DE19961338A1 - Feste Mischung von Lebensmittelinhalts- und Lebensmittelzusatzstoffen, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verwendung derselben - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine feste Mischung von Lebensmittelinhalts- und zusatzstoffen, wobei die Mischung aus mindestens einem thermoplastisch verformbaren Matrixmaterial und mindestens einem in diesem Matrixmaterial eingelagerten Lebensmittelzusatzstoff besteht.

Description

Die Erfindung betrifft feste Mischungen von Lebensmittelinhalts- und Lebensmittel­ zusatzstoffen, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie deren Verwendung.

Lebensmittelzusatzstoffe sind im "Lebensmittel- und Bedarfsgegenständegesetz" LMBG (§2: Zusatzstoffe) definiert. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf solche Lebensmittelzusatzstoffe, aber auch entferntere, zu den Lebensmittelinhalts- oder Lebensmittelzusatzstoffen gerechneten Stoffe. Im allgemeinen bezieht sich die Erfin­ dung dementsprechend z. B. auf intensive Süßstoffe wie Aspartam, Alitam, Neotame, Acesulfam-K, Saccharin, Cyclamat, Sucralose, Thaumatin, Neohesperidindihydrochal­ con (NHDC), Neotame und Stevioside sowie Kombinationen dieser Süßstoffe und Kombinationssalze oder Zuckeraustauschstoffe und Zuckerarten wie Xylit, Erythritol, Sorbit, Maltit, Isomalt, Mannit, Lactit und Fruktose, Zucker, Glucose, Lactose, D- Tagatose oder Säuren wie Zitronensäure, Apfelsäure, Weinsäure, Fumarsäure, Phosphorsäure oder Oligosaccharide wie Oligofructose, Inulin, Galactooligosaccharid, Isomaltooligosaccharid, Xylooligosaccharid, Lactosucrose, Glycosylsucrose, Maltote­ trose, Maltodextrine oder Maltose.

Solche Lebensmittelinhalts- und Lebensmittelzusatzstoffe werden zum Teil alleine, häufiger jedoch als Mischungen verschiedener Stoffe in Lebensmitteln eingesetzt. Die Mischungen werden entweder beim Lebensmittelerzeuger bzw. -hersteller direkt aus den entsprechenden Einzelkomponenten hergestellt oder beim Lebensmittelzusatz­ stoffhersteller oder einem entsprechenden Weiterverarbeiter in den gewünschten Mengenverhältnissen abgemischt und dann dem Lebensmittelerzeuger zur Verfügung gestellt. Nachteilig an solchen Mischungen ist, daß die unterschiedlichen Komponen­ ten sich - aufgrund ihrer unterschiedlichen Korngrößen und/oder spezifischen Gewich­ te - mit der Zeit entmischen und die Mischungen damit inhomogen werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, Mischungen von Lebensmittelinhalts- und -zusatzstoffen zur Verfügung zu stellen, die sich auch über einen längeren Zeitraum hinweg nicht mehr entmischen und somit ein konstantes Mischungsverhältnis garantie­ ren.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine feste Mischung von Lebensmittelinhalts- und -zusatzstoff, die aus mindestens einem thermoplastisch verformbaren Matrixmaterial und mindestens einem in diesem Matrixmaterial eingelagerten Lebensmittelzusatzstoff besteht.

Seit langem ist die Extrusionstechnologie bekannt. Hierbei werden plastifizierbare Stoffe mittels eines Fördermechanismus, beispielsweise einer Schnecke, von einer Einfüllvorrichtung zu einer Düse transportiert und auf ihrem Weg dorthin plastifiziert. In vielen Fällen müssen erhebliche Energien aufgewendet werden um die in der Regel festen Stoffe zu plastifizieren. Es wurde bisher angenommen, daß diese für die Ex­ trusion erforderlichen Energien zu hoch sind für die üblicherweise sehr empfindlichen Lebensmittelinhalts- und -zusatzstoffe und daß diese sich während der Extrusion zersetzen oder zumindest irreversibel geschädigt werden.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß bestimmte Lebensmittelinhalts- und -zusatzstoffe entweder selbst thermoplastisch verformbar sind, also mittels der Ex­ trusionstechnologie verarbeitet werden können oder aber in bestimmte thermopla­ stisch verarbeitbaren lebensmittelrechtlich zugelassenen Matrixstoffe mittels der Extrusionstechnologie eingearbeitet werden können, ohne daß sie bei der Extrusion einen irreversiblen Schaden erleiden.

