Reines Wasser für höchste Produktqualität in Premium-Spirituosen

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23.11.2010 Die Spirituosenindustrie ist ein wichtiges Wirtschaftssegment. Die Erwartung der Verbraucher an die Produktqualität gewinnt heutzutage immer mehr an Bedeutung. Eine sorgfältige Auswahl qualitativ hochwertiger Rohstoffe ist Grundvoraussetzung für die Spitzenqualität des Endproduktes. Auch das eingesetzte Wasser spielt im Herstellungsprozess von Premium-Spirituosen eine wichtige Rolle für guten Geschmack sowie Produktqualität und -stabilität.

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Entscheider-Facts Für Betreiber


  • Bei der Spirituosenherstellung hat die Wasserqualität im Hinblick auf Produktqualität sehr große Bedeutung.
  • Nach Inbetriebnahme der ersten Umkehrosmose-Anlage bei einem Spirituosenhersteller Anfang 2010 mit einer Leistung von 10000l/h und darauf folgender intensiver Beprobungen weist das gereinigte Wasser bis heute eine gleichbleibend hervorragende Qualität auf.
  • Alle zugesagten Betriebsparameter, insbesondere in Hinblick auf die Leistung, Anlagenverfügbarkeit und Effizienz werden eingehalten.

Ein führender Hersteller eines Premium-Kräuterlikörs nahm ein besonderes Augenmerk auf das für den Herstellungsprozess verwendete Wasser. Zusammen mit dem eingesetzten Neutralalkohol fungiert es als Träger der Geschmacks- und Aromastoffe der botanischen Rohstoffe, die bei der Mazeration extrahiert werden. Um die hohe Produktqualität und Reinheit des Wassers an allen Standorten gleichermaßen sicherzustellen und zu vereinheitlichen, wurde ein Hersteller von Reinstwasseranlagen mit Planung und Realisierung von insgesamt drei Wasseraufbereitungsanlagen beauftragt. Das gute Ergebnis sichert dem Hersteller heute und auch in der Zukunft eine gleichbleibende, reproduzierbar hohe Produktqualität.

Wasser ist nicht gleich Wasser

Trinkwasser ist unser wichtigstes Lebensmittel und kann durch nichts ersetzt werden. Für die Herstellung von Premium- Spirituosen dient Wasser als quantitativ wichtiger Rohstoff. Die Anforderungen an das Trinkwasser werden in der Trinkwasserverordnung (TrinkwV) gesetzlich geregelt. Die Beschaffenheit des Trinkwassers variiert mitunter aufgrund von regionalen Unterschieden sehr stark. Trinkwasser stammt in Deutschland überwiegend aus Grundwasser, Oberflächenwasser und/oder Quellwasser. Die unterschiedlichen Herkünfte sind ein Grund für eine deutlich unterschiedliche Mineralstoffkonzentration der Wässer.

Die allseits bekannte Wasserhärte, die in vier Härtebereiche von „weich“ bis „sehr hart“ unterteilt wird, ist nur ein Indikator für die mögliche Bandbreite der Trinkwasserqualität. Sie kann extreme Auswirkungen auf den Herstellungsprozess und auf den Geschmack sowie die Qualität des Endprodukts selber haben. Eine hohe Wasserhärte führt im Herstellungsprozess beispielswesie zu Kalkablagerungen an Düsen sowie Heizflächen. Im Erzeugnis selbst kann es zu Ausfällungen und Geschmacksbeeinträchtigungen kommen. So entfalten etwa Kaffee oder Tee ihr volles Aroma deutlich besser, wenn sie mit weichem Wasser zubereitet werden. Bei Kaltgetränken ist es umgekehrt: Hier schneiden bei professionellen Verkostungen in Blindtests Wässer mit einem höheren Mineralstoffgehalt oft besser ab als „weiche“.
Neben der Wasserhärte spielen aber auch andere geschmacks- und qualitätsbeeinflussende organische und anorganische Inhaltsstoffe eine bedeutende Rolle im Getränke-Herstellungsprozess. Um eine konstante Produktqualität gewährleisten zu können, insbesondere bei regional unterschiedlichen Produktionsstandorten, ist eine einheitliche und reproduzierbare Wasserqualität von großer Bedeutung. Um dies zu erreichen, ist ein weiteres Aufbereiten des lokal eingespeisten Trinkwassers erforderlich, bei dem unerwünschte Inhaltstoffe des Trinkwassers entfernt werden, um eine Standardisierung des Wassers zu erreichen. In der Prozesskette des Spirituosenherstellers wird unter anderem bei der Mazeration von erlesenen Kräutern auch neutrales Wasser benötigt, damit sich in Kombination mit Neutralalkohol spezifische Aromen gemäß Rezeptur optimal entfalten können.

