimal für eine reibungslose Zuckergewinnung ist im zweiten Carbonatationsschritt daher ein pH-Wert von 9,1 bis 9,2. Den exakten Wert zu messen und konstant zu halten ist von entscheidender Bedeutung.
Aus dem gereinigten Dünnsaft entsteht nach mehreren Verdampfungsschritten der Dicksaft. Aus diesem wird durch Kristallisation das Endprodukt gewonnen.
Aufgrund der hohen Prozesstemperaturen, die teilweise mehr als 90 °C betragen, müssen die pH-Sensoren hart im Nehmen sein. Und auch die Tatsache, dass das Prozessmedium viele Feststoffe enthält (Kalk und klebrige Bestandteile) stellt eine echte Herausforderung dar. Denn um den Kalk und die anderen Feststoffe vom Sensor zu entfernen, muss dieser alle 90 min mit Säure gereinigt werden. Zudem ist dreimal pro Tag eine Kalibrierung erforderlich. Die Montage des Sensors in einer Wechselarmatur stellt sicher, dass er schnell und ohne Prozessunterbrechung gereinigt und kalibriert werden kann.
