DE102015109344A1 - Process and apparatus for removing or reducing nitrogen or sulfur compounds from liquid foods or precursors thereof - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung oder Verminderung von den Geruch o/u den Geschmack negativ beeinflussenden Stickstoff- oder Schwefelverbindungen aus flüssigen Lebensmitteln oder Vorstufen davon, wobei die Verbindungen durch eine Membran hindurchdiffundieren und dergestalt umgewandelt oder adsorbiert werden, dass ihre Diffusion zurück in das flüssige Lebensmittel unmöglich wird.The invention relates to a process for the removal or reduction of the odor or taste negatively affecting nitrogen or sulfur compounds from liquid foods or precursors thereof, which compounds diffuse through a membrane and are thus converted or adsorbed so that their diffusion back into the liquid food becomes impossible.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung oder Verminderung von Stickstoff- und/oder Schwefelverbindungen aus flüssigen Lebensmitteln oder Vorstufen davon, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a process for the removal or reduction of nitrogen and / or sulfur compounds from liquid foods or precursors thereof, and to an apparatus for carrying out the process.
Wie bei jedem biologischen Produkt ist auch Wein zum Teil starken Schwankungen in Qualität und Geschmack unterworfen. Eine unerwünschte Beeinflussung von Geruch, Geschmack und Aussehen kann hohe Einbußen für den Produzenten zur Folge haben. As with any organic product, wine is sometimes subject to strong fluctuations in quality and taste. An undesirable influence on smell, taste and appearance can result in high losses for the producer.
Weinfehler ist eine Sammelbezeichnung für unerwünschte Geschmacks-, Geruchs- oder optische Eindrücke im Wein. Diese können entweder bei der Produktion entstehen (z. B. bei der Gärung), bei der Lagerung (z. B. Oxidation) oder durch externe Materialien (z. B. Korkfehler) in den Wein gebracht werden. Werden die Mängel durch Mikroorganismen verursacht, werden sie als Weinkrankheit bezeichnet.Weinfehler is a collective name for unwanted taste, smell or visual impressions in the wine. These can either be produced during production (eg during fermentation), brought into the wine during storage (eg oxidation) or through external materials (eg cork faults). If the deficiencies are caused by microorganisms, they are called wine sickness.
Neben Trübungen sind gerade Geruchs- und Geschmacksfehler durch mikrobiologische Stoffwechselprodukte und chemisch verursachte Farb-, Geruchs- und Geschmacksfehler von großer Bedeutung. So können Essignote oder Lösungsmittelton durch die Anwesenheit von Essigsäure oder Ethylacetat entstehen.In addition to cloudiness, odor and taste defects due to microbiological metabolites and chemically caused color, odor and taste defects are of great importance. Thus Essignote or Lösungsmittelton can arise by the presence of acetic acid or ethyl acetate.
Als Mäuseln wird ein seltener auftretender Fehlton bezeichnet, der an Ammoniak und den Geruch von Mäuseharn erinnert. Obwohl die Ursache nicht vollständig aufgeklärt wurde, gelten heterozyklische Stickstoffverbindungen wie Acetylpyrrolin (ACPY) als wichtige Verursacher. Als weitere wichtige Verursacher gelten ferner vor allem zwei Isomere des 2-Acetyltetrahydropyridin, wie 2-Acetyl-3,4,5,6-tetrahydropyridin, 2-Acetyl-1,4,5,6-tetrahydropyridin, 2-Ethyltetrahydropyridin und 2-Acetyl-1-pyrrolen.As a mousse is a rare occurring Fehlton called, reminiscent of ammonia and the smell of mouse harn. Although the cause has not been fully elucidated, heterocyclic nitrogen compounds such as acetylpyrroline (ACPY) are considered to be important causative agents. In addition, two other important causative agents are two isomers of 2-acetyltetrahydropyridine, such as 2-acetyl-3,4,5,6-tetrahydropyridine, 2-acetyl-1,4,5,6-tetrahydropyridine, 2-ethyltetrahydropyridine and 2-acetyltetrahydropyridine. acetyl-1-pyrroles.
Eine wichtige Klasse von Aromastoffen im Wein sind Derivate von Methoxypyrazin. Beispiele für solche Verbindungen sind IBMP (2-Isobutyl-3-Methoxypyrazin) und IPMP (2-Isopropyl-3-Methoxypyrazin). Methoxypyrazine gelangen aus unreifen Trauben, aber auch aus Resten von Traubenblättern oder als Sekrete bestimmter, die Weintrauben befallender Insekten in den Wein. Dies kann zu einem grasigen, vegetabilen Geschmacks- und Geruchseindruck führen. An important class of flavorings in wine are derivatives of methoxypyrazine. Examples of such compounds are IBMP (2-isobutyl-3-methoxypyrazine) and IPMP (2-isopropyl-3-methoxypyrazine). Methoxypyrazines enter the wine from unripe grapes, but also from grape leaves or as secretions of certain insect-infested insects. This can lead to a grassy, vegetal taste and smell impression.
Ein erst in neuerer Zeit beschriebener Fehler wird als untypischer Alterungston (UTA) bezeichnet. Davon können Weißweine bereits in einem relativ jungen Stadium befallen werden. Solche Weine geben sich im Geruch nach unerwünschten Aromanoten nach Mottenkugeln, Naphtalin, Akazienblüten, Seife, Waschpulver oder Waschmaschine zu erkennen. Im Geschmack weisen sie eine störende Bittere auf, sind kurz im Abgang und meist von blasser Farbe.An error recently described is called an untypical aging sound (UTA). This can affect white wines already at a relatively young stage. Such wines are recognized in the smell of unwanted aroma notes after mothballs, naphthalene, acacia flowers, soap, washing powder or washing machine. In taste, they have a disturbing bitterness, are short in the finish and usually of a pale color.
Als wesentliche, für den UTA verantwortliche Impaktsubstanz wurde das 2-Aminoacetophenon (AAP) identifiziert, das bereits in sehr geringen Mengen von < 1 µg/l wahrgenommen wird. Dieser Fehler wird besonders mit Trockenstress der Pflanze während der Reifezeit, ungenügender Nährstoffversorgung, zu hohem Ertrag und ungenügender Traubenreife in Verbindung gebracht. Aufgrund des globalen Klimawandels hat die Bedeutung dieses Fehlers zugenommen.The essential impact substance responsible for UTA was identified as 2-aminoacetophenone (AAP), which is already detected in very small amounts of <1 μg / l. This error is particularly associated with drought stress on the plant during ripening, inadequate nutrition, high yield and inadequate grape ripeness. Due to global climate change, the importance of this error has increased.
Als geruchliche Wahrnehmungsschwelle für AAP wird in Weißweinen 0,5–1 µg/l angegeben, wobei die Wahrnehmungsschwelle erheblich von der Weinmatrix abhängig ist. Die Bildung von AAP erfolgt auf überwiegend chemischem Weg aus der geruchlosen Vorläuferstufe Indol-3-essigsäure, die ihrerseits ein Abbauprodukt der Aminosäure Tryptophan darstellt.The perceived threshold for the perception of AAP in white wines is 0.5-1 μg / l, with the perception threshold being significantly dependent on the wine matrix. The formation of AAP takes place predominantly chemically from the odorless precursor stage indole-3-acetic acid, which in turn represents a degradation product of the amino acid tryptophan.
Bisher gibt es keine Möglichkeit, AAP aus Weinen zu entfernen oder den Gehalt zu vermindern. So far there is no way to remove AAP from wines or to reduce the content.
Ein anderer Fehler, der sogenannte „Foxton“, wird mit Methylanthranilat, einem weiteren aromatischen Amin, in Verbindung gebracht. Bei Weinen, die aus Nicht-vinifera-Rebsorten gewonnen werden und die z. B. in USA und Kanada angebaut und vermarktet werden, ist dieser Foxton sogar charakteristisch und wird vom Verbraucher akzeptiert.Another mistake, the so-called "foxtone", is associated with methyl anthranilate, another aromatic amine. For wines obtained from non-vinifera grape varieties and the z. For example, if grown and marketed in the US and Canada, this Foxton is even distinctive and accepted by the consumer.
