DE60022443T2

DE60022443T2 - Granulierung von Stärke

Info

Publication number: DE60022443T2
Application number: DE60022443T
Authority: DE
Inventors: Jean Michel Rebier
Original assignee: Cerestar Holding BV
Current assignee: Cerestar Holding BV
Priority date: 1999-07-24
Filing date: 2000-07-18
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2020-07-19
Also published as: GB9917339D0; EP1072612B1; ATE304022T1; ES2244394T3; EP1072612A1; DE60022443D1; US6322818B1; DK1072612T3

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf agglomerierte, im wesentlichen sphärische Stärketeilchen, die vollständig auf der Basis von Stärke hergestellt wurden, und auf ein Verfahren zur Herstellung dieser Teilchen. Das Verfahren umfaßt die Verwendung von vollständig quellbarer Stärke als Bindemittel für Stärkekörner. Die so erhaltenen Teilchen sind für die Immobilisierung der gewünschten Produkte nützlich, die diverse Produkte wie Enzyme, Pharmazeutika, Färbemittel, Geschmacksstoffe, Karotenoide, Vitamine, Schaumhemmer umfassen.
Hintergrund der Erfindung
Das Interesse für die Zugabe von speziellen Inhaltsstoffen oder Zusatzstoffen zu Nahrungsmitteln, Futtermitteln, Waschmitteln, Kosmetika, Chemikalien usw. steigt. Die Form, in der diese Inhaltsstoffe oder Zusatzstoffe zugegeben werden, wird von den physikalischen und chemischen Merkmalen abhängen. Einige Komponenten sind so wirksam, daß sie in verdünnten Formen zugegeben werden müssen, andere oxidieren leicht oder sind sehr hygroskopisch, so daß sie in eine Form oder in etwas anderes gepackt werden müssen.
Eine Art der Verpackung der Inhaltsstoffe oder Zusatzstoffe ist ihr Einschluß in Kapseln, andere Möglichkeiten umfassen den Einschluß oder die Einkapselung in ein Gel oder ein gelierfähiges Mittel oder die Bindung an einen Träger.
Es sind verschiedene Arten von Trägermaterialien bekannt, wobei ein Träger in Abhängigkeit der speziellen Komponente und der gewünschten Anwendung ausgewählt wird. Für einige Anwendungen oder Komponenten gibt es noch immer keine verfügbaren geeigneten Träger. Für eine gewisse Zeit sind Stärke-basierende Träger vorgeschlagen worden. Im allgemeinen sind bei der Verwendung von Stärke als ein Träger die endgültigen geladenen Teilchen nicht fest oder hart genug. Oder aber sie zersetzen sich nicht schnell genug.
Die britische Patentanmeldung GB 2,311,534 A offenbart Stärketeilchen, die 30 – 95 % Stärke und/oder proteinarmes Fluor; 0,1 bis 50 % Siliciumdioxid und 5 bis 15 % Wasser umfassen. Wie in der Zusammenfassung der Erfindung, Brückenseiten 1 und 2, angezeigt, wird das Siliciumdioxid zugegeben, um die Fließfähigkeit der Stärkekörner zu verbessern.
Die europäische Patentanmeldung EP 402 186 A offenbart ein Verfahren zur direkten Herstellung von komprimierbarer Stärke. In diesem Verfahren wird ein Teil der Stärke für einige Zeit auf um die 80 °C erwärmt. Diese Temperatur ist für eine vollständige Quellung der Stärke jedoch nicht ausreichend.
Die japanische Patentanmeldung (Kokai) 57-144952 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von granulierter Stärke aus Kartoffel.
Die japanische Patentanmeldung JP 56028606 bezieht sich auf die Herstellung von granulärer Kartoffelstärke. Es offenbart ein Verfahren, worin Kartoffelstärke in einen Fließgranulator geladen wird, und eine Lösung aus gelatinierter Kartoffelstärke als ein Bindemittel gesprüht wird. Die fluidisierte Kartoffelstärke agglomeriert und wächst um den Bindemittelkern, wodurch feine granuläre Kartoffelstärke erhalten wird.
