DE4000087A1 - Verfahren zur herstellung einer heiss-dispergierbaren staerke - Google Patents

Description

Unter HFB-Stärken versteht der Fachmann granuläre Stärken, die einer Hitze-Feuchte-Behandlung unterworfen wurden. Bei dieser rein physikalischen Behandlung verändern sich die Eigenschaften der Stärke (Quellvermögen, Dispergierbarkeit, usw.), ohne daß dabei wie bei anderen physikalischen Behand­ lungen (z. B. bei der Herstellung von Quellstärken) eine Ver­ kleisterung der Stärke oder eine sonstige an der äußeren Kornform usw. erkennbare Veränderung auftritt (beispiels­ weise bleibt das bei Betrachtung im Polarisationsmikroskop für native Stärken typische Doppelbrechungsvermögen in vol­ lem Umfang erhalten).

Besonders ausgeprägte Veränderungen der Eigenschaften kann man durch eine Hitze-Feuchte-Behandlung erzielen bei Stär­ ken, die aufgrund ihres Röntgenspektrums dem B- oder C-Typ zuzuordnen sind. Eine besonders geeignete Stärke ist daher Kartoffelstärke.

Die ursprünglichen Eigenschaften von Kartoffelstärke werden während einer Hitze-Feuchte-Behandlung entscheidend verän­ dert. Während z. B. eine nicht behandelte Kartoffelstärke nach dem Verkleistern eine klare Paste mit ziehiger Kon­ sistenz ergibt, bildet eine Hitze-Feuchte-behandelte Kar­ toffelstärke kurze, opake Pasten und beim Abkühlen sturz­ fähige Gele. Während native Stärke klumpt, wenn sie in kochendes Wasser eingerührt wird, ist die Hitze-Feuchte- behandelte Stärke heiß-dispergierbar. Während native Kartof­ felstärke andickt, sobald der Verkleisterungspunkt erreicht ist, zeigt die Hitze-Feuchte-behandelte Stärke eine verzö­ gerte, u. U. erst bei Temperaturen über 100°C einsetzende Verkleisterung.

Die wesentlichen, den Grad der Hitze-Feuchte-Behandlung bestimmenden Parameter sind der Feuchtigkeitsgehalt der Stär­ ke, die Behandlungstemperatur und die Behandlungszeit. Je höher der Feuchtigkeitsgehalt der Stärke, um so größer der Modifizierungsgrad, wobei jedoch Feuchtigkeitsgehalte über einen gewissen Grad hinaus die maximal möglichen Prozeßtem­ peraturen begrenzen, weil andernfalls eine Verkleisterung eintritt. Ebenso wird durch eine Erhöhung der Temperatur der Modifikationsgrad erhöht, wobei neben der Gefahr der Ver­ kleisterung bei sehr hohen Temperaturen die Gefahr des thermischen Stärkeabbaus, d. h. Dextrinierung besteht. In gleicher Weise bewirken längere Behandlungszeiten einen höheren Modifikationsgrad.

Bei den bekannten Verfahren, bei denen wäßrige Stärkeauf­ schlämmungen verwendet werden, kann deshalb immer nur bis knapp unter die Verkleisterungstemperatur erhitzt werden. Dies erfordert nicht nur eine sorgfältige Temperatur- und Zeitregelung, um eine Verkleisterung der Stärke zu vermei­ den, sondern macht auch lange Behandlungszeiten bis zu mehreren Tagen erforderlich. Aus diesem Grunde wird daher be­ vorzugt der Feuchtigkeitsgehalt soweit herabgesetzt, daß die Stärken bei Temperaturen oberhalb des normalen Verkleiste­ rungspunktes behandelt werden können, ohne daß eine Ver­ kleisterung eintritt. Diese Verfahren werden deshalb auch als Halbtrockenverfahren (semi-dry-Verfahren) bezeichnet. Auf diese Weise kann vor allem die Behandlungszeit wesent­ lich verkürzt werden.