Weitere Stickstoffverbindungen im Wein sind biogene Amine, vor allem Abbauprodukte von Aminosäuren. Sie werden überwiegend durch bestimmte Stämme von Bakterien gebildet, die im Wein einen spontanen biologischen Säureabbau (Umwandlung von Äpfelsäure in Milchsäure) durchführen, aber auch von Pilzen, die faule Trauben besiedeln.Other nitrogen compounds in the wine are biogenic amines, especially degradation products of amino acids. They are predominantly formed by certain strains of bacteria that undergo spontaneous malolactic fermentation in the wine (transformation of malic acid into lactic acid), but also by fungi that colonize rotten grapes.
Es gibt ferner Weinfehler, die durch Schwefelverbindungen hervorgerufen werden. Als Böckser wird ein Weinfehler bezeichnet, welcher durch flüchtige, übelriechende Schwefelverbindungen wie Mercaptane oder Schwefelwasserstoff verursacht wird. Die Hefe kann Sulfitionen, die durch die Schwefelung in den Wein eingebracht werden, enzymatisch zu Schwefelwasserstoff reduzieren, einer Substanz mit typischem Geruch nach faulen Eiern. Dieser Weinfehler findet sich vor allem bei Jungweinen. Wird dies nicht rechtzeitig erkannt oder gar übersehen, kann sich daraus ein sogenannter "Lagerböckser" entwickeln. Hierbei kommt es durch verschiedene (teilweise noch nicht ganz geklärte) Folgereaktionen zur Bildung flüchtiger Schwefelverbindungen, insbesondere von Ethyl- und Methylmercaptan. Der Geruch solcher Mercaptane erinnert an verbrannten Gummi, Knoblauch, faule Zwiebeln, faule Eier, gekochten Kohl usw.There are also wine defects caused by sulfur compounds. As Böckser a wine defect is referred to, which is caused by volatile, foul-smelling sulfur compounds such as mercaptans or hydrogen sulfide. The yeast can enzymatically reduce sulfite ions, which are introduced into the wine by sulfurization, into hydrogen sulphide, a substance with a typical smell of rotten eggs. This wine defect is found especially in young wines. If this is not recognized in time or even overlooked, it can develop into a so-called "Lagerböckser". This is due to various (sometimes not fully clarified) subsequent reactions to the formation of volatile sulfur compounds, in particular of ethyl and methyl mercaptan. The smell such mercaptans are reminiscent of burned gum, garlic, rotten onions, rotten eggs, cooked cabbage, etc.
Als Präventivmaßnahme gegen Böckser sollten die Trübstoffe des Mostes im Rahmen der Mostvorklärung entfernt werden oder Hefestämme zur Vergärung eingesetzt werden, die sich durch eine geringe Neigung zur Bildung solcher flüchtigen Schwefelverbindungen auszeichnen. Bereits bestehende Weinfehler dieser Art können durch die Zugabe von Kupferverbindungen oder Silberchlorid korrigiert werden.As a preventive measure against Böckser, the turbidity of the must should be removed as part of the must preclarification or yeast strains used for fermentation, which are characterized by a low tendency to form such volatile sulfur compounds. Already existing wine defects of this kind can be corrected by the addition of copper compounds or silver chloride.
Eine solche Behandlung des Weins ist jedoch problematisch, da durch die eingesetzten Behandlungsmittel auch andere Charakteristika des Weins verändert werden können. Außerdem erlauben die gesetzlichen Vorschriften nur sehr eingeschränkt die Zugabe solcher Hilfsstoffe, die übrigens später wieder abgetrennt werden müssen.However, such a treatment of the wine is problematic, since other characteristics of the wine can be changed by the treatment agents used. In addition, the legal provisions allow only very limited the addition of such auxiliaries, which incidentally later have to be separated again.
Besonders Stickstoff- und Schwefelverbindungen führen zu sehr störenden Weinfehlern. Gerade UTA tritt außerdem häufig erst während der Reifung des Weines auf. Zu diesem Zeitpunkt ist eine Behandlung des Weins nur noch sehr eingeschränkt möglich.Especially nitrogen and sulfur compounds lead to very disturbing wine defects. In addition, UTA often occurs only during the maturation of the wine. At this time, a treatment of the wine is only very limited possible.
Obwohl die verursachenden Stoffe der meisten Weinfehler bekannt sind, ist es schwierig, ausgewählte Verbindungen aus dem Wein zu entfernen, ohne dass die sensorischen Eigenschaften des Weins verändert werden oder Rückstände des Behandlungsmittels in ihm zurückbleiben. Überdies ist die Zugabe von Substanzen zwecks Schönung nur in engen Grenzen zugelassen und auch die spätere Abtrennung solcher Zusatzstoffe kann schwierig sein. Es ist dabei häufig ausreichend, dass der Gehalt an Weinfehler verursachenden Verbindungen nur bis unter ihren Geruchs- bzw. Geschmacksschwellenwert vermindert wird.Although the causative agents of most wine defects are known, it is difficult to remove selected compounds from the wine without altering the sensory properties of the wine or leaving residues of the treating agent in it. Moreover, the addition of substances for fining is permitted only within narrow limits and also the subsequent separation of such additives can be difficult. It is often sufficient that the content of compounds causing wine defects is only reduced below their odor or taste threshold value.
Gerade Wein enthält neben Kationen und Anionen auch eine Vielzahl organischer Moleküle aus der Traube und dem Stoffwechsel der an der Vinifikation beteiligten Mikroorganismen, welche für den Geschmack, den Geruch und das Aussehen von großer Bedeutung sind.In addition to cations and anions, wine also contains a large number of organic molecules from the grape and the metabolism of the microorganisms involved in the vinification, which are of great importance for the taste, smell and appearance.
Es sind analytische Verfahren bekannt, mit denen sich organische Bestandteile aus einer wässrigen Matrix extrahieren lassen, indem man ihnen ein hydrophobes Medium anbietet, in welchem sie sich besser lösen. Dieses Medium kann auch ein hydrophober Feststoff sein. Dies wird beispielsweise genutzt, um flüchtige organische Substanzen (volatile organic compounds, VOC) zu bestimmen. Dazu wird z. B. ein mit Polydimethylsiloxan (PDMS) beschichteter Rührstab in eine Probe eingebracht. Entsprechend ihrem Octanol-Wasser-Verteilungskoeffizienten diffundieren flüchtige organische Verbindungen aus der wässrigen Phase in das PDMS. Zur analytischen Bestimmung werden die adsorbierten flüchtigen Verbindungen anschließend aus dem PDMS extrahiert, z. B. durch thermische Desorption. There are known analytical methods by which organic components can be extracted from an aqueous matrix by offering them a hydrophobic medium in which they dissolve better. This medium may also be a hydrophobic solid. This is used, for example, to determine volatile organic compounds (VOCs). This is z. For example, a polydimethylsiloxane (PDMS) coated stir bar is placed in a sample. According to their octanol-water partition coefficient, volatile organic compounds diffuse from the aqueous phase into the PDMS. For analytical determination, the adsorbed volatile compounds are subsequently extracted from the PDMS, e.g. B. by thermal desorption.
Aus dem Weinbau sind Verfahren bekannt, um sogenannte flüchtige Säure zu entfernen.
Aus
Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Verfahren zur Entfernung oder Verminderung von Stickstoff- und/oder Schwefelverbindungen aus flüssigen Lebensmitteln oder Vorstufen davon anzugeben.The object of this invention is to provide a method for removing or reducing nitrogen and / or sulfur compounds from liquid foods or precursors thereof.
Lösungsolution
Diese Aufgabe wird durch die Erfindungen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht. Die Erfindungen umfassen auch alle sinnvollen und insbesondere alle erwähnten Kombinationen von unabhängigen und/oder abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by the inventions having the features of the independent claims. Advantageous developments of the inventions are characterized in the subclaims. The wording of all claims is hereby incorporated by reference into the content of this specification. The inventions also include all reasonable and in particular all mentioned combinations of independent and / or dependent claims.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Entfernung oder Verminderung von basischen Verbindungen oder Schwefelverbindungen aus flüssigen Lebensmitteln, umfassend folgende Schritte:
- a) Kontaktieren des Lebensmittels mit einer Seite einer Membran;
- b) Diffusion der zu entfernenden oder zu vermindernden Substanzen in und durch die Membran hindurch;
- c) Umwandlung und/oder Adsorption der Substanzen in einer Weise, dass eine Diffusion dieser Substanzen zurück in das flüssige Lebensmittel oder die Vorstufen davon ausgeschlossen ist.
- a) contacting the food with one side of a membrane;
- b) diffusion of the substances to be removed or reduced into and through the membrane;
- c) Conversion and / or adsorption of the substances in such a way that diffusion of these substances back into the liquid food or the precursors thereof is excluded.
