Η ΠΡΟΠΥΛΕΝΟΓΛΥΚΟΛΗ ΩΣ ΨΥΚΤΙΚΟ ΜΕΣΟ ΣΤΗΝ ΖΥΘΟΠΟΙΙΑ

Αρκετές εφαρμογές στον τομέα της Βιομηχανίας χρησιμοποιούν ως ψυκτικό μέσο στα ψυκτικά τους μηχανήματα (chillers) διάφορα υλικά ανάλογα του είδος που απαιτείται να ψυχθεί. Το συνηθέστερο φυσικά είναι το νερό όπως εύκολα μπορεί να καταλάβει κανείς λόγω διαθεσιμότητας και του μικρού κόστους. Υπάρχει όμως ένα μειονέκτημα, έχει σημείο πήξης 0^οC. Επομένως είναι ακατάλληλο για εφαρμογές όπου απαιτούν ψύξη υλικού κάτω από τους 0 ^οC ή κοντά στο 0 ^οC.

Σε τέτοιες περιπτώσεις ένα συνηθισμένο ψυκτικό μέσο είναι η προπυλενογλυκόλη.

Τί είναι όμως η προπυλενογλυκόλη;

Ας δούμε τα χαρακτηριστικά της

Κοινή Ονομασία : Προπυλενογλυκόλη (propylene glycol)

Ονομασία κατά IUPAC : 1,2 προπανοδιόλη

Άλλες ονομασίες : 1,2 διϋδροξυπροπάνιο, μεθυλαιθυλγλυκόλη, μέθυλαιθυλενογλυκόλη, α-προπυλενογλυκόλη

Μοριακός τύπος : C₃H₈O₂

Συντακτικό τύπος : CH₃CH(OH)CH₂(OH)

Μοριακό Βάρος : 76,09 g/mol

Εμφάνιση : διάφανη, άχρωμη, σχεδόν άοσμη και υγροσκοπική με ελαφρώς γλυκιά γεύση

Πυκνότητα : 1,04 g/cm³

Σημείο τήξης : - 59^οC

Σημείο βρασμού : 188,2 ^οC

Η προπυλενογλυκόλη ανήκει στην κατηγορία των αλκοολών και επειδή περιέχει δύο υδροξύλια (-ΟΗ) κατατάσσεται στις διόλες. Αναμιγνύεται σε πολλούς διαλύτες όπως νερό, ακετόνη και χλωροφόρμιο. Δεν είναι ερεθιστική, έχει χαμηλή τοξικότητα και πολύ χαμηλή πτητικότητα. Χρησιμοποιείται ευρέως σε εφαρμογές τροφίμων (ως Ε1520) αλλά και σε καλλυντικά και στην φαρμακευτική (ως Ε490).

Η προπυλενογλυκόλη είναι αναγνωρισμένη ως μια ασφαλής ένωση (ανήκει στην κατηγορία GRAS, "generally recognized as safe" δηλαδή "γενικά αναγνωρισμένη ως ασφαλής") και έχει πάρει έγκριση από τον Οργανισμό Τροφίμων και Φαρμάκων των ΗΠΑ, τον FDA (21 CFR x184.1666) αν και στην χρήση της στην παραγωγική διαδικασία ζυθοποίησης δεν έρχεται σε επαφή με την μπίρα αλλά χρησιμοποιείται μόνο ως ψυκτικό μέσο στα ψυκτικά μηχανήματα ώστε να ψύχει τις δεξαμενές ζύμωσης και ωρίμανσης.

Πως παράγεται

Βιομηχανικά, για χρήση προπυλενογλυκόλης σε τρόφιμα παράγεται κυρίως από το οξείδιο του προπανίου είτε σε υψηλές θερμοκρασίες 200-220^οC είτε με καταλυτική μέθοδο στους 150-180^οC παρουσία ιοντοανταλλακτικής ρητίνης ή μικρής ποσότητας θειικού οξέος ή αλκαλίου ^[1] . Το προϊόν που παράγεται με αυτήν την διαδικασία περιέχει 20% προπυλενογλυκόλη οπότε στη συνέχεια ακολουθεί καθαρισμός ώστε να φθάσει σε επίπεδα καθαρότητας >99,5%.

