-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
von trockenen, kristallinen Stärke-Umwandlungsprodukten. Vorzugsweise sollen stabile,
einen hohen Dextrosegehalt besitzende Stärke-Umwandlungsprodukte hergestellt werden,
die für die meisten Anwendungszwecke kristallinem Dextrosehydrat gleichwertig sind.
-
Bei der Herstellung von kristallinem Dextrosehydrat wird, selbst wenn
die modernstenVerfahren angewendet werden, ein Kohlehydratsyrup als Nebenprodukt
erhalten. Die Menge dieses Nebenproduktes kann zwar relativ niedrig gehalten werden,
indem der Syrup möglichst wieder in den Kreislauf zurückgeführt oder teilweise in
Dextrose übergeführt wird. Jedoch sind diese Maßnahmen unwirtschaftlich, da die
zusätzlichen technischen Schritte im Verhältnis zu den dadurch erhältlichen Mengen
zu teuer sind, um eine einwandfreie Qualität der Produkte zu erhalten. Außerdem
ist die Kristallisation des Dextrosehydrats eine verhältnismäßig schwierige, teure
und zeitverbrauchende Operation, die mehrere Tage dauert und eine erhebliche Kapitalinvestierung
erforderlich macht.
-
Es ist bereits vorgeschlagen worden, ein Stärkehydrolysat in ein trockenes
stabiles Dextroseprodukt zu überführen, das außer der Dextrose noch 5 bis
1501, andere Kohlehydrate (berechnet auf Basis trockener Substanz) enthält
(USA.-Patentschrift 2 854 359). Bei diesem Verfahren wird ein flüssiges Stärke-Konvertierungsprodukt
von etwa 38 bis 40° Be (70 bis 75"/, Trockenmasse) bei erhöhter Temperatur in einer
Trockenapparatur auf ein Bett von vorgeformter Dextrose gesprüht und die aus dem
flüssigen Konvertierungsprodukt und der der vorgeformten Dextrose bestehende Masse
mit heißer Luft auf einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 40/, getrocknet. In
dem Trockner läßt man die festen Partikeln kontinuierlich herabrieseln, um einen
möglichst engen Kontakt mit der heißen, in den Trockner bei Temperaturen über 70°C
eingeführten Luft zu bringen. Das so erhaltene Produkt soll halbkristallin sein,
einen hohen Gehalt an ß-Dextrose und eine gute Lagerstabilität besitzen und ein
sich rasch auflösendes Produkt ergeben. Ein weiteres, ähnliches Verfahren ist in
der USA.-Patentschrift 2 369 231 beschrieben.
-
Es sind auch bereits andere Versuche beschrieben worden, um hohe Dextrosegehalte
besitzende, trockene Stärke-Konvertierungsprodukteherzustellen. DieUSAr Patentschrift
2 324113 offenbart ein Verfahren, gemäß dem eine konzentrierte Stärke-Konvertierungsflüssigkeit
einer Sprühtrocknung unterworfen wird. Hierdurch soll ein sich rasch auflösendes
Produkt erhalten werden. Das so erhaltene Produkt ist aber glasig und besitzt eine
schlechte Lagerstabilität. Im allgemeinen sind die glasigen, getrockneten Syrups
hygroskopisch und verbacken beim. Lagern. Die USA.-Patentschrift 2 429 964 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung eines getrockneten, glasartigen Dextroseproduktes,
bei dem ein Stärke-Umwandlungssyrup mit hoher Geschwindigkeit über heiße Oberflächen
gepumpt, dann in eine erhitzte, evakuierte Kammer eingeführt und auf diese Weise
getrocknet wird. Bei den Verfahren der zuletzt erwähnten beiden Patentschriften
2 324113 und 2 429 964 wurde kein Endprodukt mit kristalliner Beschaffenheit erhalten.
-
Die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung geht dahin, auf einem
wirtschaftlich vorteilhaften Wege ein trockenes, einen hohen Dextrosegehalt besitzendes,
hoch kristallines Stärke-Umwandlungsprodukt herzustellen, das nicht verbackt, bei
der Lagerung stabil ist, sich rasch auflöst und sich in Wasser bis zu einem Festgehalt
von 15 °/o ohne Auskristallisation aufzulösen vermag.
-
Eine weitere Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung geht dahin,
ein Verfahren der erwähnten Art auszuarbeiten, bei dem die Konzentrierung, das Trocknen
und die Kristallisation der flüssigen Stärke-Konvertierungsprodukte kontinuierlich
durchgeführt und ein Endprodukt von einer so hohen Qualität erhalten wird, daß es
in vielen Anwendungsgebieten an Stelle von kristallinem Dextrosehydrat verwendet
werden kann.