Erfindungsgemäße Lebensmittelinhalts- und -zusatzstoffe - unabhängig davon, ob sie thermoplastisch verarbeitbar sind - sind Süßstoffe wie Aspartam, Alitam, Neotame, Acesulfam-K, Saccharin, Cyclamat, Sucralose, Thaumatin, Neohesperidindihydrochal­ con (NHDC), Neotame und Stevioside sowie Kombinationen dieser Süßstoffe und Kombinationssalze oder Zuckeraustauschstoffe und Zuckerarten wie Xylit, Erythritol, Sorbit, Maltit, Isomalt, Mannit, Lactit und Fruktose, Zucker, Glucose, Lactose, D- Tagatose oder Säuren wie Zitronensäure, Apfelsäure, Weinsäure, Fumarsäure, Phosphorsäure oder Oligosaccharide wie Oligofructose, Inulin, Galactooligosaccharid, Isomaltooligosaccharid, Xylooligosaccharid, Lactosucrose, Glycosylsucrose, Maltote­ trose, Maltodextrine oder Maltose oder Ballaststoffe wie pflanzliche Fasern oder Aromen oder Vitamine.

Thermoplastisch verformbare Lebensmittelinhalts- und -zusatzstoffe sind Stoffe, die in fester Form vorliegen und oberhalb der Schmelztemperatur fließfähig werden. Sie können im erweichten Zustand durch Extrudieren verarbeitet werden. Die thermopla­ stisch verformbaren Matrixmaterialien müssen selbst lebensmittelrechtlich unbedenk­ lich sein, bevorzugt stellen sie selbst einen Bestandteil der Lebensmittelinhalts- und -zusatzstoff-Mischung dar. Verwendbare thermoplastisch verformbare Matrixmaterialien sind beispielsweise: Süßstoffe wie Cyclamat, Sucralose oder Zuckeraustauschstoffe und Zuckerarten wie Xylit, Erythritol, Sorbit, Mannit, Lactit und Fruktose, Zucker, Glucose, Lactose, D-Tagatose oder Säuren wie Zitronensäure, Apfelsäure, Weinsäure oder Oligosaccharide wie Oligofructose, Inulin, Galactooligosaccharid, Isomalto­ oligosaccharid, Xylooligosaccharid, Lactosucrose, Glycosylsucrose, Maltotetrose, Maltodextrine, Polydextrose oder Maltose.

"Eingelagert" im erfindungsgemäßen Sinn bedeutet, daß ein diskretes Partikel durch eine Phasengrenze von einem anderen Material (dem Matrixmaterial) getrennt ist und allseits von diesem anderen Material umschlossen ist. In einem Schnitt durch das Matrixmaterial lassen sich mittels geeigneter Methoden, beispielsweise der Polarisa­ tionsmikroskopie, die diskreten Partikel quasi als Inseln (Islands) in der sie umgeben­ den Matrix (Sea) identifizieren (Island-in-Sea-Struktur). Unter dem Polarisations­ mikroskop erkennt man die erfindungsgemäße "Island-in-Sea"-Struktur in den zer­ kleinerten Partikeln der festen Mischung. Vorhandene Kristalle polarisieren das Licht, wohingegen das thermoplastisch verformbare, amorphe Matrixmaterial das Licht nicht polarisiert. Die Fig. 1 bis 6 verdeutlichen dies: Fig. 1 zeigt eine Pulvermischung aus Acesulfam, Aspartam und Erythritol bei 200facher Vergrößerung im differenziellen Interferenz Kontrast (DIC). Es sind deutlich einzelne große und kleinere Kristalle, welche das Licht polarisieren, zu erkennen. Die gleiche Pulverzusammensetzung liegt der Fig. 2 zugrunde; zusätzlich wurde ein blaues λ-Filter verwendet. Kristalle der einzelnen Komponenten der Pulvermischung sind deutlich an der unterschiedlichen Polarisation des Lichtes zu erkennen. Im Gegensatz dazu erkennt man in der Fig. 3, welcher eine extrudierte Acesulfam/Aspartam/Erythritol-Mischung zugrunde lag, Partikel, die deutlich als erstarrte Schmelze zu identifizieren sind; auf der rauhen Oberfläche sind kleine Poren (schwarze Ringe) zu sehen. In der Schmelze einge­ schlossen sind kleine Kristalle, die das Licht polarisieren. Fig. 4 zeigt die gleiche Probe wie Fig. 3, jedoch mit blauem λ-Filter. Auf den größeren Partikeln sind kleinere Einschlüsse zu erkennen, die das Licht polarisieren. Die Fig. 5 und 6 verdeutlichen noch einmal den Unterschied zwischen einer Pulvermischung und dem erfindungs­ gemäßen Extrudat anhand einer Acesulfam/Aspartam/Inulin-Mischung. In Fig. 5 (Pulvermischung) ist Inulin als erstarrte Schmelze mit großen Poren (schwarze Ringe) neben isolierten Süßstoffkristallen auszumachen. In Fig. 6 erkennt man deutlich die nunmehr im Inulin eingeschlossenen Kristalle der Süßstoffe; die Poren sind kleiner geworden.