Μια άλλη μέθοδος παρασκευής προπυλενογλυκόλης είναι από την γλυκερίνη. Λόγω όμως της έντονης οσμής και γεύσης αυτή η προπυλενογλυκόλη δεν είναι κατάλληλη για χρήση σε τρόφιμα.

Χρήσεις

Η προπυλενογλυκόλη βρίσκει χρήσεις σε πολλές εφαρμογές. Για την βιομηχανία τροφίμων χρησιμοποιείται σε ποτά με βάση τον καφέ, παγωτά, σόδα, γαλακτοκομικά προϊόντα κλπ Στα απολυμαντικά των χεριών που περιέχουν οινόπνευμα η προπυλενογλυκόλη χρησιμοποιείται ως υγραντικό για να αποτρέψει την ξήρανση του δέρματος Στην φαρμακευτική χρησιμοποιείται ως διαλύτης σε φαρμακευτικά προϊόντα όπως στοματικά, ενέσιμα ή τοπικά σκευάσματα. Φάρμακα τα οποία είναι αδιάλυτα στο νερό χρησιμοποιούν προπυλενογλυκόλη ως διαλύτη. Απαντάται επίσης και ως συστατικό στα σκευάσματα τεχνητών δακρύων Η προπυλενογλυκόλη επίσης απαντάται ως κύριο συστατικό μαζί με την γλυκερίνη των υγρών του ηλεκτρονικού τσιγάρου. Τέλος, όπως αναφέρθηκε ήδη, διάλυμα προπυλενογλυκόλης με νερό χρησιμοποιείται ως αντιψυκτικό μέσο λόγω του χαμηλού σημείου πήξης της προπυλενογλυκόλης.

Αξίζει να σημειωθεί πως ένα υδατικό διάλυμα προπυλενογλυκόλης 40% έχει σημείο πήξης -21^οC Αν και η αιθυλενογλυκόλη, ένα άλλο ψυκτικό μέσο, έχει καλύτερη μεταφορά θερμότητας από την προπυλενογλυκόλη καθώς και ότι απαιτείται λιγότερη ποσότητα αιθυλενογλυκόλης για να επιτευχθεί το ίδιο σημείο πήξης, εντούτοις αποφεύγεται τις περισσότερες φορές λόγω της υψηλής τοξικότητας σε αντίθεση με την προπυλενογλυκόλη που έχει πολύ μικρή τοξικότητα ^[2]

Η χρήση στην ζυθοποιία

Η προπυλενογλυκόλη χρησιμοποιείται στην ζυθοποιία ως ψυκτικό μέσο στα chillers. Συνήθως παρασκευάζεται υδατικό διάλυμα προπυλενογλυκόλης 40% το οποίο έχει σημείο πήξης περίπου -21^οC. Το διάλυμα αυτό χρησιμοποιείται για να ψύξει είτε τις δεξαμενές ζύμωσης και ωρίμανσης είτε την μπίρα μετά την παστερίωσή της (για flash pasteuriser) (ΕΙΚΌΝΑ 3). Αν και το διάλυμα της προπυλενογλυκόλης δεν έρχεται σε επαφή με την μπίρα, παρόλα αυτά οι ζυθοποιίες επιλέγουν food grade προπυλενογλυκόλη στην πάρα πολύ σπάνια περίπτωση που μπορεί να συμβεί ανάμιξη με την μπίρα λόγω διαρροών.

Μεγάλη προσοχή πρέπει να δίνεται στην μέτρηση του διαλύματος της προπυλενογλυκόλης σε τακτά χρονικά διαστήματα (π.χ. μια φορά τον χρόνο ή μια φορά το εξάμηνο) ώστε να επιβεβαιώνεται η συγκέντρωση της προπυλενογλυκόλης ή αν απαιτείται προσθήκη επιπλέον προπυλενογλυκόλης.

Στην δεύτερη περίπτωση, για να υπολογισθεί η ποσότητα της προσθήκης της προπυλενογλυκόλης πρέπει να γνωρίζουμε τον συνολικό όγκο του κυκλώματος. Όταν εννοούμε όγκος κυκλώματος εννοούμε τον όγκο της δεξαμενής, των σωληνώσεων και των jackets των δεξαμενών.