-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäß ein Verfahren zur
Herstellung von trockenen kristallinen Stärke-Umwandlungsprodukten aus auf bekannte
Weise hergestellten, flüssigen, wenigstens 55 °/o Trockenmasse enthaltenden und
einen Dextrosegehalt von wenigstens 86"/, (auf Basis der Trockenmasse berechnet)
besitzenden Stärke-Konvertierungsprodukten, wobei man das Stärke-Konvertierungsprodukt
bei einer Temperatur von etwa 55 bis 140°C, vorzugsweise von 55 bis 120°C, unter
Vakuum und turbulentem Fließen des zu trocknenden Produktes entwässert, bis der
Wassergehalt auf unter 501,) reduziert und das Ausgangsprodukt in eine geschmolzene,
glasige Dextrosemasse übergeführt ist und das entwässerte Material zu einem gekühlten
Förderer überführt, das gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß man
die geschmolzene glasige Dextrosemasse in einer abgegrenzten Kammer bei einer Temperatur
von etwa 65 bis 140°C einer kräftigen mechanischen Bearbeitung, vorzugsweise einem
kräftigen Knetprozeß für eine Zeitdauer von 0,2 bis 25 Minuten unterwirft und das
Produkt dann rasch auf eine Temperatur unter 65°C abkühlt.
-
Gemäß diesem Verfahren ist es überraschenderweise möglich, die Kristallisation
auf wenigstens ungefähr 45 °/o des Dextrosegehaltes zu bringen.
-
Es sind Verfahren zum Entwässern von Stärke-Konvertierungssyrupen
bekannt, gemäß denen in einer Vakuumkammer oder mittels Sprühtrocknung das Wasser
entzogen wird. Diese bekannten Verfahren führen jedoch im Gegensatz zu dem Kombinationsverfahren
gemäß der vorliegenden Erfindung nicht zu kristallinen, sondern nur zu den technisch
weniger wertvollen amorphen Produkten.
-
Vorzugsweise soll der Dextrosegehalt des Ausgangsproduktes bei etwa
900/, (auf Basis der Trockensubstanz berechnet) liegen; die mechanische Bearbeitung
soll vorzugsweise ohne zwischenzeitliches Abkühlen der Masse bei einer Temperatur
von etwa 65 bis 110°C durchgeführt werden. Das turbulente Fließen des zu entwässernden
Produktes wird vorzugsweise dadurch bewirkt, daß das Produkt in die Form eines dünnen
Filmes gebracht und die Oberfläche des Filmes mechanisch bewegt wird, wie dies hiernach
noch beschrieben wird. Das rasche Abkühlen der Masse kann z. B. mit Hilfe eines
Luftstromes erfolgen.
-
Das gekühlte Produkt wird dann auf die gewünschte Größe vermahlen,
verpackt und weiterbehandelt, als ob es sich um kristallines Dextrosehydrat handeln
würde.
-
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird in der Zeichnung illustriert,
in der die wesentlichen Schritte des Verfahrens gezeigt sind.
Im
einzelnen wird zu dem Verfahren gemäß der Erfindung folgendes bemerkt: Als Ausgangsprodukt
für das Verfahren gemäß der Erfindung wird ein auf an sich bekannte Weise hergestelltes
Stärke-Umwandlungsprodukt verwendet, vorzugsweise ein solches, das durch die Konvertierung
einer mit Säure oder Enzymen verdünnten Stärkepaste mittels eines Amylglukosidase-Enzym-Präparates
hergestellt ist. Es wurde gefunden, daß die direkte Konvertierung mit Säure gemäß
dem klassischen Dextroseverfahren keine befriedigenden Ergebnisse bezüglich des
für das Verfahren gemäß der Erfindung erforderlichen hohen Dextrosegehaltes ergibt.
Bei den hohen Trockensubstanzgehalten, die für technische Verfahren notwendig sind,
werden bei der Umwandlung mit Säuren höchstens etwa 85 °/o Dextrose, berechnet auf
Basis der Trockensubstanz, erhalten. Außerdem erfordert das Säureverfahren umfangreiche
und teure Raffinierungsverfahren, um ein kommerziell brauchbares Produkt zu erhalten.
Nebenprodukte, die bei der sauren Hydrolyse entstehen, erschweren die Kristallisation
der Dextrose. Im Hinblick hierauf wird für das Verfahren gemäß der Erfindung die
Konvertierung mit Amyloglukosidase vorgezogen. Dabei werden raffinierte Amyloglukosidasepräparate
bevorzugt, wie sie beispielsweise in den USA.-Patentschriften 2 967 805 und 2 970
086 beschrieben sind. Es ist bevorzugt, gemäß der Erfindung solche Stärke-Konvertierungsprodukte
als Ausgangsprodukte einzusetzen, die mittels Kohle oder auf andere Weise in üblicher
Weise gereinigt sind.
-
Die nachfolgend beschriebenen Stufen umfassen die grundsätzlichen
Maßnahmen im Sinne der vorliegenden Erfindung.
-
Eine dieser Maßnahmen ist die Vakuumbehandlung des raffinierten Syrups
(mit wenigstens 90D-Wert) zwecks Verminderung des Wassergehaltes auf weniger als
5°/0. In der Ausführungsform gemäß der Erfindung, die nunmehr beschrieben wird,
wird diese Verfahrensmaßnahme in zwei Stufen durchgeführt. Dies geschieht hauptsächlich,
um die Betriebsmöglichkeiten des Verdampfers der letzten Stufe in bestmöglicher
Weise auszunutzen. In jeder dieser beiden Verdampfungsstufen wird die Stärke-Konvertierungsflüssigkeit
unter Vakuum in einen mit hoher Geschwindigkeit fließenden Film übergeführt, um
Wasser zu entfernen; in der letzten Stufe wird die Masse im wesentlichen entwässert.
