DE69519430T2

DE69519430T2 - Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Kaugummi mit verbesserter Aromawahrnehmbarkeit

Info

Publication number: DE69519430T2
Application number: DE1995619430
Authority: DE
Inventors: Kevin B. Broderick; David W. Record; Philip G. Schnell; Joo.H Song; Christafor E. Sundstrom; Donald J Townsend
Original assignee: WM Wrigley Jr Co
Current assignee: WM Wrigley Jr Co
Priority date: 1995-09-13
Filing date: 1995-09-13
Publication date: 2001-03-15
Anticipated expiration: 2015-09-14
Also published as: ES2151944T3; DK0763330T3; EP0763330A1; DE69519430D1; EP0763330B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kaugummi, das eine verbesserte Aromawahrnehmung in dem Gummi ergibt. Insbesondere betrifft sie ein Verfahren zum Herstellen von Kaugummi in einem kontinuierlich arbeitenden Mischer mit kurzen Mischzeiten nach der Zugabe eines Aromastoffs.
In einem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen von Kaugummi wird ein zweiarmiger Mischer mit Z-förmigem Knetarm verwendet, um Kaugummiinhaltsstoffe zu vermischen. Die Gummibase, Füllstoffe wie Zucker oder Sorbitol für zuckerfreien Gummi, Flüssigkeiten wie Sirup oder flüssiges Sorbitol, Weichmacher wie Glycerin und Lecithin und Aromastoffe werden 5 bis 20 Minuten lang vermischt, um den Gummi herzustellen.
Bei diesem herkömmlichen Kaugummiherstellungsverfahren, das ein chargenweises Mischen verwendet, wird ein offener Mischer eingesetzt, welcher zuläßt, daß Aromakomponenten durch Verflüchtigung oder Zersetzung verlorengehen, insbesondere während der relativ langen Mischzeiten, die erforderlich sind, um den Aromastoff in die Kaugummizusammensetzung einzuarbeiten. Dies ist so, selbst wenn der Aromastoff üblicherweise als letzter Inhaltsstoff zugegeben wird und bei den für das Mischen erforderlichen Mindesttemperaturen vermischt wird. Wenngleich sich die meisten Gummiaromen wie Spearmint, Pfefferminz, Zimt und Wintergrün verflüchtigen, sind Fruchtaromen für dieses Problem besonders anfällig.
Bei der herkömmlichen Gummiherstellung beeinflußt die Zeit, zu der Aromastoffe zugegeben werden, die Aromafreisetzung während des Kauens. Zum Beispiel hat ein Gummi, der über ausgedehnte Zeiträume, länger als 5 Minuten, mit einem Aromastoff vermischt wird, eine langsame Aromafreisetzung. Dies ist jedoch in dem diskontinuierlichen Verfahren nicht praktikabel, da eine Mischzeit von 10 oder 15 Minuten dazu führt, daß ein großer Teil des Aromas verlorengeht. Somit muß auf eine optimierte Aromawahrnehmung in dem fertigen Gummierzeugnis verzichtet werden, um das Ausmaß der Verflüchtigung und Zersetzung des Aromas möglichst gering zu haften.
Herkömmlicherweise sind eine Kaugummibase und Kaugummierzeugnisse unter Verwendung von getrennten Mischern, unterschiedlichen Mischtechnologien und häufig in verschiedenen Fabriken hergestellt worden. Ein Grund dafür ist, daß die optimalen Bedingungen zum Herstellen der Gummibase und zum Herstellen von Kaugummi aus Gummibase und anderen Inhaltsstoffen wie Süßungsmitteln und Aromastoffen so unterschiedlich sind, daß es nicht praktikabel war, beide Aufgaben zusammen zu erledigen. Einerseits erfolgt die Herstellung der Kaugummibase durch dispergierendes Vermischen (häufig mit starker Scherung) von schwierig zu vermischenden Inhaltsstoffen wie Elastomer, Füllmittel, Elastomerweichmacher, Baseweichmacher/Emulgatoren und manchmal Wachs und erfordert üblicherweise lange Mischzeiten. Andererseits erfolgt die Herstellung des Kaugummierzeugnisses durch Vereinigen der Gummibase mit empfindlicheren Inhaltsstoffen wie Erzeugnisweichmachern, Füllstoff-Süßungsmitteln, hochwirksamen Süßungsmitteln und Aromastoffen unter Verwendung eines distributiven Vermischens (im allgemeinen mit schwächerer Scherung) während kürzerer Zeiträume.
Um die Effizienz der Herstellung von Gummibase und Gummierzeugnis zu verbessern, gab es einen Trend hin zur kontinuierlichen Herstellung von Kaugummibasen und Erzeugnissen. Das US-Patent Nr. 3,995,064 von Ehrgott et al. offenbart die kontinuierliche Herstellung von Gummibase unter Verwendung einer Abfolge von Mischern oder eines einzelnen variablen Mischers. Das US-Patent Nr. 4,459,311 von DeTora et al. offenbart auch die kontinuierliche Herstellung von Gummibase unter Verwendung einer Abfolge von Mischern. Andere kontinuierliche Gummibasenherstellungsverfahren sind in der europäischen Patentveröffentlichung Nr. 0,273,809 (General Foods France) und in der französischen Patentveröffentlichung Nr. 2,635,441 (General Foods France) offenbart.
Das US-Patent Nr. 5,045,325 von Lesko et al. und das US Patent Nr. 4,555,407 von Kramer et al. offenbaren Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Kaugummierzeugnissen. Haarmann und Reiner berichten über eine Untersuchung eines Extrusionsverfahrens in einem Artikel in Food Manufacture Bd. 62 (1987) September Nr. 9, S. 47- 50 mit dem Titel "Extrusion: does chewing gum pass the taste test". In jedem Fall wird jedoch die Gummibase zunächst getrennt hergestellt und einfach zu dem Verfahren zugegeben. Das US-Patent Nr. 4,968,511 von D'Amelia et al. offenbart ein Kaugummierzeugnis, das bestimmte Vinylpolymere enthält, welches in einem direkten einstufigen Verfahren hergestellt werden kann, das keine getrennte Herstellung der Gummibase erfordert. Die Offenbarung richtet sich jedoch auf chargenweise Mischverfahren, die nicht die Effizienz und Beschaffenheit des Erzeugnisses aufweisen, die mit einem kontinuierlichen Vermischen erreicht wird. Außerdem sind die einstufigen Verfahren auf Kaugummis beschränkt, die unübliche Basen enthalten, in denen keine Elastomere und andere kritische Inhaltsstoffe enthalten sind.
Es besteht ein Bedarf an einem Kaugummiherstellungsverfahren, welches einen Gummi mit verbesserter Aromawahrnehmung ergibt und die Menge der während des Mischverfahrens verflüchtigten und zersetzten Aromakomponenten verringert. Noch günstiger wäre ein integriertes kontinuierliches Herstellungsverfahren mit der Fähigkeit, Kaugummibaseninhaltsstoffe und andere Kaugummiinhaltsstoffe in einem einzelnen kontinuierlich arbeitenden Mischer derart zu vereinigen, daß Aromaverluste verringert werden und ein Gummi mit einer verbesserten Aromawahrnehmung erhalten wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Kaugummi bereitgestellt, umfassend:
a) Zugeben von zumindest einem Elastomer und Füllstoff in einen kontinuierlich arbeitenden Mischer und Vermischen des Elastomers und Füllstoffs miteinander in dem kontinuierlich arbeitenden Mischer;
b) Zugeben von mindestens einem Inhaltsstoff, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fetten, Ölen, Wachsen und Elastomerweichmachern in den kontinuierlich arbeitenden Mischer und Vermischen des Inhaltsstoffes mit dem Elastomer und Füllstoff in dem kontinuierlich arbeitenden Mischer; und
c) Zugeben von mindestens einem Süßungsmittel und mindestens einem Aromastoff in den kontinuierlich arbeitenden Mischer und Vermischen des Süßungsmittels und Aromastoffes mit den übrigen Inhaltsstoffen, um eine Kaugummizusammensetzung zu bilden;
d) kontinuierliches Austragen der Kaugummizusammensetzung aus dem Mischer;
wobei die Schritte a) bis d) unter Verwendung eines einzelnen, kontinuierlich arbeitenden Mischers durchgeführt werden; und
wobei weniger Aromastoff zugegeben wird als der, welcher verwendet wird, um die gleiche Kaugummizusammensetzung in einem diskontinuierlichen Mischer herzustellen, wobei aber die Aromaintensität der aus dem kontinuierlich arbeitenden Mischer ausgetragenen Kaugummizusammensetzung im wesentlichen die gleiche oder höher ist als die der gleichen Kaugummizusammensetzung, die in einem diskontinuierlichen Mischer hergestellt wird; und
wobei die Gummizusammensetzung eine Verweilzeit in dem kontinuierlich arbeitenden Mischer von nicht mehr als 30 Sekunden aufweist, nachdem der Aromastoff zugegeben ist.
Das Verfahren stellt eine große Vielfalt von Kaugummierzeugnissen kontinuierlich her, wobei ein kontinuierlich arbeitender Mischer verwendet wird, und ergibt einen Gummi mit einer verbesserten Aromawahrnehmung. Vorzugsweise ist der Mischer ein einzelner Hochleistungsmischer, welcher die getrennte Herstellung der Kaugummibase nicht erfordert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Kaugummi mit verbesserter Aromawahrnehmung bereitgestellt, umfassend:
a) Zugeben von zumindest einem Elastomer und Füllstoff in einen kontinuierlich arbeitenden Mischer und Vermischen des Elastomers und Füllstoffs miteinander in dem kontinuierlich arbeitenden Mischer;
b) Zugeben von mindestens einem Inhaltsstoff, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fetten, Ölen, Wachsen und Elastomerweichmachern zu dem kontinuierlich arbeitenden Mischer und Vermischen des Inhaltsstoffes mit dem Elastomer und Füllstoff in dem kontinuierlich arbeitenden Mischer; und
c) Zugeben von mindestens einem Süßungsmittel und mindestens einem Aromastoff zu dem kontinuierlich arbeitenden Mischer und Vermischen des Süßungsmittels und Aromastoffes mit den übrigen Inhaltsstoffen, um eine Kaugummizusammensetzung zu bilden;
d) kontinuierliches Austragen der Kaugummizusammensetzung aus dem Mischer;
wobei die Schritte a) bis d) unter Verwendung eines einzelnen kontinuierlich arbeitenden Mischer durchgeführt werden; und
wobei weniger Aromastoff zugegeben wird als der, welcher verwendet wird, um die gleiche Kaugummizusammensetzung in einem diskontinuierlichen Mischer herzustellen, wobei aber die Aromaintensität der aus dem kontinuierlich arbeitenden Mischer ausgetragenen Kaugummizusammensetzung im wesentlichen die gleiche oder höher ist als die der gleichen Kaugummizusammensetzung, die in einem diskontinuierlichen Mischer hergestellt wird;
und
wobei der kontinuierlich arbeitende Mischer einen Schaufel-Stift-Mischer umfaßt.
Vorzugsweise werden zumindest das Elastomer und der Füllstoff einem dispergierenden Vermischen in dem kontinuierlich arbeitenden Mischer unterworfen.
Vorzugsweise werden zumindest das Süßungsmittel, der Aromastoff, das Elastomer und der Füllstoff einem distributiven Vermischen in dem kontinuierlich arbeitenden Mischer unterworfen, um ein Kaugummierzeugnis zu bilden.
Vorzugsweise werden in dem kontinuierlichen Verfahren die Aromastoffe sehr schnell in einem geschlossenen System vermischt. Infolgedessen haben die Aromastoffe in dem Gummi eine stärkere Wirkung, schmecken stärker und bewirken, das der Gummi ein volleres Aroma aufweist. Das Hochleistungsmischen gestattet, daß die Aromastoffe früh oder spät zu einem geschlossenen System für eine kurze Mischzeit von 5 Sekunden oder eine lange Mischzeit von 30 Sekunden zugegeben werden.
Ein weiteres überraschendes Ergebnis wurde erhalten, als das Aroma, das durch ein herkömmliches chargenweises Mischen zugegeben wurde, und das Aroma, das zu extrudiertem Gummi durch ein kontinuierliches Verfahren zugegeben wurde, verglichen wurde. Aufgrund der kurzen Mischzeit in einem geschlossenen System geht sehr viel weniger Aroma verloren und die Aromaintensität in dem extrudierten Gummi wird viel stärker wahrgenommen. Dies gestattet einen verringerten Gesamtaromagehalt in einer Gummiformulierung, verglichen mit Gummi, der durch diskontinuierliche Verarbeitung hergestellt wird.
Die vorstehenden und weitere Vorteile der Erfindung werden durch die folgende ausführliche Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen deutlicher sichtbar, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Beispielen und Abbildungen gelesen wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN

Fig. 1 ist eine auseinandergezogene Teil-Perspektivansicht eines bevorzugten Hochleistungs-Mischers von Buss, der eingesetzt wird, um das bevorzugte Verfahren der Erfindung auszuführen, wobei eine Anordnung aus Mischtrommel und Mischschnecke dargestellt ist.
Fig. 2A ist eine Perspektivansicht eines auf der Schnecke befindlichen Elementes, das an der stromaufliegenden Seite einer Drosselringbaugruppe in einer bevorzugten Hochleistungsmischerkonstruktion eingesetzt wird.
Fig. 2B ist eine Perspektivansicht eines auf der Schnecke befindlichen Elementes, das an der stromabgelegenen Seite der Drosselringbaugruppe in einer bevorzugten Hochleistungsmischerkonstruktion eingesetzt wird.
Fig. 2C ist eine Perspektivansicht einer Drosselringbaugruppe, die in einer bevorzugten Hochleistungsmischerkonstruktion eingesetzt wird.
Fig. 3 ist eine Perspektivansicht, die die Position der Elemente in Fig. 2A, 2B und 2C zueinander in einer bevorzugten Hochleistungsmischerkonstruktion zeigt.
Fig. 4 ist eine Perspektivansicht eines Mischschneckenelementes mit schwacher Scherung, das in einer bevorzugten Hochleistungsmischerkonstruktion eingesetzt wird.
Fig. 5 ist eine Perspektivansicht eines Mischschneckenelementes mit starker Scherung, das in einer bevorzugten Hochleistungsmischerkonstruktion eingesetzt wird.
Fig. 6 ist eine Perspektivansicht eines Trommelstiftelementes, das in einer bevorzugten Hochleistungsmischerkonstruktion eingesetzt wird.
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Anordnung von Mischtrommelstiften und Inhaltsstoff-Zuführkanälen, die eingesetzt wird, um eine Ausführung der Erfindung umzusetzen.
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Mischschneckenkonstruktion, die zusammen mit Fig. 7 eingesetzt wird.
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung der relativen Anordnung der Einrichtungen, die eingesetzt werden, um eine gegenwärtig bevorzugte Ausführung der Erfindung umzusetzen.
Fig. 10 ist eine schematische Darstellung der gegenwärtig bevorzugten Mischschneckenkonstruktion, die in der Anordnung in Fig. 9 eingesetzt wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN UND DER GEGENWÄRTIG BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