Überraschend wurde festgestellt, daß die erfindungsgemäßen Mischungen zum Teil neue Eigenschaften aufweisen, die sich beispielsweise in einem anderen Lösungs­ verhalten bemerkbar machen. So zeigten einige erfindungsgemäße Mischungen von Süßstoffen mit Säuren ein - gegenüber den Einzelkomponenten - beschleunigtes Löseverhalten, andere Mischungen von Süßstoff mit Zucker, Zuckerarten und Zucker­ austauschstoffen ein verzögertes Löseverhalten - gegenüber den Einzelkomponenten.

Die erfindungsgemäßen festen Mischungen können mittels der Extrusionstechnologie hergestellt werden. Geeignet sind alle bekannten und handelsüblichen Schnecken­ maschinen, insbesondere zweiwellige Schneckenmaschinen mit im gleichen Sinne rotierenden Schneckenwellen und Temperiereinrichtung. Zunächst wird das thermo­ plastisch verformbare Matrixmaterial mit dem oder den Lebensmittelinhalts- und -zusatzstoffen vermischt. In der Schneckenmaschine erfolgt dann die Aufbereitung der Materialien. Das pulverförmige Material wird verdichtet und dann kontinuierlich plastifi­ ziert und aus einer Düse als Strang ausgepreßt. Die erhaltenen Extrudate werden anschließend zerkleinert und auf die gewünschte Korngröße gebracht. Alternativ zu der Vermischung vor dem Einfüllen in den Extruder können die Einzelkomponenten auch getrennt dem Extruder zugeführt werden und dann erst im Extruder miteinander vermischt werden. Zweckmäßigerweise erfolgt die Extrusion bei 50-150°C und einer Umdrehungsgeschwindigkeit der Schnecke von 50-500 Umdrehungen pro Minute.

Die erfindungsgemäßen Mischungen erfüllen die gestellte Aufgabe; es treten keine Entmischungen mehr auf, die eingestellten Mischungsverhältnisse bleiben über mindestens 2 Jahren hinweg erhalten.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiele

Es wurden Schmelzextrusionsversuche mit 7 verschiedenen Mischungen von Süß­ stoffen mit unterschiedlichen Trägerstoffen durchgeführt, die thermoplastische Eigen­ schaften besitzen. Hierzu wurden zunächst die einzelnen Komponenten der jeweiligen Mischungen in Kunststoffgebinden durch kräftiges Schütteln per Hand miteinander vermengt. Die einzelnen Ansätze wogen jeweils 1,5 kg.

Für den Extrusionsprozeß wurde ein Doppelschneckenextruder verwendet. Die Pro­ zeßparameter (Schmelztemperatur und Umdrehungsgeschwindigkeit der Schnecken) wurden zunächst durch Vorläufe grob abgeschätzt. Im Hauptversuch wurden mit jeweils angepaßten Prozeßparametern Extrusionsprodukte der einzelnen Mischungen hergestellt (s. Tabelle 1).