Das Ausgangsprodukt für diese Verdampfungsstufen ist eine Konvertierungsflüssigkeit
mit bis zu etwa 75 °/o Trockenmasse; diese kann mit einem der üblichen Verdampfungsapparate
für Syrups erhalten werden. Vorzugsweise soll der Trockenmassegehalt nicht unter
65 °/o liegen.
-
Obwohl die beschriebene Verdampfung zwei Stufen enthält und die erste
Stufe im Bereich von 65 bis 75 % Trockenmassegehalt beginnt, kann man auch
anders verfahren. So kann man beispielsweise einen einzigen Verdampfer mit forcierter
Zirkulation (z. B. des Typs mit einem aufsteigenden und dann wieder fallenden Film)
für beide Stufen der Verdampfung in einem kontinuierlichen Verfahren verwenden,
wobei das Ausgangsprodukt 65 bis 75 °/o Trockenmasse und das den Verdampfer verlassende
Produkt wenigstens 95 °/o Trockenmasse enthalten sollte. Es ist auch möglich, die
Vakuumverdampfung unter 65 °/o Trockenmassegehalt, beispielsweise im Bereich von
55 bis 65 °/o Trockenmasse, zu beginnen und dann die Verdampfung bis zu einer Entwässerung
von 95 °/o oder mehr an Trockenmassegehalt fortzusetzen. Im allgemeinen ist aber
die zuletzt erwähnte Möglichkeit nicht zweckmäßig, da es technisch einfacher ist,
mit den üblichen Syrupverdampfern bis zu einem Trockenmassegehalt von 65 bis 75
°/o zu verdampfen und dies Produkt dann in einen oder in mehrere Vakuumverdampfer
einzuführen. Obwohl die beiden Stufen der Vakuumverdampfung getrennt als »Verdampfung
von Wasser« (auf wenigstens 85 °/a Feststoffe) bzw. als »Entwässerung« (auf wenigstens
95 °/o Feststoffe) bezeichnet werden, können sie bei der praktischen Durchführung
Teile einer kontinuierlichen Operation in einer einzigen technischen Einheit sein,
wobei das zwischenzeitlich entstehende Konzentrat nicht abgetrennt zu werden braucht.
Jedoch ist die Vakuumverdampfung in einem Verdampfer mit forcierter Zirkulation
unter Verwendung eines Konzentrats von 65 bis 750/, oder mehr Feststoffen
wünschenswert, um einen zu hohen Abbau des Produktes zu vermeiden.
-
Gemäß der Zeichnung wird der Syrup in der ersten Stufe der Vakuumbehandlung
bei einer Temperatur von etwa 48 bis 65°C mit einem Feststoffgehalt von 65 bis 750/,
durch den Verdampfer 36 in Form eines Filmes geführt und hier unter Vakuum und Hitzebehandlung
mit Dampf auf wenigstens 850/0 und vorzugsweise auf 90°/o Trockenmasse konzentriert.
Gleichzeitig wird die Temperatur des Syrups auf etwa 88 bis 105°C erhöht. Dieser
Verdampfer kann, um den Typ zu kennzeichnen, zur Klasse der Verdampfer mit »fallendem
Film« gehören.
-
Der heiße Syrup wird dann vermittels einer Pumpe 40 zu dem Verdampfer
der zweiten Stufe bzw. der Entwässerungsvorrichtung 38 geführt, die zum Typ
der Verdampfer mit »mechanisch beeinflußten Filmen« gehören kann. In diesem Verdampfer
wird ein Film des Syrups über die Innenfläche einer unter Vakuum stehenden, zylindrischen,
eine senkrechte Achse besitzenden Kammer ausgebreitet. Ein eine Mehrzahl von Schaufeln
tragender, drehbarer Körper rotiert in der Kammer, auf deren Wand sich der Film
der Flüssigkeit befindet. Die Schaufeln reichen bis nahe an die Wand der Kammer
und verleihen durch ihre Bewegung der die Wand hinabfließenden Flüssigkeit eine
der Rotation der Schaufeln entsprechende seitliche Bewegung und Geschwindigkeit.
Außerdem sorgen die Schaufeln für eine geringe Dicke des Filmes, die möglichst weniger
als 5 mm und vorzugsweise weniger als 2,5 nun betragen soll. Die Wand der Kammer
wird beispielsweise mit Dampf erhitzt. Die periphere Geschwindigkeit der Schaufeln
beträgt etwa 4,5 bis 15 m/sec, so daß also ein hoher Grad von Turbulenz in dem Film
erzeugt wird. Der Syrup wird bei einer Temperatur von 85 bis 120°C aus der Kammer
herausgeführt, nachdem er darin eine genügende Zeit, z. B. 0,1 bis 0,5 Minuten,
verweilt hatte, woraus sich ergibt, daß die axiale Komponente der Geschwindigkeit
des Filmes verhältnismäßig klein ist. Auf diese Weise kann das Wasser rasch aus
dem Syrup entfernt werden, bis der Wassergehalt nicht mehr höher als etwa
5010 und vorzugsweise niedriger als etwa 2 °/o ist. Das so erhaltene, im
wesentlichen wasserfreie Produkt ist ein geschmolzener Festkörper und würde, wenn
man es zur Verfestigung kommen ließe, ein glasiges Dextroseprodukt des eingangs
beschriebenen Typs bilden, wie es gemäß dem Verfahren von S c h o p m e i e r et
a1. gemäß USA.-Patentschrift 2 429 946 erhalten werden kann.
