Tausta

Leivinjauhe on valkoinen kiteinen jauhe (NaHCO3), jonka kemistit tuntevat paremmin nimellä natriumbikarbonaatti, natriumbikarbonaatti, natriumvetykarbonaatti tai natriumhappokarbonaatti. Se luokitellaan happosuolaksi, joka muodostuu yhdistämällä happo (hiilihappo) ja emäs (natriumhydroksidi), ja se reagoi muiden kemikaalien kanssa lievänä emäksenä. Yli 300 celsiusasteen (149 celsiusastetta) lämpötiloissa ruokasooda hajoaa natriumkarbonaatiksi (vakaampi aine), vedeksi ja hiilidioksidiksi.

Leivin soodan luontaiset kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet selittävät sen monenlaiset käyttökohteet, mukaan lukien puhdistus, hajunpoisto, puskurointi ja tulipalon sammutus. Ruokasooda neutraloi hajuja kemiallisesti sen sijaan, että se peittäisi tai imisi niitä. Näin ollen sitä käytetään kylpysuoloissa ja deodoranttisissa vartalojauheissa. Ruokasoodalla on taipumus säilyttää pH-arvo 8,1 (7 on neutraali), vaikka liuokseen lisätään happoja, jotka alentavat pH-arvoa, tai emäksiä, jotka nostavat pH-arvoa. Sen kyky tabletisoitua tekee siitä hyvän poreilevan ainesosan antasideissa ja hammasproteesien puhdistustuotteissa. Natriumbikarbonaattia on myös joissakin plakkia poistavissa suuvesituotteissa ja hammastahnoissa. Kun ruokasoodaa käytetään puhdistusaineena tahnan muodossa tai kuivana kostealla sienellä, sen kiderakenne antaa hellävaraisen hankauksen, joka auttaa poistamaan lian naarmuttamatta herkkiä pintoja. Sen lievä emäksisyys muuttaa lian ja rasvan sisältämät rasvahapot saippuaksi, joka voidaan liuottaa veteen ja huuhdella helposti. Ruokasoodaa käytetään myös happamuudensäätöaineena leivonnaisten, kuten leivän tai pannukakkujen, valmistuksessa. Kun se yhdistetään happamaan aineeseen (kuten sitruunamehuun), vapautuu hiilidioksidikaasua, joka imeytyy tuotteen soluihin. Kun kaasu laajenee leivonnan aikana, myös solujen seinämät laajenevat, jolloin syntyy hapatettu tuote.

Loheisten kotikäyttökohteiden lisäksi ruokasoodalla on myös monia teollisia sovelluksia. Esimerkiksi ruokasooda vapauttaa hiilidioksidia kuumennettaessa. Koska hiilidioksidi on ilmaa raskaampaa, se voi tukahduttaa liekit pitämällä hapen poissa, mikä tekee natriumbikarbonaatista käyttökelpoisen aineen palosammuttimissa. Muita käyttökohteita ovat ilmansuojelu (koska se imee rikkidioksidia ja muita happamia kaasupäästöjä), hiontapuhallukset pintakäsittelyn poistamiseksi, kemianteollisuus, nahan parkitseminen, öljylähteiden porausnesteet (koska se saostaa kalsiumia ja toimii voiteluaineena), kumin- ja muovinvalmistus, paperinvalmistus, tekstiilien jalostus ja vedenkäsittely (koska se vähentää lyijyn ja muiden raskasmetallien pitoisuuksia).

Englannista tuotua ruokasoodaa käytettiin ensimmäisen kerran Amerikassa siirtomaa-aikana, mutta sitä valmistettiin Yhdysvalloissa vasta vuonna 1839. Vuonna 1846 Connecticutista kotoisin oleva lääkäri Austin Church ja Massachusettsista kotoisin oleva maanviljelijä John Dwight perustivat New Yorkiin tehtaan, joka valmisti ruokasoodaa. Tohtori Churchin poika John omisti myllyn nimeltä Vulcan Spice Mills. Vulcan, roomalainen takomisen ja tulen jumala, oli kuvattu käsivarren ja vasaran avulla, ja uusi ruokasoodayhtiö otti käsivarren ja vasaran logon omakseen. Nykyään Arm & Hammer -merkkinen ruokasooda on yksi tunnetuimmista tuotemerkeistä.

Leblanc-prosessi, joka on nimetty sen keksineen ranskalaisen kemistin Nicolas Leblancin mukaan, oli varhaisin tapa valmistaa soodaa (Na2CO3), josta valmistetaan natriumbikarbonaattia. Natriumkloridia (ruokasuolaa) kuumennettiin rikkihapon kanssa, jolloin saatiin natriumsulfaattia ja suolahappoa. Natriumsulfaatti kuumennettiin sitten hiilen ja kalkkikiven kanssa, jolloin muodostui natriumkarbonaattia eli soodaa.

