Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Herstellung von Pektin-Mikrogelpartikeln zur Trübung und zur Stabilisierung von Getränkeemulsionen

Alkoholfreie Erfrischungsgetränke, wie z.B. Limonaden, zeichnen sich meist durch ihre typische Zitrusnote sowie häufig durch eine homogene Trübung aus. Um beide Eigenschaften im Getränk zu erzielen, werden oft Öl-in-Wasser-Emulsionen eingesetzt. Aromaölemulsionen verleihen der Limonade ihren typischen Geschmack. Emulsionen basierend auf Triglycerid-Ölen sorgen für eine Trübung des Getränks.

Um eine Entmischung und somit eine verkürzte Haltbarkeit zu verhindern, ist es notwendig, Erfrischungsgetränke zu stabilisieren, wobei aus technologischer Sicht der Einsatz geeigneter Stabilisatoren oder Emulgatoren unabdingbar ist. Polyelektrolytische Biopolymere, wie Pektine, könnten sich zur Emulsionsstabilisierung eignen. Die Gelbildung von Pektin mit einwertigen Kationen ist bisher aber nur wenig untersucht, da zur Gelierung typischerweise mehrwertige Kationen, wie Calciumionen, eingesetzt werden. Neben der Verwendung als Emulgierhilfsstoff könnten Pektin-Mikrogelpartikel auch als eigenständige funktionelle Inhaltsstoffe von Erfrischungsgetränken eingesetzt werden, um eine Trübung in Erfrischungsgetränken zu erzeugen. Für beide Anwendungsmöglichkeiten (Stabilisierungsmittel von Emulsionen oder Trübungsmittel) ist die Größe, Stabilität und Dichte der Mikrogelpartikel wichtig für deren Funktionalität. Dies bedingt ein ausreichendes Verständnis des Einflusses der Herstellparameter auf diese Charakteristika.

Ziel des Vorhabens ist es aufzuzeigen, wie der Herstellungsprozess der Pektin-Mikrogelpartikel so gestaltet werden kann, dass gezielt die für die jeweilige Anwendung gewünschten Partikeleigenschaften erzeugt werden können und wie sich die gebildeten Mikrogelpartikel auf die Getränkeeigenschaften auswirken. Der potenzielle Nutzerkreis ist groß und schließt eine Vielzahl innovativer KMU der Getränke-, Aromen- und Süßwarenindustrie sowie die Pektinhersteller ein, die auf Basis der Ergebnisse neue oder verbesserte Produkte entwickeln können.

Ergebniszusammenfassung:

Zwei Methoden zur Partikelherstellung wurden getestet: SHM-Blendensystem und Emulsionspolymerisation. Mikrogele aus Citruspektin und Pektinsäure konnten erfolgreich mit Partikeldurchmessern von 1 bis 10 µm produziert werden. Im Anschluss wurden die Grenzflächenaktivität und Trübungswirkung der so hergestellten Mikrogel-Partikeln aus Pektinsäure bestimmt. Es wurde gezeigt, dass Mikrogele in relevanter Konzentration keine Grenzflächenaktivität zeigen. Dies deutet auf ein Pickering-Verhalten hin. Außerdem wurde festgestellt, dass die Trübungswirkung der Gele eine Funktion der Konzentration ist. Es konnte mit 4 vol% Partikeln dieselbe Trübung wie bei einer kommerziellen Limonade erreicht werden. Außerdem wurde die Hitzebeständigkeit von Mikrogelen aus Pektinsäure überprüft und bestätigt, indem diese mit einem für die Pasteurisation typischen Temperatur-Zeit-Profil belastet wurden.

Des Weiteren wurden Emulsionen hergestellt, die mit Mikrogelen aus Pektinsäure, Zuckerrübenpektin oder aus amidiertem Pektin stabilisiert wurden. Es gelang, feindisperse Emulsionen mit Öltropfen von 0,1-1 µm mittels Hochdruckhomogenisation herzustellen. Es war kein Einfluss des Prozessdrucks auf das Emulgierergebnis messbar. Außerdem zeigten Mikrogele aus verschiedenen Pektintypen keine Unterschiede in der Emulgierwirkung. Diese Emulsionen waren über 3 Wochen stabil.

Weiterhin wurden Erfrischungsgetränke hergestellt, in denen Mikrogele aus Pektinsäure, amidiertem Pektin und Apfelpektin als Emulgierhilfsstoff und Trübungsmittel eingesetzt wurden. Dabei wurde gezeigt, dass die Mikrogele aus verschiedenen Pektintypen unterschiedlich empfindlich gegenüber pH und Ionenstärke sind, obwohl sie das gleiche Emulgierverhalten aufweisen. Aus diesem Grund ist die Wahl eines geeigneten Pektintyps für die gewünschte Anwendung wichtig. So kann das Auftreten von Flocken vermieden und die Stabilität der Emulsion und Aufrechthaltung der Trübungswirkung gewährleistet werden.