Dabei kann die Verminderung auch eine vollständige Entfernung umfassen.The reduction may also include a complete removal.
Im Folgenden werden einzelne Verfahrensschritte näher beschrieben. Die Schritte müssen nicht notwendigerweise in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, und das zu schildernde Verfahren kann auch weitere, nicht genannte Schritte aufweisen.In the following, individual process steps are described in more detail. The steps do not necessarily have to be performed in the order given, and the method to be described may also have other steps not mentioned.
Flüssige Lebensmittel oder Vorstufen davon sind für den Verzehr geeignete Flüssigkeiten oder Flüssigkeiten, welche zu solchen verarbeitet werden. Diese weiteren Schritte können beispielsweise Verdünnungs-, Filtrations- und/oder Gärungsprozesse sein. Beispiele für solche flüssige Lebensmittel sind vergorene oder unvergorene Fruchtsäfte. Dies können Fruchtsäfte, welche direkt zum Verzehr geeignet sind, sein, oder Vorstufen aus der Verarbeitung, wie Most oder Konzentrate. Weitere Beispiele für solche flüssigen Lebensmittel sind Liköre oder Destillate.Liquid foods or precursors thereof are liquids or liquids suitable for consumption, which are processed into such. These further steps may be, for example, dilution, filtration and / or fermentation processes. Examples of such liquid foods are fermented or unfermented fruit juices. These may be fruit juices which are directly consumable, or precursors from processing, such as must or concentrates. Other examples of such liquid foods are liqueurs or distillates.
In einem ersten Schritt werden die Lebensmittel oder Vorstufen davon mit einer Seite einer Membran kontaktiert. In a first step, the foods or precursors thereof are contacted with one side of a membrane.
Bevorzugt handelt es sich um eine hydrophobe Membran. Hydrophobe Membran bedeutet, dass das Material der Membran im Wesentlichen wasserunlöslich und nicht mischbar mit Wasser ist. Dabei bedeutet wasserunlöslich, dass die Membran oder das die Membran bildende Material in Wasser weniger als 50 ppm, bevorzugt weniger als 30 ppm, insbesondere weniger als 10 ppm, löslich ist.It is preferably a hydrophobic membrane. Hydrophobic membrane means that the material of the membrane is substantially water-insoluble and immiscible with water. In this case, water-insoluble means that the membrane or the material forming the membrane is soluble in water less than 50 ppm, preferably less than 30 ppm, in particular less than 10 ppm.
Die Membran ist bevorzugt nicht porös.The membrane is preferably non-porous.
Durch eine solche Membran ist gewährleistet, dass nur ausreichend unpolare Verbindungen die Membran durchqueren können.Such a membrane ensures that only sufficiently non-polar compounds can traverse the membrane.
Das Material der Membran muss daher eine geeignete Polarität aufweisen, um für die abzureichernden Verbindungen einen Lösungsraum zu bilden. Solche Materialien sind auch aus der Festphasenextraktion (SPE) oder Festphasenmikroextraktion (SPME) bekannt. The material of the membrane must therefore have a suitable polarity in order to form a solution space for the compounds to be depleted. Such materials are also known from solid phase extraction (SPE) or solid phase microextraction (SPME).
Bevorzugt handelt es sich um eine Polymermembran.It is preferably a polymer membrane.
Das Material kann für die Anwendung entsprechend angepasst werden. Bevorzugt sind Materialien, welche bereits für die Verwendung mit Lebensmitteln zugelassen sind. Beispiele sind Membranen auf der Basis von Silikonen (Polyoctylmethylsiloxan (POMS), Polydimethylsiloxan (PDMS)), N-Vinylpyrrolidon, Polyetherimide, Polyimide, Acrylate, Methacrylate oder Copolymere davon.The material can be adapted according to the application. Preference is given to materials which have already been approved for use with foods. Examples are membranes based on silicones (polyoctylmethylsiloxane (POMS), polydimethylsiloxane (PDMS)), N-vinylpyrrolidone, polyetherimides, polyimides, acrylates, methacrylates or copolymers thereof.
Um eine ausreichend selektive Extraktion der basischen Verbindungen und Schwefelverbindungen zu erreichen, umfassen die Polymere der Membran bevorzugt Heteroatome wie Sauerstoff oder Stickstoff. Diese können beispielsweise in Carbonylgruppen, Estergruppen, Ethergruppen, Amidgruppen, Hydroxylgruppen, Aminogruppen, Heterozyklen enthalten sein. Diese können auch als Seitengruppen vorhanden sein. Insofern sind auch mit polaren Gruppen modifizierte Polyolefine wie Polyvinylalkohole, geeignet. Besonders bevorzugt sind Polymere auf der Basis von Silikonen, deren Polarität sehr gut variiert werden kann. So können auch Copolymere von Silikonen mit anderen Polymeren, welche die vorgenannten Heteroatome oder Gruppen beinhalten, wie Ethylenglykol, verwendet werden. So sind Polymere auf der Basis von Silikonen oder Silikon-Copolymeren bevorzugt.In order to achieve sufficiently selective extraction of the basic compounds and sulfur compounds, the polymers of the membrane preferably include heteroatoms such as oxygen or nitrogen. These may be present, for example, in carbonyl groups, ester groups, ether groups, amide groups, hydroxyl groups, amino groups, heterocycles. These can also be present as page groups. Insofar, polyolefins modified with polar groups, such as polyvinyl alcohols, are also suitable. Particularly preferred are polymers based on silicones whose polarity can be varied very well. Thus, copolymers of silicones with other polymers containing the aforementioned heteroatoms or groups, such as ethylene glycol, may also be used. Thus, polymers based on silicones or silicone copolymers are preferred.
Bevorzugt sind Membranen auf der Basis von Silikonen wie PDMS. Die Oberfläche der Membran kann auch behandelt sein, um eine bestimmte Hydrophilie oder Hydrophobie der Oberfläche zu erhalten (Plasma, UV-Behandlung). Dies kann die Diffusion der zu entfernenden Verbindungen in die Membran erleichtern. Preference is given to membranes based on silicones, such as PDMS. The surface of the membrane can also be treated to obtain a certain hydrophilicity or hydrophobicity of the surface (plasma, UV treatment). This can facilitate the diffusion of the compounds to be removed into the membrane.
Die Membran kann auch noch bis zu 50 Gew.-% Zusatzstoffe, wie Füllstoffe enthalten.The membrane may also contain up to 50 wt .-% additives, such as fillers.
Die Dicke der Membran kann unterschiedlich gewählt werden. Bevorzugt ist eine Dicke von unter 2 mm, insbesondere unter 1 mm, beispielsweise 0,01 bis 1 mm, insbesondere unter 0,8 mm oder unter 0,6 mm. Beispiele sind Dicken zwischen 10 nm bis 0,8 mm oder 15 nm bis 0,6 mm. Die Dicke kann abhängig von den Anforderungen an Stabilität und Diffusion gewählt werden.The thickness of the membrane can be chosen differently. Preferred is a thickness of less than 2 mm, in particular less than 1 mm, for example 0.01 to 1 mm, in particular less than 0.8 mm or less than 0.6 mm. Examples are thicknesses between 10 nm to 0.8 mm or 15 nm to 0.6 mm. The thickness can be chosen depending on the requirements of stability and diffusion.
Die Dicke der Membran ist für die Diffusion der Verbindungen der geschwindigkeitsbestimmende Parameter.The thickness of the membrane is the rate-limiting parameter for the diffusion of the compounds.