Belgialainen kemianinsinööri Ernest Solvay keksi 1800-luvun lopulla toisen menetelmän soodan valmistamiseksi. Solvayn menetelmä omaksuttiin pian Yhdysvalloissa, jossa se korvasi Leblancin prosessin. Solvayn prosessissa hiilidioksidi ja ammoniakki johdetaan väkevään natriumkloridiliuokseen. Raaka natriumbikarbonaatti saostuu, ja se kuumennetaan, jolloin muodostuu soodasoodaa, joka sitten jatkokäsitellään ja jalostetaan United States Pharnacopoeia (U.S.P.) -puhtauden omaavaksi natriumbikarbonaatiksi.

Vaikka tätä menetelmää käytetään laajalti leivinja soodasoodan valmistukseen, se on myös ongelmallinen, koska prosessissa käytettävät kemikaalit ovat saastuttavia ja aiheuttavat hävittämisongelmia. Vaihtoehtona on soodan jalostaminen tronamalmista, joka on luonnollinen esiintymä.

Raaka-aineet

Leivinjauhesooda eli natriumbikarbonaatti saadaan soodasta, jota saadaan joko Solvay-prosessin avulla tai tronamalmista, joka on kova, kiteinen materiaali. Trona on peräisin 50 miljoonan vuoden takaa, kun Wyomingin Green Riveriä ympäröivää maata peitti 600 neliökilometrin (1 554 neliökilometrin) kokoinen järvi. Haihtuessaan ajan mittaan järvi jätti hiekka- ja liuskekivikerrosten väliin 200 miljardin tonnin edestä puhdasta tronaa. Green River Basinin esiintymä on riittävän suuri tyydyttämään koko maailman soodan ja natriumbikarbonaatin tarpeet tuhansien vuosien ajan.

Koska Solvay-menetelmässä käytetty synteettinen prosessi aiheutti jonkin verran saastumisongelmia, Church & Dwight Co. Inc. perustaa yhä suuremman osan valmistuksestaan tronan louhintaan. Toinen suuri kalsinoidun soodan tuottaja, FMC Corporation, käyttää myös tronaa kalsinoidun soodan ja natriumbikarbonaatin valmistuksessa. Tronaa louhitaan 457,2 metrin (1 500 jalan) syvyydestä. FMC:n kaivoskuiluissa on lähes 4 022,5 kilometriä (2 500 mailia) tunneleita, ja ne kattavat 62 neliökilometriä (24 neliömailia). Viisitoista jalkaa (4,57 metriä) leveät ja yhdeksän jalkaa (2,74 metriä) korkeat tunnelit mahdollistavat tarvittavan kaluston ja ajoneuvojen kulkemisen niissä.

Tuotantoprosessi

Soodasoodan valmistus

• 1 Soodasoodaa voidaan valmistaa kemiallisesti Solvayn prosessin avulla tai sitä voidaan valmistaa tronamalmista. Jos käytetään tronamalmia, se on ensin louhittava. Kun se on tuotu pintaan, tronamalmi kuljetetaan erilaisiin käsittelylaitoksiin. Siellä malmi jalostetaan natriumsesquikarbonaattilietteeksi, soodan välituotteeksi, joka itse asiassa sisältää sekä soodaa (natriumkarbonaattia) että leivinjauhetta (natriumbikarbonaattia).

Leivinjauhetta valmistetaan

• 2 Seuraavaksi natriumsesquikarbonaattiliete pannaan sentrifugiin, joka erottaa nesteen kiteistä. Tämän jälkeen kiteet liuotetaan bikarbonaattiliuokseen (valmistajan valmistamaan soodaliuokseen) pyörivässä liuottimessa, jolloin niistä tulee kylläinen liuos. Tämä liuos suodatetaan mahdollisten liukenemattomien aineiden poistamiseksi ja pumpataan sitten syöttösäiliön kautta karbonatisointitornin yläosaan.
• 3 Puhdistettu hiilidioksidi johdetaan tornin pohjaan ja pidetään paineen alaisena. Kun kylläinen natriumliuos liikkuu tornin läpi, se jäähtyy ja reagoi hiilidioksidin kanssa muodostaen natriumbikarbonaattikiteitä. Nämä kiteet kerätään tornin pohjalle ja siirretään toiseen sentrifugiin, jossa ylimääräinen liuos (suodos) suodatetaan pois. Tämän jälkeen kiteet pestään bikarbonaattiliuoksessa, jolloin muodostuu kakun kaltainen aine, joka on valmis kuivattavaksi. Sentrifugista poistettu suodos kierrätetään pyörivään liuotuslaitteeseen, jossa sillä kyllästetään lisää välikloridikiteitä.
• 4 Pesty suodatinkakku kuivataan sitten joko jatkuvatoimisella hihnakuljettimella tai pystysuorassa putkikuivaimessa, jota kutsutaan pikakuivaimeksi. Church & Dwight Companyn mukaan prosessin teoreettinen saanto on 90-95 prosenttia, ja valmistettu ruokasooda on yli 99-prosenttisen puhdasta.