Die PCT-Anmeldung WO 95/19376 bezieht sich auf ein poröses Teilchenaggregat und Verfahren für deren Herstellung. Sie bezieht sich auf im wesentlichen sphärische poröse Aggregate von Stärkekörnern, die mit einem Bindemittel zumindest an ihren Kontaktpunkten miteinander verbunden sind, und die Stärkekörneraggregate einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 5 bis etwa 250 Mikrometer aufweisen. Das poröse Teilchenaggregat wird durch Sprühtrocknung hergestellt.
Es besteht der Bedarf nach einem Trägermaterial, das sich aus im wesentlichen sphärischen Teilchen mit einer verbesserten Härte zusammensetzt und ausschließlich aus Stärke besteht. Solch ein Produkt kann daher leicht in Nahrungsmitteln, Futtermitteln und pharmazeutischen Anwendungen eingesetzt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung offenbart die Verwendung eines agglomerierten, im wesentlichen sphärischen Teilchens als ein Träger, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilchen 100 Gew.-% Stärke umfaßt, aus aufeinanderfolgenden Schichten, die Stärkekörner und Quellstärke umfassen, besteht und daß das Teilchen einen Durchmesser von 50 μm bis 3 mm, bevorzugt 100 μm bis 2 mm, stärker bevorzugt 300 μm bis 800 μm hat.
Die Stärke, die für die Erzeugung der Teilchen verwendet wird, kann jede Art von Stärke sein, beispielsweise wird die Stärke aus der Gruppe, bestehend aus Reis-, Weizen-, Mais-, Kartoffel-, Sago-, Bohnen- und Tapioca-Stärke und Gemischen hiervon, ausgewählt. Es ist möglich, Gemische aus unterschiedlichen Stärkearten zu verwenden. Es ist auch möglich, chemisch oder physikalisch modifizierte Stärken oder hydrolysierte Stärkematerialien zu verwenden.
Die vorliegende Erfindung offenbart ebenso agglomerierte Teilchen, die zusätzlich zu Stärke Enzyme, Pharmazeutika, Färbemittel, Geschmacksstoffe, Karotenoide und/oder Vitamine enthalten.
Es wird auch ein Verfahren zur Bildung der agglomerierten, im wesentlichen sphärischen Stärketeilchen der vorliegenden Erfindung offenbart, und dies umfaßt die folgenden Schritte: Stärkesamen werden mit einer Aufschlämmung aus Stärkekörnern und Quellstärke besprüht, und die Samen werden mit der Aufschlämmung geschichtet, und das Sprühen und die anschließende Schichtenbildung werden wiederholt, bis die Teilchen einen Enddurchmesser von 50 μm bis 3 mm haben.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren, in dem Enzyme, Pharmazeutika, Färbemittel, Geschmacksstoffe, Karotenoide, Vitamine und/oder Schaumhemmer zu der Aufschlämmung aus Stärkekörnern und Quellstärke, oder zu der letzten Schicht zugegeben werden, wenn die Teilchen den Enddurchmesser erreichen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren, das die folgenden Schritte umfaßt:

a) Herstellen von agglomerierten, im wesentlichen sphärischen Stärketeilchen gemäß dem zuvor erwähnten Verfahren, und
b) Bedecken der agglomerierten, im wesentlichen sphärischen Stärketeilchen mit Enzymen, Pharmazeutika, Färbemitteln, Geschmacksstoffen, Karotenoiden, Vitaminen und/oder Schaumhemmern.

Das Verfahren wird in einem Fließbettreaktor, einem Fließtrommelgranulator oder Mischer durchgeführt.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung offenbart die Verwendung eines agglomerierten, im wesentlichen sphärischen Teilchens als ein Träger, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilchen 100 Gew.-% Stärke umfaßt, aus aufeinanderfolgenden Schichten, die Stärkekörner und Quellstärke umfassen, besteht und daß das Teilchen einen Durchmesser von 50 μm bis 3 mm, bevorzugt 100 μm bis 2 mm, stärker bevorzugt 300 μm bis 800 μm hat.