Die allgemeinen Gesichtspunkte der Hitze-Feuchte-Behandlung von Stärke werden von L. Sair "Heat-Moisture-Treatment of Starch" in Cereal Chemistry 44 (1967) 8-26 ausführlich be­ schrieben. Darüber hinaus beschreiben eine ganze Reihe von Patenten verschiedene Ausführungsformen der Hitze-Feuchte- Behandlung. Die meisten dieser Verfahren sind Halbtrocken- (semi-dry)-Verfahren.

Sehr ausführlich wird die Problematik der HFB-Stärkeherstel­ lung nach einem Halbtrockenverfahren in der DE-A 29 30 664 beschrieben, die ein Lebensmittelprodukt betrifft, das ein Verdickungsmittel bestehend aus einer HFB-Wurzel- und/oder Knollenstärke enthält. Die hierfür eingesetzten Stärken werden in einem Halbtrockenverfahren bei 103°C während 115 Minuten bzw. bei 100°C während 195 Minuten behandelt. Weitere nach dem Halbtrockenprinzip arbeitende Patente empfehlen den Zusatz von Emulgatoren (EP 76 381, U.S. 1 84 527)) bzw. den Einsatz von Mikrowellen für die Wärmeübertragung (EP 1 50 715, U.S. 45 08 576).

Demgegenüber liegt der Schwerpunkt bei den in wäßriger Suspension arbeitenden Verfahren auf der Unterdrückung der im Wasserüberschuß leicht einsetzenden Verkleisterung. In der U.S.-PS 39 77 897 wird zur Erhöhung des Verkleisterungs­ punkts der Zusatz von Salzen wie Natrium- oder Magnesium­ sulfat empfohlen, die jedoch nachher wieder ausgewaschen werden müssen, bevor diese Stärken in Nahrungsmitteln ver­ wendet werden können. Durch Verwendung sehr hoher Salzkon­ zentrationen können Temperaturen bis zu 100°C angewendet und dementsprechend Verkürzungen der Behandlungszeit erreicht werden.

In der EP 1 10 549 und U.S. 35 83 874 wird die Verkleisterungswirkung des Wassers bei der Hitze-Feuchte- Behandlung unterdrückt durch einen entsprechend hohen Zusatz von mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmitteln, wie z. B. Alkohol. Diese Verfahren sind nicht nur technisch auf­ wendig. Sie sind deshalb auch nicht für die hier angesproche­ nen HFB-Stärken, sondern für die Herstellung spezieller granulärer Quellstärken vorgeschlagen worden. Bei diesen Verfahren stellt vor allem die für Lebensmittelstärken er­ forderliche Entfernung des Lösungsmittels ein Problem dar.

Verfahren, bei denen in wäßriger Suspension ohne Unter­ drückung der Verkleisterung eine wirksame Hitze-Feuchte- Behandlung nach kurzen Behandlungszeiten gelingt, sind bisher nicht beschrieben worden.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher auf ein Ver­ fahren zur Herstellung einer heiß-dispergierbaren HFB-Stärke, insbeson­ dere Kartoffelstärke mit verzögerter Verdickungswirkung durch Behandlung der Stärke in Anwesenheit von Feuchtigkeit bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise in wäßriger Suspension.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Hitze- Feuchte-Behandlung in einem wäßrigen System wesentlich be­ schleunigt werden kann, wenn diese in Anwesenheit von zer­ kleinerten Kartoffeln und/oder Kartoffelfruchtwasser vorge­ nommen wird.

Die Beschleunigung bewirkt, daß die Hitze-Feuchte-Behandlung nicht nur bei niedrigerer Temperatur, üblicherweise im Be­ reich von 50-80°C, sondern auch in wesentlich kürzerer Zeit, üblicherweise während 20-80 Minuten, durchgeführt werden kann. Damit kann ein in wäßriger Suspension arbeitendes Verfahren erstmals technisch einfach und wirtschaftlich durchgeführt werden.