Nach der Diffusion durch die Membran werden die diffundierten Substanzen umgewandelt und/oder adsorbiert. Die Umwandlung und/oder Adsorption erfolgt dabei in einer Weise, dass eine Diffusion dieser Substanzen zurück in das flüssige Lebensmittel oder die Vorstufen davon ausgeschlossen ist. Dadurch wird auch die Diffusion durch die Membran aufrechterhalten. Insbesondere verhindert die Umwandlung und/oder Adsorption, dass die Verbindungen wieder in die Membran zurück diffundieren können. Es kann sich somit kein Gleichgewicht zwischen dem äußeren Medium und der Membran einstellen. Dadurch wird eine kontinuierliche Diffusion begünstigt. Durch eine Umwandlung ist es auch nicht so wichtig, ob die Substanz nur in geringem Maße aus der Membran in das innere Kompartiment übergeht.After diffusion through the membrane, the diffused substances are converted and / or adsorbed. The conversion and / or adsorption takes place in such a way that a diffusion of these substances back into the liquid food or the precursors thereof is excluded. As a result, the diffusion through the membrane is maintained. In particular, the conversion and / or adsorption prevents the compounds from being able to diffuse back into the membrane. Thus, no equilibrium can be established between the external medium and the membrane. This promotes continuous diffusion. By a conversion, it is not so important whether the substance passes only slightly from the membrane into the inner compartment.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Umwandlung eine Protonierung. Dabei werden die basischen Verbindungen protoniert. Bevorzugt bildet sich durch die Protonierung eine positiv geladene Gruppe, so werden beispielsweise Aminogruppen in geladene Ammoniumgruppen umgewandelt. Infolge dieser Zunahme ihrer Polarität können jene Verbindungen nicht mehr durch die hydrophobe Membran zurück diffundieren. Dies wird dadurch erreicht, dass auf der anderen Seite der Membran Protonenquellen vorhanden sind. Dies kann eine Säure mit einem ausreichenden pKs-Wert sein. In one embodiment of the invention, the transformation comprises protonation. The basic compounds are protonated. Preferably, the protonation forms a positively charged group, for example, amino groups are converted into charged ammonium groups. As a result of this increase in their polarity, those compounds can no longer diffuse back through the hydrophobic membrane. This is achieved by having proton sources on the other side of the membrane. This may be an acid with a sufficient pKa.
Beispiele sind anorganische Säuren, wie Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure, oder organische Säuren, bevorzugt ein- oder mehrwertige Carboxylsäuren, wie Zitronensäure, Weinsäure, Apfelsäure, Stearinsäure, Essigsäure, Ameisensäure, Oxalsäure, Benzoesäure, vinyloge Säuren wie Ascorbinsäure, Schwefelsäureester oder Sulfonsäuren wie p-Toluolsulfonsäure, Phosphoresäureester, Phosphonsäuren, oder Gemische dieser Verbindungen.Examples are inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, or organic acids, preferably mono- or polyhydric carboxylic acids such as citric acid, tartaric acid, malic acid, stearic acid, acetic acid, formic acid, oxalic acid, benzoic acid, vinylogous acids such as ascorbic acid, sulfuric acid esters or sulfonic acids such as p-toluenesulfonic acid, phosphoric acid esters, phosphonic acids, or mixtures of these compounds.
Es können auch Salze eingesetzt werden, welche noch Protonen abgeben können, beispielsweise Hydrogensulfate, Hydrogenposphate, Dihydrogenphosphate, bevorzugt von Alkalimetallen, wie Natrium oder Kalium.It is also possible to use salts which can still give off protons, for example hydrogen sulfates, hydrogen bases, dihydrogen phosphates, preferably of alkali metals, such as sodium or potassium.
Die molare Menge an Protonen, welche von der Protonenquelle zur Verfügung gestellt werden, ist bevorzugt mindestens so groß als für die Protonierung zu entfernenden Menge der Verbindung benötigt wird, insbesondere mindestens doppelt so groß. Bevorzugt ist mindestens ein Überschuss um Faktor 10.The molar amount of protons which are provided by the proton source is preferably at least as large as is required for the protonation to be removed amount of the compound, in particular at least twice as large. At least one excess is preferred by a factor of 10.
Bei den zu behandelnden flüssigen Lebensmitteln wird üblicherweise vor der Anwendung des Verfahrens die vorhandene Menge an zu vermindernder Substanz bestimmt. Abhängig davon, welche Menge an Substanz entfernt werden soll, kann die Menge der mindestens erforderlichen Protonen bestimmt werden. Häufig soll der Gehalt an zu entfernender Substanz nur unter einen bestimmten Wert gesenkt werden, nämlich die Wahrnehmungsschwelle.In the case of the liquid foods to be treated, the amount of substance to be reduced is usually determined before the method is used. Depending on what amount of substance is to be removed, the amount of protons required at least can be determined. Frequently, the content of substance to be removed should only be lowered below a certain value, namely the threshold of perception.
Insbesondere liegen Bedingungen vor, bei denen eine Protonierung der basischen Verbindungen erfolgt. Diese Bedingungen können auch nur in bestimmten Bereichen, z. B. an den funktionalen Gruppen des Ionenaustauschers, vorliegen.In particular, there are conditions in which a protonation of the basic compounds takes place. These conditions can only in certain areas, eg. B. on the functional groups of the ion exchanger.
Falls in dem Medium des Innenraums nur geringe Mengen Wasser und/oder freie Hydroxylgruppen enthalten sind, kann beispielsweise eine Hydrolyse eventuell ebenfalls eindiffundierter Aromaester vermieden oder verringert werden.If only small amounts of water and / or free hydroxyl groups are contained in the medium of the interior, it is possible, for example, to avoid or reduce hydrolysis of optionally diffused aroma esters.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Protonenquelle ein Kationenaustauscher, insbesondere ein saurer Kationenaustauscher, wobei der Ionenaustauscher ausreichend Protonen zur Protonierung von basischen Verbindungen zur Verfügung stellen sollte. Die Ankergruppen solcher Ionenaustauscher umfassen Carboxylatgruppen, Phosphatgruppen, Sulfonatgruppen (Sulfoethylgruppen, Sulfomethylgruppen oder Sulfopropylgruppen). Es können Ionenaustauscher mit verschiedenen Matrices, beispielsweise auf Basis von Polymeren oder Zellulose, verwendet werden, z. B. Styrol-DVB oder Zellulose. Bevorzugt sind stark saure Kationenaustauscher mit Sulfonatgruppen.In a preferred embodiment of the invention, the proton source is a cation exchanger, in particular an acidic cation exchanger, wherein the ion exchanger should provide sufficient protons for protonation of basic compounds. The anchor groups of such ion exchangers include carboxylate groups, phosphate groups, sulfonate groups (sulfoethyl groups, sulfomethyl groups or sulfopropyl groups). It can be used with different matrices, for example based on polymers or cellulose ion exchangers, for. Styrene DVB or cellulose. Strongly acidic cation exchangers with sulfonate groups are preferred.
Die Membran gewährleistet, dass das Lebensmittel keinen Kontakt mit der Protonenquelle hat. Damit ist eine direkte Beeinflussung des Lebensmittels durch die Protonenquelle ausgeschlossen. Eine solche effektive Trennung zwischen Lebensmittel und Protonenquelle erlaubt somit die Verwendung von Agenzien, deren direkter Kontakt mit dem Lebensmittel auf Grund der gesetzlichen Vorgaben ausgeschlossen ist.The membrane ensures that the food has no contact with the proton source. Thus, a direct influence of the food by the proton source is excluded. Such an effective separation between food and proton source thus allows the use of agents whose direct contact with the food is excluded due to legal requirements.
Daneben können die Bedingungen des Verfahrens sehr selektiv an die zu extrahierende Substanz/Substanzgruppe angepasst werden.In addition, the conditions of the process can be very selectively adapted to the substance / substance group to be extracted.
Bevorzugt aus dem flüssigen Lebensmittel zu entfernende basische Verbindungen sind stickstoffhaltige Verbindungen, insbesondere Amine oder heterozyklische Basen. Bevorzugt sind aromatische Amine, wie 2-Aminoacetophenon, oder heterozyklische Basen, wie Pyrazine. Beispiele für solche Verbindungen sind 2-Aminoacetophenon oder 2-Methoxypyrazine, insbesondere MDMP.Basic compounds to be removed from the liquid food are nitrogen-containing compounds, in particular amines or heterocyclic bases. Preferred are aromatic amines such as 2-aminoacetophenone or heterocyclic bases such as pyrazines. Examples of such compounds are 2-aminoacetophenone or 2-methoxypyrazines, in particular MDMP.