Solche Teilchen werden vollständig aus Stärke gemacht und können als solche verwendet werden oder können als ein Träger agieren, wodurch sie für eine ganze Reihe an Anwendungen geeignet sind, einschließlich die Zugabe zu Nahrungsmitteln oder Futtermitteln.
Es wird zu erkennen sein, daß der gewünschte Durchmesser der Teilchen von der beabsichtigten Anwendung abhängt. Durch die Verfahren der vorliegenden Erfindung können Teilchen-, in denen aufeinanderfolgende Schichten gebildet werden, -durchmesser von bis zu 3 mm erreicht werden.
Die gewünschte Anwendung und der Durchmesser werden auch eine Auswirkung auf die bevorzugte Art der Stärke haben. Die Stärkekörner selbst haben einen bestimmten Durchmesser, so daß es schwierig wird, Teilchen mit beispielsweise weniger als 100 μm aus Kartoffelstärke herzustellen, mit dem Wissen, daß der Durchmesser von Kartoffelstärkekörnern im Bereich von 10 μm bis 100 μm beträgt. Als ein grobes Maß sollte nicht vergessen werden, daß der Durchmesser einiger nützlicher Stärkekörner wie folgt ist: Reisstärke 1 μm bis 5 μm, Weizenstärke 3 μm bis 50 μm, Maisstärke 10 μm bis 30 μm und Kartoffelstärke 10 μm bis 100 μm.
Die Verfahren der vorliegenden Erfindung sind gleichermaßen auf alle Stärkearten wie Reis-, Weizen-, Mais-, Kartoffel-, Sago-, Bohnen- und Tapioca-Stärke oder Gemische hiervon anwendbar. Obgleich es am praktischsten ist, die gleiche Stärkeart zur Bereitstellung der Stärkekörner und Quellstärke zu verwenden, ist es natürlich möglich verschiedene Stärkearten zu kombinieren. Die Quellstärke und die Stärkekörner können daher verschieden sein. Es ist ferner möglich, unterschiedliche Arten von Stärkekörnern zu verwenden oder gemischte Stärken für die Quellung zu verwenden. In solchen Fällen kann es nützlich sein, die Stärkekörner zu sieben, um mehr oder weniger denselben Körnerdurchmesser zu erhalten.
Zusätzlich zu den natürlichen Stärken, kann das Granulierverfahren auch bei physikalisch oder chemisch modifizierten Stärken oder auf hydrolysierter Stärke basierenden Produkten (d. h., Maltodextrinen, Dextrose) durchgeführt werden.
Die Stärketeilchen sind im wesentlichen zwiebelartige Agglomerate, in denen Stärkesamen mit einer Aufschlämmung aus Stärkekörnern und Quellstärke geschichtet oder beschichtet sind. Diese Teilchen können durch unterschiedliche Agglomerations- und Granulierverfahren erhalten werden, die die Schichtenbildung oder das Beschichten für den Erhalt von im wesentlichen sphärischen Teilchen mit einem großen Durchmesser ermöglichen. Der elementare Bestandteil des Verfahrens für den Erhalt der Agglomerate aus den Stärkekörnern ist der, daß Stärkesamen mit einer Aufschlämmung aus Stärkekörnern und Quellstärke besprüht werden und die Samen mit der Aufschlämmung geschichtet werden und das Besprühen und die Schichtenbildung fortgesetzt werden, bis ein Enddurchmesser von 50 μm bis 3 mm erreicht ist. Es ist zu erkennen, daß sich die Stärkesamen für den Erhalt eines sphärischen Teilchens in konstanter, mehr oder weniger freier Bewegung befinden müssen, weil sich ansonsten Klumpen bilden. Die Aufschlämmung aus Stärkekörnern und Quellstärke hat einen Trockensubstanzgehalt von zumindest 20 Gew.-%.
Ein Beispiel für ein geeignetes Verfahren für die Bildung der agglomerierten Teilchen ist ein Fließbett, ein anderes ist die Verwendung einer Rotationstrommel oder eines Mischers jeder Art.