Die Mischungen wurden mit einer Schlagmessermühle (Typ A 10, Fa. Janke & Kunkel GmbH und Co. KG) bei 20.000 U.min^-1 3 bis 5 Sekunden gemahlen. Die Mahler­ zeugnisse wurden in 2 Fraktionen gesiebt (< 1000 µm und < 1000 µm). Von der Fraktion < 1000 µm wurden jeweils 3 Stichproben mittels HPLC auf Gehalt an Süßstoffen untersucht. Aspartam-Abbauprodukte wurden nicht festgestellt. Die Grö­ ßenordnung der analysierten Acesulfam-K (Sunett®, Fa. Nutrinova Nutrition Special­ ties & Food Ingredients GmbH, Frankfurt am Main, Bundesrepublik Deutschland) und Aspartam-Mengen deutet darauf hin, daß die Süßstoffe während der Schmelzextrusion stabil bleiben.

Die Abweichungen der einzelnen Stichproben zum Mittelwert liegen mit maximal 4% (NHDC in Mischung Nr. 6, Tabelle 1) nicht sehr hoch. Demnach sind innerhalb des Extrusionsproduktes die einzelnen Komponenten recht gleichmäßig verteilt.

Die Lösegeschwindigkeit der extrudierten Mischungen in Wasser wurden in Vergleich zu den pulverförmigen, nichtextrudierten Vormischungen verglichen (Tabelle 2).

Die Mischungen mit Zitronensäure als Träger zeigten gegenüber den Pulvervormi­ schungen ungefähr gleich gute bis deutlich bessere Löslichkeit. Bei den Extrusions­ produkten mit Polyolen als Träger wurden deutlich längere Lösezeiten als bei den Pulvervormischungen festgestellt.

Tabelle 2

Löslichkeit im Vergleich pulverförmige Mischung zum Extrudat

Claims (7)

1. Feste Mischung von Lebensmittelinhalts- und -zusatzstoffen, wobei die Mischung aus mindestens einem thermoplastisch verformbaren Matrixmaterial und minde­ stens einem in diesem Matrixmaterial eingelagerten Lebensmittelzusatzstoff besteht.

2. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lebensmittel­ zusatzstoff ausgewählt wird aus: Süßstoffen wie Aspartam, Alitam, Neotame, Acesulfam-K, Saccharin, Cyclamat, Sucralose, Thaumatin, Neohesperidindi­ hydrochalcon (NHDC), Neotame und Stevioside sowie Kombinationen dieser Süßstoffe und Kombinationssalze oder Zuckeraustauschstoffe und Zuckerarten wie Xylit, Erythritol, Sorbit, Maltit, Isomalt, Mannit, Lactit und Fruktose, Zucker, Glucose, Lactose, D-Tagatose oder Säuren wie Zitronensäure, Apfelsäure, Wein­ säure, Fumarsäure, Phosphorsäure oder Oligosaccharide wie Oligofructose, Inulin, Galactooligosaccharid, Isomaltooligosaccharid, Xylooligosaccharid, Lacto­ sucrose, Glycosylsucrose, Maltotetrose, Maltodextrine oder Maltose.

3. Mischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmate­ rial ausgewählt wird aus: thermoplastisch verformbare Lebensmittelzusatzstoffe, . . .

4. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung eine beschleunigte Löslichkeit in Wasser verglichen mit der pulverförmi­ gen, nicht extrudierten Vormischung aufweist.

5. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung eine verzögerte Löslichkeit in Wasser verglichen mit der pulverförmigen, nicht extrudierten Vormischung aufweist.

6. Verfahren zur Herstellung einer Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein thermoplastisch verformbares Matrixmaterial mit einem oder mehreren Lebensmittelinhalts- und -zusatzstoffen vermischt und in einem Extruder plastifiziert und aus einer Düse als Extrudat ausgepreßt wird und dann das erhal­ tenen Extrudat zerkleinert wird.

7. Verwendung einer Mischung nach Anspruch 1 als Zusatz zu Lebensmitteln.