Bei einer typischen Durchführung der erfindungsgemäßen Be­ handlung erfolgt diese bei etwa 55°C während etwa 30 Minu­ ten. Zur Erzielung einer HFB-Kartoffelstärke mit gleicher verzögerter Verdickungswirkung und auch ansonsten vergleich­ baren Eigenschaften nach dem herkömmlichen Halbtrockenver­ fahren ist demgegenüber eine Behandlung bei 100°C während 120 Minuten erforderlich.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann grundsätzlich auch mit ganzen Kartoffeln durchgeführt werden, jedoch ist eine sol­ che Ausführungsform industriell schlecht zu handhaben, wenig effektiv und im allgemeinen nicht bevorzugt. Für die in­ dustrielle Anwendung eignen sich am besten zerkleinerte Kar­ toffeln, wie beispielsweise ein Brei aus geschabten oder ge­ raspelten Kartoffeln, wie er üblicherweise in den ersten Prozeßstufen der industriellen Kartoffelstärkegewinnung anfällt und/oder das Kartoffelfruchtwasser, das der bereits abgetrennten Stärke wieder zugesetzt wird.

In gleicher Weise wie Kartoffelstärke können selbstver­ ständlich auch andere einer Hitze/Feuchte-Behandlung zugänglichen Stärken behandelt werden, d. h. alle Stärken mit einem Röntgenspektrum vom B- oder C-Typ. Zu diesen Stärken zählen die meisten Wurzel- und Knollen- sowie die Leguminosenstärken, z. B. Canna-, Lotuswurzel- oder Süß­ kartoffelstärke.

Es wird vermutet, daß die in der Kartoffel enthaltenen, bei Zerstörung der Zellen freigesetzten, bzw. die durch enzyma­ tische Hydrolyse rasch entstehenden ungesättigten Fettsäuren zumindest teilweise für die Wirksamkeit im Sinne einer Be­ schleunigung der Stärkemodifizierung verantwortlich sind. Darüber hinaus sind jedoch auch andere Bestandteile der Kar­ toffel als Co-Katalysatoren wirksam, denn ein Kartoffel­ fruchtwasser, aus dem Eiweiß und Lipide entfernt wurden, zeigt ebenfalls noch eine deutliche, wenn auch verringerte beschleunigende Wirkung (s. Beispiel 3).

Es ist bekannt, daß sich die Kartoffellipide (hauptsächtlich Phosphatide und Galactolipide) durch einen ausgesprochen hohen Gehalt an ungesättigten Fettsäuren auszeichnen. Es ist deshalb bereits empfohlen worden (vgl. DE-A 25 51 342), aus dem als Neben- oder sogar als Abfallprodukt behandelten Kar­ toffelfruchtwasser die Lipide durch Extraktion zu gewinnen. Wegen ihres hohen Gehaltes an Phosphaten und Galactolipi­ den können diese Lipide direkt als Emulgatoren verwendet werden. Es war jedoch nicht bekannt, daß diese Lipide oder ihre Bestandteile geeignet sind, die Modifizierung der Stärke bei der Hitze-Feuchte-Behandlung zu beschleunigen. Auch Linolsäure und Linolensäure, die aus den Kartoffellipi­ den durch enzymatische Spaltung gebildet werden, und die als solche zugesetzt auch ohne den Co-katalytischen Effekt des Kartoffelfruchtwassers bereits eine ausgeprägte beschleuni­ gende Wirkung besitzen (Beispiel 4), sind als Beschleuni­ gungsmittel für eine industrielle Hitze-Feuchte-Behandlung von Stärken wenig geeignet, einmal auf Grund des Preises, insbesondere aber auf Grund der Instabilität (Autoxidation, Polymerisation). Stärken, denen vor der Hitze-Feuchte-Behand­ lung direkt Linolsäure oder Linolensäure zugesetzt worden war, waren nach der Behandlung für Nahrungsmittelzwecke ungeeignet, da sie einen muffigen Geschmack angenommen hat­ ten.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch als Halb­ trockenverfahren durchgeführt werden, wobei handelsübliche Kartoffelstärke mit Kartoffelfruchtwasser auf einen für die Hitze-Feuchte-Behandlung nach dem Halbtrockenverfahren ge­ eigneten Feuchtigkeitsgehalt eingestellt wird, wobei dieser in der Regel 30%, auf keinen Fall aber 35% überschreiten sollte, weil nur dann eine für die Durchführung des Halb­ trockenverfahrens ausreichende Fließfähigkeit gewährleistet ist. Feuchtigkeitsgehalte im Bereich von 15-35% sind möglich, vorzugsweise beträgt der Feuchtigkeitsgehalt 18-30%.