Ένας τύπος που κυκλοφορεί ευρέως είναι

G = V* (%D-%P) / 100- %P

όπου

G = ο όγκος (π.χ. σε λίτρα ή σε κυβικά μέτρα)

D= η επιθυμητή συγκέντρωση καυστικής σε %

P= η συγκέντρωση της καυστικής % που υπάρχει στο κύκλωμα

V = ο όγκος του κυκλώματος (π.χ. σε λίτρα ή σε κυβικά μέτρα αρκεί να είναι στην ίδια μονάδα μέτρησης με το G)

Πώς όμως μπορούμε να υπολογίσουμε την % συγκέντρωση της προπυλενογλυκόλης στο παρόν κύκλωμα;

Ένας τρόπος είναι να μετρήσουμε το Brix του διαλύματος ή ένας άλλος τρόπος είναι να μετρήσουμε τα Baume του διαλύματος και από πίνακες να αντιστοιχίσουμε αυτήν την μέτρηση με την συγκέντρωση του διαλύματος. Μπορούμε ακόμα να μετρήσουμε την πυκνότητα του διαλύματος και πάλι από πίνακες να υπολογισθεί η συγκέντρωση. Ας τα πάρουμε όμως από την αρχή

1. Μέτρηση Baume

Τα Baume ή αλλιώς βαθμοί Baume (^oB ή ^oBe) είναι μια κλίμακα που ανέπτυξε ο Γάλλος φαρμακοποιός Antoine Baume το 1768 για να μετράει την πυκνότητα διάφορων υγρών. Ουσιαστικά μας δείχνει πόσα σάκχαρα έχει ένα διάλυμα. Για κάθε 1 βαθμό Baume αντιστοιχεί 1,8 γραμμάρια σακχάρων.

Η μέτρηση Baume γίνεται με μπωμόμετρο αλλιώς και αραιόμετρο Baume. Το μέγεθος αυτό το χρησιμοποιούν αρκετά οι οινολόγοι στον μούστο για να υπολογίσουν το αλκοόλ που θα παραχθεί στο κρασί.

Το πρώτο βήμα είναι να μετρήσουμε με αραιόμετρο baume (εικόνα 1) τους βαθμούς του διαλύματος της προπυλενογλυκόλης (προσοχή να γίνει διόρθωση της μέτρησης με την θερμοκρασία) και αφού υπολογισθεί αυτό τότε • είτε ανατρέχουμε σε έτοιμους πίνακες μετατροπής των βαθμών baume σε πυκνότητα

• είτε εφαρμόζουμε τον τύπο SG = 145/(145-^oBaume)

Σημείωση : αυτός ο τύπος ισχύει για υγρά που είναι βαρύτερα από το νερό, διαφορετικά υπάρχει άλλος τύπος για τα ελαφρύτερα από το νερά υγρά (SG=140/(130+^oBaume)

Aφού υπολογίσουμε την πυκνότητα του διαλύματος της προπυλενογλυκόλης, ανατρέχουμε σε πίνακες αντιστοίχησης πυκνότητας με την % περιεκτικότητας της προπυλενογλυκόλης στο διάλυμα

2. Μέτρηση Brix

Το Brix είναι μια άλλη μονάδα μέτρησης των σακχάρων στο διάλυμα. Μετριέται με την βοήθεια οργάνων ή με φορητό διαθλασίμετρο (εικόνα 2). Αντίστοιχα, όπως και με τα baume, γίνεται αντιστοίχηση αρχικά των brix σε πυκνότητα και στη συνέχεια σε % συγκέντρωση προπυλενογλυκόλης μέσω πινάκων

Ιδιαίτερα σημεία προσοχής

1. Το setpoint των chillers. Θα πρέπει να ρυθμιστεί σε θερμοκρασία περίπου 3-5^οC χαμηλότερα από τις χαμηλότερες θερμοκρασίες που θέλουμε να πετύχουμε στην ωρίμανση της μπίρας αφού στο κύκλωμα υπάρχουν και απώλειες θερμότητας

2. Έλεγχος φίλτρου προπυλενογλυκόλης σχήματος Υ. Πρέπει να ελέγχεται περιοδικά για τυχόν βουλώματα που μπορούν να επηρεάσουν την παροχή και να δημιουργήσουν δυσλειτουργία των μηχανημάτων chillers

3.

ΠΗΓΕΣ

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Propylene_glycol#cite_note-petro-7

[2] https://www.monarchchemicals.co.uk