Hygienic Design – Erfahrungen aus der Pharmaindustrie nutzen

Bei der Ausführung der Wasseraufbereitungsanlage sollten die im Pharmabereich eingesetzten Hygienestandards berücksichtigt werden. Hierzu gehören unter anderem ein totraumarmes Anlagendesign, kontinuierliche turbulente Durchströmung und geeignete, FDA-konforme Werkstoffe. Der Rohrleitungswerkstoff Edelstahl (316L) ermöglicht eine kompakte Bauweise und erfüllt durch eine Verarbeitung im Orbital-Schweißverfahren die Anforderungen nach einer möglichst geringen Oberflächenrauhigkeit von Ra<0,8 bzw. 1,6µm.

Gleichzeitig galt es für den Spirituosenhersteller, die Auflagen der EG Richtlinie 2007/19/EG über Materialien und Gegenstände aus Kunststoff, die dazu bestimmt sind, mit Lebensmitteln in Berührung zu kommen, zu erfüllen. Darüber hinaus sollten integrierte CIP-Einrichtungen einer Verkeimung der Anlagen entgegenwirken. Man entschied sich für das CIP-System TSplus, das bereits seit vielen Jahren in zahlreichen Pharmawasseranlagen erfolgreich im Einsatz ist. Dieses System ermöglicht eine vollautomatische Heißwasser-Sanitisierung (T>80°C) des gesamten Wassersystems bis hin zum Produkt. Die Vorteile dieses Systems sind für den Betreiber von großem sicherheitstechnischen und wirtschaftlichen Nutzen durch

einfache Validierung der Sanitisierung über das dokumentierte Temperaturprofil;
kein Chemikalienhandling, keine Abwasserbelastung;
geringer personeller sowie zeitlicher Aufwand;
sehr gute Desinfektionseignung durch eine gesicherte Sanitsierungstemperatur von >80°C.
Umkehrosmose sichert hoheProduktqualität

Um alle Forderungen in Hinblick auf eine hohe Produktwasserreinheit zu erfüllen, zeichnete sich schnell die Umkehrosmose als Verfahren der Wahl ab. Hierbei handelt es sich um ein seit über 20 Jahren erprobtes Membrantrennverfahren, das überall dort eingesetzt wird, wo es darum geht, die Konzentration von gelösten Stoffen in Lösungen zu verringen, wie beispielsweise bei der Wasserentsalzung und der Dialyse. Im Lebensmittelbereich wird die Umkehrosmose unter anderem auch zur Aufkonzentrierung etwa von Fruchtsäften eingesetzt.

Bei der Umkehrosmose wird mithilfe einer Hochdruckpumpe das aufzubereitende Wasser (Feed) durch eine synthetische, semipermeable Membrane gedrückt, die aufgrund ihrer Porenfeinheit von etwa 1000 Dalton – entsprechend 0,1nm Porengröße – nur noch Wassermoleküle durchlässt, während Ionen, Mikroorganismen, Pyrogene, Partikel und verschiedene Schadstoffe mit einem Teilstrom (Konzentrat) ins Abwassernetz eingeleitet werden oder je nach Qualität eine weitere Verwendung, zum Beispiel als Kühlwasser, finden. Im Gegensatz zu klassischen Filtern verfügen Osmosemembranen jedoch nicht über durchgehende Poren. Vielmehr diffundieren die Wassermoleküle durch die Membrane hindurch.
Die Abscheideraten von Umkehrosmosemembranen betragen bei

Ionen: >97%;
Mikroorganismen: >99%;
Pyrogenen: >99%;
Partikeln, Kolloiden: >99,9%.
Anlagenverfügbarkeit hat oberste Priorität

Betriebsausfälle von einzelnen Anlagenteilen können in einem produzierenden Unternehmen gewaltige Kosten verursachen. Um dem entgegenzuwirken, wurden alle Hauptaggregate der Wasseraufbereitungsanlage redundant ausgeführt. Darüber hinaus wurden zusätzliche Verfahrensstufen vorgesehen, die zu einer erhöhten Betriebssicherheit beitragen sollten.