Bei einer der Verfahrensweisen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung werden die Stärkesamen in ein Fließbett eingebracht und werden dann mit einer Aufschlämmung aus Stärkekörnern und Quellstärke entweder von oben oder von der Seite oder von unten besprüht. Durch die Auswahl eines geeigneten Flusses der Stärkesamen und der Aufschlämmung aus Stärkekörnern und Quellstärke, werden die Samen beschichtet und der Durchmesser wächst. Die Zugabe der Aufschlämmung aus Stärkekörnern und Quellstärke ist entweder kontinuierlich oder sie wird mehrere Male wiederholt. Das Beschichten wird so lange durchgeführt, bis die Teilchen den gewünschten Durchmesser haben. Wenn die Teilchen das gewünschte Gewicht haben, werden die Teilchen auf den Boden fallen und können entfernt und klassifiziert werden.
Eine andere Technologie für die Herstellung der agglomerierten Stärkekörner der vorliegenden Erfindung ist ein Fließtrommelgranulator (erhältlich von Kaltenbach-Thüring, und in Nitrogen Band 196 3 bis 6 (März – April 1992 beschrieben)). Ein solcher Granulator enthält eine horizontal angeordnete, zylindrische Granuliertrommel, die sich um ihre eigene Achse dreht. Diese Art von Granulator unterscheidet sich von dem herkömmlichen Granulator darin, daß er ein internes Fließbett aufweist. Das Produkt (die Stärkesamen) fließt an dem schrägen Teil des Bettes herunter und fällt in den unteren Teil der Trommel. Dort wird es mit der Aufschlämmung aus Stärkekörnern und Quellstärke besprüht und die beschichteten Stärkesamen werden zurück in das Fließbett geführt, wo sich die neue Schicht verfestigt. Der gleiche Kreislauf wird so oft wie notwendig wiederholt.
Andere Verfahrensarten können verwendet werden. So lange es ein Verfahren für die Herstellung eines agglomerierten, im wesentlichen sphärischen Stärketeilchens ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Stärkesamen mit einer Aufschlämmung aus Stärkekörnern und Quellstärke besprüht werden, und die Samen mit der Aufschlämmung geschichtet werden, und das Besprühen und die Schichtenbildung so oft wiederholt werden, bis die Teilchen den gewünschten Durchmesser erreicht haben. Das Verfahren kann diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden, bevorzugt ist es ein kontinuierliches Verfahren.
Um eine merkliche Agglomeration zu erhalten, reicht es im allgemeinen aus, etwa 1 bis 20 Gew.-% der Stärke in quellbarer Form zu verwenden, bevorzugt befinden sich 2 bis 10 % der Stärke in quellbarer Form, stärker bevorzugt 4 bis 8 %. Da anfänglich nur eine geringe Menge der Stärkesamen verwendet wird, ist der zuvor genannte Prozentsatz auch der Gehalt an Quellstärke in der Aufschlämmung, während die restliche Menge an Stärke in der Aufschlämmung als Stärkekörner vorliegt.
Die agglomerierten Stärketeilchen gemäß dieser Erfindung werden in einer Reihe von Anwendungen verwendet und können mit Enzymen, Pharmazeutika, Färbemitteln, Geschmacksstoffen, Karotenoiden, Vitaminen und/oder Schaumhemmern beschickt werden.
Die agglomerierten Stärketeilchen, die mit Enzymen, Pharmazeutika, Färbemitteln, Geschmacksstoffen, Karotenoiden, Vitaminen und/oder Schaumhemmern beschickt sind, können durch die Zugabe von Enzymen, Pharmazeutika, Färbemitteln, Geschmacksstoffen, Karotenoiden, Vitaminen und/oder Schaumhemmern zu der Aufschlämmung aus Stärkekörnern und Quellstärke oder zu der letzten Schicht hergestellt werden, wenn die Teilchen in dem Verfahren ihren Enddurchmesser erreichen.
