Hans-Karl Soest
Zuckerrohr (Saccharum officinarum) und Zuckerrüben (Beta vulgaris) sind die wichtigsten Rohstoffe für die industrielle Zuckerproduktion.
Rohzuckerlösungen, die durch Extraktion von Rübenschnitzeln gewonnen werden, und in noch stärkerem Maße der Presssaft des Zuckerrohrs sind von Natur aus gelbbraun bis braun gefärbt. Diese Färbung verstärkt sich im Laufe der Aufarbeitung aufgrund enzymkatalysierter und wärmeinduzierter Vorgänge. Dazu gehören die Maillard-Reaktion von Zuckern und Aminosäuren sowie die enzymatische Bräunung ebenso wie die Karamellisierung. Außerdem werden gefärbte Produkte durch den alkalischen Abbau von Zuckern gebildet. Die Farbintensität wird photometrisch nach ICUMSA ermittelt [1], in ICU (International Color Units) angegeben und dient als wichtiges Qualitätskriterium. Auf dem Weg zu schneeweißem Kristallzucker oder wasserklaren Zuckerlösungen für den industriellen Einsatz etwa in der Getränkeindustrie werden Ionenaustauscher zu verschiedenen Zwecken eingesetzt.
Im Zuge des klassischen Austauschs von Ionen ermöglichen vorwiegend gelartige Ionenaustauscher die selektive Entfernung von Mineralsalzen aus den Lösungen. Diese Salze würden sonst den Geschmack des Zuckers sowie der daraus hergestellten Produkte verfälschen.
Darüber hinaus können speziell makroporöse Ionenaustauscher auch als Absorber eingesetzt werden, um farbige Verunreinigungen effizient zu binden und so aus den Lösungen zu entfernen. Dabei spielen sowohl ionische Wechselwirkungen mit den Verunreinigungen als auch hydrophobe Wechselwirkungen zwischen den unpolaren Bereichen der farbgebenden Moleküle und der Harzmatrix eine Rolle. Je nach Verunreinigungsgrad bzw. Farbintensität der Lösungen werden ein- oder mehrstufige Reinigungsverfahren eingesetzt, gegebenenfalls auch Kombinationen unterschiedlicher Harze.
Die Entfärbung mit Ionenaustauschern ergänzt dabei klassische Reinigungsoperationen, deren wichtigste die Kristallisation ist. Auch eine Klärung durch Carbonatation und Phosphatation, bei denen die Verunreinigungen ausgefällt werden, sowie das Abwaschen (Affination) der Verunreinigungen vom Kristallbrei (Magma) werden zur Reinigung eingesetzt.
Besonders bei nur mäßig gefärbten Lösungen (< 1000 ICU) sind Absorberharze den traditionell verwendeten Aktivkohlefiltern überlegen. Die Regeneration solcher Kohlefilter ist nicht nur wesentlich aufwendiger, sie kann in der Regel auch nicht am Einsatzort erfolgen, was zusätzliche Kosten verursacht und die Produktivität der Anlagen vermindert. Demgegenüber lassen sich die mit Farbstoffmolekülen beladenen Ionenaustauscher durch einfaches Waschen mit einer Kochsalzlösung vor Ort rasch wieder einsatzfähig machen – und das über viele Zyklen hinweg.
