[Translate to Deutsch:] Xylosekristalle

Vom Labor zum industriellen Prozess

BMA untersucht Kristallisation von Zuckeraustauschstoffen

Im Januar 2019 gab das finnische Unternehmen Fazer bekannt, eine Produktionsanlage für den Zuckeraustauschstoff Xylitol zu errichten. Damit verbunden: unsere Studie zum Kristallisationsverhalten von wässrigen xylose- und xylitolhaltigen Lösungen.

In Lahti erfolgte die Grundsteinlegung für das neue Werk in unmittelbarer Nachbarschaft zur konzerneigenen Hafermühle. Die in der Mühle anfallenden Haferspelzen, die zurzeit ausschließlich zur Energiegewinnung eingesetzt werden, sollen in Zukunft in dem von Fazer entwickelten Verfahren die Rohstoffbasis für die Xylitol-Produktion bilden, was diesen Prozess innovativ und einzigartig macht. 

Mehrere unterschiedliche Prozesschritte sind notwendig, um aus den Haferspelzen zunächst Xylose zu gewinnen und dann im weiteren Verlauf des Prozesses Xylitol herzustellen. Ein Verfahrensschritt in dieser Kette ist die Kristallisation der beiden Zucker aus wässrigen Lösungen, nachdem sie den Vorprozess verlassen haben. 

Auftragsstudie für Fazer

Durch die Verwendung von Haferspelzen als neue Rohstoffquelle haben die zu kristallisierenden Lösungen eine spezifische Zusammensetzung, deren Auswirkung auf den Kristallisationsprozess zu beurteilen war. Anfang 2019 erhielt BMA von Fazer den Auftrag, das Kristallisationsverhalten von wässrigen xylose- und xylitolhaltigen Lösungen zu untersuchen.  

Aufgrund ihrer unterschiedlichen chemischen Struktur besitzen die beiden Zucker auch unterschiedliche chemisch-physikalische Eigenschaften. Die spezifische Zusammensetzung der wässrigen Lösungen führt zu spezifischen Löslichkeiten, charakteristischem Kristallwachstum mit verschiedenen Kristallformen, -Größen und -Ausbeuten. Stoffdaten für die Auslegung der Kristallisationsprozesse und der Apparate mussten überprüft oder ermittelt werden. Das erforderte eine spezielle Vorgehensweise bei den Untersuchungen.

BMA ermittelt präzise Daten

Informationen zur Löslichkeit sind eine Grundvoraussetzung für die Durchführung von Kristallisationsversuchen. Eine von BMA entwickelte Methode gestattet es, sehr genaue Löslichkeitsdaten in Abhängigkeit von der Reinheit, dem Trockensubstanzgehalt und der Temperatur der bereitgestellten technischen Lösungen zu ermitteln. Im Ergebnis der Untersuchungen konnten geeignete Prozessparameter für die Kristallisation festgelegt werden. 

Bei den Kristallisationsversuchen wurde sowohl die Verdampfungs- als auch die Kühlungskristallisation untersucht, Prozessparameter variiert und deren Einfluss auf Kristallgehalt, Ausbeute und technische Durchführbarkeit bestimmt. Relevante Stoffdaten wie Dichte, Viskosität und Siedepunkterhöhung, die unter anderem für die Berechnung von Wärmeübergangsprozessen bei der Apparateauslegung notwendig sind, wurden von Lösungen und Kristallsuspensionen in Abhängigkeit verschiedener Einflussfaktoren wie Temperatur, Reinheit, Trockensubstanzgehalt und gegebenenfalls Kristallgehalt ermittelt.

Kristallsuspension zu Beginn der Kristallwachstumsphase ...
und im weiteren Verlauf des Kristallisationsprozesses

Zur Beurteilung der Kristalle wurde die flüssige Phase (Mutterlösung) von der Kristallsuspension (Magma) mittels Zentrifuge abgetrennt. Die erhaltenen Kristalle wurden anschließend für Trocknungsversuche zur Überprüfung der Trocknerauslegung und zum Festlegen der Trocknungsparameter verwendet.

Morphologische Eigenschaften von Xylosekristallen im Verlauf der Kristallwachstumsphase

Impulse für technische Umsetzung

Die Ergebnisse der Untersuchungen wurden intensiv mit Fazer diskutiert und die Prozessbedingungen abschließend für die technische Umsetzung der Kristallisationsprozesse festgelegt. Auf dieser Basis konnten  modifizierte Apparate aus dem BMA-Portfolio angeboten werden . Im Sommer 2019 erhielt BMA den Auftrag zur Lieferung, Montage und Inbetriebnahme von Ausrüstungen zur Verdampfungs- und Kühlungskristallisation von Xylose und Xylitol sowie zur Lieferung einer Trocknungsanlage für die kristallinen Produkte.  

Durch die Anwendung spezifischer Untersuchungsmethoden ist BMA in der Lage, das Kristallisationsverhalten verschiedener Zucker zu beurteilen, Varianten für den technischen Prozess zu empfehlen, Apparate und Ausrüstungen entsprechend auszulegen und an die spezifischen Besonderheiten der verschiedenen Produkte anzupassen.

Xylose

  • Xylose ist ein Einfachzucker (Monosaccharid), der als Baustein der Hemicellulose Xylan (höhermolekulares Kohlenhydrat) im Holz von Birke und Buche, in Stroh, Maisspindeln und auch in Haferspelzen zu finden ist. Xylose ist Ausgangsprodukt für die Herstellung von Xylitol.  

Xylitol

  • Xylitol, auch als Holzzucker bekannt, kommt in geringen Mengen in einigen Früchten und Gemüsesorten vor und soll in naher Zukunft in Finnland von der Firma Fazer aus Haferspelzen hergestellt werden. Der Zuckeralkohol Xylitol findet aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften (nicht kariogen, etwa 40 Prozent weniger Kalorien bei etwa gleicher Süßkraft im Vergleich zur Saccharose) als Zuckeraustauschstoff überwiegend in der Lebensmittelindustrie Verwendung; er spielt aber auch in den Marktsegmenten Pharma, Kosmetik und Green Chemistry eine immer stärkere Rolle. 

BMA Technikum
BMA betreibt seit vielen Jahren ein Labor und Technikum, um neue innovative Verfahren für Kunden zu erproben. Im Mittelpunkt der dortigen Arbeit stehen ...