Ferner können diese beschickten agglomerierten Stärketeilchen durch die Verwendung der agglomerierten, im wesentlichen sphärischen Stärketeilchen mit ihrem geeigneten Durchmesser erhalten werden, und gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung und dem Bedecken oder Beschichten dieser Teilchen mit Enzymen, Pharmazeutika, Färbemitteln, Geschmacksstoffen, Karotenoiden, Vitaminen und oder Schaumhemmern hergestellt werden.
Wie oben angegeben, werden die Stärketeilchen der vorliegenden Erfindung mit einem gewünschten Durchmesser, der einen breiten Bereich an möglichen Durchmessern abdeckt, hergestellt. Überdies kann der Durchmesser zu einem guten Grad durch die Veränderung des Flusses der Aufschlämmung aus Stärkekörnern und Quellstärke und den Luft- oder einem anderen Gasfluß, der die Fließbettbewegung erhält und das Produkt trocknet, reguliert werden. Außerdem kann auch durch die Verwendung eines geeigneten Klassierers oder durch Sieben der Teilchengrößendurchmesser in einem engen Bereich gehalten werden. Abgesehen von dem Durchmesserpunkt zeigen die Teilchen einige andere Vorteile. Im Vergleich zu Stärkepulver ist die Fließfähigkeit beträchtlich verbessert. Außerdem stäuben die Teilchen nicht, was das Explosionsrisiko verringert, wenn große Mengen verwendet werden. Die spezifische Oberfläche ist hoch, so daß große Produktmengen absorbiert werden. Es ist möglich, die Produkte, die in die Teilchen eingeführt werden sollen, in dem Verfahren bei einem gewünschten Stadium einzuführen, so daß die Produkte in den Teilchen oder auf der Oberfläche des Trägers vorliegen können. Dieses Verfahren führt zu einer verbesserten Fließfähigkeit der Teilchen im Vergleich zu Stärkepulvern oder -mehlen. Wie oben angegeben, ist auch die Verwendung von Stärkegemischen möglich.
Im Vergleich zu Mineralteilchen zeigen die Stärketeilchen eine viel geringere Abriebwirkung. Zudem kann Stärke in Nahrungsmittel oder Futtermittel aufgenommen werden.
Die agglomerieten, im wesentlichen sphärischen Teilchen können durch ihre Härte, gemessen mit einem Texturanalysegerät (Stahle Micro Systems TA-XT2), charakterisiert werden. Eine zylindrische Sonde wird auf die sphärischen Teilchen angewendet und die Kompressionskraft wird gemessen.
Beispiele
Beispiel 1 – Herstellung von Stärketeilchen mit speziellem Durchmesser
0,77 kg Quellstärke (Cerestar C ★ Gel Instant 12018) wurden in 25 kg Wasser gelöst. 14,9 kg normale Maisstärke (Cerestar RG 03408) wurde unter vorsichtigem Rühren zugegeben. Die Aufschlämmungskonzentration betrug 38,5 % c. b. 3 kg Samen wurden zu einem Fließbett gegeben, um das Verfahren zu beginnen, und auf 45 °C erwärmt. Die Aufschlämmung wurde dann über das Pulver gesprüht und nach einer bestimmten Zeit wurden die verarbeiteten Körner entladen. Der Trockner war ein Fließbett-Trockner 28 (APV-DK Soborg, Dänemark), mit elektrischer Erwärmung und einer perforierten Plattenfläche von 0,05 m². Das Besprühen fand kontinuierlich statt und die Teilchen wurden nach unterschiedlichen Zeiträumen gesammelt.
Die folgenden Körner wurden erhalten.
Die Teilchengröße hängt davon ab, wie lange das Besprühen dauert.
Messung der Härte mit einem Texturanalysegerät
Die Komprimierbarkeit der agglomerieten sphärischen Teilchen wurde unter Einsatz eines Texturanalysegerätes (Stable Micro Systems TA-XT2) in der Verfahrensweise „Kompressionskraft" mit einer 25-mm Zylindersonde unter Verwendung von hoher Auflösung und einer 250 kg Lastzelle gemessen.
