CH720911A1 - Verfahren zur Herstellung eines kohlensäurehaltigen Getränks - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines kohlensäurehaltigen Getränks beschrieben, wobei ein mit Carbonat oder Hydrogencarbonat beladener Anionentauscher (AX) in wässriger Umgebung mit einer Säure vermischt wird, um eine Ionenaustauschreaktion zwischen dem mit Carbonat oder Hydrogencarbonat beladenen Anionentauscher (AX) und der Säure zu bewirken. Das Carbonat im Anionentauscher (AX) wird durch das Säureanion ersetzt, wodurch das Carbonat oder Hydrogencarbonat mit dem Hydroniumion der Säure reagiert, und Kohlensäure gebildet wird.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines kohlensäurehaltigen Getränks.

Stand der Technik

[0002] Kohlensäure wird schon lange verwendet, um kohlensäurehaltige Getränke herzustellen. Kohlensäure entsteht in einer chemischen Reaktion von CO2mit Wasser. Damit sich das Gas des CO2und die Wasserteilchen zu Kohlensäure verbinden, ist in der Regel Druck notwendig. So gibt es viele bekannte Verfahren, die die Herstellung von kohlesäurehaltigen Getränken unter Verwendung von Druck beschreiben, wie beispielsweise mit der Verwendung von Druckpatronen oder Druckflaschen. Nachteilig bei Druckpatronen bzw. -flaschen ist, dass es meist Pfandflaschen sind und immer im Austausch ersetzt werden müssen. Weiterhin sind diese Druckpatronen aufgrund des hohen Innendruck aus Metall und haben eine grosse Masse. Ein weiterer Nachteil der Druckpatronen ist, dass zusätzliches Zubehör wie Küchengräte notwendig ist und der Umgang mit der Druckpatrone nicht ungefährlich ist.

[0003] In einem weiteren bekannten Verfahren zur Herstellung von kohlesäurehaltigen Getränken wird die Kohlensäure chemisch erzeugt durch die Vermengung eines Alkalimetallcarbonats oder Alkalimetallhydrogencarbonats mit einer Säure. In US 2742363 A ist beispielsweise ein Verfahren beschrieben, in welchem ein Alkalimetallbicarbonat und ein Kationenaustauscherharz vom Sulfonsäuretyp in Wasser vermischt wird, wodurch Kohlensäure gebildet wird. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass ein Salz im Wasser aufgelöst wird, wodurch die Leitfähigkeit steigt und das Wasser einen unangenehmen Geschmack bekommen kann. Das aufgelöste Salz kommt nur unzureichend in Kontakt mit dem Ionenaustauscher, so dass die Alkalimetallionen nur zum Teil vom Ionenaustauscher gegen Wasserstoff ausgetauscht werden.

[0004] Auch EP3381298A1 beschreibt ein Verfahren, bei welchem eine Mischung aus einem Kationenaustauscher mit einem als Carbonat ausgebildetem Feststoff und einem Initiatorsalz in Wasser verwendet wird, um Kohlensäure zu bilden. Dabei wird der Feststoff mittels des Kationenaustauschers aufgelöst. Als Carbonatsalze werden Alkali- oder Erdalkalimetallsalze verwendet. Diese Salze sind teilweise nur schwer löslich und werden bei der Reaktion mit dem Kationenaustauscher nicht vollständig abreagiert. Dadurch beeinflussen sie den Geschmack des Wassers.

Aufgabe der Erfindung

[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mittels welchem sich auf einfache Weise ein kohlensäurehaltiges Getränk herstellen lässt, wobei auf die aufwendige Bereitstellung von Druckpatronen oder anderen Geräten verzichtet werden kann, und mittels welchem ein Getränk mit einem angenehmen Geschmack ohne salzigen Beigeschmack oder Verunreinigungen und frei von gesundheitsschädlichen Anionen hergestellt werden kann.