Wie
beschrieben, verwendet der beschriebene Verdampfer mit mechanisch beeinfiußten Filmen
eine mechanische Vorrichtung, um über die obere Schicht des Flüssigkeitsfilmes zu
streichen. Diese streifende bzw. wischende Bewegung verleiht der Oberfläche des
Filmes eine sehr hohe Geschwindigkeit und verursacht dadurch ein hoch turbulentes
Fließen in dem Film, obwohl die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch die
Vorrichtung als solche relativ langsam sein kann. In gewissem Sinne kann die gleiche
Wirkung in anderen Film-Vakuum-Verdampfern, z.B. des Typs mit fallendem Film oder
auch mit zunächst steigendem und dann fallendem Film, erreicht werden. In diesen
Vorrichtungen wird die Flüssigkeit als ein Fihn auf den inneren Oberflächen einer
Mehrzahl von wärmeaustauschenden Röhren verteilt, die mit Dampf erhitzt werden.
In dem Ausmaß, in dem sich der fließende Film dem Austrittspunkt nähert, tritt Verdampfung
unter Entwicklung von erheblichen Mengen Dampf ein. Dabei wächst die Geschwindigkeit
des Dampfes relativ zu der des Filmes in erheblichem Umfang, bis sie weit oberhalb
der des Filmes liegt und der mit hoher Geschwindigkeit strömende Dampf auf diese
Weise eine ähnliche Funktion ausübt wie die Drehscbaufeln in den Verdampfern mit
mechanisch beeinlußten Filmen, d.h., der mit hoher Geschwindigkeit strömende Dampf
bestreicht Teile der Oberfläche des Filmes der viskosen Flüssigkeit und verleiht
ihr eine hohe Geschwindigkeit, wodurch ein hoher Grad von Turbulenz in der Flüssigkeit
verursacht wird.
-
Gemäß der Zeichnung wird die heiße, geschmolzene glasige Dextrosemasse
von dem Verdampfer 38 vermittels der Pumpe 42 zu der Vorrichtung
44 gepumpt, in der die heiße Masse kräftig geknetet und bearbeitet wird.
Dies erfolgt in einer begrenzten Kammer. Für die Durchführung dieser Maßnahme stehen
viele Vorrichtungen zur Verfügung. Hierzu gehören die kontinuierlichen Mischer und
Einmischmaschinen, die in der Kautschukindustrie verwendet werden, und Hitzeaustauscher
mit schabenden Oberflächen, z. B. der »Votator«. Bevorzugt wird die von der Baker-Perkins
Comp. hergestellte, in der USA.-Patentschrift 2 505125 beschriebene Apparatur verwendet.
Diese Vorrichtung enthält eine begrenzte Kammer und eine zylindrische Schnecke,
die in der Kammer rotiert und arbeitet; die Schnecke kann unterbrochene Schaufeln
haben. Die innere Wand der Kammer ist mit Vorsprüngen versehen, die entsprechend
den Unterbrechungen der Schaufeln angeordnet sind, so daß sie die Arbeit der Schnecke
nicht stören. Das Kneten und Mischen wird in dieser Vorrichtung kontinuierlich durchgeführt.
Die Vorrichtung ist mit einem Mantel versehen. Die Schnecke hat eine hohle Achse.
Sowohl in dem Mantel als auch durch die Achse [kann also ein Wärmeaustauschmittel
zum Kühlen oder Erhitzen durchgeführt werden. Das erhaltene Endprodukt wird entnommen
oder durch ein preßformähnliches Mundstück hinausgedrückt.
-
Wie bereits erwähnt wurde, wird das geschmolzene glasige Dextroseprodukt
des Verdampfers 38 kontinuierlich in die Knetapparatur 44 eingeführt. Während
des Knetvorganges kristallisiert wenigstens ein Teil der Dextrose; das Kneten wird
fortgesetzt, bis wenigstens 450/0 der Dextrose in kristallisierter Form vorliegen.
Die Temperatur der Knetvorrichtung und die Dauer des Aufenthalts der Masse in der
Knetvorrichtung müssen sorgfältig kontrolliert werden, um Hitzeschäden des Produktes
nach Möglichkeit zu vermeiden und trotzdem die gewünschte kristalline Beschaffenheit
zu erreichen. Temperaturen im Bereich von etwa 65 bis 140°C und vorzugsweise unterhalb
110°C können verwendet werden, wobei die Dauer der Einwirkung 0,5 bis 25 Minuten
betragen kann. Eine kürzere Zeitdauer wird bei höheren Temperaturen verwendet und
umgekehrt. Bei den in Betracht kommenden hohen Temperaturen ist es im allgemeinen
notwendig, die Apparatur bzw. die Masse zu kühlen, da die Kristallisation der Dextrose
exothermisch verläuft und die entstehende Hitze abgeführt werden muß. Das Produkt
wird kontinuierlich bei einer Temperatur von 95 bis 140°C, vorzugsweise unterhalb
110°C, aus dem Mundstück der Knetapparatur in einem dünnen Band oder Streifen geprellt
und das Band bzw. der Streifen auf ein sich fortbewegendes Band 46 in der
Kammer 48
geleitet. Kühlende Luft wird in die Kammer 48 vermittels
des Gebläses 50 geblasen, um das Produkt rasch auf eine Temperatur unter 65'C zu
kühlen und so einen Abbau des Produktes zu vermeiden. Das. Kühlen kann in zwei Stufen
derart durchgeführt werden, daß in der ersten Stufe Luft mit Außentemperatur und
in der zweiten Stufe abgekühlte Luft verwendet wird. Das abgekühlte, leicht brechbare,
feste Produkt wird dann zu der gewünschten Korngröße vermahlen.