Die zu vermindernden basischen Verbindungen liegen insbesondere nur in geringen Mengen vor, insbesondere in Konzentrationen von unter 10Mg/l. Überraschenderweise war das erfindungsgemäße Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten mit so geringen Konzentrationen geeignet.In particular, the basic compounds to be reduced are present only in small amounts, in particular in concentrations of less than 10 μg / l. Surprisingly, the process according to the invention was suitable for the treatment of liquids with such low concentrations.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind auf der inneren Seite der Membran thiophile Verbindungen angeordnet. Darunter werden Verbindungen, Komplexe oder Oberflächen verstanden, die mit schwefelhaltigen Verbindungen reagieren, insbesondere mit SH-Gruppen. Dies sind bevorzugt Kupfer- und/oder Silberverbindungen, insbesondere Kupfer- und/oder Silberionen. Schwefelverbindungen, insbesondere übel riechende flüchtige organische Schwefelverbindungen, diffundieren durch die Membran und bilden mit den thiophilen Metallverbindungen Salze, d.h. die durchdiffundierten Verbindungen werden entsprechend umgewandelt und damit immobilisiert. Somit werden diese Schwefelverbindungen dem Lebensmittel entzogen.In a further embodiment of the invention, thiophilic compounds are arranged on the inner side of the membrane. These are understood to mean compounds, complexes or surfaces which react with sulfur-containing compounds, in particular with SH groups. These are preferably copper and / or silver compounds, in particular copper and / or silver ions. Sulfur compounds, in particular foul-smelling volatile organic sulfur compounds, diffuse through the membrane and form salts with the thiophilic metal compounds, ie the durchiffundierten compounds are converted accordingly and thus immobilized. Thus, these sulfur compounds are removed from the food.
Die Kupfer- und/oder Silberionen können beispielsweise durch Vorlegen und mindestens durch teilweise Lösung der entsprechenden Salze oder Vorläuferverbindungen erhalten werden. Dazu kann auf der anderen Seite der Membran eine entsprechende Salzlösung vorliegen. Alternativ kann auch elementares Silber oder Kupfer vorliegen, wobei die schwefelhaltigen Verbindungen an der Oberfläche des Metalls binden. Es kann sich beispielsweise um metallische Platten, Gitter, Netze, Späne oder Pulver handeln.The copper and / or silver ions can be obtained, for example, by introducing and at least partially dissolving the corresponding salts or precursor compounds. For this purpose, a corresponding salt solution can be present on the other side of the membrane. Alternatively, elemental silver or copper may be present, with the sulfur-containing compounds binding to the surface of the metal. It may, for example, be metallic plates, grids, nets, chips or powder.
Die Kupfer- und/oder Silberionen können auch in einer Matrix vorliegen, beispielsweise einer organischen oder anorganischen Verbindung, welche entsprechende Bindungsstellen aufweist. Die Ionen können beispielsweise in einem Ionenaustauscher gebunden sein. Durch die höhere Affinität der Kupfer- und/oder Silberionen zu den Schwefelverbindungen, sind sie immer noch in der Lage, die Schwefelverbindungen zu binden.The copper and / or silver ions can also be present in a matrix, for example an organic or inorganic compound which has corresponding binding sites. The ions may, for example, be bound in an ion exchanger. Due to the higher affinity of the copper and / or silver ions for the sulfur compounds, they are still able to bind the sulfur compounds.
Mögliche Kupfersalze sind beispielsweise Kupferchlorid, Kupfersulfat, Kupferhydroxid, Kupfer(I)oxid, Kupfer(II)oxid, Kupfersalze von organischen Säuren, bevorzugt ein- oder mehrwertige Carboxylsäuren, wie Zitronensäure, Weinsäure, Apfelsäure oder Stearinsäure. Possible copper salts are, for example, copper chloride, copper sulfate, copper hydroxide, copper (I) oxide, copper (II) oxide, copper salts of organic acids, preferably mono- or polyhydric carboxylic acids, such as citric acid, tartaric acid, malic acid or stearic acid.
Durch die Anordnung hinter der Membran wird insbesondere vermieden, dass die Metallverbindungen dem Wein direkt zugegeben werden müssen. Damit wird eine spätere Entfernung eventuell zu viel zugegebener Kupfer- und/oder Silberionen aus dem Produkt überflüssig. Bisher musste bei Anwendung z. B. bei Wein überschüssiges Kupfer durch eine Blauschönung entfernt werden, was aufwendige Fällungen und Filtrationen erfordert und die Produktqualität in Mitleidenschaft zieht.The arrangement behind the membrane is particularly avoided that the metal compounds must be added directly to the wine. Thus, a later removal of possibly too much added copper and / or silver ions from the product becomes superfluous. So far, when using z. B. in wine excess copper be removed by a blue shade, which requires elaborate precipitation and filtration and affects the product quality.
Die molare Menge an Kupfer- und/oder Silberionen, welche für die Reaktion mit den Schwefelverbindungen zur Verfügung gestellt werden können, ist bevorzugt mindestens so groß, wie die für die zu entfernende Menge an zu vermindernder Verbindung benötigt wird, insbesondere doppelt so groß. Bevorzugt ist mindestens ein Überschuss um Faktor 10.The molar amount of copper and / or silver ions which can be provided for the reaction with the sulfur compounds is preferably at least as large as that required for the amount of compound to be removed, in particular twice as large. At least one excess is preferred by a factor of 10.
Bei den zu behandelnden flüssigen Lebensmitteln wird üblicherweise vor der Anwendung des Verfahrens die vorhandene Menge an zu vermindernder Substanz bestimmt. Abhängig davon, welche Menge an Substanz entfernt werden soll, kann die Menge der mindestens erforderlichen Kupfer- und/oder Silberionen bestimmt werden. In der Regel soll der Gehalt der flüchtigen Schwefelverbindungen nur unter einen bestimmten Wert gesenkt werden, d. h. unter die sensorische Wahrnehmungsschwelle.In the case of the liquid foods to be treated, the amount of substance to be reduced is usually determined before the method is used. Depending on what amount of substance is to be removed, the amount of at least required copper and / or silver ions can be determined. In general, the content of the volatile sulfur compounds should only be lowered below a certain value, d. H. below the sensory perception threshold.
Die zu vermindernden Schwefelverbindungen liegen insbesondere nur in geringen Mengen vor, insbesondere in Konzentrationen von unter 100 µg/L. Überraschenderweise war das erfindungsgemäße Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten mit so geringen Konzentrationen geeignet.In particular, the sulfur compounds to be reduced are present only in small amounts, in particular in concentrations of less than 100 μg / L. Surprisingly, the process according to the invention was suitable for the treatment of liquids with such low concentrations.
Auf der inneren Seite der Membran ist bevorzugt ebenfalls ein polares Medium vorhanden. On the inner side of the membrane, a polar medium is preferably also present.
Das Medium muss keine wässrige Lösung sein. Es können auch andere Medien verwendet werden, beispielsweise Alkohole, Glykole oder Polyole wie Polyethylenglykole. Dadurch kann die Reaktivität der im Medium vorhandenen Protonenquelle oder der thiophilen Verbindung gesteuert werden. The medium does not have to be an aqueous solution. Other media may also be used, for example, alcohols, glycols or polyols such as polyethylene glycols. Thereby, the reactivity of the proton source present in the medium or the thiophilic compound can be controlled.
Das Medium auf der inneren Seite der Membran ist flüssig bis fest. Es ist nicht gasförmig. Es kann sich beispielsweise um eine Flüssigkeit, eine Paste oder einen Festkörper handeln. In der Flüssigkeit oder Paste können feste Körper vorhanden sein, z. B. ein Granulat eines Ionenaustauschers.The medium on the inner side of the membrane is liquid to solid. It is not gaseous. It may be, for example, a liquid, a paste or a solid. In the liquid or paste solid bodies may be present, for. B. granules of an ion exchanger.
Das Verfahren kann bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt werden, beispielsweise bei 5 bis 30 °C. The process can be carried out at various temperatures, for example at 5 to 30 ° C.
Das Verfahren wird bevorzugt bei einem Druck von unter 4 bar, insbesondere unter 3 bar, bevorzugt ohne einen erhöhten Druck angewendet.The process is preferably used at a pressure of less than 4 bar, in particular less than 3 bar, preferably without an elevated pressure.
Das Verfahren umfasst bevorzugt keinen Schritt mit vermindertem Druck, wie eine Pervaporation.The method preferably does not include a step of reduced pressure, such as pervaporation.
Bevorzugt ist der durch die Umwandlung und/oder die Adsorption bzw. Chemisorption verursachte Kontenzentrationsunterschied die treibende Kraft für die Diffusion der Zielmoleküle aus dem Lebensmittel durch die Membran in die Kapsel.Preferably, the concentration-of-concentration difference caused by the conversion and / or the adsorption or chemisorption is the driving force for the diffusion of the target molecules from the food through the membrane into the capsule.
