Laugen und Säuren
Grundlagen unserer Rohstoffe
Da der pH-Wert ein wichtiger Parameter für die vorgesehene Leistung einer Rezeptur darstellt, ist die Einstellung desselben ein wichtiger Faktor bei einer Rezepturentwicklung und -fertigung.
Der pH-Wert bestimmt ein saures oder alkalisches Verhalten einer chemischen Substanz. Er ist definiert für einen Bereich von 0 bis 14. Ab einem Wert von 9 und höher spricht man von Alkalität, bei einem pH-Wert unter 4 von Acidität. Der Bereich zwischen 5 und 8 wird als neutral bezeichnet.
Laugen haben einen alkalischen pH-Wert, also ab ca. 9 und höher. Sie werden daher meistens genutzt, um einen hohen pH-Wert in einer Rezeptur zu erreichen. Zwar kann der pH-Wert auch mit Aminen, Carbonaten, Tripolyphosphaten oder Silikaten in den alkalischen Bereich verschoben werden, aber Laugen stellen für Dr. Weigert die mit Abstand größte chemische Stoffklasse zur Einstellung eines alkalischen pH-Wertes dar. Ohne Laugen wäre die Entwicklung, Herstellung und der Vertrieb professioneller Wasch- und Reinigungsmittel nicht möglich, da nur diese oftmals die notwendige Alkalität für ein erfolgreiches Reinigungsergebnis liefern. Kennzeichnend für die chemische Wirkung von Laugen ist deren Eigenschaft der Hydrolyse. Am Beispiel der Fettverseifung lässt sich das verdeutlichen.
Kalilauge hydrolysiert das Triglycerid zu wasserlöslichem Glycerin und Kaliumseife R1, R2, R3 = native Fettsäuren
Dabei entstehen aus Fetten, sog. Triglyceriden, mit Lauge Glycerin und Kaliumseifen langkettiger Fettsäuren. Über diese Reaktion werden aus vorher wasserunlöslichen Fetten wasserlösliche Stoffe, die mit der Reinigungsflotte ausgespült werden können.
Proteine stellen eine der weitverbreitesten Anschmutzungen in der Lebensmittelindustrie, der Küchenhygiene und der Medizinprodukteaufbereitung dar. Sie bestehen aus einzelnen Aminosäuren, die über eine Peptidbindung verbunden sind. Unter Laugeneinwirkung werden auch diese Bindungen hydrolysiert und die einzelnen, löslichen Aminosäuren bzw. Peptidfragmente lassen sich über die Flotte austragen.
Auch Stärke oder andere aus Kohlenhydraten bestehende Lebensmittelinhaltsstoffe lassen sich bei hohen pH-Werten mittels Laugen hydrolysieren. Die daraus entstehenden Fragmente, z.B. Glucose, sind wasserlöslich und können auf diese Weise mobilisiert werden.
Der Einsatz von Laugen zur Erreichung eines hohen pH-Wertes ist also für viele typische Anschmutzungen eine kosteneffiziente Grundvoraussetzung für ein erfolgreiches Reinigungsergebnis. Beim Einsatz hochalkalischer oder stark saurer Formulierungen ist allerdings immer die sorgfältige Prüfung der Materialkompatibilität des Spülgutes und der dosiertechnischen Materialien erforderlich. Insbesondere stark alkalische Rezepturen können bei unsachgemäßer Anwendung zu Materialschäden führen. Deshalb ist die Kenntnis und Testung der Bauteile oder des Spülgutes bei der Entwicklung von Reinigerformulierungen, speziell alkalischer, essenziell.
Stärkehydrolyse: durch Lauge werden Polysaccharide in einzelne, wasserlösliche Fragmente gespalten
Liegt ein pH-Wert unter 4 spricht man von Acidität, die man mit Säuren einstellen kann. Während bei Laugen ausschließlich der pH-Wert als Leistungskriterium zählt, ist dieser bei Einsatz von Säuren als Reinigungsmittel in der Waschtechnologie weniger bedeutsam. Es werden häufig Sekundäreigenschaften der Säuren genutzt, um einen Zusatznutzen in der Rezeptur zu erwirken, der nicht nur in der pH-Wert-Erniedrigung liegt. Zum Einsatz kommen hier vor allem Salpetersäure, Phosphor-, Schwefel-, Citronen- oder Amidosulfonsäure.
Carbonate, die durch hohe Wasserhärte entstehen können, oder Oxalate, die in der Bierproduktion unerwünscht anfallen, sind typische Anschmutzungen, die sich durch Säuren entfernen lassen. Darüber hinaus werden Säuren eingesetzt, wenn nach einer alkalischen Reinigung Spülgüter neutralisiert oder der pH-Wert einer Rezeptur eingestellt oder korrigiert werden soll. Dafür bieten sich Citronen- und Phosphorsäure an. Insbesondere Phosphorsäure ist im Hinblick auf Materialschutz besonders mild und eignet sich für saure Formulierungen, die für empfindliches Spülgut ausgelobt werden.
Im Gegensatz dazu hat Salpetersäure neben seiner Eigenschaft als Säure auch ein hohes Oxidationspotential. Das wird genutzt, um oxidierbare organische Verschmutzungen zu beseitigen. Amidosulfonsäure wird eingesetzt, wenn eine feste, aber milde Säure notwendig ist, z.B. bei der Entkalkung von Spülmaschinen und Heißwassergeräten.
Neben dem Einsatz von Säuren, die mittel- und unmittelbar Reinigungsaufgaben übernehmen können, gibt es Säuren, die vor allem aufgrund ihrer bioziden Wirkung eingesetzt werden. Zu den bioziden Säuren gehören Sorbin-, Milch- oder Ameisensäure. Diese dienen entweder der Konservierung oder der Erreichung biozider Eigenschaften für die Anwendung als Desinfektionsreiniger oder Desinfektionsmittel.
Wenn der pH-Wert einer Rezeptur zwischen 3 und 10 liegt, diese vornehmlich wässrig ist und keine biozid wirkenden Stoffe enthält, muss sie konserviert werden. Damit soll gewährleistet werden, dass die Rezeptur über die ausgelobte Verwendbarkeitszeit stabil bleibt und nicht durch Fremdorganismen verkeimt wird.
Die Konservierung stellt einen erheblichen Formulierungsaufwand dar, denn sie muss mit der Rezeptur kompatibel sein und darf deren Stabilität und Eigenschaften nicht beeinflussen.
Dr. Matthias Springer
Leitung Forschung & Entwicklung
Zeichnungen: Dr. Bastian Wulff
Produktentwicklung
