Herausforderungen der Qualitätskontrolle bei modernen Erfrischungsgetränken: Analysestrategien und Fallstudien

Die Entwicklung des globalen Marktes für alkoholfreie Getränke hin zu funktionalen, zucker- und alkoholarmen Rezepturen hat die analytische Komplexität, die für die industrielle Qualitätskontrolle erforderlich ist, erheblich erhöht. Traditionelle offizielle Methoden wie HPLC und Gaschromatographie stellen zwar den gesetzlichen Referenzstandard dar, sind aber für die routinemäßige Überwachung oft zeitaufwändig und kostspielig.

Diese Studie präsentiert eine fortschrittliche analytische Charakterisierung einer heterogenen Auswahl an kommerziellen Getränken (darunter Energy-Drinks, Zitruslimonaden, handwerklich hergestellte Colagetränke und weinbasierte Aperitifs) mithilfe des fotometrischen Systems CDR DrinkLab. Ziel war die Bewertung eines vereinfachten Arbeitsablaufs zur Bestimmung kritischer Parameter wie Koffein, Alkohol, Zucker und Säureprofil.

Die Ergebnisse zeigen die Effektivität der Methode bei der genauen Quantifizierung von Koffein in komplexen Matrices (Messbereich 65 - 249 mg/L) und beim Nachweis von Alkoholspuren mit einer Empfindlichkeit von bis zu 0,002 % vol, was für die Einhaltung der gesetzlichen Bestimmungen für alkoholfreie Produkte unerlässlich ist. Darüber hinaus lieferte die differenzierte Charakterisierung des acidimetrischen Profils (Zitronensäure vs. Phosphorsäure) Daten, die mit den sensorischen und Stabilitätserwartungen übereinstimmen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der fotometrische Ansatz eine sinnvolle Alternative zu herkömmlichen Methoden darstellt. Er ermöglicht eine schnelle Durchführung und reduziert den Probenaufwand, wodurch die Einhaltung von Vorschriften und das Haltbarkeitsmanagement effektiv unterstützt werden.

Erfrischungsgetränke stellen heute eine große und heterogene Kategorie alkoholfreier Getränke dar, die sich seit den ersten historischen Mischungen aus Wasser und Zitrussäften im 17. Jahrhundert erheblich weiterentwickelt hat.

Moderne Rezepturen sind technologisch ausgefeilt und werden in der Regel aus Mineralwasser mit dem Zusatz einer oder mehrerer der folgenden Komponenten hergestellt:

• Monosacchariden und Disacchariden oder intensiven Süßungsmitteln
• Säuerungsmittel und Säureregulatoren, hauptsächlich Zitronen-, Phosphor- und Apfelsäure
• natürliche oder naturidentische Aromastoffe
• Pflanzenextrakte, Fruchtsäfte oder Pürees
• Kohlendioxid
• zugelassene funktionelle Inhaltsstoffe wie Koffein bis zu 320 mg/L, Taurin, Vitamine
• möglicher Restalkoholgehalt oder absichtlich zugesetzter Alkohol von weniger als 1,2 % vol bei alkoholarmen trinkfertigen Getränken

Der Markt befindet sich in einem tiefgreifenden Wandel. Obwohl der Pro-Kopf-Verbrauch in Italien (ca. 50 Liter/Jahr) unter dem EU-Durchschnitt (95 Liter/Jahr im Jahr 2023) liegt, ist ein Rückgang bei den traditionellen zuckerhaltigen Produkten zugunsten wachsender Segmente wie Premium- , Craft- , zuckerarmen und funktionellen Getränken (Energy Drinks, alkoholfreie Aperitifs) zu verzeichnen. Weltweit steigt die Nachfrage hin zu Produkten mit Clean Label und natürlichen Inhaltsstoffe. In diesem wettbewerbsintensiven Umfeld wird die analytische Kontrolle zu einer strategischen Notwendigkeit - nicht nur um die gesetzlichen Vorschriften einzuhalten, sondern auch für die Sicherstellung gleichbleibender Rezepturen und Haltbarkeit.