So wie er hier verwendet wird schließt der Begriff "Kaugummi" auch Ballongummi und dergleichen ein. Alle Prozentsätze sind Gewichtsprozentsätze sofern nichts anderes angegeben ist.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wurde festgestellt, daß das Aroma um 1 bis 20% in der Gummiformulierung verringert werden kann und eine Aromaintensität erhalten wird, die derjenigen entspricht, die sich ergeben würde, wenn der Gummi in einem diskontinuierlichen Verfahren hergestellt würde. Der Gehalt an allen Aromastoffen wie Spearmint, Pfefferminz, Zimt, Wintergrün und insbesondere Fruchtaromen kann verringert werden. Die Fruchtaromen sind besonders empfindlich für eine Abnahme durch Verflüchtigung und die Gehalte können signifikant verringert werden. Analysen von Gummiproben mit Fruchtaromen, die durch kontinuierliches Hochleistungsvermischen und herkömmliches Vermischen hergestellt wurden, haben gezeigt, daß eine viel geringere Menge an flüchtigen Komponenten in Fruchtaromen verlorengeht, wenn die Proben durch kontinuierliches Vermischen in einem Hochleistungsmischer hergestellt wurden, als wenn sie durch herkömmliche Verarbeitung hergestellt wurden.
Da bei der bevorzugten Ausführung der Erfindung ein Hochleistungsmischer eingesetzt wird, der als Schaufel-Stift-Mischer bekannt ist, und sowohl die Gummibase als auch die Kaugummizusammensetzung in einem Mischer hergestellt werden, wird zunächst die Gesamtherstellung des Kaugummis unter Verwendung eines einzelnen, kontinuierlich arbeitenden Hochleistungsmischers ohne separate Herstellung der Kaugummibase erläutert. Dieses Verfahren kann vorteilhafterweise unter Verwendung eines kontinuierlich arbeitenden Mischers ausgeführt werden, dessen Mischschnecke vor allem aus genau angeordneten Mischelementen besteht, wobei lediglich ein geringer Anteil an einfachen Förderelementen vorhanden ist. Ein bevorzugter Mischer ist ein Schaufel-Stift-Mischer, wie er in Fig. 1 dargestellt ist. Bei einem Schaufel-Stift-Mischer wird eine Kombination aus wahlweise verschieden geformten Dreh-Mischschaufeln und stationären Trommelstiften eingesetzt, um wirkungsvolles Mischen über eine relativ kurze Strecke zu ermöglichen. Ein handelsüblicher Schaufel-Stift-Mischer ist der Kneter, der von der Buss AG in der Schweiz hergestellt wird und über Buss America in Bloomingdale, Illinois, zu beziehen ist.
Ein gegenwärtig bevorzugter Schaufel-Stift-Mischer 100 enthält, wie in Fig. 1 zu sehen, eine einzelne Mischschnecke 120, die sich in einer Trommel 140 dreht, die in Funktion im allgemeinen verschlossen ist und die Mischschnecke 120 vollständig umschließt. Die Mischschnecke 120 enthält eine im allgemeinen zylindrische Welle 122 und drei Reihen von Mischschaufeln 124, die an gleichmäßig beabstandeten Positionen um die Schneckenwelle 122 herum angeordnet sind (wobei in Fig. 1 nur zwei der Reihen sichtbar sind). Die Mischschaufeln 124 stehen von der Welle 122 radial nach außen vor, wobei jede von ihnen dem Blatt einer Axt ähnelt.
Die Mischtrommel 140 enthält ein inneres Trommelgehäuse 142, das im allgemeinen zylindrisch ist, wenn die Trommel 140 im Betrieb des Mischers 100 um die Schnecke 120 herum geschlossen ist. Drei Reihen stationärer Stifte 144 sind an gleichmäßig beabstandeten Position um die Schneckenwelle 122 herum angeordnet und stehen von dem Trommelgehäuse 142 radial nach innen hervor. Die Stifte 144 haben im allgemeinen zylindrische Form und können abgerundete bzw. sich verjüngende Enden 146 aufweisen.
Die Mischschnecke 120 mit den Schaufeln 124 dreht sich im Inneren der Trommel 140 und wird von einem Motor mit veränderlicher Drehzahl 201 (Fig. 9) angetrieben. Bei der Drehung bewegt sich die Mischschnecke 120 auch in einer axialen Richtung hin und her, so daß eine Kombination aus Dreh- und Axialmischen erzeugt wird, die überaus wirkungsvoll ist. Beim Mischen laufen die Mischschaufeln 124 kontinuierlich zwischen den stationären Stiften 144 hindurch, die Schaufeln und die Stifte kommen jedoch zu keinem Zeitpunkt miteinander in Berührung. Auch die radialen Kanten 126 der Schaufeln 124 kommen zu keinem Zeitpunkt mit der Trommelinnenfläche 142 in Berührung, und die Enden 146 der Stifte 144 kommen zu keinem Zeitpunkt mit der Mischschneckenwelle 122 in Berührung.
Fig. 2-6 zeigen verschiedene Schneckenelemente, die eingesetzt werden können, um optimale Funktion der Mischschnecke 120 zu ermöglichen. Fig. 2A und 2B zeigen Elemente 20 und 21 auf der Schnecke, die zusammen mit einer Drosselringbaugruppe eingesetzt werden. Die auf der Schnecke befindlichen Elemente 20 und 21 enthalten jeweils eine zylindrische Außenfläche 22, eine Vielzahl von Schaufeln 24, die von der Fläche 22 nach außen vorstehen, sowie eine innere Öffnung 26 mit einer Keilnut 28, die eine Mischschneckenwelle (nicht dargestellt) aufnimmt und mit ihr in Eingriff kommt. Das zweite Element 21 auf der Schnecke ist ungefähr doppelt so lang wie das erste auf der Schnecke befindliche Element 20.
Fig. 2C zeigt eine Drosselringbaugruppe 30, die eingesetzt wird, um an ausgewählten Positionen entlang der Mischschnecke 120 Gegendruck zu erzeugen. Die Drosselringbaugruppe 30 enthält zwei Hälften 37 und 39, die an dem Trommelgehäuse 142 angebracht werden, wobei diese Hälften in Funktion im Eingriff miteinander einen geschlossenen Ring bilden. Die Drosselringbaugruppe 30 enthält einen kreisförmigen äußeren Kranz 32, einen inneren Ring 34, der, wie dargestellt angewinkelt ist, sowie eine Öffnung 36 in dem inneren Ring, die die auf der Schnecke befindlichen Elemente 20 und 21, die an der Schneckenwelle angebracht sind, aufnimmt, jedoch nicht mit ihnen in Berührung kommt. Anbringungsöffnungen 35 in der Fläche 32 beider Hälften der Drosselringbaugruppe 30 dienen dazu, die Hälften an dem Trommelgehäuse 142 anzubringen.
Fig. 3 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Drosselringbaugruppe 30 und den auf der Schnecke befindlichen Elementen 20 und 21 in Funktion. Wenn sich die Mischschnecke 120 im Inneren der Trommel 140 dreht und sich axial hin und her bewegt, bilden die Zwischenräume zwischen den auf der Schnecke befindlichen Elementen 20 und 21 und dem inneren Ring 34 die wichtigste Einrichtung zum Leiten von Material von einer Seite der Drosselringbaugruppe 30 zur anderen. Das auf der Schnecke befindliche Element 20 an der stromaufliegenden Seite der Drosselringbaugruppe enthält eine abgewandelte Schaufel 27, die Abstand zu dem inneren Ring 34 ermöglicht. Das andere auf der Schnecke befindliche Element 21 ist im allgemeinen stromab von der Drosselringbaugruppe 30 angeordnet und weist eine Stirnschaufel (nicht dargestellt) auf, die sich nahe an der gegenüberliegenden Fläche des inneren Rings 34 entlangbewegt und sie abstreift.
Die Zwischenräume zwischen den Außenflächen 22 der auf der Schnecke befindlichen Elemente 20 und 21 sowie dem inneren Ring 34 der Drosselringbaugruppe 30, die unterschiedlich groß sein können und vorzugsweise im Bereich von 1-5 mm liegen, bestimmen im großen Maße, welcher Druck im Stromaufbereich der Drosselringbaugruppe 30 während des Betriebes des Mischers 100 entsteht. Es ist anzumerken, daß das stromaufliegende auf der Schnecke befindliche Element 20 ein Längen- Durchmesser-Verhältnis (im folgenden als "L/D" abgekürzt) von ungefähr 1/3 hat und das stromabliegende, auf der Schnecke befindliche Element 21 ein L/D von ungefähr 2/3 hat, so daß sich ein L/D von insgesamt 1,0 für die auf der Schnecke befindlichen Elemente ergibt. Die Drosselringbaugruppe 30 weist ein kleineres L/D von ungefähr 0,45 auf, das mit dem L/D der auf der Schnecke befindlichen Elemente 20 und 21 zusammenfällt, die miteinander in Eingriff kommen, mit der Drosselringbaugruppe jedoch nicht in Berührung kommen.
Fig. 4 und 5 zeigt die Misch- bzw. "Knet-Elemente, die den Großteil der Mischarbeit ausführen. Der Hauptunterschied zwischen dem Mischelement 40 in Fig. 4 mit schwächerer Scherung und dem Mischelement 50 in Fig. 5 mit stärkerer Scherung besteht in der Größe der Mischschaufeln, die an den Mischelementen nach außen vorstehen. In Fig. 5 sind die Mischschaufeln 54 mit stärkerer Scherung, die von der Fläche 52 nach außen vorstehen, größer und dicker als die Mischschaufeln 44 mit schwächerer Scherung, die von der Fläche 42 in Fig. 4 nach außen vorstehen. Bei jedem der Mischelemente 40 und 50 sind die Mischschaufeln in drei in Umfangsrichtung beabstandeten Reihen angeordnet, wie dies oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert wurde. Der Einsatz der dickeren Mischschaufeln 54 in Fig. 5 bedeutet, daß geringerer axialer Abstand zwischen den Schaufeln sowie geringerer Zwischenraum zwischen den Schaufeln 54 und den stationären Stiften 144 vorhanden ist, wenn sich die Schnecke 120 dreht und sich axial hin und her bewegt (Fig. 1). Diese Verringerung des Zwischenraum bewirkt eine inhärent stärkere Scherung in der Nähe der Mischelemente 50.
