Brausepulver und Brausegranulate
Brausepulver und Brausegranulate verbinden ein Hydrogencarbonat mit einer festen Säure. Daraus folgen die wasserfreie Herstellung, die Zerfallsprüfung im Wasserglas und die trockene Lagerung.
Das Wichtigste in Kürze
- Brausepulver und Brausegranulate sind Zubereitungen zum Einnehmen aus Carbonat oder Hydrogencarbonat und einer festen Säure, die in Wasser unter Freisetzung von \(\ce{CO2}\) reagieren und vorher in Wasser gelöst oder dispergiert werden.
- Geeignete Säuren sind Citronensäure, Weinsäure und Ascorbinsäure; als Füllmittel dienen lösliche Stoffe wie Saccharose oder Mannitol.
- Ohne Säure oder ohne Carbonat gibt es keine Brausewirkung: Natriumhydrogencarbonat allein sprudelt nicht, und Chloride wie \(\ce{NaCl}\) liefern kein \(\ce{CO2}\).
- Brausegranulate werden mit wasserfreier Granulierflüssigkeit wie Ethanol oder 2-Propanol nur angefeuchtet; Wasser, Ethanol 70 % (V/V) und wässrige Bindemittellösungen sind ungeeignet.
- Zerfallsprüfung nach Ph. Eur.: 200 mL Wasser von 15 bis 25 °C im Becherglas, Zerfall innerhalb von 5 min, ohne Umschwenken.
- Brausegranulate werden feuchtigkeitsgeschützt gelagert, Mehrdosenbehältnisse enthalten ein Trockenmittel.
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Worum es geht
Brausepulver und Brausegranulate sind feste Zubereitungen zum Einnehmen, die erst im Wasserglas sprudelnd zur trinkfertigen Lösung werden, bekannt etwa von Vitamin-C-Brause. Sie gehören zu den Pulvern und Granulaten der Rezeptur. Aus ihrem Prinzip folgt eine Regel, die Zusammensetzung, Herstellung und Lagerung bestimmt: Wasser kommt erst bei der Einnahme dazu.
Zusammensetzung
Jede Brausezubereitung besteht aus zwei Reaktionspartnern. Sie liegen trocken nebeneinander und treffen sich erst im Wasser. Die Grundlagen zu Pulvern zum Einnehmen und zu Granulaten setzt diese Seite voraus.
Pulver beziehungsweise Granulate, die in der Regel saure Substanzen und Carbonate oder Hydrogencarbonate enthalten. In Gegenwart von Wasser reagieren diese rasch unter Freisetzung von \(\ce{CO2}\). Vor der Einnahme werden sie in Wasser gelöst oder dispergiert.
Kohlendioxidquelle und Säure
Die Kohlendioxidquelle ist ein Carbonat oder Hydrogencarbonat, meist Natriumhydrogencarbonat, seltener Natriumcarbonat. Der zweite Partner ist eine feste, gut wasserlösliche Säure. Bewährt haben sich Citronensäure, Weinsäure und Ascorbinsäure. Erst wenn beide gelöst sind, gibt die Säure Protonen ab. Das Hydrogencarbonat wird zu Kohlensäure protoniert, die sofort zerfällt:
\[\ce{HCO3- + H+ -> H2CO3 -> H2O + CO2 ^}\]
Die dreiprotonige Citronensäure setzt pro Molekül drei Hydrogencarbonat-Ionen um. Die zweiprotonige Weinsäure schafft zwei. Für die klassische Kombination aus Citronensäure und Natriumhydrogencarbonat lautet die Gesamtgleichung:
\[\ce{C6H8O7 + 3 NaHCO3 -> Na3C6H5O7 + 3 H2O + 3 CO2 ^}\]
Das entweichende Gas ist Kohlendioxid. Kohlenmonoxid kann auf diesem Weg nicht entstehen, denn der Kohlenstoff bleibt in der Oxidationsstufe +IV. Es ist eine reine Säure-Base-Reaktion ohne Redoxschritt.
Beide Partner sind nötig
Ohne Säure gibt es keine Brausewirkung. Natriumhydrogencarbonat oder Natriumcarbonat allein sprudeln in Wasser nicht, auch nicht zusammen mit Zucker. Umgekehrt braucht die Säure ein Carbonat als Gasquelle. Natriumchlorid und Ammoniumchlorid enthalten keinen Carbonat-Kohlenstoff und setzen deshalb auch mit Citronensäure kein \(\ce{CO2}\) frei. Die Kombination aus Säure und Hydrogencarbonat kennzeichnet also gezielt Brausepulver, nicht Pulver zum Einnehmen im Allgemeinen.