Die chemische Charakterisierung von Erfrischungsgetränken ist unerlässlich, um die Einhaltung von Vorschriften, die Produktsicherheit und eine gleichbleibende sensorische Qualität zu gewährleisten. Angesichts der extremen Heterogenität dieser Kategorie müssen die Analysemethoden sorgfältig ausgewählt und auf jeden Parameter zugeschnitten werden, wobei sowohl seine technologische Rolle als auch seine sensorischen Wirkung zu berücksichtigen sind.

• Koffein und funktionelle Inhaltsstoffe: Dieses Segment ist streng reguliert; in Europa sind Koffeinkonzentrationen über 150 mg/L kennzeichnungspflichtig.
• Alkohol- und Gärungsmarker: Bei alkoholarmen (< 1,2 % vol) und alkoholfreien Produkten ist der Alkoholgehalt entscheidend. Selbst minimale Werte (< 0,5 % vol) können auf eine unerwünschte Gärung hinweisen, die sich auf das Aromaprofil und die rechtliche Einstufung auswirkt. Gleichzeitig dient die Milchsäure (D- und L-Milchsäure) als Indikator für bakterielle Kontamination und Produktverderb.
• Säuregehalt und Zuckerprofil: Der pH-Wert (typischerweise 2,5-4,0) und das Säureprofil (Zitronensäure, Apfelsäure, Phosphorsäure) haben einen direkten Einfluss auf die mikrobiologische Stabilität und den Geschmack. Ebenso ist die Überwachung von Glucose, Fructose und Saccharose wichtig, um die Süßkraft zu bestimmen und Nachgärungen zu verhindern.

Um die Anwendbarkeit von Schnellmethoden in diesem komplexen Szenario zu bewerten, wurde eine Studie mit einer repräsentativen Auswahl von Getränken auf dem italienischen Markt durchgeführt.

Beschreibung des Probenpanels

Es wurden Proben aus verschiedenen Produktkategorien ausgewählt:

• Proben A und B: Koffeinhaltige Kaffeegetränke.
• Proben C, D, H: Kohlensäurehaltige alkoholische Getränke auf Weinbasis (einschließlich Schorle-Cocktails).
• Proben E und I: Zitruslimonaden (Orange und Mandarine).
• Probe F: Klassische handwerklich hergestellte Cola.
• Probe G: Alkoholfreie kohlensäurehaltige Aperitifs.

Analytische Methodik

Die Analysen wurden mit dem CDR DrinkLab System durchgeführt. Die verwendeten Methoden basieren auf vorkalibrierten enzymatischen Reagenzien, die nur geringe Probenvolumina erfordern. Die Vorbehandlung beschränkte sich auf eine einfache Probenentgasung, wodurch sich der Arbeitsablauf für die industrielle Qualitätskontrolle eignet.

Die Analyse hat gezeigt, dass das System in der Lage ist, komplexe Matrizen mit geringem Zeitaufwand und minimaler Vorbereitung zu charakterisieren.

Die wichtigsten Ergebnisse der experimentellen Daten werden im Folgenden dargestellt:

Quantifizierung von Koffein Die Koffeinbestimmung hat sich unabhängig von der Färbung oder Komplexität der Matrix als zuverlässig erwiesen.

- In Probe A (Kaffeegetränk) wurde eine Konzentration von 249 mg/L nachgewiesen, was die Fähigkeit der Methode bestätigt, hohe Dosierungen, wie sie für Energydrinks und spezielle Formulierungen typisch sind, genau zu quantifizieren.

- In Probe F (Cola) betrug der nachgewiesene Wert 65 mg/L, was mit den Standardformulierungen dieser Kategorie übereinstimmt.

Alkoholempfindlichkeit und -stabilität: Angesichts der Zunahme von Getränken mit und ohne Alkohol war die analytische Empfindlichkeit von entscheidender Bedeutung. Die Methode ermöglichte eine Alkoholquantifizierung bis zu 0,002 % vol in etwa 10 Minuten.