Beschreibung der Erfindung

[0006] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines kohlensäurehaltigen Getränks gelöst, wobei ein mit Carbonat (CO3<2->) oder Hydrogencarbonat (HCO3<->), auch Bicarbonat genannt, beladener Anionentauscher (AX) in wässriger Umgebung mit einer Säure vermischt wird, um eine Ionenaustauschreaktion zwischen dem mit Carbonat oder Hydrogencarbonat beladenen Anionentauscher (AX) und der Säure zu bewirken, wobei das Carbonat im Anionentauscher (AX) durch das Säureanion ersetzt wird, wodurch das Carbonat oder Hydrogencarbonat mit dem Hydroniumion der Säure reagiert, und Kohlensäure (H2CO3) gebildet wird.

[0007] Unter Anionentauscher (AX) werden basische Ionentauscher verstanden bei denen eine kationische Gruppe (Kation) kovalent an eine feste unlösliche Matrix, auch Ionenaustauschharz genannt, gebunden ist, während das Gegenanion (neutral) nur ionisch gebunden und daher durch andere Anionen austauschbar ist. Die Ionenaustauschharze haben eine selektive Affinität zu Anionen und können diese binden und austauschen. Im vorliegenden Fall wird das Carbonat- oder Hydrogencarbonatanion durch ein Säureanion ausgetauscht. Der Anionentauscher (AX) kann ein starkbasischer Anionentauscher (SAX) oder ein schwachbasischer Anionentauscher (WAX) sein.

[0008] Beispiele für einen starkbasischen Anionentauscher (SAX) sind Anionentauscher (SAX), welche eine quartäre Ammonium- oder Phosphoniumgruppe als aktive Gruppe umfassen. Bei starkbasischen Anionentauscher (SAX) werden Anionentauscher Typ I und Typ II verwendet. Die Unterscheidung der beiden Typen I und II bezieht sich auf die Eigenschaften für thermische Beständigkeit und Austauschkapazität. Ein Typ I-Anionentauscher ist thermisch stabiler, hat aber eine geringere Austauschkapazität als ein Typ II-Austauscher. Die austauschaktive Gruppe des Typ I-Austauschers ist in der Regel eine Trimethyl-ammonium-Gruppe.

[0009] Beispiele für einen schwachbasischen Anionentauscher (WAX) sind Anionentauscher, welche eine Aminogruppe umfassen. Im erfindungsgemässen Verfahren zur Herstellung von kohlesäurehaltigen Getränken wird bevorzugt ein starkbasischer Anionentauscher (SAX) mit einer quartären Ammonium- der Phosphoniumgruppe, besonders bevorzugt ein Anionentauscher (SAX) mit einer quartären Ammoniumgruppe verwendet. Beispiele für besonders geeignete starkbasische Anionentauscher (SAX) sind mit quartären Ammonium- oder Phosphoniumgruppe substituierte Polystyrol-Divinylbenzol-Copolymere; Polyacrylate, Polymethacrylate oder Polyacrylonitrile, welche mit Divinylbenzol quervernetzt wurden; Phenol-Formaldehydharze; oder Polyalkylaminharze.

[0010] Vorzugsweise liegt der Anionentauscher (AX) in einem Filterbeutel, einem Pad, einer Kartusche oder einer Membran vor, und ist mit einem Filter umgeben, welcher wasser- und gasdurchlässig ist, aber welcher für den Anionentauscher (AX) undurchlässig ist. Als Filter sind Membrane, Siebe, Filter, Folien oder Gewebe geeignet, welche die erforderliche Porengrösse aufweisen, um wasser- und gasdurchlässig zu sein, aber für den Anionentauscher (AX) undurchlässig sind. Vorzugsweise weisen die Filter eine Dicke von 20-200 Mikrometern und eine Porengrösse von 5-500 Mikrometern auf. Besonders geeignet sind Anionenaustauschmembrane, welche nur für elektrisch negativ geladene Teilchen, für Anionen, durchlässig sind. Vorzugsweise wird der Anionentauscher (AX) in einem Filterbeutel, einer Kartusche oder einer Membran in die wässrige Umgebung eingebracht. Vorzugsweise sind der Anionentauscher (AX) und der Filterbeutel bzw. die Membran kompostierbar, wodurch die Umwelt entlastet wird. Ein Anionentauscher (AX) in einem Filterbeutel, einem Pad, einer Kartusche oder einer Membran wird bevorzugt, damit der Anionentauscher (AX) bei der Reaktion im Filterbeutel, Pad, in der Kartusche oder Membran bleibt und nicht ins Getränk gelangt, so dass das Getränk zum Trinken frei von Anionentauscher (AX) ist.