-
Die Temperatur und die Zeit des Knetens hängen, wie bereits erwähnt
wurde, voneinander ab. Die 3 Kristallisation verläuft rascher bei den oberen Temperaturgrenzen
des vorerwärmten Bereiches. Der Grund scheint darin zu liegen, daß die Viskosität
hier niedriger ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die niedrigere Viskosität auch
den Kraftbedarf verringert, so daß es auch aus diesem Grund zweckmäßig ist, bei
höherer Temperatur zu arbeiten. In dem Ausmaß, in dem die Temperatur erhöht wird,
tritt aber auch der Abbau des Produktes durch Wärme mehr und mehr hervor; besonders
gilt dies für Apparate mit großer Kapazität, bei denen das Verhältnis des Volumens
(oder der Masse) zu der für den Hitzeaustausch zur Verfügung stehenden Oberfläche
vergrößert wird. Je höher die Arbeitstemperatur ist, um so größer werden die Schwierigkeiten
bezüglich der Kontrolle der Hitze-; schäden. Unter Abwägung dieser Umstände wurde
festgestellt, daß der bevorzugte Arbeitsbereich bei Temperaturen unter 110°C und
etwa oberhalb 77°C liegt, wobei die Dauer der Einwirkung 0,5 bis 15 Minuten sein
kann.
-
Die Kristallisationszeit wird auch durch den Dextrosegehalt bzw. den
D-Wert der glasigen Schmelze berührt. Bei einem D-Wert von etwa 86 ist die Kristallisation
verhältnismäßig langsam; möglicherweise wird sie durch andere anwesende Kohlehydrate
verzögert. In dem Ausmaß, in dem der D-Wert zunimmt, steigt die Kristallisationsquote
rasch an, so daß sie bei einem D-Wert von 90 oder mehr für die in Betracht kommenden
Zwecke selbst bei den relativ niedrigen Temperaturen des vorher für die Kristalli-3
sation erwähnten Bereiches genügend schnell ist.
-
Es wurde gefunden, daß ein Impfen der glasigen Schmelze zwecks Erreichung
der gewünschten Kristallinität und Stabilität nicht notwendig ist, wenn der schwere
Syrup mit 65 0/0 Trockenmasse weiter konzentriert wird, um die glasige Schmelze
herzustellen und zu verarbeiten. Anscheinend bewirkt die starke mechanische Bewegung,
die beim Pumpen und in der letzten Knetstufe erfolgt, nachdem der Syrup auf
wenigstens
95 °/o Trockenmassegehalt konzentriert worden ist, eine genügende Bildung von Impfstoffen
und dadurch eine genügende Kristallisation während des .Arbeitsprozesses. So ist
beobachtet worden, daß die geschmolzene, bei der Pumpe 42 eintretende glasige
Masse keine sichtbaren Impfstoffe enthält, jedoch die in die Knetvorrichtung
44 hineingehende Masse Impfstoffe enthält, obwohl nichts zugesetzt worden
war. Die Pumpe 42 kann daher als ein Teil der Knetzone in dem Sinne betrachtet werden,
daß sie eine Funktion bezüglich der Einleitung und der Verstärkung der Kristallisation
ausübt. Obwohl die Zugabe von Impfstoffen gemäß der bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens nicht notwendig ist, wurde festgestellt, daß die Zufügung einer gewissen
Menge von Impfstoffen, z.B. etwa 10 Volumprozent, vorteilhaft sein kann, wenn das
Kneten bzw. die Bearbeitung der Masse nicht so kräftig durchgeführt wird, wie dies
im vorhergehenden beschrieben wurde. Wenn beispielsweise Ansätze im Laboratorium
durchgeführt werden und hierbei ein gewöhnlicher Laboratoriumsvakuumverdampfer und
ein diskontinuierlich arbeitender Hochleistungsmischer verwendet werden, kann die
Zugabe einer geringen Menge von Impfstoffen angebracht sein, um die Zeit, bei der
mit hohen Temperaturen gearbeitet wird, möglichst zu reduzieren. In denjenigen Fällen,
in denen die Zugabe von Impfstoffen wünschenswert ist, braucht dieser Zusatz nur
einmal zu erfolgen, und das Verfahren läuft dann von sich aus weiter, sofern die
Endstufe der Entwässerung und das Kneten und Bearbeiten des entwässerten Produktes
kontinuierlich durchgeführt werden.