Fig. 6 zeigt einen einzelnen stationären Stift 144 von der Trommel 140 gelöst. Der Stift 144 enthält einen mit Gewinde versehenen Fuß 145, der Anbringung an ausgewählten Positionen entlang der inneren Trommelwelle 142 ermöglicht. Es ist auch möglich, einen Teil der Stifte 144 als Flüssigkeits-Einspritzkanäle auszuführen, indem sie mit hohlen Mittelöffnungen versehen werden.
Fig. 7 ist eine schematische Ansicht, die eine bevorzugte Trommelkonstruktion einschließlich einer bevorzugten Anordnung der Trommelstifte 144 zeigt. Fig. 8 ist eine entsprechende schematische Ansicht, die eine bevorzugte Mischschneckenkonstruktion zeigt. Bei dem Mischer 200, dessen bevorzugte Konstruktion in Fig. 7 und 8 dargestellt ist, beträgt das aktive Gesamt-Misch-L/D ungefähr 19.
Der Mischer 200 enthält ein Anfangs-Zuführbereich 210 sowie fünf Mischbereiche 220, 230, 240, 250 und 260. Die Bereiche 210, 230, 240, 250 und 260 enthalten fünf mögliche große Zuführöffnungen 212, 232, 242, 252 bzw. 262, die genutzt werden können, um dem Mischer 200 die Hauptinhaltsstoffe (z. B. Feststoffe) zuzuführen. Die Bereiche 240 und 260 sind darüber hinaus mit kleineren Flüssigkeits-Einspritzkanälen 241, 243, 253, 261, 263, 264, 265, 266, 267 und 268 versehen, über die flüssige Inhaltsstoffe zugesetzt werden. Die Flüssigkeits-Einspritzkanäle 241, 243, 253, 261, 263, 264, 265, 266, 267 und 268 enthalten spezielle Trommelstifte 144, die, wie oben erläutert, in der Mitte hohl sind. Die Positionen der kleineren Flüssigkeits-Einspritzkanäle können ohne weiteres verändert werden. Des weiteren müssen nicht alle Einspritzkanäle bei einem bestimmten Gummiherstellungsvorgang eingesetzt werden. In diesem Fall werden normale Trommelstifte an den in Fig. 7 dargestellten Positionen als Flüssigkeits- Einspritzkanal eingesetzt. Darüber hinaus können Temperatursensoren an einigen der Trommelstifte 144 dazu dienen, Erzeugnistemperaturen in dem Mischer zu messen.
In Fig. 7 sind die Trommelstifte 144 vorzugsweise an den meisten oder allen der zur Verfügung stehenden Positionen in allen drei Reihen vorhanden, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist.
In Fig. 8 ist eine bevorzugte Konstruktion der Mischschnecke 120 für einige Kaugummierzeugnisse wie folgt schematisch dargestellt. Bereich 210, der der Anfangs- Zuführbereich ist, ist mit Elementen mit schwacher Scherung mit ungefähr 1-1/3 L/D, wie dem in Fig. 4 dargestellten Element 40, versehen. Das L/D des Anfangs-Zuführ- Bereiches 210 wird nicht als Teil des aktiven Gesamt-Misch-L/D mit dem Wert 19, das oben erwähnt ist, betrachtet, da sein Zweck lediglich darin besteht, Inhaltsstoffe in die Mischbereiche zu transportieren.
Der erste Mischbereich 220 ist von links nach rechts (Fig. 8) mit zwei Mischelementen 40 mit schwacher Scherung (Fig. 4) versehen, auf die zwei Elemente 50 mit starker Scherung (Fig. 5) folgen. Die beiden Mischelemente mit schwacher Scherung tragen ungefähr 1-1/3 L/D zum Mischen bei, und die beiden Mischelemente mit starker Scherung tragen ungefähr 1-1/3 L/D zum Mischen bei. Bereich 220 weist einschließlich des Endteils, der von einer 57-mm-Drosselringbaugruppe 30 mit zusammenwirkenden, auf der Schnecke befindlichen Elementen 20 und 21 (in Fig. 8 nicht separat gekennzeichnet) eingenommen wird, ein Gesamt-Misch-L/D von ungefähr 3,0 auf.
Die Drosselringbaugruppe 30 mit den zusammenwirkenden, auf der Schnecke befindlichen Elementen 20 und 21, die das Ende des ersten Mischbereiches 220 und den Anfang des zweiten Mischbereiches 230 überbrücken, weist ein kombiniertes L/D von ungefähr 1,0 auf, wobei sich ein Teil davon in dem zweiten Mischbereich 230 befindet. Der Bereich 230 ist von links nach rechts mit drei Mischelementen 40 mit schwacher Scherung und 1,5 Mischelementen 50 mit starker Scherung versehen. Die drei Mischelemente mit schwacher Scherung tragen ungefähr 2,0 L/D zum Mischen bei, und die 1,5 Mischelemente mit starker Scherung tragen ungefähr 1,0 L/D zum Mischen bei. Bereich 230 hat ein Gesamt-Misch-L/D von ungefähr 4,0.
Das Ende des zweiten Mischbereiches 230 und der Anfang des dritten Mischbereiches 240 wird von einer 60-mm-Drosselringbaugruppe 30 mit zusammenwirkenden, auf der Schnecke befindlichen Elementen 20 und 21 mit einem L/D von ungefähr 1,0 überbrückt. Bereich 240 ist von links nach rechts mit 4, 5 Mischelementen 50 mit starker Scherung versehen, die ein Misch-L/D von ungefähr 3,0 aufweisen. Bereich 240 hat ebenfalls ein Gesamt-Misch-L/D von ungefähr 4,0.
Das Ende des dritten Mischbereiches 240 und der Anfang des vierten Mischbereiches 250 werden von einer weiteren 60-mm-Drosselringbaugruppe 30 mit zusammenwirkenden, auf der Schnecke befindlichen Elementen mit einem L/D von ungefähr 1,0 überbrückt. Der Rest des vierten Mischbereiches 250 und der fünfte Mischbereich 260 sind mit elf Mischelementen 140 mit schwacher Scherung versehen, die ein Misch-L/D von ungefähr 7 1/3 aufweisen. Bereich 250 hat ein Gesamt-Misch-L/D von ungefähr 4,0, und Bereich 260 hat ein Gesamt-Misch-L/D von ungefähr 4,0.
Bevor erläutert wird, wo die verschiedenen Kaugummiinhaltsstoffe zu dem kontinuierlich arbeitenden Mischer 200 zugegeben werden und wie sie vermischt werden, ist es hilfreich, die Zusammensetzung von typischen Kaugummis zu erörtern, welche unter Verwendung des Verfahrens der Erfindung hergestellt werden können. Ein Kaugummi umfaßt im allgemeinen einen wasserlöslichen Füllstoffanteil, einen wasserunlöslichen Kaugummibasenanteil und einen oder mehrere Aromastoffe. Der wasserlösliche Anteil zerstreut sich während eines Zeitraums beim Kauen. Der Gummibasenanteil wird während des gesamten Kauvorgangs im Mund zurückgehalten.
Die unlösliche Gummibase umfaßt im allgemeinen Elastomere, Elastomer-Plastifikatoren (Harze), Fette, Öle, Wachse, Weichmacher und anorganische Füllmittel. Die Elastomere können Polyisobutylen, ein Isobutylen-Isopren-Copolymer, ein Styrol- Butadien-Copolymer und natürliche Latizes wie etwa Chicle umfassen. Die Harze können Polyvinylacetat und Terpenharze umfassen. Polyvinylacetat mit niedrigem Molekulargewicht ist ein bevorzugtes Harz. Fette und Öle können tierische Fette wie Schmalz und Talg, Pflanzenöle wie Sojabohnen- und Baumwollsamenöle, hydrierte und teilweise hydrierte Pflanzenöle und Kakaobutter umfassen. Üblicherweise verwendete Wachse umfassen Erdölwachse wie Paraffin und mikrokristallines Wachs, natürliche Wachse wie Bienenwachs, Candelilla, Carnauba und Polyethylenwachs.
Die Gummibase umfaßt üblicherweise auch eine Füllmittelkomponente wie Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Talk, Dicalciumphosphat und dergleichen; Weichmacher, wozu Glycerinmonostearat und Glycerintriacetat gehören; und wahlfreie Inhaltsstoffe wie Antioxidantien, Farbstoffe und Emulgatoren. Der Anteil der Gummibase beläuft sich auf 5 bis 95 Gew.-% der Kaugummizusammensetzung, üblicherweise auf 10 bis 50 Gew.-% des Kaugummis und am häufigsten auf 20 bis 30 Gew.-% des Kaugummis.
Der wasserlösliche Anteil des Kaugummis kann Weichmacher, Füllstoffsüßungsmittel, hochwirksame Süßungsmittel, Aromastoffe und Kombinationen davon umfassen. Weichmacher werden dem Kaugummi zugegeben, um die Kaubarkeit und das Gefühl, das der Gummi im Mund ergibt, zu optimieren. Die Weichmacher, die auch als Plastifikatoren oder Plastifizierungsmittel bezeichnet werden, machen im allgemeinen 0,5 bis 15 Gew.-% des Kaugummis aus. Die Weichmacher können Glycerin, Lecithin und Kombinationen davon umfassen. Wässrige Süßungsmittellösungen wie etwa solche, die Sorbitol, hydrierte Stärkehydrolysate, Maisstärkesirup und Kombinationen davon enthalten, können ebenfalls als Weichmacher und Bindemittel in Kaugummi verwendet werden.
Der Anteil von Füllstoffsüßungsmitteln beträgt 5 bis 95 Gew.-% des Kaugummis, üblicherweise 20 bis 80 Gew.-% des Kaugummis und am häufigsten 30 bis 60 Gew.-% des Kaugummis. Füllstoffsüßungsmittel können sowohl zuckerhaltige als auch zuckerfreie Süßungsmittel und Komponenten umfassen. Zuckerhaltige Süßungsmittel können Saccharid enthaltende Komponenten umfassen, welche Sucrose, Dextrose, Maltose, Dextrin, getrockneten Invertzucker, Fructose, Lävulose, Galactose, Maisstärkesirup- Feststoffe und dergleichen, allein oder in Kombination umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind. Zuckerfreie Süßungsmittel umfassen Komponenten mit süßenden Eigenschaften, sind aber frei von den gewöhnlich bekannten Zuckern. Zu zuckerfreien Süßungsmitteln gehören Zuckeralkohole wie Sorbitol, Mannitol, Xylitol, hydrierte Stärkehydrolysate, Maltit und dergleichen, allein oder in Kombination, sie sind aber nicht darauf beschränkt.