[0011] Vorzugsweise ist der Filterbeutel, das Pad, die Kartusche oder die Membran derart ausgebildet bzw. mit einer derartigen Menge an Anionentauscher (AX) befüllt, dass ein Liter eines Trinkwassers, welches als Testwasser verwendet wird und welches einen Gehalt von 20 - 50 mg/l Kohlendioxid aufweist, durch Verwendung des Filterbeutels, des Pads oder der Kartusche auf einen Gehalt an Kohlendioxid von mehr als 100 mg/l, besonders bevorzugt mehr als 500 mg/l und ganz besonders bevorzugt mehr als 1000 mg/l angereichert wird.

[0012] Als Säure kommen alle Säuren in Frage, welche in Lebensmitteln zugelassen sind. Beispiele für solche Säuren sind Zitronensäure, Ascorbinsäure, Essigsäure, Natriumhydrogensulfat, Milchsäure, Apfelsäure, Fumarsäure, Weinsäure, Phosphorsäure, Metaweinsäure, Adipinsäure, Bernsteinsäure. Besonders bevorzugt ist die Zitronensäure, weil sie als ungefährlich handhabbarer und tablettierbarer Feststoff vorliegt, deren Geschmack in Erfrischungsgetränken akzeptiert ist, und weil sie eine sehr hohe Löslichkeit in Wasser aufweist, was die Bildung von Kohlensäure beschleunigt. Aber auch die anderen Säuren sind geeignet, je nach gewünschter Geschmacksrichtung.

[0013] In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Säure in Tablettenform in die wässrige Umgebung eingebracht. Dies ist besonders bevorzugt, wenn die Säure auf einfache Weise und in einer beliebig gewünschten Menge eingebracht werden will. Dadurch kann die Stärke der Kohlensäurebildung beeinflusst werden. Der Konsument kann also durch den Einsatz von 1, 2, oder mehreren Säuretabletten den Carbonisierungsgrad, d.h. die Stärke der Kohlensäurebildung, selbst bestimmen.

[0014] Je mehr Säure zugegeben wird, desto mehr Kohlensäure wird gebildet, so lange bis die Kapazität des Anionentauschers (AX) erreicht ist. Zusätzlich kann die Säurekonzentration in der wässrigen Umgebung erhöht werden, um einen etwaigen Geschmack des Anionentauschers (AX), insbesondere den Amingeschmack, zu neutralisieren. Selbst wenn die Säure oder die Säuretablette nicht vollständig aufgelöst wird bei der Reaktion, beeinflusst sie den Geschmack des Getränks nicht negativ, da Säuren, insbesondere Zitronensäure häufig in Getränken zur Geschmacksverbesserung eingesetzt werden. Dies ist ein grosser Unterschied zu den herkömmlichen Verfahren mit einem Carbonatsalz. Wenn das Carbonatsalz nicht vollständig abreagiert ist, hinterlässt es einen negativen Salzgeschmack im Getränk.

[0015] In einer weiteren Ausführungsform wird die Säure zusammen mit dem Anionentauscher (AX) in einem Filterbeutel, einer Kartusche oder in einer Membran in die wässrige Umgebung eingebracht, wodurch das Handhaben des Verfahrens deutlich vereinfacht wird.

[0016] Der Anionentauscher (AX) kann nach einer oder mehrmaliger Verwendung regeneriert werden, um wieder voll reaktionsfähig zu sein. Für die Regeneration werden geeignete Regenerierchemikalien verwendet, vorzugsweise Hydrogencarbonat- oder Carbonatlösungen, insbesondere Natriumcarbonat- oder Natriumhydrogencarbonatlösungen.

[0017] Beim Verfahren zur Herstellung eines kohlensäurehaltigen Getränks können weitere Zusatzstoffe zugegeben werden, um den Geschmack oder die Art des Getränks zu beeinflussen. Beispiele für solche Zusatzstoffe sind Süssungsmittel, Geschmacksverstärker, Elektrolyten zur Herstellung von Elektrolytgetränken, Vitamine, Koffein, Taurin, Geschmacksstoffe oder weitere psychoaktive Stoffe oder Nahrungsergänzungsmittel.