Die Dauer der Kontaktierung kann unterschiedlich gewählt werden und hängt auch vom Gehalt und der chemischen Natur der zu vermindernden Verbindungen ab. Es kann sich um eine Kontaktierung über mehrere Stunden bis zu mehreren Tagen oder Wochen handeln. Das flüssige Lebensmittel kann währenddessen durchmischt werden.The duration of the contacting can be chosen differently and also depends on the content and the chemical nature of the compounds to be reduced. It can be a contact for several hours to several days or weeks. The liquid food can be mixed during this time.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Medium auf der inneren Seite während des Verfahrens nicht aktiv gerührt oder gepumpt. Es ist bevorzugt statisch. Dies erlaubt es, dass das Verfahren ohne aufwändige Apparaturen auskommt. Es ist allerdings möglich, dass das flüssige Lebensmittel während der Dauer des Kontaktes mit der Membran durchmischt wird.In a preferred embodiment of the invention, the medium on the inner side is not actively agitated or pumped during the process. It is preferably static. This allows that the process requires no expensive equipment. However, it is possible that the liquid food is mixed during the period of contact with the membrane.
Es ist auch möglich, dass das Medium auf der inneren Seite als ein Extraktionskreislauf geführt wird, und beispielsweise über den Kationenaustauscher oder gebundene Kupfer- und/oder Silberverbindungen zyklisiert wird.It is also possible that the medium is guided on the inner side as an extraction circuit and is cyclized, for example, via the cation exchanger or bound copper and / or silver compounds.
Während des Verfahrens kann die Abnahme der zu vermindernden Verbindungen kontrolliert werden. Wenn ein entsprechender Gehalt in dem flüssigen Lebensmittel oder der Vorstufe davon erreicht wird, wird die Kontaktierung der Membran mit dem Lebensmittel oder der Vorstufe beendet.During the process, the decrease in the compounds to be reduced can be controlled. When an appropriate level is achieved in the liquid food or precursor thereof, the contacting of the membrane with the food or precursor is terminated.
Das Verfahren kann bei unterschiedlichen flüssigen Lebensmitteln oder Vorstufen davon angewendet werden. Bevorzugt sind vergorene oder unvergorene Fruchtsäfte auf der Basis von Weintrauben, bevorzugt mit einer Basis von Weintrauben im Umfang von mindestens 50 Vol.-%. Bevorzugt sind Fruchtsäfte im Rahmen der Herstellung von Wein. Dies kann der unvergorene Traubenmost sein oder der vergorene Traubenmost.The method can be applied to different liquid foods or precursors thereof. Preference is given to fermented or unfermented fruit juices on the basis of grapes, preferably with a base of grapes in the volume of at least 50% by volume. Fruit juices are preferred in the context of the production of wine. This may be the unfermented grape must or the fermented grape must.
Besonders bevorzugt ist die Anwendung auf vergorene Fruchtsäfte auf der Basis von Weintrauben. Gerade durch den Gärprozess und die Lagerung können sich die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu vermindernde Substanzen ausbilden.Particularly preferred is the application to fermented fruit juices based on grapes. Especially through the fermentation process and storage, the substances to be reduced by the method according to the invention can be formed.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention also relates to a device for carrying out the method according to the invention.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zum Entfernen oder Vermindern von basischen Verbindungen oder Schwefelverbindungen aus flüssigen Lebensmitteln oder Vorstufen davon, welche mindestens ein inneres Kompartiment und mindestens eine Membran umfasst, wobei mindestens eine Membran so angeordnet ist, dass über diese Membran eine Diffusion zwischen einem inneren Kompartiment und einem die Vorrichtung umgebenden Medium möglich ist, wobei das umgebende Medium das flüssige Lebensmittel oder eine Vorstufe davon ist.The invention also relates to an apparatus for removing or reducing basic compounds or sulfur compounds from liquid foods or precursors thereof, which comprises at least one inner compartment and at least one membrane, wherein at least one membrane is arranged such that diffusion through this membrane between an inner compartment Compartment and a device surrounding the medium is possible, wherein the surrounding medium is the liquid food or a precursor thereof.
Es findet keine Durchmischung des inneren Kompartiments und des flüssigen Lebensmittels oder der Vorstufe davon statt. Es findet lediglich ein Stofftransport durch Diffusion durch die Begrenzungen des inneren Kompartiments statt, insbesondere durch die mindestens eine Membran.There is no mixing of the inner compartment and the liquid food or precursor thereof. There is only a mass transfer by diffusion through the boundaries of the inner compartment, in particular by the at least one membrane.
In mindestens einem inneren Kompartiment sind Mittel zum Umwandeln und/oder zur Adsorption der Verbindungen vorhanden, wobei die Vorrichtung so in ein Medium, welches die zu vermindernden Substanzen enthält, eingebracht werden kann, dass über mindestens eine Membran eine Diffusion der Verbindungen in mindestens ein inneres Kompartiment stattfindet, wobei die Verbindungen im inneren Kompartiment umgewandelt oder adsorbiert werden.Means for converting and / or adsorbing the compounds are present in at least one inner compartment, it being possible for the device to be introduced into a medium containing the substances to be reduced, via at least one membrane to diffuse the compounds into at least one inner membrane Compartment takes place, wherein the compounds are converted or adsorbed in the inner compartment.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Mittel zur Umwandlung oder Adsorption der Verbindungen ausgewählt aus mindestens einer Protonenquelle oder mindestens einer thiophilen Verbindung. Bevorzugt sind Mittel wie für das Verfahren beschrieben.In one embodiment of the invention, the means for converting or adsorbing the compounds are selected from at least one proton source or at least one thiophilic compound. Preferred are agents as described for the method.
Die Vorrichtung kann auch mehrere Kompartimente mit jeweils unterschiedlichen Mitteln umfassen.The device may also comprise several compartments, each with different means.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist in dem inneren Kompartiment mindestens eine Protonenquelle vorhanden. In diesem Fall ist die Vorrichtung eine zur Entfernung oder Verminderung von Stickstoffverbindungen. Bevorzugte Protonenquellen sind für das Verfahren beschrieben.In a preferred embodiment, at least one proton source is present in the inner compartment. In this case, the device is one for removing or reducing nitrogen compounds. Preferred proton sources are described for the method.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in dem inneren Kompartiment mindestens eine thiophile Verbindung, insbesondere mindestens eine Kupfer- und/oder Silberverbindung angeordnet. Bevorzugte solche Verbindungen sind für das Verfahren beschrieben.In a further preferred embodiment, at least one thiophilic compound, in particular at least one copper and / or silver compound, is arranged in the inner compartment. Preferred such compounds are described for the method.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Volumen aller inneren Kompartimente der Vorrichtung weniger als 1/100 des Volumens des zu kontaktierenden Lebensmittels.In one embodiment of the invention, the volume of all internal compartments of the device is less than 1/100 of the volume of food to be contacted.
In einer Ausführungsform macht die Membran mindestens 20 % der Innenfläche aller inneren Kompartimente aus. Hydrophobe Membran bedeutet, dass das Material der Membran im Wesentlichen wasserunlöslich und nicht mischbar mit Wasser ist. Dabei bedeutet wasserunlöslich, dass die Membran oder das die Membran bildende Material in Wasser weniger als 50 ppm, bevorzugt weniger als 30 ppm, insbesondere weniger als 10 ppm, löslich ist. In one embodiment, the membrane constitutes at least 20% of the inner surface of all inner compartments. Hydrophobic membrane means that the material of the membrane is substantially water-insoluble and immiscible with water. In this case, water-insoluble means that the membrane or the material forming the membrane is soluble in water less than 50 ppm, preferably less than 30 ppm, in particular less than 10 ppm.
Die mindestens eine Membran ist bevorzugt nicht porös. Der Stofftransport durch die Membran findet nur durch Diffusion durch das Material der Membran statt.The at least one membrane is preferably non-porous. The mass transfer through the membrane takes place only by diffusion through the material of the membrane.
Durch eine solche Membran ist gewährleistet, dass nur ausreichend unpolare Verbindungen durch die Membran gelangen.Such a membrane ensures that only sufficiently non-polar compounds pass through the membrane.
Das Material der Membran muss daher eine geeignete Polarität aufweisen, um für die zu vermindernden Verbindungen einen Lösungsraum darzustellen. The material of the membrane must therefore have a suitable polarity in order to represent a solution space for the compounds to be reduced.
Solche Materialien sind aus der Festphasenextraktion (SPE), Festphasenmikroextraktion (SPME) oder stir bar sorptive extraction (SBSE) bekannt. Such materials are known from solid phase extraction (SPE), solid phase microextraction (SPME) or stir bar sorptive extraction (SBSE).