Welche Säure passt, wird im Examen gerne gefragt: Geeignet sind feste, geruchsarme und zum Einnehmen unbedenkliche Säuren, also Citronen-, Wein- und Ascorbinsäure. Essig-, Ameisen- und Buttersäure sind dagegen flüchtige Flüssigkeiten mit stechendem oder ranzigem Geruch. Ein trockenes Pulver lässt sich mit ihnen nicht herstellen. Salzsäure ist eine wässrige Lösung von Chlorwasserstoff und brächte Wasser und Ätzwirkung mit. Oxalsäure ist zwar fest, scheidet zum Einnehmen aber aus, weil sie giftig ist und Calcium als Calciumoxalat bindet.
Füllmittel
Neben den gasbildenden Stoffen darf eine Brausezubereitung Füllmittel enthalten. Typisch sind Saccharose und Mannitol. Beide lösen sich gut in Wasser und verbessern den Geschmack. Unlösliche Pulverhilfsstoffe wie Talkum, Zinkoxid oder mikrokristalline Cellulose sind in Brausepulvern nicht üblich. Sie blieben als Bodensatz im Glas zurück.
Herstellung
Brausegranulate werden in der Rezeptur feucht granuliert. Die Granulierflüssigkeit muss dabei wasserfrei sein. Geeignet sind wasserfreies Ethanol und 2-Propanol. Der Grund liegt in der Brausereaktion selbst. Schon wenig Wasser löst Säure und Hydrogencarbonat an, und das Sprudeln beginnt im Ansatz. Dabei entsteht weiteres Wasser, sodass sich die Reaktion selbst beschleunigt. Das Granulat verliert sein \(\ce{CO2}\) und wird klebrig.
Besonders prüfungsrelevant: Brausegranulate granuliert man ausschließlich mit wasserfreier Flüssigkeit wie Ethanol oder 2-Propanol. Achte darauf, dass auch Ethanol 70 % (V/V) und jede wässrige Bindemittellösung Wasser mitbringen und damit ungeeignet sind.
Welche Flüssigkeit in Frage kommt, entscheidet allein ihr Wassergehalt:
Wasserfreies Ethanol und 2-Propanol. Als Bindemittel für ein Klebstoffgranulat eignet sich Polyvinylpyrrolidon (Povidon), gelöst in Ethanol.
Wasser selbst und Ethanol 70 % (V/V) mit seinen 30 % Wasser. Dazu gehören auch wässrige Bindemittellösungen wie Povidonlösung, Gelatinelösung und Stärkekleister.
Die Flüssigkeit soll die Bestandteile nur anfeuchten, nicht lösen. Man gibt so wenig zu, dass eine krümelige Masse entsteht, die sich gerade durch ein Sieb reiben lässt.
Je nach Bindungsprinzip entsteht ein Krusten- oder Klebstoffgranulat. Beim Krustengranulat löst der Alkohol einen kleinen Teil der Pulverbestandteile an. Beim Trocknen kristallisiert dieser Anteil wieder aus und verbindet die Teilchen über feste Brücken. Beim Klebstoffgranulat hält ein gelöstes Bindemittel wie Polyvinylpyrrolidon die Körner zusammen.
Eine Rezeptur beurteilen
Eine typische Rezeptur enthält Natriumhydrogencarbonat, Weinsäure, Saccharose und 2-Propanol. Man prüft sie mit drei Fragen. Gibt es eine \(\ce{CO2}\)-Quelle? Ja, das Natriumhydrogencarbonat. Ist die Säure fest und unbedenklich? Weinsäure erfüllt beides. Ist die Granulierflüssigkeit wasserfrei? 2-Propanol ist es. Saccharose dient als Füllmittel und Geschmacksträger. Die Rezeptur ist damit schlüssig. Für die Herstellung gilt diese Reihenfolge:
- Zerkleinern: Feste Bestandteile wie Ascorbinsäure oder Saccharose zuerst in der Reibschale fein verreiben.
- Mischen: Säure, Hydrogencarbonat und Füllmittel gleichmäßig vermischen.
- Anfeuchten: 2-Propanol tropfenweise zugeben, bis die Masse gerade zusammenhält.
- Granulieren: Die feuchte Masse durch ein Sieb reiben.
- Trocknen: Das Granulat trocknen, bis der Alkohol vollständig verdunstet ist.
- Nachsieben und Abfüllen: Erneut sieben und in dicht schließende Behältnisse füllen.