Selbstverständlich können innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens auch übliche Zusatzstoffe, insbesondere ober­ flächenaktive Stoffe wie beispielsweise Glyzerinmonostearat, Lysolecithin, Stearoyl-2-lactylat, Na-Stearylfumarat als technische Hilfsstoffe oder Verfahrenshilfsstoffe wie bei solchen Verfahren üblich zugesetzt werden.

Die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah­ ren ist das Slurry-Verfahren. Bislang wurden Slurry-Verfah­ ren möglichst vermieden und Halbtrockenverfahren bevorzugt, weil die bei dem Slurry-Verfahren zu wählenden, unterhalb der Verkleisterungstemperatur liegenden niedrigen Temperatu­ ren sehr lange Behandlungszeiten erforderlich machten, was technisch und wirtschaftlich nachteilig war. Erfindungsgemäß kann nun ein solches Slurry-Verfahren bei relativ tiefer Temperatur während sehr kurzer Behandlungszeiten durchge­ führt werden. Bei der erfindungsgemäß bevorzugten Behand­ lungszeit von 30 Minuten unter Anwendung einer Behandlungs­ temperatur von 55°C tritt normalerweise, d. h. bei Behandlung nur mit Wasser, überhaupt keine Modifizierung der Kartoffel­ stärke ein wie Beispiel 1 zeigt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird daher das erfindungsgemäße Verfahren während der Gewin­ nung der Kartoffelstärke aus dem Kartoffelrohbrei vor Abtren­ nung des Kartoffelfruchtwassers und der Pülpe durchgeführt. Es kann hierbei ein Brei aus geraspelter Kartoffel mit oder ohne Zusatz von zusätzlichem Wasser verwendet werden.

Natürlich ist es auch möglich, nach Abtrennung der Pülpe die Stärke wieder in Kartoffelfruchtwasser zu suspendieren oder handelsübliche Kartoffelstärke für das Verfahren einzuset­ zen. Der Flüssigkeitsgehalt beim Slurry-Verfahren beträgt im allgemeinen 40-90%. Vorteilhafterweise wird mit einem Stärke-Trockensubstanz-Gehalt von etwa 10-25% gearbeitet.

Um eine Verfärbung des Kartoffelrohbreis bzw. des Kartoffel­ fruchtwassers während des Verfahrens zu vermeiden, empfiehlt sich, wenn nicht andere Verfahren zur Unterbindung der Ver­ färbung gewählt werden, eine in der Kartoffelstärkefarbrika­ tion übliche Zugabe von Sulfit. Eine Zugabe von 200-800, vor­ zugsweise 500-600 ppm SO₂ bezogen auf das gesamte Slurry- Gewicht hat in der Regel eine ausreichende Wirkung.