50 mm Streifen von Klebeband wurden auf eine Länge von ungefähr 150 mm geschnitten und die Teilchen wurden vorsichtig über das Band gegossen und es wurde sichergestellt, daß die Oberfläche des Bandes bedeckt war. Das Band wurde auf eine Grundplatte plaziert und der Kompressionstest wurde durch die Bewegung der Zylindersonde mit einer Geschwindigkeit von 0,1 mm/s und einem Abstand von 2,5 mm von der Grundplatte runter zu den Teilchen durchgeführt. Beim Kontakt mit den Teilchen (Fraktion von 500 – 710 μm) konnte eine Steigerung der Kraft beobachtet werden, da die Sonde die Probe weiter komprimierte. Die Steigerung der Kraft dauerte an, bis sich die Sonde 2,1 mm abwärts bewegt hatte und die maximale Kraft wurde als die Härte des Produktes genommen. Die Härte einiger Produkte wurde bestimmt:
1 b: 8,2 kg, 1 c: 10,4 kg und 2a: 15 kg.
Die Härte stieg auch mit der Zeit. Die Produkte waren hart genug für die meisten normalen Anwendungen.
Wenn das Verfahren mit einem Enzym wiederholt wurde, ergab es auch ein geeignetes Produkt.
Beispiel 2 – Einfluß der Menge an Quellstärke in dem Ausgangsprodukt
Das Basisprodukt war entweder Stärkekörner allein (Probe 2) oder ein Gemisch aus Stärkekörner und Quellstärke (Probe 1). Eine Aufschlämmung, die Stärkekörner und Quellstärke enthält, wurde in einem Labor-V-Mischer (NIRO) über das Basisprodukt gesprüht.
Die Ergebnisse waren wie folgt.
Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, daß die Teilchen größer sind, wenn anfänglich mehr Quellstärke zugegeben wird.
Außerdem wurde die Härte gemäß dem vorher beschriebenen Verfahren gemessen. Die Härte von Probe 1 betrug 17,5 kg und die von Probe 2 betrug 14,1 kg.

Claims

Verwendung eines agglomerierten, im wesentlichen sphärischen Teilchens als ein Träger, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilchen 100 Gew.-% Stärke umfaßt, aus aufeinanderfolgenden Schichten, die Stärkekörner und Quellstärke umfassen, besteht und daß das Teilchen einen Durchmesser von 50 μm bis 3 mm hat.
Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilchen einen Durchmesser von 100 μm bis 2 mm, bevorzugt 300 μm bis 800 μm, hat.
Verwendung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke aus der Gruppe, bestehend aus Reis-, Weizen-, Mais-, Kartoffel-, Sago-, Bohnen- und Tapiokastärke und Gemischen hiervon, ausgewählt ist.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche als ein Träger für Enzyme, Pharmazeutika, Färbemittel, Geschmacksstoffe, Karotenoide, Vitamine und/oder Schaumhemmer.
Verfahren zur Herstellung eines agglomerierten, im wesentlichen sphärischen Stärketeilchens, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärkesamen mit einer Aufschlämmung aus Stärkekörnern und Quellstärke besprüht werden, und die Samen mit der Aufschlämmung geschichtet werden, und das Sprühen und die anschließende Schichtenbildung wiederholt werden, bis die Teilchen einen Enddurchmesser von 50 μm bis 3 mm haben.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Enzyme, Pharmazeutika, Färbemittel, Geschmacksstoffe, Karotenoide, Vitamine und/oder Schaumhemmer zu der Aufschlämmung aus Stärkekörnern und Quellstärke oder zu der letzten Schicht zugegeben werden, wenn die Teilchen ihren Enddurchmesser erreicht haben.
Verfahren, umfassend die folgenden Schritte: a) Herstellen von agglomerierten, im wesentlichen sphärischen Stärketeilchen gemäß dem Verfahren aus Anspruch 5, und b) Bedecken der agglomerierten, im wesentlichen sphärischen Stärketeilchen mit Enzymen, Pharmazeutika, Färbemitteln, Geschmacksstoffen, Karotenoiden, Vitaminen und/oder Schaumhemmern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Fließbettreaktor, einem Fließtrommelgranulator oder Mischer durchgeführt wird.