Nähme man in Schritt 3 Wasser oder eine wässrige Lösung, würde die Masse schon in der Schale brausen. Das fertige Granulat wäre dann teilweise abreagiert und kaum noch wirksam als Brause.
Zerfall und Lagerung
Brausegranulate müssen der Prüfung auf Zerfallszeit entsprechen. Die Prüfbedingungen nach Ph. Eur. solltest du sicher können: Eine Dosis kommt in ein Becherglas mit 200 mL Wasser von 15 bis 25 °C und muss innerhalb von 5 min zerfallen sein. Dabei steigen zahlreiche Gasblasen auf. Hört die Gasentwicklung um die einzelnen Körner auf, gilt das Granulat als zerfallen, also als gelöst oder dispergiert.
Die Bedingungen ahmen den Gebrauch nach. Der Patient löst das Granulat in einem Glas Trinkwasser bei Raumtemperatur. Deshalb prüft man in Wasser und nicht bei 37 °C. Auch 0,1 M Salzsäure als Ersatz für Magensaft kommt nicht zum Einsatz, denn das Granulat wird ja vor dem Schlucken aufgelöst. Das Volumen entspricht mit 200 mL einem Trinkglas und nicht einem großen Becherglas mit 1000 mL.
Bewegen muss man das Gefäß nicht. Das aufsteigende Gas wirbelt die Körner selbst auf, ein Umschwenken in Minutenabständen entfällt. Die 5 min sind eine Obergrenze. Eine Mindestzeit bis zum Beginn des Zerfalls gibt es nicht, schneller ist hier besser.
Feuchtigkeitsschutz
Was in der Prüfung erwünscht ist, schadet im Vorratsgefäß. Schon Luftfeuchtigkeit startet die Reaktion an der Kornoberfläche. Brausegranulate werden deshalb vor Feuchtigkeit geschützt in dicht schließenden Behältnissen aufbewahrt. Mehrdosenbehältnisse enthalten zusätzlich ein Trockenmittel, das eindringende Feuchtigkeit bindet.
Bei der Abgabe lohnt der Hinweis, das Behältnis nach jeder Entnahme sofort wieder zu verschließen und das Trockenmittel darin zu lassen. Getrunken wird erst, wenn das Brausen im Glas aufgehört hat.
Quiz
Aussage 1
Brausegranulate müssen bei der Zerfallsprüfung nach Ph. Eur. spätestens nach 5 min zerfallen sein.
Die 5 min sind eine Obergrenze, eine Mindestzeit bis zum Zerfallsbeginn gibt es nicht.
Aussage 2
Beim Granulieren mit 2-Propanol werden Natriumhydrogencarbonat und Weinsäure nur angefeuchtet und nicht vollständig gelöst.
Die Flüssigkeit soll nur eine krümelige, siebfähige Masse erzeugen.
Aussage 3
Oxalsäure eignet sich als feste Säure gut für Brausepulver zum Einnehmen.
Oxalsäure ist zwar fest, aber giftig und bindet Calcium als Calciumoxalat. Geeignet sind Citronen-, Wein- oder Ascorbinsäure.
Aussage 4
Eine Mischung aus Natriumcarbonat und Saccharose entwickelt in Wasser auch ohne Säure Kohlendioxid.
Ohne Säurekomponente fehlt der Protonendonor, es gibt keine Brausewirkung.
Aussage 5
Ethanol 70 % (V/V) ist als Granulierflüssigkeit für Brausegranulate geeignet, weil der Alkoholanteil überwiegt.
Die 30 % Wasser starten die Brausereaktion schon beim Granulieren. Geeignet ist nur wasserfreie Flüssigkeit wie wasserfreies Ethanol oder 2-Propanol.
Aussage 6
Löst man ein Brausepulver aus Citronensäure und Natriumhydrogencarbonat in Wasser, entweicht Kohlendioxid.
Die Säure protoniert das Hydrogencarbonat zu Kohlensäure, die in \(\ce{H2O}\) und \(\ce{CO2}\) zerfällt.
Aussage 7
Die Zerfallsprüfung von Brausegranulaten nach Ph. Eur. erfolgt in 200 mL Wasser von 37 °C.
Das Wasser hat 15 bis 25 °C, entsprechend einem Glas Trinkwasser bei Raumtemperatur.
Aussage 8
Mannitol kann in Brausezubereitungen als Füllmittel enthalten sein.
Neben den gasbildenden Stoffen sind lösliche Füllmittel wie Mannitol oder Saccharose erlaubt.
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