Hochwirksame Süßungsmittel können ebenfalls vorhanden sein und werden gewöhnlich zusammen mit zuckerfreien Süßungsmitteln verwendet. Wenn sie verwendet werden, beträgt der Anteil von hochwirksamen Süßungsmitteln üblicherweise 0,001 bis 5 Gew.-% des Kaugummis, vorzugsweise 0,01 bis 1 Gew.-% des Kaugummis. Üblicherweise sind hochwirksame Süßungsmittel mindestens zwanzigmal süßer als Sucrose. Diese können Sucralose, Aspartam, Salze von Acesulfam, Alitam, Saccharin und seine Salze, Cyclaminsäure und ihre Salze, Glycyrrhizin, Dihydrochalcone, Thaumatin, Monellin und dergleichen, allein oder in Kombination umfassen, sie sind aber nicht darauf beschränkt.
Kombinationen aus zuckerhaltigen und/oder zuckerfreien Süßungsmitteln können in Kaugummi verwendet werden. Das Süßungsmittel kann auch in dem Kaugummi ganz oder teilweise als wasserlöslicher Füllstoff dienen. Außerdem kann der Weichmacher zusätzliche Süße ergeben, wie es etwa bei wässrigen Zucker- oder Alditollösungen der Fall ist.
Das Aroma sollte im allgemeinen in dem Kaugummi in einer Menge im Bereich von 0,1 bis 15 Gew.-% des Kaugummis, vorzugsweise von 0,2 bis 5 Gew.-% des Kaugummis, am meisten bevorzugt von 0,5 bis 3 Gew.-% des Kaugummis vorhanden sein. Aromastoffe können etherische Öle, synthetische Aromen oder Gemische davon umfassen, welche von Pflanzen und Früchten gewonnene Öle wie Zitrusöle, Fruchtessenzen, Pfefferminzöl, Spearmintöl, andere Minzöle, Nelkenöl, Wintergrünöl, Anisöl und dergleichen umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind. Künstliche Aromastoffe und Komponenten können ebenfalls in dem Aromainhaltsstoff der Erfindung verwendet werden.
Natürliche und künstliche Aromastoffe können in jeder sensorisch annehmbaren Weise kombiniert werden.
Wahlfreie Inhaltsstoffe wie Farbstoffe, Emulgatoren, pharmazeutische Mittel und zusätzliche Aromastoffe können ebenfalls in dem Kaugummi enthalten sein.
In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden die Gummibase und das letztlich erhaltende Kaugummierzeugnis kontinuierlich in dem gleichen Mischer hergestellt. Im allgemeinen wird der Gummibasenanteil unter Verwendung eines Misch-L/D von ungefähr 25 oder weniger, vorzugsweise ungefähr 20 oder weniger, am meisten bevorzugt ungefähr 15 oder weniger hergestellt. Anschließend werden die übrigen Kaugummiinhaltsstoffe, einschließlich des wiederverwendeten Abfallmaterials, mit der Gummibase vereinigt, um ein Kaugummierzeugnis herzustellen, wobei ein Misch-L/D von ungefähr 15 oder weniger, vorzugsweise ungefähr 10 oder weniger, am meisten bevorzugt ungefähr 5 oder weniger verwendet wird. Das Vermischen der Gummibaseninhaltsstoffe und der übrigen Kaugummiinhaltsstoffe kann in verschiedenen Teilen des gleichen Mischers stattfinden oder sich überlappen.
Wenn der bevorzugte Schaufel-Stift-Mischer verwendet wird, welcher die vorstehend beschriebene Konstruktion aufweist, kann der gesamte Kaugummi unter Verwendung von einem Misch-L/D von ungefähr 19 hergestellt werden. Die Gummibase kann unter Verwendung von einem L/D von ungefähr 15 oder weniger hergestellt werden und die übrigen Gummiinhaltsstoffe können mit der Gummibase unter Verwendung eines weiteren L/D von ungefähr 5 oder weniger vereinigt werden.
Um die gesamte Kaugummiherstellung unter Verwendung des bevorzugten Schaufel- Stift-Mischers 200 (Fig. 1) durchzuführen, ist es von Vorteil, die U/min der Mischschnecke 120 auf einem Wert von weniger als ungefähr 150, vorzugsweise weniger als ungefähr 100 zu halten. Außerdem wird die Mischertemperatur vorzugsweise so optimiert, daß die Gummibase ungefähr 54ºC (130ºF) oder weniger aufweist, wenn sie zu Beginn auf die anderen Kaugummiinhaltsstoffe trifft, und das Kaugummierzeugnis eine Temperatur von ungefähr 54ºC (130ºF) oder weniger (vorzugsweise 52ºC (125ºF) oder weniger) aufweist, wenn es den Mischer verläßt. Diese Temperaturoptimierung kann zum Teil durch selektives Erwärmen und/oder Wasserkühlen der Trommelabschnitte erfolgen, die die Mischbereiche 220, 230, 240, 250 und 260 umgeben (Fig. 7).
Um die Gummibase herzustellen, kann die folgende Arbeitsvorschrift befolgt werden. Das Elastomer, Füllmittel und zumindest ein Teil des Elastomerlösungsmittels werden der ersten großen Zuführöffnung 212 in dem Zuführbereich 210 des Mischers 200 zugegeben und einem hochdispergierenden Vermischen in dem ersten Mischbereich 220 unterworfen, während sie in Richtung des Pfeils 122 transportiert werden. Das übrige Elastomerlösungsmittel (sofern vorhanden) und Polyvinylacetat werden zu der zweiten großen Zuführöffnung 232 in dem zweiten Mischbereich 230 zugegeben und die Inhaltsstoffe werden einem eher distributiven Vermischen in dem restlichen Teil des Mischbereichs 230 unterworfen.
Fette, Öle, Wachse (sofern sie verwendet werden), Emulgatoren und gegebenenfalls Farbstoffe und Antioxidantien werden zu den Flüssigkeits-Einspritzkanälen 241 und 243 in dem dritten Mischbereich 240 zugegeben und die Inhaltsstoffe werden einem distributiven Vermischen in dem Mischbereich 240 unterworfen, während sie in Richtung des Pfeils 122 transportiert werden. An diesem Punkt sollte die Herstellung der Gummibase beendet sein und die Gummibase sollte den dritten Mischbereich 240 als im wesentlichen homogene, klumpenfreie Verbindung mit einheitlicher Farbe verlassen.
Der vierte Mischbereich 250 wird hauptsächlich zum Kühlen der Gummibase verwendet, wenngleich eine geringfügige Inhaltsstoffzugabe erfolgen kann. Anschließend können, um das fertige Kaugummierzeugnis herzustellen, Glycerin, Maisstärkesirup, andere Füllstoff-Zuckersüßungsmittel, wiederverwendete Gummiabfälle, hochwirksame Süßungsmittel und Aromastoffe zu dem fünften Mischbereich 260 zugegeben werden und die Inhaltsstoffe werden einem distributiven Vermischen unterworfen. Wenn das Gummierzeugnis zuckerfrei sein soll, können hydriertes Stärkehydrolysat oder eine Sorbitollösung den Maisstärkesirup ersetzen und pulverförmige Alditole können die Zucker ersetzen.
Glycerin kann zu dem ersten Flüssigkeits-Einspritzkanal 261 in dem fünften Mischbereich 260 zugegeben werden. Feste Inhaltsstoffe (Füllstoffsüßungsmittel, verkapselte hochwirksame Süßungsmittel usw.) werden zu der großen Zuführöffnung 262 zugege ben. Sirupe (Maisstärkesirup, hydriertes Stärkehydrolysat, Sorbitollösung usw.) werden zu dem nächsten Flüssigkeits-Einspritzkanal 263 zugegeben und Aromastoffe werden zu dem letzten Flüssigkeits-Einspritzkanal 264 zugegeben. Die Aromastoffe können alternativ dazu an den Kanälen 261 und 263 zugegeben werden, um das Weichmachen der Gummibase zu unterstützen, wodurch die Temperatur und das Drehmoment an der Schnecke verringert werden. Dies kann einen Betrieb des Mischers bei höheren Umdrehungen pro Minute und höherem Durchsatz gestatten.
Die Wirkung der sehr späten Zugabe des Aromastoffes in dem kontinuierlichen Verfahren wie etwa an dem Einspritzkanal 264 ist, daß ein Gummierzeugnis erhalten wird, das eine sehr schnelle Aromafreisetzung, eine kurze Dauer und eine hohe Anfangswirkung aufweist. Der Aromastoff wird vorzugsweise nur 5 bis 10 Sekunden in den Gummi vermischt, verglichen mit einer herkömmlichen Gummiherstellung, bei der der Aromastoff ungefähr 5 Minuten lang vermischt wird. Die Wirkung einer etwas früheren Zugabe des Aromastoffes in dem kontinuierlichen Verfahren, wie etwa am Einspritzkanal 263, ist, daß ein Gummierzeugnis erhalten wird, das eine langsamere Aromafreisetzung, eine längere Dauer und eine mildere Aromawirkung aufweist.
Die Gummiinhaltsstoffe werden zu einer homogenen Masse vermischt, die aus dem Mischer als kontinuierlicher Strom oder "Strang" ausgetragen wird. Der kontinuierliche Strom oder Strang kann auch auf eine bewegte Fördereinrichtung abgelegt und zu einer Formgebungsstation transportiert werden, wo der Gummi in die gewünschte Form gebracht wird, wie etwa durch Pressen zu Plattenmaterial, Einkerben und Schneiden zu Streifen. Da das gesamte Gummiherstellungsverfahren in einen einzelnen kontinuierlich arbeitenden Mischer integriert ist, gibt es eine geringere Schwankung in dem Erzeugnis und das Erzeugnis ist reiner und stabiler aufgrund seiner vereinfachten mechanischen und thermischen Vorgeschichte.