Erilaisten laatujen lajittelu ja varastointi

• 5 Seuraavaksi kuivatut natriumbikarbonaattikiteet lajitellaan eri laatuluokkiin hiukkaskoon mukaan. Natriumbikarbonaatin vakiolaatuja ja erikoislaatuja valmistetaan asiakkaiden erityisvaatimusten mukaisesti, ja hiukkaskoko on tärkein laatuja määrittävä tekijä. Jauhemaista #1 ja hienorakeista #2 käytetään monipuolisesti elintarvikkeissa, kemikaaleissa ja lääkkeissä. Rakeisia laatuja #4 ja #5 käytetään elintarvikkeissa ja donitseissa, puhdistusaineissa, lääkkeissä ja monissa muissa tuotteissa. Teollisuuslaatuista natriumbikarbonaattia käytetään erilaisissa sovelluksissa, kuten öljylähteiden porausnesteissä, palonsammutusmateriaaleissa ja vedenkäsittelyssä.
• 6 Jokainen laatu menee säilytysastiaan, jossa ilmakehää, hiilidioksidia ja kosteuspitoisuutta valvotaan tuotteen ”kovettamiseksi”. Kun tuotteet ovat kovettuneet, ne ovat valmiita pakattaviksi ja lähetettäviksi.

Laadunvalvonta

Natriumbikarbonaatin laatua valvotaan valmistusprosessin jokaisessa vaiheessa. Materiaalit, laitteet ja itse prosessi valitaan siten, että saadaan mahdollisimman korkealaatuista natriumbikarbonaattia. FMC:n lähteiden mukaan yritys valitsi tehtaita rakentaessaan materiaaleja ja laitteita, jotka ovat yhteensopivia lääketehtaan natriumbikarbonaatin valmistuksen tiukkojen laatuvaatimusten kanssa. FMC käyttää myös tilastollista prosessinohjausta (SPC, Statistical Process Control) pitääkseen yllä muuttumatonta päivittäistä laatua, ja keskeiset toimintaparametrit kartoitetaan prosessinohjauksen ylläpitämiseksi. Tuotteen laatuparametrit kirjataan eränumeroittain, ja näytteitä säilytetään kahdesta kolmeen vuotta.

Kaikki U.S.P.-laadut täyttävät Yhdysvaltain farmakopean ja elintarvikekemikaalien Codexin vaatimukset lääke- ja elintarvikesovelluksissa käytettäväksi. Lisäksi elintarvikelaatuinen natriumbikarbonaatti täyttää Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkeviraston (U.S. Food and Drug Administration) määrittelemät vaatimukset yleisesti turvalliseksi tunnustetuksi aineeksi (Generally Recognized as Safe, GRAS).

Tulevaisuus

Kahdeskymmenennen vuosisadan vaihteessa myytiin vuosittain 53 000 tonnia (48 071 metristä tonnia) ruokasoodaa. Vaikka väkiluku kasvoi dramaattisesti, myynti laski vuoteen 1990 mennessä noin 32 000 tonniin (29 024 metriseen tonniin) vuodessa. Itsestään kohoavat jauhot sekä kakku- ja keksiseokset ovat vähentäneet ruokasoodan kysyntää tärkeänä leivonta-ainesosana. Tuotteen kysyntä on kuitenkin edelleen merkittävää. Kaupalliset leipurit (erityisesti keksien valmistajat) ovat yksi tämän tuotteen suurimmista käyttäjistä. Yksi natriumbikarbonaatin tärkeimmistä ominaisuuksista on se, että kun se altistuu lämmölle, se vapauttaa hiilidioksidikaasua (CO2), joka saa leivonnaiset kohoamaan. Natriumbikarbonaattia käytetään myös lääke- ja terveysteollisuudessa, ja sillä on myös muita teollisia sovelluksia. Se on siis edelleen tärkeä tuote tänään ja tulevaisuudessa.

Missä lisätietoja

Kirjat

Coyle, L. Patrick, Jr. The World Encyclopedia of Food. Facts on File, 1982.

Root, Waverley ja Richard de Rochemont. Syöminen Amerikassa: A History. William Morrow & Co., Inc., 1976.

Periodicals and Pamphlets

Grosswirth, Marvin. ”NaHCO3:n ihmeet”, Science Digest. Maaliskuu, 1976.

Käsivarren historia & Hammerin tavaramerkki. Church & Dwight Co., Inc.

Natriumbikarbonaatti. FMC Corporation.

Natriumbikarbonaatti -Kemialliset ominaisuudet, valmistus. Church & Dwight Co., Inc.

-Eva Sideman

.