[0018] Das Verfahren wird vorzugsweise in einem verschliessbaren Gefäss, vorzugsweise in einem Gefäss, in welchem Druck aufgebaut werden kann, durchgeführt. Besonders bevorzugt wird das Verfahren in einer Druckflasche ausgeführt, um die Kohlensäure möglichst lange im Wasser zu behalten. Beim Öffnen der Druckflasche entweicht dann die überschüssige Kohlensäure durch die Öffnung der Flasche.

[0019] Das erfindungsgemässe Verfahren wird beispielsweise folgendermassen durchgeführt und umfasst folgende Schritte: A) Eine verschliessbare Flasche, vorzugsweise eine Druckflasche, oder ein verschliessbares Gefäss wird mit Wasser gefüllt; B) Der Anionentauscher (AX), vorzugsweise ein starkbasischen Anionentauscher (SAX) mit einer quartäre Ammonium- oder Phosphoniumgruppe, wird vorzugsweise in einem Filterbeutel, Pad oder einer Kartusche ins Wasser gegeben; C) Eine oder mehrere Säuretabletten werden dazugegeben; D) Die Flasche oder das Gefäss wird geschlossen und die Reaktion findet statt; E) Nach der Reaktion wird das Getränk konsumiert und der Filterbeutel oder das Pad mit dem Anionentauscher (AX) entsorgt oder regeneriert; wobei die Reihenfolge der Schritte B) und C) auch vertauscht werden kann.

[0020] Das mit Kohlensäure zu versetzende Wasser weist Raumtemperatur auf oder wird gekühlt auf bis zu 4°C. Je kühler das Wasser, desto höher ist die CO2Konzentration im Wasser. Bei 8°C beträgt die CO2Konzentration beispielsweise 1000mg/l, bei 50°C nur noch 670 mg/l.

[0021] Falls der Anionentauscher (AX) eine vielfache Kapazität der eingesetzten Stoffmenge an Säure besitzt, kann er mehrfach verwendet werden, bevor er regeneriert oder entsorgt wird.

[0022] Folgende Reaktionen zur Freisetzung von Kohlensäure finden statt. Hier wird als Beispiel der Säure Zitronensäure gewählt und die Säure wird als einprotonige Säure dargestellt. Der Deprotonierungsgrad ist abhängig vom pH im System. Als Anionentauscher (AX) wird ein starkbasischer Anionentauscher (SAX) gewählt: 1. SAX<+>HCO3<->+ H<+>Citrat<->→ SAX<+>Citrat<->+ H2CO3 2. H2CO3→ H2O + CO2

[0023] Ein besonderer Vorteil des vorliegenden Verfahrens liegt darin, dass bei der Herstellung des kohlensäurehaltigen Getränks kein Metallsalz, insbesondere kein Alkali- oder Erdalkalimetallcarbonatsalz verwendet wird. Dadurch unterscheidet sich das erfindungsgemässe Verfahren besonders von den herkömmlichen Verfahren, bei welchen das Carbonat zwingend als Salz, insbesondere als Alkali- oder Erdalkalimetrallcarbonatsalz eingesetzt wird. Dies bringt den besonderen Vorteil, dass das mit dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte kohlensäurehaltige Getränk keinen Salzgeschmack aufweist.

[0024] Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Verfahrens liegt darin, dass es dazu verwendet werden kann, ein gesundes und qualitativ hochwertiges kohlensäurehaltiges Getränk herzustellen, da der Anionentauscher (AX) zusätzlich zur Reaktion mit dem Säureanion bestimmte unerwünschte Anionen oder Verunreinigungen aus dem Wasser oder dem Getränk entfernt. Durch die Entfernung bestimmter Anionen, wie beispielsweise Cl<->, Br<->, BrO3<->, SO4<2->und insbesondere NO2<->und NO3<->, können unerwünschte Geschmacksveränderungen oder chemische Reaktionen vermieden werden, die die Qualität des karbonisierten Getränks beeinträchtigen können. Dadurch wird die Qualität des Getränks verbessert.

