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Zusammenfassung (Deutsch)

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte untersucht werden, ob trans, trans- 2,4-Hexadiensäureanhydrid (Sorbinsäureanhydrid) als Getränkekonservierungsmittel geeignet ist.

Ziel der Arbeit war es zunächst, eine Synthese von Sorbinsäureanhydrid zu entwickeln, die großtechnisch umsetzbar ist. Die Synthese von Sorbinsäureanhydrid im Labormaßstab ließ sich nach verschiedenen Methoden in guten Ausbeuten und Reinheit durchführen. Großtechnisch konnte Sorbinsäureanhydrid nur unter Verwendung von Phosgen mit anschließender Wasserwäsche, Phasentrennung und abschließender Destillation in hoher Reinheit und Ausbeute hergestellt werden.

Die wichtigsten Stoffeigenschaften und das chemische Verhalten von Sorbinsäureanhydrid wurden eingehend analysiert. Dabei zeigte sich, dass aufgrund der Hydrolysegeschwindigkeiten das Anhydrid nur mit Quarantänezeiten von über 24 Stunden in der Getränkeindustrie eingesetzt werden könnte. Allerdings ist bei genügend langer Hydrolysezeit kein Sorbinsäureanhydrid mehr im Getränk vorhanden, so dass der Verbraucher nicht mit Sorbinsäureanhydrid in Berührung kommt. Die entstehende Sorbinsäure erzeugt eine geringe persistente Wirkung gegenüber erneuter Verkeimung und schützt das Getränk somit zusätzlich.

Die mikrobiologische Wirksamkeit wurde im Detail untersucht, dabei zeigten die verschiedenen Versuche, dass Sorbinsäureanhydrid im Vergleich zu Kaliumsorbat eine bis zu 5-fach höhere antimikrobielle Wirkung aufweist. Der Wirkmechanismus konnte nicht geklärt werden. Hier könnten eventuell weitere mikrobiologische Experimente zum genaueren Verständnis beitragen.

Es konnten bei Einsatz von Sorbinsäureanhydrid in nicht-alkoholischen Getränken keine Nebenreaktionen mit Getränkeinhaltsstoffen unter „normalen“ Lagerbedingungen beobachtet werden. Erst bei im Labor durchgeführten Ansätzen mit großen Mengen Sorbinsäureanhydrid und Ammoniak in wenig Lösungsmittel bei Temperaturen über 50 °C konnte Sorbinsäureamid als Reaktionsprodukt nachgewiesen werden. Diese Reaktionsträgheit des Anhydrids spricht für eine Verwendung als Konservierungsmittel. In alkoholischen Getränken kann es jedoch zu einer Reaktion von Sorbinsäureanhydrid mit Alkohol kommen. Dabei entsteht hauptsächlich Ethylsorbat, welches chemisch, physikalisch und toxisch noch nicht umfassend untersucht wurde. Bevor Sorbinsäureanhydrid also in alkoholischen oder nicht-alkoholischen Getränken verwendet werden kann, müssen sowohl das Anhydrid als auch auftretende Nebenprodukte toxikologisch untersucht werden.

Des Weiteren wurden verschiedene Anwendungsmöglichkeiten und Formulierungen, sowie die Verpackung von Sorbinsäureanhydrid diskutiert. Auf diesem Gebiet muss noch weitere Entwicklungsarbeit geleistet werden, da sowohl die Wasserlöslichkeit, als auch der niedrige Schmelzpunkt von Sorbinsäureanhydrid eine Herausforderung für die Anwendungstechnik in einem Getränkebetrieb bedeuten.

Im Rahmen der Zulassung als Konservierungsmittel für Getränke muss die gesundheitliche Unbedenklichkeit des Stoffes geprüft werden, die technologische Notwendigkeit bewiesen werden und der Schutz vor Täuschung gewährleistet sein. Deswegen müssen vor allem die verschiedenen toxikologischen Untersuchungen durchgeführt und genau analysiert werden.

Abschließend lässt sich sagen, dass Sorbinsäureanhydrid nach den bisherigen Ergebnissen durchaus als Konservierungsmittel für Getränke einsetzbar ist.

Zusammenfassung (Englisch)

The work is concerned with the development of trans,trans-2,4-Hexadienoic acid anhydride (Sorbic anhydride) as a preservative for beverages. The studies were divided into three main areas.

The first aim was to develop a synthesis of Sorbic anhydride that could be scaled up to an industrial scale. This could be achieved by various methods with good yields and good purity of Sorbic anhydride. It was produced on a large scale from the synthesis with phosgene, followed by a washing process. After this the phases were separated with the anhydride being distilled to a high degree of purity. Pellets were then produced from the resulting melt.

The second aim was to analyze the most important physical properties and the chemical be-haviour of Sorbic anhydride. Due to the hydrolysis time of the anhydride it can only be used in the beverage industry with quarantine periods exceeding 24 hours.

Sorbic anhydride is no longer present in the drink after sufficiently long hydrolysis time. That means, the consumer does not become in contact with the preservative and as a further advantage, the Sorbic acid, which is produced by the hydrolysis, has a persistent effect and protects the beverage against recontamination.

And the third aim was to study the microbiological efficacy in detail. It was shown by the different experiments, that Sorbic acid has an efficacy, up to five times higher than the efficacy of Potassium sorbate. The mode of action has yet to be clarified. Therefore, further micro-biological experiments can contribute to a detailed understanding.

In addition to these aims, side reactions were not observed with Sorbic anhydride or Sorbic acid and the ingredients in the non-alcoholic drinks under ‚normal‘ storage conditions. Only, at high temperatures and with large amounts of the reaction partner, that there could be seen the formation of Sorbic amide. This low reactivity of the anhydride is an advantage for the use in the beverage industry as a preservative.

But, a side reaction could be seen in alcoholic beverages with Sorbic acid. These side reaction products (Sorbic acid esters) have to be analyzed for their toxicological hazards before use in such beverages.

Furthermore other applications and formulations were investigated as well as the packaging of Sorbic anhydride. Since both, the water solubility and the low melting point are a challenge for the application of the preservative, research is required in these areas.

The health hazards of the substance and the technological need have to be proved for the authorization process for Sorbic anhydride as a preservative for drinks. Therefore, various toxicological studies and detailed analysis have to be carried out.

In summary, it can be concluded, that Sorbic anhydride can be used as a preservative for drinks, according to the existing results.

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