Testen der Eignung eines kontinuierlich arbeitenden Mischers

Der folgende Vortest kann eingesetzt werden, um zu bestimmen, ob ein spezieller kontinuierlich arbeitender Mischer mit einer speziellen Konstruktion die Anforderungen eines Hochleistungsmischers erfüllt, der für die praktische Durchführung des bevorzugten Verfahrens der Erfindung geeignet ist.
Eine Trockenmischung aus 35,7% Butylkautschuk (98,5% Isobutylen - 1,5% Isopren- Copolymer, mit einem Molekulargewicht von 120000 bis 150000, hergestellt von Polysar, Ltd. aus Sarnia, Ontario, Kanada, als POLYSAR Butyl 101-3); 35,7% Calciumcarbonat (VICRON 15-15 von Pfizer Inc., New York, New York); 14,3% Polyterpenharz (ZONAREZ 90 von Arizona Chemical Company aus Panama City, Florida) und 14,3% eines zweiten Polyterpenharzes (ZONAREZ 7125 von Arizona Chemical Company) wird in den in Frage kommenden kontinuierlich arbeitenden Mischer eingefüllt, der mit der Mischerkonstruktion ausgerüstet ist, die getestet werden soll. Das Temperaturprofil wird für das beste Vermischen optimiert, wobei es der Einschränkung unterliegt, daß die Ausgangstemperatur des Gemisches 170ºC nicht überschreitet (und vorzugsweise unter 160ºC bleibt), um eine thermische Zersetzung zu verhindern. Um sich als geeigneter Hochleistungsmischer zu qualifizieren, sollte der Mischer eine im wesentlichen homogene klumpenfreie Verbindung mit einer einheitlichen milchigen Farbe in nicht mehr als ungefähr 10 L/D, vorzugsweise nicht mehr als ungefähr 7 L/D, am meisten bevorzugt nicht mehr als ungefähr 5 L/D ergeben.
Um sie gründlich auf Klumpen hin zu untersuchen, kann die fertige Kautschukverbindung gestreckt und durch Sichtprüfung untersucht werden oder in einer hydraulischen Presse komprimiert und untersucht werden oder auf einer Heizplatte geschmolzen werden oder zu einer fertigen Gummibase verarbeitet werden, welche dann unter Verwendung herkömmlicher Verfahren auf Klumpen untersucht wird.
Außerdem muß der Mischer vorzugsweise eine ausreichende Länge aufweisen, um die Herstellung der Gummibase und des Kaugummierzeugnisses in einem einzelnen Mischer vollständig auszuführen, wobei ein Gesamt-Misch-L/D von nicht mehr als ungefähr 40 verwendet wird. Jeglicher Mischer, der diese Anforderungen erfüllt, liegt innerhalb der Definition eines Hochleistungsmischers, der zur praktischen Durchführung des bevorzugten Verfahrens der Erfindung geeignet ist.

Beispiele

Alle Beispiele erfolgten unter Verwendung der folgenden Gummirezeptur:
%
Base 19,46
Zucker 62,24
45,5ºC Baume Maisstärkesirup 15,57
Glycerin 1,05
Farbstoff 0,29
Aroma 1,39
100,00

Vergleichsbeispiel A

Die vorstehende Rezeptur wurde durch ein herkömmliches chargenweises Mischverfahren in einem zweiarmigen 568 Liter (150 Gallonen)-Mischer mit Z-förmigem Knetarm hergestellt, wobei das Gewicht einer Charge 713,7 kg (1573 Pfund) betrug. Die Gummibase wurde vermischt und dem Mischer als vorvermischte Baseformulierung zugegeben. Der Kaugummi hatte beim Austragen eine Temperatur von 45ºC (113ºF).