-
Die kristallisierte Masse wird, nachdem sie die Knetvorrichtung verlassen
hat, auf Zimmertemperatur abgekühlt. Es wurde festgestellt, daß die gemessene Kristallinität
um 10 bis 20°/o während des Abkühlens unter 65'C zunahm.
-
Das Verfahren kann kontinuierlich und in sehr kurzen Zeiträumen durchgeführt
werden, sobald der konzentrierte und raffinierte Stärkesyrup in Verfolg der Amyloglukosidase-Konvertierung
erhalten worden ist. Es wird eine Verdampfungs- und eine Entwässerungs- und eine
Knetzone geschaffen, und der Syrup wird kontinuierlich durch diese Zonen hindurchgeführt.
In der Verdampfungs- und in der Entwässerungszone wird das Wasser rasch und kontinuierlich
aus dem Syrup unter Vakuum entfernt und so die geschmolzene glasige, nicht mehr
als 501, Wasser enthaltende Dextrosemasse erhalten. Dies wird erreicht, indem
zunächst auf wenigstens 85 °,/a Trockensubstanz verdampft und dann kontinuierlich
auf wenigstens 950/, Trockensubstanz in der beschriebenen Weise entwässert
wird. In der Knetzone wird die geschmolzene glasige Dextrosemasse aufgenommen und
kontinuierlich geknetet bzw. bearbeitet, um den genügenden Grad der Kristallinität
zu erzeugen. Danach wird das Produkt kontinuierlich gekühlt. Schätzungsweise werden
weniger als 30 Minuten benötigt, um gemäß dem Verfahren der Erfindung, ausgehend
von einem raffinierten Syrup mit 700/, Festgehalt, ein gekühltes, gemahlenes
und verpacktes Produkt herzustellen.
-
Bezüglich der zu verwendenden Stärke wird darauf hingewiesen, daß
alle Arten von Stärke verwendet werden können, z. B. Getreidestärke, wie Mais-,
Reis-, Hirse- und Weizenstärke, Stärke von Knollenfrüchten wie Kartoffeln und Tapioka;
wachsartige Stärken, wie wachsartiger Mais und wachsartige Hirse; hoch amylosehaltige
Maisstärke; abgetrennte Stärkefraktionen, wie Amylose und Amylopektin; auch können
leicht modifizierte Stärkearten verwendet werden, beispielsweise auf dem Wege der
Oxydation oder Säurehydrolyse behandelte Produkte.
-
Als Säuren können für das Verdünnen der Stärkeanschlämmung die hierfür
üblichen Säuren, d.h. starke Mineralsäuren, wie Salzsäure, Schwefelsäure und Phosphorsäuren,
verwendet werden. Für die Verdünnung mit Enzymen kann man die im Handel befindlichen
ec-Amylase-Präparate bzw. diastatischen Fermente verwenden.
-
Der Wassergehalt des Produktes und der Grad der kristallinen Beschaffenheit
ist für die Erfindung wesentlich. Wie bereits erwähnt wurde, darf der Wassergehalt
des in die Knetvorrichtung eingeführten Produktes nicht höher als 50/, sein.
Wenn der Gehalt an Feuchtigkeit an der oberen Grenze des Bereiches von 0 bis
501, liegt, sollte der Grad der Kristallinität des Produktes verhältnismäßig
hoch bzw. der Anteil des glasigen Festproduktes relativ niedrig sein, da das Endprodukt
um so leichter in Gegenwart von Feuchtigkeit verbackt, je höher sein Gehalt an glasiger
Dextrose ist. Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, wird die Entwässerung bevorzugt
auf einen Wassergehalt von weniger als 20/, durchgeführt und der Grad der Kristallinität
des Produktes möglichst über 700/, gebracht.
-
In den nachfolgenden Beispielen wird auf die Kristallinität des Produktes
Bezug genommen. Diese wird durch selektive Extraktion des nicht kristallinen Materials
bestimmt. Die Extraktion wird derart durchgeführt, daß ein abgewogenes Muster des
Produktes (10 g) mit 40 ccm einer mit wasserfreier ß-Dextrose gesättigten Glycerin-äthanol(1:2)-Lösung
behandelt wird, bis eine sahnige Konsistenz erreicht ist. Die sahnige Suspension
der Dextrosekristalle wird dann abfiltriert, so daß sie frei von anhaftender Flüssigkeit
ist, und mit 2 bis 5 ml der erwähnten Glycerin-Alkohol-Lösung gewaschen. Schließlich
werden die abgetrennten Kristalle mit 5 ml einer mit wasserfreier Dextrose gesättigten
Äthanollösung gewaschen. Die so erhaltenen Kristalle werden getrocknet und gewogen.
Das Verhältnis zwischen den erhaltenen Kristallen und dem Gewicht des Musters ist
(ausgedrückt in Prozenten) der Grad der Kristallinität.
-
In der Zeichnung sind schematisch auch die Anlagen zur Gewinnung des
Ausgangsproduktes dargestellt. Die Stärke-Verdünnungsvorrichtung 10 enthält ein
Dampfdurchlaßrohr 12, worin die Stärkeaufschwemmung mit Katalysator eingeführt
wird. Im Rohr 12 wird mit Dampf gemischt. Die Masse wird dann in den Behälter 14
geführt und dort in verhältnismäßig ruhigen Zustand gehalten, bis der gewünschte
D. Ae.-Wert erreicht ist. Anschließend wird die Stärkedispersion in den Konvergierungsbehälter
16 übergeführt, der ein Rührwerk 18 enthält. In Konverter
16 wird teilweise neutralisiert und mit dem Amyloglukosidase-Präparat versetzt.