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt somit gegenüber den bisher bekannten Verfahren der Hitze-Feuchte-Behandlung und insbesondere gegenüber den derzeit bevorzugt angewendeten Halbtrockenverfahren folgende Vorteile:

• 1. Es kann bei niedrigen Temperaturen und sogar in offenen Behältern durchgeführt werden, d. h. die Verwendung von Druckbehältern, wie sie bei den Halbtrockenverfahren üb­ lichen Temperaturen über 100°C nötig sind, entfällt. Darüber hinaus besteht das Risiko einer Teilverkleiste­ rung nicht, das in Druckbehältern z. B. durch Kondens­ wasser an kälteren Stellen der Behälter immer ein tech­ nisches Problem darstellt.
• 2. Die Hitze-Feuchte-Behandlung kann direkt bzw. in einem Seitenstrom des Kartoffelstärkeherstellprozesses durch­ geführt werden. Abtrennung und Trocknung der Stärke stellen damit keinen zusätzlichen Prozeßschritt dar.
• 3. Der Slurry-Prozeß ist in bezug auf den Behandlungsgrad einfacher zu steuern. Während in den halbfeuchten Pro­ zessen geringe Feuchtigkeitsunterschiede große Unter­ schiede im Modifizierungsgrad bewirken, spielt dieser Faktor aufgrund des Wasserüberschusses keine Rolle.
• 4. Der Behandlungsprozeß kann ohne die für die Hitze- Feuchte-Behandlung häufig empfohlenen und verwendeten Zusätze an Emulgatoren, wie Glycerinmonostearate usw., durchgeführt werden, aber natürlich auch - technisch vorteilhaft aber preislich und in bezug auf die Stabili­ tät nachteilig - unter Zusatz solcher Emulgatoren sowie von Linol- und/oder Linolensäure bzw. deren Alkalisalzen.

Die erfindungsgemäß hergestellte HFB-Kartoffelstärke eignet sich aufgrund ihrer verbesserten Heißdispergierbarkeit und der verzögerten Verdickungswirkung insbesondere als Binde­ mittel in Lebensmitteltrockenprodukten, vorzugsweise dort, wo ein gut rieselfähiges Bindemittel benötigt wird, das ohne Klumpenbildung in kochende Flüssigkeiten eingerührt werden kann, z. B. als Soßenbinder oder für Trockensuppen.

Die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in den nachfolgenden Beispielen 1-6 näher erläutert (Beispiel 1-4 Brabenderviscograph, 500 cmg Meßdose, jeweils 25 g Stärke in 475 ml Wasser, Beispiel 5 und 6 350 cmg Meßdose, 30 g Stärke in 470 ml Wasser).

Beispiel 1

1,5 kg Kartoffeln der Sorte Saturna werden unter Zusatz von 500 ppm SO₂ in der für die Stärkegewinnung üblichen Weise gerieben, der Brei, dem ggfs. zur Herabsetzung der Viskosi­ tät etwas Wasser zugesetzt werden kann, 30 Minuten unter stetigem Rühren auf 55°C erhitzt. Danach erfolgt die Ab­ trennung der Stärke in der bei der Kartoffelstärkegewinnung üblichen Weise. Die so erhaltene Stärke zeigt eine noch stärkere Eigenschaftsänderung als eine nach dem Halbtroc­ kenverfahren 2 Std. bei 100°C und 20% Feuchte behandelte Stärke (Abb. 1). Auch eine bis auf 72 h in Wasser ausge­ dehnte Hitze-Feuchte-Behandlung führt nicht annähernd zum gleichen Ergebnis.

Beispiel 2

200 g native Kartoffelstärke werden in 2 l Kartoffelfrucht­ wasser wie es in Kartoffelstärkefabriken nach Abtrennung von Stärke und Pülpe anfällt 30 Minuten auf 55°C erhitzt. Auch hier wird ein ähnlich starker Behandlungseffekt erzielt wie in Kartoffelbrei (Abb. 2).

Vergleichsbeispiel A

200 g native Kartoffelstärke werden in 2 l Wasser in Gegen­ wart von 1% Myverol (handelsübliches Glycerinmonostearat) 30 Minuten bei 55°C erhitzt. Auch mit diesem mit Stärken Komplexe bildenden Emulgator der in den verschiedenen halb­ feuchten Hitze-Feuchte-Prozessen als den Behandlungseffekt fördernder Zusatz empfohlen wird, wird nicht annähernd der mit den Kartoffelinhaltsstoffen erzielbare Effekt erreicht (Abb. 3).

