TY  - THES
T1  - Ultraschallbasierte simultane Konzentrationsbestimmung der Komponenten Zucker und Ethanol in wässrigen Fermentationsfluiden
A1  - Schöck,Thomas
Y1  - 2014/10/27
N2  - Bei alkoholischen Fermentationsprozessen in wässrigen Lösungen werden verschiedene Zucker (Mono-, Di- und Polysaccharide) über diverse Zwischenschritte in Ethanol und Kohlendioxid umgewandelt. In der industriellen Produktion sind ultraschallbasierte Verfahren zur Analyse der Zusammensetzung des Fermentationsfluides aufgrund ihrer Robustheit, Preisgünstigkeit und der Möglichkeit zur Durchführung von Onlinemessungen vorteilhaft. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden verschiedene auf der Auswertung von Ultraschallparametern beruhende Verfahren zur Simultanbestimmung des Zucker- und Ethanolgehaltes im Fermentationsfluid auch bei Anwesenheit gelöstem Kohlendioxidgas vorgestellt und hinsichtlich der Genauigkeit der Vorhersagewerte miteinander verglichen.
Zunächst wird das Verhalten der Ultraschallkenngrößen Schallgeschwindigkeit und adiabatische Kompressibilität in standardisierten wässrigen Fluiden in Abhängigkeit von der Konzentration der Komponenten Zucker (2 - 16 Massenprozent) und Ethanol (1 – 6 Massenprozent), dem CO2-Partialdruck (0 – 3,013E+05 Pa) und der Temperatur (2° – 30° C) untersucht. Als Modellsubstanz für den Zuckeranteil dient dabei das Disaccharid Saccharose. Aus dem Datenfeld der Schallgeschwindigkeit werden zwei polynomische Kalibriermodelle für die Zucker- / Ethanolkonzentration mit den Methoden der multiplen linearen Regression (MLR) und der Partial Least Squares (PLS-) Analyse gewonnen. Die minimale erreichbare Standardabweichung der mit dem jeweiligen Modell bestimmten Konzentrationswerte von den Referenzwerten liegt für das mit der MLR-Methode erstellte Modell bei 0,6 Massenprozent für den Zucker- und 0,2 Massenprozent für den Ethanolanteil. Die PLS-Analyse liefert eine Standardabweichung für die Zucker- / Ethanolwerte von 0,36 / 0,13 Massenprozent (Fluide ohne CO2-Anteil) bzw. 0,5 / 0,17 Massenprozent (Fluide mit CO2-Anteil).
Ein weiteres analytisches Verfahren nutzt ein linearisiertes Modell der adiabatischen Kompressibilität und der Dichte zur Zucker- / Ethanolbestimmung. Die Auswertung zweier physikalischer Parameter ergibt bei dieser Methode eine signifikante Steigerung der Modellgüte. Für Fluide ohne CO2-Anteil wird eine minimale Standardabweichung von 0,06 Massenprozent für die Zucker- und 0,07 Massenprozent für die Ethanolkonzentration erreicht. Für CO2-haltige Fluide ergeben sich die entsprechenden Werte zu 0,06 / 0,13 Massenprozent.
KW  - Ultraschall
KW  - Fermentation
KW  - Konzentrationsmessung
KW  - Zucker
KW  - Ethanol
KW  - Kohlendioxid
KW  - Schallgeschwindigkeit
KW  - Kompressibilität
KW  - Chemometrie
CY  - Hohenheim
PB  - Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim
AD  - Garbenstr. 15, 70593 Stuttgart
UR  - http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2014/1013
ER  -