[0025] Die Erfindung betrifft zudem einen Filterbeutel, ein Pad, eine Kartusche oder eine Membran zur Verwendung in dem erfindunsgemässen Verfahren umfassend mindestens einen mit einem Carbonat oder Hydrogencarbonat beladenen Anionentauscher (AX).

[0026] Des Weiteren betrifft die Erfindung ein kohlensäurehaltiges Getränk hergestellt nach einem erfindungsgemässen Verfahren.

[0027] Kombinationen von zwei oder mehreren der oben aufgeführten Ausführungen und Varianten sind denkbar und beansprucht.

[0028] Weitere Vorteile der Erfindung folgen aus der nachfolgenden Beschreibung, in welcher die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung

[0029] Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden durch ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben, das jedoch den Schutzumfang des erfindungsgemässen Verfahrens nicht limitiert.

[0030] 50 g eines starkbasischen Anionentauschers (SAX) des Typs I, beispielsweise Amberlite® IRA-402, ein Polystyrol-Divinylbenzol-Copolymer mit quartären Ammoniumgruppen mit einem Partikeldurchmesser von 600-750 Mikrometer und einer Austauschkapazität von 1.9 mmol OH-/g trockener Partikel, wurde für 2 Stunden in einer Lösung von 25 g NaHCO3in 500 ml Wasser geschüttelt, und anschliessend abfiltriert und bei 40°C in einem Umluftofen für 16 h getrocknet. Das Resultat war ein getrocknetes Produkt eines mit einem Hydrogencarbonat beladenen Anionentauschers (SAX) in der Form von SAX<+>HCO3<->. Vom getrockneten Produkt wurden 13.4 g in einem Filterbeutel in eine Lösung von 2.88 g Zitronensäure (H<+>Citrat<->) in 1000 ml Leitungswasser bei Raumtemperatur (etwa 25°C) gegeben, wodurch die Reaktion stattfand in SAX<+>Citrat<->+ H2CO3und schliesslich in Wasser zu CO2. Es wurden 158 ml CO2generiert (gemessen an einem umgedrehten Messzylinder, welcher mit Wasser gefüllt war), was etwa 300 mg/l CO2entspricht.

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung eines kohlensäurehaltigen Getränks, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit Carbonat oder Hydrogencarbonat beladener Anionentauscher (AX) in wässriger Umgebung mit einer Säure vermischt wird, um eine Ionenaustauschreaktion zwischen dem mit Carbonat oder Hydrogencarbonat beladenen Anionentauscher (AX) und der Säure zu bewirken, wobei das Carbonat im Anionentauscher (AX) durch das Säureanion ersetzt wird, wodurch das Carbonat oder Hydrogencarbonat mit dem Hydroniumion der Säure reagiert, und Kohlensäure gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anionentauscher (AX) ein starkbasischer Anionentauscher (SAX) ist und eine quartäre Ammonium- oder Phosphoniumgruppe umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anionentauscher (AX) in einem Filterbeutel, einem Pad, einer Kartusche oder in einer Membran in die wässrige Umgebung eingebracht wird, wobei der Filterbeutel, die Kartusche oder die Membran einen Filter aufweisen, welcher wasser- und gasdurchlässig ist, und welcher für den Anionentauscher (AX) undurchlässig ist.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Säure eine Zitronensäure ist.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Säure in Tablettenform in die wässrige Umgebung eingebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Säure zusammen mit dem Anionentauscher (AX) in einem Filterbeutel oder in einer Kartusche in die wässrige Umgebung eingebracht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anionentauscher (AX) nach einer oder mehrmaliger Verwendung regeneriert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anionentauscher (AX) in einer Hydrogencarbonat- oder Carbonatlösung regeneriert wird.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anionentauscher (AX) und der Filterbeutel kompostierbar sind.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des kohlensäurehaltigen Getränks kein Metallsalz verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einer Druckflasche ausgeführt wird.

12. Filterbeutel oder Kartusche zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend mindestens einen mit einem Carbonat oder Hydrogencarbonat beladenen Anionentauscher (AX).

13. Kohlensäurehaltiges Getränk hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12.