Wenn der gewünschte Dextrosegehalt erreicht ist, wird die Stärke-Konvertierungsflüssigkeit
durch eine Pumpe 20
in den mit einem Rührwerk 24 ausgerüsteten Tank
22
gepumpt. Es wird mit Kohle raffiniert, mittels des Filters 26 filtriert,
und die Flüssigkeit wird zum ersten Verdampfer 28 geleitet. Dann wird in einen zweiten
Tank 30 mit einem Rührwerk 32 geleitet, wo nochmals mit Kohle gereinigt werden kann.
Nach Filtrieren im zweiten Filter 34 erfolgt die Behandlung gemäß
der
Erfindung in der oben beschriebenen Art und Weise.
-
Beispiel 1 Ein in an sich bekannter Weise mit einem Amyloglukosidase-Enzym=Präparat
hergestellter, zweimal mit Kohle raffinierter und gefilterter Stärke-Konvertierungssyrup
mit einem Trockenmassegehalt von 70%, einem D.Ae.-Wert von 94,5 und einem D-Gehalt
von 90,5 wurde bei einer Temperatur von 55°C in einen Verdampfer des mit mechanisch
bewegten Filmoberflächen arbeitenden Typs eingeführt. Der Drehkörper des Verdampfers
hatte einen Durchmesser von 25 cm, arbeitete mit 570 U/min und stand unter einem
Vakuum von 694 bis 707 mm Hg. Das Produkt, eine geschmolzene glasige Dextrose, wurde
bei einer Temperatur von 88 bis 93'C aus der Apparatur entnommen und bei einer Temperatur
von ungefähr 96 bis 97°C in eine Knetvorrichtung des bereits beschriebenen Typs
eingeführt. Obwohl die Überführung des Produktes unmittelbar erfolgt, erhöhte sich
die Temperatur in der angegebenen Weise durch die von der Pumpe geleistete Arbeit,
durch Kristallisationswärme, die sich infolge der in der geschmolzenen glasigen
Masse beginnenden Kristallisation entwickelte, und durch eine kleine Menge Wärme,
die von dem Dampf übernommen wurde, der verwendet wurde, um die Leitungen warm zu
halten. Die Schnecke der Knetvorrichtung wurde mit einer Geschwindigkeit von 44
U/min betrieben. Kühlwasser wurde durch die Knetvorrichtung geschickt, um eine relativ
niedrige Temperatur aufrechtzuerhalten, so daß die durchschnittliche Temperatur
des Produktes bei der Entnahme bei ungefähr 76 bis 77°C lag. Das Produkt wurde in
der Knetvorrichtung 13,2 bis 26,3 Minuten belassen. Der dadurch erhaltene Grad der
Kristallinität lag zwischen 50,8 und 65,5. Das aus der Knetvorrichtung entnommene
Produkt wurde rasch auf eine Temperatur unter 38°C gekühlt. Das Produkt war bei
allen hergestellten Graden der Kristallinität brechbar und konnte ohne Schwierigkeiten
auf die gewünschte Größe gemahlen werden. Der Trockenmassegehalt des Produktes lag
zwischen 96,6 und 98,50/0. Eine Bestimmung der durch Wärme erfolgten Verfärbung
zeigte an, daß ein gewisser Abbau des Produktes infolge der verhältnismäßig langenBearbeitungszeit
eingetreten war.
-
Beispiel 2 Ein Syrup mit einem D.Ae.-Wert von 95,5 und einem D-Wert
von 92,6 wurde wie im Beispiel 1 beschrieben hergestellt, und zwar ausgehend von
einer mit Säure verdünnten Stärke mit einem D.Ae: Wert von 11,4. Der erwähnte Syrup
wurde mit einem Trockenmassegehalt von 70 bis 710/0 bei einer Temperatur von 53
bis 55°C in den im Beispiel 1 beschriebenen Verdampfer eingeführt. Der Verdampfer
arbeitete bei einem Vakuum von 712 mm Hg. Das im Verdampfer erhaltene Produkt wurde
mit einem Trockenmassegehalt von 97,3 bis 100 0/0 bei einer Temperatur von 103 bis
107'C entnommen. Ohne Kühlung wurde das Produkt kontinuierlich in die Knetapparatur
gepumpt, die mit 60 U/min arbeitete. Die Aufenthaltszeit des Produktes in der Apparatur
wurde während dieses Versuches im Bereich von 1,7 bis 5,1 Minuten variiert; das
Produkt wurde bei Temperaturen von 100 bis 112°C entnommen. Das aus der Knetapparatur
entnommene Produkt wurde unmittelbar unter etwa 38°C gekühlt und dann auf die gewünschte
Korngröße vermahlen. Die Kristallinität der verschiedenen Muster lag zwischen 50,2
und 60,6 °/0. Das Produkt hatte genügende Lagerbeständigkeit.