- Die alkoholfreien Proben (A, B, E, F, I) zeigten Werte < 0,002 % vol, was das Fehlen einer laufenden Gärung bestätigt.

- Die weinhaltigen Proben (C, D, G, H) zeigten Werte zwischen 7,2 % und 9,5 % vol, was die Vielseitigkeit des Systems in verschiedenen Konzentrationsbereichen belegt.

Säureprofil und pH-Wert Die Studie zeigte eine deutliche Differenzierung in den säuremetrischen Profilen, die die chemische Zusammensetzung mit der Stabilität des Produkts in Beziehung setzt.

- Cola (Probe F): Das ausschließliche Vorhandensein von Phosphorsäure (886 mg/L) wurde festgestellt, was mit ihrer typischen Verwendung als primäres Säuerungsmittel in dieser Getränkekategorie übereinstimmt.

- Zitruslimonaden (Proben E, I): Sie wiesen einen von Zitronensäure dominierten Säuregehalt (3,3 g/L bzw. 6,3 g/L) und einen niedrigen pH-Wert (Bereich 3,49-3,58) auf, der den Anforderungen an mikrobiologische Stabilität und sensorische Frische entspricht.

Obwohl chromatografische Verfahren (HPLC, GC) den gesetzlichen Goldstandard darstellen, ist ihre Anwendung in der routinemäßigen Qualitätskontrolle mit erheblichen operativen Einschränkungen in Bezug auf Kosten und Zeit verbunden. Ein direkter Vergleich zwischen den Referenzmethoden und dem CDR DrinkLab-System zeigt, dass der fotometrische Ansatz den Anforderungen einer häufigen Vor-Ort-Kontrolle besser gerecht wird.

Für die Bestimmung von Koffein erfordert die offizielle HPLC-Methode teure Geräte, hochspezialisiertes Personal und lange chromatographische Laufzeiten; die fotometrische Methode hingegen ermöglicht eine schnelle Quantifizierung ohne Verwendung giftiger Lösungsmittel, so dass die Analyse auch für nicht spezialisiertes Personal zugänglich ist. Ähnlich verhält es sich mit dem Alkohol- und den Zuckergehalt, wo die klassischen Methoden (Destillation, Gaschromatographie, HPLC-RI) aufwändige Verfahren erfordern. Das getestete System bietet vergleichbare Ergebnisse in etwa 10 Minuten, wobei sich die Probenvorbereitung auf eine einfache Entgasung beschränkt.

In der nachstehenden Tabelle werden die Vorteile des CDR DrinkLab Systems im Vergleich zu den herkömmlichen Analysemethoden zusammengefasst:

Die in dieser Studie erzielten Analyseergebnisse bestätigen die Bedeutung eines umfassenden und flexiblen Ansatzes für die Qualitätskontrolle in der modernen Erfrischungsgetränke- und Ready-to-Drink-Industrie. Die große Vielfalt an Rezepturen, die von Getränken mit hohem Koffeingehalt über kohlensäurehaltige Erfrischungsgetränke auf Zitrusbasis bis hin zu alkoholarmen oder alkoholfreien Produkten reicht, erfordert schnelle, empfindliche und zuverlässige Analysemethoden.

CDR DrinkLab hat sich als geeignet für die Bestimmung von Schlüsselparametern wie Koffein, Alkoholgehalt, acidimetrisches Profil (Zitronensäure, Phosphorsäure), Zucker und pH-Wert , mit minimaler Probenvorbereitung und kurzen Analysezeiten erwiesen.

Dieser Ansatz unterstützt die routinemäßige Überwachung, die Einhaltung von Vorschriften und die Bewertung der Produktstabilität und ermöglicht es den Herstellern, eine gleichbleibende Qualität aufrechtzuerhalten und effektiv auf die sich ändernden Bedürfnisse des Softdrinkmarktes zu reagieren.

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