Beispiel 1-4

Für die unten aufgeführten Beispiele wurden verschiedene beheizte Behälter, Beschickungsvorrichtungen sowie ein Schaufel-Stift-Mischer von Buss mit einem Mischschneckendurchmesser von 100 mm, wie in Fig. 7 und 9 dargestellt, eingerichtet. Der Mischer 200 war mit fünf Mischbereichen mit einem Gesamt-Misch-L/D von 19 und einem Anfangs-Förderbereich mit einem L/D von 1-1/3 versehen. Wenn nicht anders erwähnt, wurde kein Mundstück am Ende des Mischers eingesetzt, und das Produktgemisch trat als fortlaufender Strang aus.
Die flüssigen Inhaltsstoffe wurden mit Volumendosierpumpen aus den Behältern 272, 276, 277 und 278 den großen Zuführkanälen 212 sowie den kleineren Flüssigkeits- Einspritzkanälen zugeführt. Die Pumpen waren entsprechend dimensioniert und eingestellt, um die gewünschten Zuführmengen zu erzielen.
Trockene Inhaltsstoffe wurden unter Verwendung von Gewichtdosier- Schneckenförderen 271, 273, 274 und 275 den großen Zuführkanälen 212, 232 und 262 zugeführt. Wiederum waren die Zuführeinrichtungen so dimensioniert und eingestellt, daß die gewünschten Zuführmengen erzielt wurden.
Die Temperatur wurde gesteuert, indem Fluide in Ummantelungen, die jeden Mischtrommelbereich umgaben, und im Inneren der Mischschnecke zirkulierten. Wasserkühlung wurde dort eingesetzt, wo die Temperaturen 93ºC (200ºF) nicht überstiegen, und bei höheren Temperaturen wurde Ölkühlung eingesetzt. Wenn Wasserkühlung gewünscht wurde, wurde Leitungswasser (normalerweise bei ungefähr 14ºC (57ºF)) ohne zusätzliche Kühlung verwendet.
Die Temperaturen wurden sowohl für das Fluid als auch für das Gemisch der Inhaltsstoffe registriert. Die Fluidtemperaturen wurden für jeden Trommelmischbereich (den Bereichen 220, 230, 240, 250 und 260 in Fig. 7 und 8 entsprechend) eingestellt und sind unten als 21, 22, 23, 24 und 25 aufgeführt. Die Fluidtemperaturen wurden auch für die Mischschnecke 120 eingestellt.
Die Ist-Gemischtemperaturen wurden von Temperatursensoren 281, 282, 283, 284, 285 und 286 (Fig. 7) registriert. Diese Sensoren befanden sich in der Nähe des stromabliegenden Endes der Mischbereiche 220, 230, 240 und 250 sowie an zwei Positionen in Mischbereich 260. Die Ist-Gemischtemperaturen werden von den Temperaturen des zirkulierenden Fluids, den Wärmeübertragungseigenschaften des Gemischs und der umgebenden Trommel sowie durch die mechanische Erhitzung aufgrund des Mischvorgangs bestimmt, und unterscheiden sich aufgrund der zusätzlichen Faktoren häufig von den eingestellten Temperaturen.
Alle Inhaltsstoffe wurden dem kontinuierlich arbeitenden Mischer bei Umgebungstemperatur (ungefähr 25º (77ºF)) zugeführt, wenn dies nicht anders angegeben ist.
Die Schnecke war wie folgt aufgebaut (Fig. 10):
In dem ersten Trommelabschnitt wurden vier Elemente mit schwacher Scherung und dann zwei Elemente mit starker Scherung mit einem Gesamt-L/D von 4 auf die Schne ckenwelle aufgepaßt. Das Ende des ersten Abschnitts und der Beginn des zweiten wurden von einem 57-mm-Drosselring überbrückt, der zusammen mit seinen auf der Schnecke befindlichen Teilen ein L/D von 1 aufwies.
In den zweiten Abschnitt wurden drei Elemente mit schwacher Scherung und danach 1,5 Elemente mit starker Scherung mit einem Gesamt-L/D von drei eingesetzt. Das Ende des zweiten Abschnitts und der Anfang des dritten wurden von einem 60-mm- Drosselring (1 L/D) überbrückt.
In den dritten Abschnitt wurden 4, 5 Elemente mit starker Scherung (3 L/D) eingesetzt. Ein 60-mm-Drosselring (1 L/D) überbrückte den dritten und den vierten Abschnitt.
In den vierten Abschnitt wurden fünf Elemente mit starker Scherung (3 1/3 L/D) eingesetzt.
In den fünften Abschnitt wurden zwei Förderelemente eingesetzt, von denen eines an den Inhaltsstoffe-Zuführkanal 262 angrenzte, und die jeweils ein L/D von 1 hatten. Darauf folgten drei Elemente mit starker Scherung, die ein Gesamt-L/D von 2 hatten. Die Gesamtlänge der Schnecke betrug 20 1/3 L/D.
Die Temperaturen in den Bereichen (Z&sub1; - Z&sub5;) wurden auf 177º (350ºF), 177ºC (350ºF), 66ºC (150ºF), 13ºC (55ºF) sowie 13ºC (55ºF) eingestellt. Die Schnecke wurde auf 66ºC (150ºF) erhitzt.
Es wurden verschiedene Vormischungszusammensetzungen hergestellt, um das Mischverfahren zu vereinfachen.

Kautschukmischung

Drei Teile Butylkautschuk wurden mit einem Teil Calciumcarbonat vermahlen. 32,785% des vermahlenen Gemisches wurden mit 51,322% Calciumcarbonat und 15,893% Glycerinester von hydriertem Colophonium trocken vermischt.

Polyvinylacetatmischung

48,421% PVAc mit niedrigem Molekulargewicht wurde mit 11,849% Glycerinester von polymerisierten Colophonium und 39,730% Glycerinester von hydriertem Colophonium trocken vermischt.

Fettmischung

Die folgenden Inhaltsstoffe wurden geschmolzen und vermischt:
7,992% hydriertes Sojabohnenöl
13,712% hydriertes Baumwollsamenöl
12,199% Glycerinmonostearat
37,070% Paraffinwachs
28,851% mikrokristallines Wachs
0,176% BHT

Maisstärkesirup/Glycerin-Mischung

93,710% Maisstärkesirup mit 45,5º Baume wurde erwärmt und mit 6,290% Glycerin vermischt.

Zucker/Farbstoff-Mischung

10% einer Glycerinaufschlämmung von rotem Farbpigment wurden mit 90% Zucker in einem Hobart-Mischer vermischt. Das sich daraus ergebende Produkt war ein feuchtes Pulver, welches in den Extruder mit einer Doppelschnecken-Volumendosiervorrichtung eingefüllt werden konnte.
Die Zuführkanäle für den Mischer sind in den Fig. 7 und 9 abgebildet. Zu dem ersten Kanal 212 wurden die Kautschukmischung (15,7 kg (34,67 Pfund)/Stunde) aus der Dosiervorrichtung 271 und geschmolzenes Polyisobutylen (2,63 kg (5,80 Pfund)/Stunde) aus dem Behälter 272 zugegeben.
In den zweiten Kanal 232 wurde die Polyvinylacetatmischung mit 11,34 kg (24,98 Pfund)/Stunde aus der Dosiervorrichtung 273 zugegeben.
Die geschmolzene Fettmischung wurde in gleichen Portionen aus dem Behälter 276 durch zwei Einspritzstifte 241 und 243 in Abschnitt 240 mit einer Gesamtgeschwindigkeit von 12,24 kg (26,98 Pfund)/Stunde eingespritzt.
Die erwärmte Maisstärkesirup/Glycerin-Mischung wurde aus dem Behälter 277 durch Stift 267, der sich am Anfang von Abschnitt 260 befindet, mit einer Geschwindigkeit von 35,8 kg (78,92 Pfund)/Stunde eingespritzt.
Zucker wurde aus der Dosiervorrichtung 275 in den Kanal 262 mit einer Geschwindigkeit von 128,47 kg (283,15 Pfund)/Stunde zusammen mit der Zucker/Farbstoff-Mischung aus der Dosiervorrichtung 274 mit 6,29 kg (13,87 Pfund)/Stunde zugeführt.

Beispiel 1

Zimtaroma wurde durch den Stift 264 nahe am Ende von Abschnitt 260 mit einer Geschwindigkeit von 3 kg (6,62 Pfund)/Stunde eingespritzt. Dies ergab einen Gesamtausstoß von annähernd 216 kg (475 Pfund)/Stunde aus dem Extruder.
Bei dieser Konstruktion war es erforderlich, die Schnecke mit 109 U/min zu betreiben, um eine Verstopfung bzw. einen Rückstau des Zuckers in dem fünften Eingabekanal 262 zu verhindern. Der fertige Gummi trat mit 53ºC (127ºF) aus.

Beispiel 2

Ein weiteres Beispiel wurde durchgeführt, wobei die gleichen Arbeitsweisen wie in Beispiel 1 verwendet wurden, aber mit 5% weniger Aroma. Der Aromagehalt in der Formulierung betrug 1,32% Zimtaroma, verglichen mit 1,39% Aroma in Beispiel 1. Die Endaustragtemperatur des Produkts war 52ºC (126ºF).

Beispiel 3

Ein weiteres Beispiel wurde durchgeführt, wobei die gleichen Arbeitsweisen wie in Beispiel 1 verwendet wurden, aber mit 10% weniger Aroma. Der Aromagehalt in der Formulierung betrug 1,25% Zimtaroma, verglichen mit 1,39% Aroma in Beispiel 1. Die Endaustragtemperatur des Produkts war 52ºC (125ºF).