Beispiel 3

Aus 2 l Kartoffelfruchtwasser wurden Eiweiß und Fett (durch Hitzekoagulation bzw. Extraktion) entfernt und dann darin 200 g native Kartoffelstärke unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 behandelt. Auch ein eiweiß- und fett­ freies Kartoffelfruchtwasser zeigt noch einen deutlichen allerdings weniger starken Effekt (Abb. 4). Die beschleuni­ gende Wirkung ist daher ein synergistischer Effekt mehrerer Komponenten der Kartoffel bzw. des Kartoffelfruchtwassers.

Beispiel 4

Je 220 g native Kartoffelstärke werden einmal in Wasser dem 0,5% Linolensäure zugesetzt waren und einmal in einen eben­ falls 0,5% Linolensäure enthaltenden eiweiß- und lipidfreien Kartoffelfruchtwasser (gemäß Beispiel 3) 30 Minuten bei 55°C behandelt. Wie Abb. 5 zeigt hat Linolensäure bereits in Wasser eine ausgeprägte Beschleunigungswirkung auf die Hitze-Feuchte- Behandlung. Der Effekt wird jedoch wiederum durch die Bestand­ teile des Kartoffelfruchtwassers verstärkt.

Beispiel 5

400 g native Cannastärke werden in 1,2 l Kartoffelfrucht­ wasser gewonnen aus der Sorte Bintje unter Zusatz von 500 ppm SO₂, 30 Minuten unter stetigem Rühren auf 55°C erhitzt.

Danach wurde die Stärke in der bei der Stärkegewinnung üblichen Weise abgetrennt und getrocknet. Abb. 6 zeigt das auch für Cannastärke durch die Behandlung in Kartoffel­ fruchtwasser eine ähnlich starke Eigenschaftsänderung erzielt werden kann wie bei Kartoffelstärke.

Beispiel 6

400 g Lotuswurzelstärke wurden in gleicher Weise wie Cannastärke im Beispiel 5 behandelt. Auch hier wird die für eine erfolgreiche Hitze/Feuchte-Behandlung typische Eigen­ schaftsänderung erreicht (Abb. 7).

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung einer heiß-dispergierbaren HFB-Stärke mit verzögerter Verdickungswirkung durch Behandlung von Stärke in Anwesenheit von Feuchtigkeit bei erhöhter Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung durchgeführt wird in Anwesenheit von zerkleinerten Kartoffeln und/oder Kartoffelfruchtwas­ ser.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stärke Kartoffelstärke eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Behandlung bei einer Temperatur von 50- 80°C durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung während 20-80 Minuten durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung bei 55°C während 30 Minuten durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Slurry-Verfah­ ren durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsgehalt des Slurry 40-90% beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß mit einem Stärke-Trockensubstanz-Gehalt von 10-25% gearbeitet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es während der Gewinnung der Kartoffel­ stärke in dem Kartoffelrohbrei vor Abtrennung des Kar­ toffelfruchtwassers und der Pülpe durchgeführt wird, bevor die Stärke in der üblichen Weise gewonnen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es während des Kartoffelstärkegewinnungs­ prozesses mit der wieder mit dem Kartoffelfruchtwasser vereinigten Stärke bzw. einer Stärkefraktion durchge­ führt wird, bevor die Stärke in der üblichen Weise isoliert und getrocknet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es mit Kartoffelfruchtwasser im Halb­ trockenverfahren mit einem Feuchtigkeitsgehalt der Behandlungsmasse von 15-35% vorzugsweise 18-30% durchgeführt wird.

12. Verwendung der heiß-dispergierbaren HFB-Stärke mit verzögerter Verdickungswirkung hergestellt nach dem Verfahren eines der Ansprüche 1-11 als Bindemittel in Lebensmitteltrockenprodukten.