So kann etwa bei Ausfall der zentralen Enthärtungsanlagen, automatisch eine Härtestabilisierung zugeschaltet werden, die eine Verblockung der Umkehrosmosemembranen durch die im Trinkwasser enthaltenen Härtebildner Calcium und Magnesium unterbindet.
Ferner schützt ein Aktivkohlefilter im Eintritt der Umkehrosmose die Membranen unter anderem vor freiem Chlor, welches in der kommunalen Trinkwasseraufbereitung zum Teil eingesetzt wird. Darüber hinaus findet im Aktivkohlefilter eine Vorreinigung statt, indem organische Substanzen bereits hier aus dem Trinkwasser adsorbiert werden.
Alle betriebsrelevanten Anlagenparameter, wie zum Beispiel Drücke, Durchflüsse und Temperatur, werden automatisch überwacht. Ebenso werden alle Qualitätsparameter wie Eingangshärte sowie die Leitfähigkeit nach der Umkehrosmose und im Lager- und Verteilsystem laufend überwacht.

Modularer Aufbau ermöglichtindividuelle Anlageneinbindung

Als besondere Herausforderung galt es, die neuen, selbstreinigenden Produktwasser-Aufbereitungsanlagen in die bestehenden Systemabläufe zu integrieren und hierbei die unterschiedlichsten räumlichen Einbausituationen zu berücksichtigen. Dies gelang durch einen modularen Anlagenaufbau der einzelnen Verfahrensstufen. So wurden die einzelnen Verfahrensstufen an den verschiedenen Standorten entweder nebeneinander, übereinander, im Block oder voneinander getrennt angeordnet.

Über Profibus- bzw. Ethernet-Schnittstellen der SPS wurden die einzelnen Module untereinander und mit der jeweils bestehenden zentralen Leittechnik des Kunden verbunden. Lager- und Verteilsysteme für das gereinigte Wasser wurden zum Teil komplett neu erstellt. Hierbei galt es, mithilfe der genannten Maßnahmen die Qualität des Wassers auch über längere Zeiträume im gesamten System – bis hin zur Verwendungsstelle – bei zu behalten. Vorhandene Systeme wurden mit dem TSplus-Modul aufgerüstet.
Die installierten Wasseraufbereitungs-Anlagen haben Durchsatzleistungen von 8000 bis 10000l/h und können im Bedarfsfall erweitert werden. Die einzelnen Anlagen setzen sich im Wesentlichen aus folgenden Komponenten zusammen:

Enthärtungsanlage,
Aktivkohlefilter AK-TS,
Umkehrosmose RO-TS,
Permeattank aus 1.4404 mit Sterilbelüftungsfilter 0,2µm, beheizbar,
elektrische Aufheizeinrichtung TSplus,
Produktwasserpumpen, frequenzgeregelt,
UV-Anlagen in der Produktwasser-Ringleitung,
SPS (S7) mit Visualisierung über Touch-Panel sowie
komplette Verrohrung aus 1.4404, Ra<0,8µm.
Wasseraufbereitungsanlage optimal abgestimmt

Ebenso stand bei der Anlagenkonstruktion die Wirtschaftlichkeit der Anlagen mit an vorderster Stelle. Um die Betriebskosten zu minimieren, muss eine Wasseraufbereitungsanlage optimal auf die jeweilige Trinkwasserqualität und die vorherrschenden Betriebsbedingungen abgestimmt werden. Bei der Umkehrosmose konnte durch optimale Konzentratausnutzung die Anlagenausbeute von 75 auf stolze 90% gesteigert werden. Durch den Einsatz frequenzgeregelter Pumpen konnten diese bedarfsgerecht geregelt werden und der elektrische Verbrauch so minimiert werden.

 

Heftausgabe: November 2010
Folker Jabs , Prokurist Wilhelm Werner

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Folker Jabs , Prokurist Wilhelm Werner
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