Bakgrund

Bakpulver är ett vitt kristallint pulver (NaHCO3) som kemister känner till som natriumbikarbonat, natriumbikarbonat, natriumvätekarbonat eller natriumsyrakarbonat. Det klassificeras som ett sursalt, som bildas genom att kombinera en syra (kolsyra) och en bas (natriumhydroxid), och det reagerar med andra kemikalier som en mild alkali. Vid temperaturer över 300 grader Fahrenheit (149 grader Celsius) sönderdelas bakpulver till natriumkarbonat (ett stabilare ämne), vatten och koldioxid.

De naturliga kemiska och fysikaliska egenskaperna hos bakpulver förklarar dess många olika användningsområden, bland annat rengöring, deodorisering, buffring och brandsläckning. Bakpulver neutraliserar lukter kemiskt, snarare än att maskera eller absorbera dem. Därför används det i badsalt och deodoranterande kroppspulver. Natron tenderar att bibehålla ett pH-värde på 8,1 (7 är neutralt) även när syror, som sänker pH-värdet, eller baser, som höjer pH-värdet, tillsätts till lösningen. Dess förmåga att bordläggas gör det till en bra sprudlande ingrediens i antacida och rengöringsprodukter för tandproteser. Natriumbikarbonat finns också i vissa munsköljprodukter och tandkräm mot plack. När bikarbonat används som rengöringsmedel i pastaform eller torrt på en fuktig svamp ger dess kristallina struktur en mild nötning som hjälper till att avlägsna smuts utan att skrapa känsliga ytor. Dess milda alkalinitet verkar för att omvandla fettsyror som finns i smuts och fett till en form av tvål som kan lösas upp i vatten och sköljas lätt. Bakpulver används också som surdeg vid tillverkning av bakverk som bröd och pannkakor. När det kombineras med ett surt ämne (t.ex. citronsaft) frigörs koldioxidgas som absorberas av produktens celler. När gasen expanderar under gräddningen expanderar cellväggarna också, vilket skapar en surdegsprodukt.

Förutom sina många användningsområden i hemmet har bakpulver också många industriella användningsområden. Bakpulver frigör till exempel koldioxid när det värms upp. Eftersom koldioxid är tyngre än luft kan den kväva lågor genom att hålla syret borta, vilket gör natriumbikarbonat till ett användbart medel i brandsläckare. Andra användningsområden är luftföroreningskontroll (eftersom det absorberar svaveldioxid och andra utsläpp av sura gaser), sandblästring för avlägsnande av ytbeläggningar, kemisk tillverkning, garvning av läder, oljeborrningsvätskor (eftersom det fäller ut kalcium och fungerar som smörjmedel), gummi- och plasttillverkning, papperstillverkning, textilbearbetning och vattenrening (eftersom det sänker halten av bly och andra tungmetaller).

Importerad från England användes bakpulver för första gången i Amerika under kolonialtiden, men det tillverkades inte i USA förrän 1839. År 1846 startade Austin Church, en läkare från Connecticut, och John Dwight, en jordbrukare från Massachusetts, en fabrik i New York för att tillverka bakpulver. Dr Churchs son John ägde en kvarn som kallades Vulcan Spice Mills. Vulcan, den romerska guden för smedja och eld, föreställdes av en arm och en hammare, och det nya bakpulverföretaget antog arm- och hammarlogotypen som sin egen. Idag är varumärket Arm & Hammer för bakpulver ett av de mest kända varumärkena.

Leblanc-processen är uppkallad efter Nicolas Leblanc, den franske kemisten som uppfann den, och var det tidigaste sättet att framställa soda (Na2CO3), av vilket natriumbikarbonat framställs. Natriumklorid (bordssalt) upphettades med svavelsyra och gav upphov till natriumsulfat och saltsyra. Natriumsulfatet upphettades sedan med kol och kalksten för att bilda natriumkarbonat, eller soda.

I slutet av 1800-talet utvecklade Ernest Solvay, en belgisk kemiingenjör, en annan metod för att framställa soda. Solvay-metoden anpassades snart till USA, där den ersatte Leblanc-processen. I Solvayprocessen leds koldioxid och ammoniak in i en koncentrerad lösning av natriumklorid. Rå natriumbikarbonat fälls ut och värms upp för att bilda natriumkarbonat, som sedan behandlas ytterligare och raffineras för att bilda natriumbikarbonat av United States Pharnacopoeia (U.S.P.)-renhet.

Och även om denna metod för att framställa bakpulver används i stor utsträckning är den också problematisk, eftersom de kemikalier som används i processen är förorenande och orsakar avfallshanteringsproblem. Ett alternativ är att raffinera soda från trona malm, en naturlig avlagring.

Råmaterial

Bakpulver, eller natriumbikarbonat, kommer från soda som erhålls antingen genom Solvay-processen eller från trona malm, ett hårt, kristallint material. Trona är 50 miljoner år gammal, från den tid då landet runt Green River i Wyoming täcktes av en 1 554 kvadratkilometer stor sjö. När sjön avdunstade med tiden lämnade den en 200 miljarder ton tung avlagring av ren trona mellan lager av sandsten och skiffer. Avlagringen i Green River Basin är tillräckligt stor för att tillgodose hela världens behov av soda och natriumbikarbonat i tusentals år.

Då den syntetiska processen som användes i Solvay-metoden medförde vissa föroreningsproblem, baserar Church & Dwight Co. Inc. mer och mer av sin tillverkning på tronautvinning. En annan stor sodaproducent, FMC Corporation, förlitar sig också på trona för att tillverka soda och natriumbikarbonat. Trona bryts på 457,2 meters djup. FMC:s gruvschakt innehåller nästan 4 022,5 kilometer tunnlar och täcker 62 kvadratkilometer. Dessa tunnlar, som är 4,57 meter breda och 2,74 meter höga, gör det möjligt för nödvändig utrustning och fordon att ta sig igenom dem.