Das Material kann für die Anwendung entsprechend angepasst werden. Bevorzugt sind Materialien, welche für die Verwendung mit Lebensmitteln zugelassen sind. Beispiele sind Membranen auf der Basis von Silikonen (Polyoctylmethylsiloxan (POMS), Polydimethylsiloxan (PDMS)), N-Vinylpyrrolidon, Polyetherimide, Polyimide, Acrylate, Methacrylate oder Copolymere davon.The material can be adapted according to the application. Preferred are materials which are approved for use with food. Examples are membranes based on silicones (polyoctylmethylsiloxane (POMS), polydimethylsiloxane (PDMS)), N-vinylpyrrolidone, polyetherimides, polyimides, acrylates, methacrylates or copolymers thereof.
Um eine ausreichend selektive Extraktion der Stickstoff- und Schwefelverbindungen zu erreichen, umfassen die Polymere der Membran bevorzugt Heteroatome wie Sauerstoff oder Stickstoff. Diese können beispielsweise in Carbonylgruppen, Estergruppen, Ethergruppen, Amidgruppen, Hydroxylgruppen, Aminogruppen, Heterozyklen enthalten sein. Diese können auch als Seitengruppen vorhanden sein. Insofern sind auch mit polaren Gruppen modifizierte Polyolefine wie Polyvinylalkohole, geeignet. Besonders bevorzugt sind Polymere auf der Basis von Silikonen, deren Polarität sehr gut variiert werden kann. So können auch Copolymere von Silikonen mit anderen Polymeren, welche die vorgenannten Heteroatome oder Gruppen beinhalten, wie Ethylenglykol, verwendet werden. So sind Polymere auf der Basis von Silikonen oder Silikon-Copolymeren bevorzugt.In order to achieve sufficiently selective extraction of the nitrogen and sulfur compounds, the polymers of the membrane preferably include heteroatoms such as oxygen or nitrogen. These may be present, for example, in carbonyl groups, ester groups, ether groups, amide groups, hydroxyl groups, amino groups, heterocycles. These can also be present as page groups. Insofar, polyolefins modified with polar groups, such as polyvinyl alcohols, are also suitable. Particularly preferred are polymers based on silicones whose polarity can be varied very well. Thus, copolymers of silicones with other polymers containing the aforementioned heteroatoms or groups, such as ethylene glycol, may also be used. Thus, polymers based on silicones or silicone copolymers are preferred.
Bevorzugt sind Membranen auf der Basis von Silikonen wie PDMS.Preference is given to membranes based on silicones, such as PDMS.
Die Membran kann auch noch bis zu 50 Gew.-% Zusatzstoffe, wie Füllstoffe enthalten.The membrane may also contain up to 50 wt .-% additives, such as fillers.
Die Dicke der Membran kann unterschiedlich gewählt werden. Bevorzugt ist eine Dicke von unter 2 mm, insbesondere unter 1 mm, beispielsweise 0,01 bis 1 mm, insbesondere unter 0,8 mm oder unter 0,6 mm. Beispiele sind Dicken zwischen 10 nm bis 0,8 mm oder 15 nm bis 0,6 mm. Die Dicke kann abhängig von den Anforderungen an Stabilität und Diffusion gewählt werden.The thickness of the membrane can be chosen differently. Preferred is a thickness of less than 2 mm, in particular less than 1 mm, for example 0.01 to 1 mm, in particular less than 0.8 mm or less than 0.6 mm. Examples are thicknesses between 10 nm to 0.8 mm or 15 nm to 0.6 mm. The thickness can be chosen depending on the requirements of stability and diffusion.
Die Dicke der Membran bestimmt die Geschwindigkeit der Diffusion der flüchtigen Verbindungen.The thickness of the membrane determines the rate of diffusion of the volatile compounds.
Falls mehrere Membranen vorhanden sind, müssen nicht alle aus dem gleichen Material sein. Bevorzugt sind alle Membranen aus dem gleichen Material.If multiple membranes are present, not all must be the same material. Preferably, all membranes are made of the same material.
Die Vorrichtung kann sehr unterschiedlich ausgestaltet sein. In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung als ein Hohlkörper ausgeführt, dessen Außenwände mindestens teilweise eine erfindungsgemäße Membran umfassen. Das Innere des Hohlkörpers entspricht den inneren Kompartimenten. Der Hohlkörper kann zylindrisch, würfelförmig, quaderförmig, flach oder unregelmäßig ausgeführt sein. Abhängig von der Art des Einsatzes muss er nicht vollständig geschlossen sein, so lange sichergestellt ist, dass bei dessen Einsatz das flüssige Lebensmittel nicht in das innere Kompartiment gelangen kann. The device can be designed very differently. In one embodiment, the device is designed as a hollow body whose outer walls at least partially comprise a membrane according to the invention. The interior of the hollow body corresponds to the inner compartments. The hollow body may be cylindrical, cube-shaped, cuboid, flat or irregular. Depending on the type of use, it does not have to be completely closed, as long as it is ensured that when it is used, the liquid food can not get into the inner compartment.
Die Vorrichtung kann Mittel zum Öffnen und Schließen des Hohlkörpers umfassen. Dies erlaubt das Austauschen und/oder die Erneuerung des Inhalts der inneren Kompartimente oder des inneren Kompartiments in Abhängigkeit von der Nutzung. Dies kann beispielsweise ein Schraubverschluss oder eine Klemmverbindung sein.The device may comprise means for opening and closing the hollow body. This allows the replacement and / or renewal of the contents of the inner compartments or the inner compartments depending on the usage. This can be, for example, a screw cap or a clamp connection.
Neben der mindestens einen Membran können die Begrenzungswände der Vorrichtung, welche das innere Kompartiment bilden, aus beliebigen Materialen sein, welche für den Einsatz bei flüssigen Lebensmitteln zugelassen sind. Dies können Kunststoffe, Glas oder metallische Werkstoffe sein. In addition to the at least one membrane, the boundary walls of the device forming the inner compartment can be made of any materials approved for use in liquid foods. These can be plastics, glass or metallic materials.
Das innere Volumen der Vorrichtung ist bevorzugt mindestens 100 fach geringer als das Volumen des zu behandelnden flüssigen Lebensmittels oder der Vorstufen davon.The internal volume of the device is preferably at least 100 times less than the volume of the liquid food or precursors thereof to be treated.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung in dem inneren Kompartiment einen Ionenaustauscher, wobei das Material der Membran auf mindestens einen Teil der Oberfläche des Ionenaustauschers aufgebracht wurde. Der Ionenaustauscher kann zusätzlich auf einem Trägermaterial aufgebracht sein. Das Material der Membran auf der Oberfläche des Ionentauschers bildet gleichzeitig die Membran. Der Ionenaustauscher füllt das innere Kompartiment vollständig aus.In another embodiment of the invention, the device in the inner compartment comprises an ion exchanger, wherein the material of the membrane has been applied to at least part of the surface of the ion exchanger. The ion exchanger can additionally be applied to a carrier material. The material of the membrane on the surface of the ion exchanger simultaneously forms the membrane. The ion exchanger completely fills the inner compartment.
Eine solche Vorrichtung kann beispielsweise erhalten werden, indem Ionenaustauscher, bevorzugt als Granulat, mit dem Material der Membran umhüllt werden. Ein solches Granulat kann dem flüssigen Lebensmittel auf einfache Weise zugegeben und durch Filtration oder Sedimentation wieder entfernt werden.Such a device can be obtained, for example, by enclosing ion exchangers, preferably in the form of granules, with the material of the membrane. Such granules can be added to the liquid food in a simple manner and removed again by filtration or sedimentation.
Zum Aufbringen des Ionenaustauschers auf einem Träger wird der Ionenaustauscher bevorzugt auf einen Träger, welcher beispielsweise aus einem planaren flachen Körper aus einem flexiblem Material besteht, aufgebracht und der Träger mit Ionenaustauscher mit dem Membran-bildenden Material beschichtet, umhüllt oder laminiert. Auf diese Weise können Oberflächen erhalten werden, welche die gewünschte Wirkung aufweisen.For applying the ion exchanger on a support, the ion exchanger is preferably applied to a support, which consists for example of a planar flat body made of a flexible material, and coated the carrier with ion exchange with the membrane-forming material, coated or laminated. In this way, surfaces can be obtained which have the desired effect.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist bevorzugt vollständig oder mindestens teilweise in das zu reinigende flüssige Lebensmittel einbringbar. Dies bedeutet, dass mindestens ein Teil der Membran mit dem flüssigen Lebensmittel kontaktiert wird. The device according to the invention is preferably completely or at least partially introduced into the liquid food to be cleaned. This means that at least a part of the membrane is contacted with the liquid food.