-
Beispiel 3 Das Verfahren der Beispiele 1 und 2 wurde in allen wesentlichen
Einzelheiten wiederholt, wobei als Ausgangsprodukt ein Produkt mit einem D.Ae: Wert
von 15,1 verwendet wurde. Auf diese Weise wurde eine geschmolzene glasige Dextrose
mit einem D.Ae.-Wert von 96 und einem D-Wert von 93,6 sowie einem Trockenmassegehalt
von 96,2 bis 98,6 und einer Temperatur von 101 bis 103'C hergestellt. Ohne
Kühlung wurde das glasige, geschmolzene Produkt in die Knetvorrichtung gepumpt,
die ohne Kühlung mit variierenden Geschwindigkeiten zwischen 48 und 52 U/min betrieben
wurde. Das bearbeitete Produkt besaß eine Kristallinität von 56,4 bis 63,7 0/0 und
wurde bei 103 bis 109°C auf ein endloses Band gebracht, wo es unmittelbar gekühlt
wurde. Die Aufenthaltszeit in der Knetapparatur variierte zwischen 4,7 und 7,2 Minuten.
Das Produkt ließ sich leicht auf die gewünschte Korngröße mahlen und hatte eine
befriedigende Lagerbeständigkeit sowie eine sehr niedrige Hitzeverfärbung.
-
Beispiel 4 Das Verfahren des Beispiels 1 wurde in allen wesentlichen
Einzelheiten wiederholt, wobei als Ausgangsprodukt eine Masse mit einem D.Ae: Wert
von 14,1 verwendet wurde. Es wurde eine geschmolzene, glasige Dextrose mit einem
Trockenmassegehalt von 97,2 bis 100 0/0 erhalten. Diese Masse wurde in die Knetapparatur
bei einer Temperatur von 101 bis 104'C eingeführt, wobei die Apparatur mit 48 U/min
ohne Kühlung lief. Das bearbeitete Produkt wurde bei einer Temperatur von 104 bis
109°C nach einer Verweilzeit von 4,6 bis 6,8 Minuten aus der Apparatur herausgenommen.
Der Grad der Kristallinität lag zwischen 55,4 und 800/0. Das Produkt hatte nach
Mahlen ausgezeichnete Lagereigenschaften.
-
Beispiel 5 Eine filtrierte Stärke-Konvertierungsflüssigkeit mit einem
D. Ae.-Wert von 93 und einem D-Gehalt von 89,6 wurde wie vorbeschrieben hergestellt,
und zwar mit einem Trockenmassegehalt von 57,20/,). Dieser Syrup wurde bei Raumtemperatur
in einen Verdampfer eingeführt, der zum Typ der mit mechanisch bearbeiteten Filmoberflächen
arbeitenden Verdampfer gehörte. Der Apparat wurde mit einem Vakuum von 708 mm Hg
und einem niedrigeren Ausstoß als in den vorangehenden Beispielen betrieben, so
daß das Produkt bei einer Temperatur von 98°C mit einem Trockenmassegehalt von 97,8
aus der Apparatur entnommen wurde. Die heiße, geschmolzene und glasige Dextrose
wurde dann in die Knetapparatur eingeführt, die mit 60 bis 65 U/min lief. Eine Kühlung
wurde in der Knetapparatur nicht- verwendet. Das Produkt wurde bei einer Temperatur
von ungefähr 121'C nach einer Bearbeitungszeit von 4,7 bis 6,8 Minuten aus
der Apparatur entnommen. Nach dem Abkühlen besaß das im wesentlichen trockene Produkt
eine Kristallinität von 70 0/0 und entsprechend gute Lagereigenschaften.
Die
Lagereigenschaften von typischen Mustern wurden bestimmt, indem der Grad gemessen
wurde, bis zu dem ein vorbestimmtes, gepacktes Volumen bei einem bestimmten Druck
gepreßt werden konnte, sowie weiterhin dadurch, daß die Fähigkeit der gepackten
Masse, frei zu fließen, bestimmt wurde. In den Versuchen wurde ein Volumen von 250
ccm des Produkts in ein mit einer Meßeinteilung versehendes Gefäß eingeführt, das
mit einem beschwerten Holzkolben versehen war, der einen Druck von 5,5 psi. auf
die Masse ausüben konnte. Dieser Druck wurde verwendet, weil er ungefähr den Lagerverhältnissen
in Warenhäusern entspricht. Die Meßbehälter wurden in einem versiegelten Behälter
aufbewahrt, der nur von Zeit zu Zeit für Prüfungszwecke geöffnet wurde. Typische
Ergebnisse sind in der Tabelle gezeigt.
-
Alle Muster waren etwas verbackt, und zwar in ungefähr dem gleichen
Ausmaß; sie konnten aber leicht unter Bildung eines frei fließenden Pulvers zerbröckelt
werden.
| Trocken- Kristal- Zeit Volumen |
| substanz linität |
| (oho) (oho) (Tage) |
| Muster 1 .... 97,6 67,2 70 232 |
| Muster 2 .... 97,5 51,0 217 232 |
| Muster 3 .... 97,5 49,5 217 234 |
| Dextrose* .... 100 100 147 240 |
| * Kristallines a-Dextrosehydrat (Handelsprodukt wCereloset). |