Herställningsprocessen

Herställning av natriumkarbonat

• 1 Natriumkarbonat kan tillverkas kemiskt med Solvay-processen, eller så kan det tillverkas av trona-malm. Om tronamalm används måste den först brytas. Efter att den har förts upp till ytan transporteras tronamalm till olika bearbetningsanläggningar. Där raffineras malmen till en uppslamning av natriumsesquikarbonat, en mellanprodukt av natriumkarbonat som egentligen innehåller både natriumkarbonat (sodavatten) och bakpulver (natriumbikarbonat).

Herställning av bakpulver

• 2 Därefter läggs mellanlösningen av natriumkarbonat i en centrifug, som separerar vätskan från kristallerna. Kristallerna löses sedan upp i en bikarbonatlösning (en sodalösning som tillverkas av tillverkaren) i en roterande upplösare och blir på så sätt en mättad lösning. Denna lösning filtreras för att avlägsna eventuella olösliga ämnen och pumpas sedan genom en matartank till toppen av ett kolsyratorn.
• 3 Renad koldioxid förs in i botten av tornet och hålls under tryck. När den mättade natriumlösningen rör sig genom tornet kyls den och reagerar med koldioxiden för att bilda natriumbikarbonatkristaller. Dessa kristaller samlas upp i tornets botten och överförs till en annan centrifug där överskottslösning (filtrat) filtreras bort. Kristallerna tvättas sedan i en bikarbonatlösning och bildar en kakliknande substans som är redo för torkning. Filtratet som avlägsnas från centrifugen återförs till den roterande upplösaren, där det används för att mätta mer intermediära sodakristaller.
• 4 Den tvättade filterkakan torkas sedan antingen på en kontinuerlig bandtransportör eller i en vertikal rörtork som kallas flash-tork. Det teoretiska utbytet från processen är enligt Church & Dwight Company mellan 90 och 95 procent, och den bakpulver som tillverkas är mer än 99 procent ren.

Sortering och lagring av de olika kvaliteterna

• 5 Därefter separeras de torkade kristallerna av natriumbikarbonat i olika kvaliteter efter partikelstorlek. Standardkvaliteter av natriumbikarbonat och specialkvaliteter tillverkas för att uppfylla kundernas specifika krav, och partikelstorleken är den viktigaste bestämmande faktorn för kvaliteterna. Pulver #1 och finkorn #2 har ett brett användningsområde i livsmedel, kemikalier och läkemedel. De granulära kvaliteterna #4 och #5 finns i livsmedel och munkar, rengöringsmedel, läkemedel och många andra produkter. Natriumbikarbonat av industriell kvalitet används i olika tillämpningar, bland annat i oljeborrningsvätskor, brandsläckningsmaterial och vattenbehandling.
• 6 Varje kvalitet går till en behållare där atmosfären, koldioxiden och fukthalten kontrolleras för att ”härda” produkten. När de är härdade är kvaliteterna redo att förpackas och skickas.

Kvalitetskontroll

Kvaliteten på natriumbikarbonat kontrolleras i varje steg av tillverkningsprocessen. Material, utrustning och själva processen väljs ut för att ge natriumbikarbonat av högsta möjliga kvalitet. Enligt FMC:s källor valde företaget, när det byggde anläggningar, material och utrustning som skulle vara kompatibla med de stränga kvalitetskraven för tillverkning av natriumbikarbonat av farmaceutisk kvalitet. FMC använder också statistisk processkontroll (SPC) för att upprätthålla en oförändrad daglig kvalitet, och viktiga driftsparametrar kartläggs för att upprätthålla processkontrollen. Produktkvalitetsparametrarna registreras med hjälp av partinummer och proverna sparas i två till tre år.

Alla U.S.P.-kvaliteter uppfyller specifikationerna i United States Pharmacopoeia och Food Chemicals Codex för användning i läkemedels- och livsmedelstillämpningar. Dessutom uppfyller natriumbikarbonat av livsmedelskvalitet de krav som anges av den amerikanska livsmedels- och läkemedelsmyndigheten (U.S. Food and Drug Administration) som ett ämne som är allmänt erkänt som säkert (GRAS).

Framtiden

Vid sekelskiftet 1900 såldes 53 000 ton (48 071 metriska ton) bakpulver årligen. Samtidigt som befolkningen ökade dramatiskt var försäljningen 1990 nere på cirka 32 000 ton (29 024 ton) per år. Självresande mjöl och kak- och kexblandningar har minskat efterfrågan på bakpulver som en viktig bakningsingrediens. Efterfrågan på produkten är dock fortfarande betydande. Kommersiella bagare (särskilt kaktillverkare) är en av de största användarna av denna produkt. En av de viktigaste egenskaperna hos natriumbikarbonat är att det, när det utsätts för värme, frigör koldioxidgas (CO2) som får bakverken att stiga. Natriumbikarbonat används också inom läkemedels- och hälsoindustrin och har även andra industriella tillämpningar. Det fortsätter därför att vara en viktig produkt för idag och för framtiden.

Hur får man veta mer

Böcker

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

Root, Waverley och Richard de Rochemont. Att äta i Amerika: A History. William Morrow & Co., Inc. 1976.

Periodika och broschyrer

Grosswirth, Marvin. ”The Wonders of NaHCO3”, Science Digest. Mars, 1976.

Armens historia& Hammer Trademark. Church & Dwight Co., Inc.

Natriumbikarbonat. FMC Corporation.

Natriumbikarbonat – Kemiska egenskaper, tillverkning. Church & Dwight Co., Inc.

-Eva Sideman