In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung als vollständig in das flüssige Lebensmittel einbringbare Kapsel ausgeführt. Dadurch können beispielsweise Vorrichtungen mit einer bestimmten Kapazität an zu vermindernden Verbindungen erhalten werden. Abhängig von der Menge an zu vermindernden Verbindungen können Anzahl und Dauer der Anwendung der Kapseln bestimmt werden. Bei einer solchen Anwendung ist keine Filtration oder ein Umpumpen des flüssigen Lebensmittels nötig, was häufig zu Qualitätseinbußen führen kann.In one embodiment, the device is designed as a completely insertable into the liquid food capsule. As a result, devices with a specific capacity of compounds to be reduced can be obtained, for example. Depending on the amount of compounds to be reduced, the number and duration of application of the capsules can be determined. In such an application, no filtration or pumping of the liquid food is necessary, which can often lead to quality losses.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung als sauren Kationenaustauscher entsprechend modifizierte Zellulose, z. B. mit Sulfonyl- oder Phosphorylgruppen, welche mit dem Material der Membran, beispielsweise PDMS, beschichtet ist. Dieser Aufbau erlaubt den Aufbau von flächigen Kationenaustauschern, welche auf einfache Weise in die zu behandelnde Flüssigkeit eingebracht werden können.In a further embodiment of the invention, the device comprises as acidic cation exchanger correspondingly modified cellulose, for. B. with sulfonyl or phosphoryl groups, which is coated with the material of the membrane, for example PDMS. This structure allows the construction of areal cation exchangers, which can be easily introduced into the liquid to be treated.
So kann ein Blatt aus Zellulose, z. B. Fließpapier, zu einem sauren Ionenaustauscher funktionalisiert werden und mit der entsprechenden Membran beschichtet werden.Thus, a sheet of cellulose, for. B. blotting paper, are functionalized to an acidic ion exchanger and coated with the appropriate membrane.
Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Möglichkeiten, die Aufgabe zu lösen, sind nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. So umfassen beispielsweise Bereichsangaben stets alle – nicht genannten – Zwischenwerte und alle denkbaren Teilintervalle.Further details and features will become apparent from the following description of preferred embodiments in conjunction with the subclaims. In this case, the respective features can be implemented on their own or in combination with one another. The possibilities to solve the problem are not limited to the embodiments. For example, area information always includes all - not mentioned - intermediate values and all imaginable subintervals.
Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigt:The embodiments are shown schematically in the figures. The same reference numerals in the individual figures designate the same or functionally identical or with respect to their functions corresponding elements. In detail shows:
BeispieleExamples
1.1 Verkapselter Ionenaustauscher1.1 Encapsulated ion exchanger
Aus einer PDMS-Monomermischung wurden dünne Filme mit einer Dicke von 0,1 bis 0,3 mm gegossen. Mit einem solchen Film wurde ein ringförmiges Stück eines Silikonschlauchs (1,5 cm Durchmesser, Länge 8 mm) einseitig verschlossen. In den entstehenden Hohlraum wurde ein Kationenaustauscher (in H+-Form) eingefüllt und das offene Ende des Silikonschlauchs ebenfalls mit einem der gegossenen Filme verschlossen. So wurde ein trommelförmiger Zylinder erhalten, welcher auf beiden Seiten eine erfindungsgemäße Membran aufweist. Das innere Kompartiment wird durch den Silikonschlauch und die beiden Membrane gebildet. Ein Massentransfer außen – innen ist nur durch Diffusion, vor allem durch die Membrane, möglich. From a PDMS monomer mixture, thin films having a thickness of 0.1 to 0.3 mm were cast. With such a film, an annular piece of a silicone tube (1.5 cm diameter, length 8 mm) was closed on one side. In the resulting cavity, a cation exchanger (in H + form) was filled and the open end of the silicone tube also sealed with one of the cast films. Thus, a drum-shaped cylinder was obtained, which has a membrane according to the invention on both sides. The inner compartment is formed by the silicone tube and the two membranes. A mass transfer outside - inside is only possible by diffusion, especially through the membrane.
Eine so gebildete Kapsel wurde in einen Modellwein gegeben (500 mL), welcher 2-AAP (100 mg/L) enthielt. Der Gehalt an 2-AAP wurde täglich analysiert (UV-Vis-Spektroskopie bei 362 nm, der Hauptabsorption von 2-AAP, PCIE). Als Kontrolle wurde eine mit Ionenaustauscher in der Na+-Form gefüllte Kapsel verwendet, sowie eine Probe ohne Zugabe einer Kapsel (Control). Die gemessenen Werte zeigt
1.2. Natriumhydrogensulfat1.2. Sodium bisulfate
NaHSO4 und Glycerol (Propan-1,2,3-triol) wurden zu einem pastösen Kristallbrei verrieben und anstatt des Ionenaustauschers in eine Kapsel analog zu Beispiel 1 eingefüllt. Diese Kapsel wurde in eine Lösung von 2-AAP gegeben und das Gefäß luftdicht verschlossen. Nach etwa 10 Tagen war über der Lösung jeder Geruch nach 2-AAP verschwunden. NaHSO 4 and glycerol (propane-1,2,3-triol) were triturated to a pasty crystal pulp and filled in place of the ion exchanger in a capsule analogous to Example 1. This capsule was placed in a solution of 2-AAP and the vessel sealed airtight. After about 10 days, any odor of 2-AAP had disappeared over the solution.
2.2. Entfernung von Thiolen2.2. Removal of thiols
Die unter 1.1. beschriebene Kapsel wurde mit einem Cu2+-beladenem IDA-Ionenaustauscher befüllt und zu einem „böcksrigen“ Wein gegeben. Nach kurzer Zeit konnte der Weinfehler sensorisch nicht mehr nachgewiesen werden. Außerdem konnten keine Kupferionen im Wein nachgewiesen werden.The under 1.1. described capsule was filled with a Cu 2+ -loaded IDA ion exchanger and added to a "böcksrigen" wine. After a short time, the wine error could no longer be detected by sensor. In addition, no copper ions could be detected in the wine.
2.3. Verkapselung auf einem Träger2.3. Encapsulation on a support
Ein Streifen (1 × 5 cm) eines Nonwoven-Stoffes wurde mit einem Cu2+-beladenem IDA-Ionenaustauscher (siehe 2.2.) belegt und vollständig mit PDMS beschichtet. Zu 100 ml eines trockenen Weißweins wurden ca. 10 mg NaS – Nonahydrat gegeben mit einem Tropfen 2M HCl. Es trat ein deutlicher Geruch nach H2S auf. In dieses Gemisch wurde der auf dem Träger aufgebrachte verkapselte Ionenaustauscher gegeben und das Gefäß verschlossen. Innerhalb einer Woche wandelte sich das leuchtende Blau des Ionenaustauschers in ein Braunschwarz, währen der Geruch nach Schwefelwasserstoff deutlich abnahm.A strip (1 × 5 cm) of a nonwoven fabric was coated with a Cu 2+ -loaded IDA ion exchanger (see 2.2.) And completely coated with PDMS. To 100 ml of a dry white wine was added approximately 10 mg of NaS nonahydrate with one drop of 2M HCl. There was a distinct smell of H 2 S. The encapsulated ion exchanger applied to the support was placed in this mixture and the vessel was closed. Within a week, the bright blue of the ion exchanger turned into a brownish-black, while the smell of hydrogen sulfide significantly decreased.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 6913776 [0020] US 6913776 [0020]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Ferreira et al. (New Insights into Membrane Science and Technology: Polymeric and Biofunction Membranes; Editors D. Bhattacharyya, D. A. Butterfield; Elseviers Science B. V. 2003; Kapitel 8: Fereira et al. Membrane Aromatic Recovery System (MARS) – A new process for recovering phenols and aromatic amines from aqueous streams; S. 165–181;) [0021] Ferreira et al. (New Insights into Membrane Science and Technology: Polymeric and Biofunction Membranes; Editors D. Bhattacharyya, DA Butterfield; Elseviers Science BV 2003; Chapter 8: Fereira et al Membrane Aromatic Recovery System (MARS) - A new process for recovering phenols and aromatic amines from aqueous streams; pp. 165-181;) [0021]
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