Beispiel 4

Ein weiteres Beispiel wurde durchgeführt, wobei die gleichen Arbeitsweisen wie in Beispiel 1 verwendet wurden, aber mit 15% weniger Aroma. Der Aromagehalt in der Formulierung betrug 1,18% Zimtaroma, verglichen mit 1,39% Aroma in Beispiel 1. Die Endaustragtemperatur des Produkts war 52ºC (125ºF).
Die sensorische Bewertung der Gummis der Beispiele 1 und 2 gegenüber dem Gummi von Vergleichsbeispiel A zeigt, daß der Gummi von Beispiel 1 eine höhere Aromawirkung und einen stark würzigen Zimtcharakter aufwies, der stärker war als das Aroma des Gummis von Vergleichsbeispiel A. Die sensorische Bewertung des Gummis von Beispiel 2 gegenüber dem Gummi von Vergleichsbeispiel A zeigt, daß der Gummi von Beispiel 2 ein reineres, milderes Zimtaroma aufwies, das mehr dem Aroma des Gummis von Vergleichsbeispiel A ähnelte. Dies zeigt, daß die Aromagehalte bei Verwendung von Hochleistungsmischextrudem im Vergleich zu herkömmlichen Mischern verringert werden können. Eine weitere Verringerung des Aromagehaltes kann möglich sein, aber ein niedrigerer Aromagehalt verringert die Weichmachung der Gummibase, was dazu führt, daß sie kautschukartiger und zäher wird. Die Verwendung niedrigerer Aromagehalte würde eine gewisse zusätzliche Reformulierung der Base erfordern.
Es sollte beachtet werden, daß die Verfahren der vorliegenden Erfindung in Form einer Vielzahl von Ausführungsformen verwirklicht werden können, von denen nur einige wenige vorstehend veranschaulicht und beschrieben worden sind. Es versteht sich, daß die Hinzufügung einiger weiterer Inhaltsstoffe, Verarbeitungsschritte, Materialien oder Komponenten, die nicht speziell umfaßt sind, eine nachteilige Wirkung auf die vorliegende Erfindung hat. Die beste Art der Ausführung der Erfindung kann deshalb Inhaltsstoffe, Verarbeitungsschritte, Materialien oder Komponenten, die von den vorstehend zur Aufnahme oder Verwendung in der Erfindung aufgeführten verschieden sind, ausschließen. Die beschriebenen Ausführungsformen sollen jedoch in jeder Hinsicht nur als veranschaulichend und nicht beschränkend angesehen werden und der Umfang der Erfindung ist deshalb eher durch die beigefügten Ansprüche als durch die vorstehende Beschreibung angegeben.

Claims

1. Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Kaugummi, umfassend:

a) Zugeben von zumindest einem Elastomer und Füllstoff in einen kontinuierlich arbeitenden Mischer und Vermischen des Elastomers und Füllstoffs miteinander in dem kontinuierlich arbeitenden Mischer;

b) Zugeben von mindestens einem Inhaltsstoff, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Fetten, Ölen, Wachsen und Elastomerweichmachern in den kontinuierlich arbeitenden Mischer und Vermischen des Inhaltsstoffes mit dem Elastomer und Füllstoff in dem kontinuierlich arbeitenden Mischer; und

c) Zugeben von mindestens einem Süßungsmittel und mindestens einem Aromastoff in den kontinuierlich arbeitenden Mischer und Vermischen des Süßungsmittels und Aromastoffes mit den übrigen Inhaltsstoffen, um eine Kaugummizusammensetzung zu bilden;

d) kontinuierliches Austragen der Kaugummizusammensetzung aus dem Mischer;

wobei die Schritte a) bis d) unter Verwendung eines einzelnen, kontinuierlich arbeitenden Mischers durchgeführt werden; und

wobei weniger Aromastoff zugegeben wird als der, welcher verwendet wird, um die gleiche Kaugummizusammensetzung in einem diskontinuierlichen Mischer herzustellen, wobei aber die Aromaintensität der aus dem kontinuierlich arbeitenden Mischer ausgetragenen Kaugummizusammensetzung im wesentlichen die gleiche oder höher ist als die der gleichen Kaugummizusammensetzung, die in einem diskontinuierlichen Mischer hergestellt wird; und

wobei die Gummizusammensetzung eine Verweilzeit in dem kontinuierlich arbeitenden Mischer von nicht mehr als 30 Sekunden aufweist, nachdem der Aromastoff zugegeben ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der kontinuierlich arbeitende Mischer einen Schaufel-Stift-Mischer umfaßt.

3. Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Kaugummi mit verbesserter Aromawahrnehmung, umfassend:

b) Zugeben von mindestens einem Inhaltstoff, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Fetten, Ölen, Wachsen und Elastomerweichmachern zu dem kontinuierlich arbeitenden Mischer und Vermischen des Inhaltsstoffes mit dem Elastomer und Füllstoff in dem kontinuierlich arbeitenden Mischer; und

c) Zugeben von mindestens einem Süßungsmittel und mindestens einem Aromastoff zu dem kontinuierlich arbeitenden Mischer und Vermischen des Süßungsmittels und Aromastoffes mit den übrigen Inhaltsstoffen, um eine Kaugummizusammensetzung zu bilden;

d) kontinuierliches Austragen der Kaugummizusammensetzung aus dem Mischer;

wobei die Schritte a) bis d) unter Verwendung eines einzelnen kontinuierlich arbeitenden Mischers durchgeführt werden; und

wobei der kontinuierlich arbeitende Mischer einen Schaufel-Stift-Mischer umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Gummizusammensetzung eine Verweilzeit in dem Mischer von nicht mehr als 30 Sekunden aufweist, nachdem der Aromastoff zugegeben ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Mischer ein Hochleistungsmischer ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei:

mindestens das Elastomer und der Füllstoff einem dispergierenden Vermischen in dem kontinuierlich arbeitenden Mischer unterworfen werden; und

in Schritt c) mindestens das Süßungsmittel, der Aromastoff, das Elastomer und der Füllstoff einem distributiven Vermischen in dem kontinuierlich arbeitenden Mischer unterworfen werden, um ein Kaugummierzeugnis zu bilden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Menge des Aromastoffs 1% bis 20% geringer ist als die Menge, die in der gleichen Kaugummizusammensetzung verwendet wird, die in einem diskontinuierlichen Mischer hergestellt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Menge des Aromastoffs 5% bis 15% geringer ist als die Menge, die in der gleichen Kaugummizusammensetzung verwendet wird, die in einem diskontinuierlichen Mischer hergestellt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Menge des Aromastoffs 10% geringer ist als die Menge, die in der gleichen Kaugummizusammensetzung verwendet wird, die in einem diskontinuierlichen Mischer hergestellt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Gummizusammensetzung eine Verweilzeit in dem Mischer von nicht mehr als 15 Sekunden aufweist, nachdem der Aromastoff zugegeben ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Gummizusammensetzung eine Verweilzeit in dem Mischer von 5 bis 10 Sekunden aufweist, nachdem der Aromastoff zugegeben ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Schritte a) bis c) unter Verwendung eines Mischlängen-Durchmesser-Verhältnisses von nicht mehr als 40 durchgeführt werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Schritte a) und b) unter Verwendung eines Mischlängen-Durchmesser-Verhältnisses von nicht mehr als 25 durchgeführt werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Schritt c) unter Verwendung eines Mischlängen-Durchmesser-Verhältnisses von nicht mehr als 15 durchgeführt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei ein Elastomerweichmacher, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylacetaten, Terpenharzen und Gemischen davon, in Schritt a) zugegeben wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der mindestens eine Inhaltsstoff, der in Schritt b) zugegeben wird, einem distributiven Vermischen mit dem Elastomer und Füllstoff unterworfen wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei mindestens ein Aromastoff ausgewählt wird aus der Gruppe umfassend Citrusöl, Fruchtessenzen, Pfeffer minzöl, Spearmintöl, andere Minzöle, Nelkenöl, Wintergrünöl, Anisöl, Zimtöl und Gemische davon.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei der Mischer eine Mischschnecke umfaßt, die sich mit weniger als 150 Ulmin dreht.

19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Mischschnecke sich mit weniger als 100 U/min dreht.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei der Mischer erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Mischbereiche umfaßt.

21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Schritte a) und b) im wesentlichen vor dem fünften Mischbereich durchgeführt werden.

22. Verfahren nach Anspruch 20 oder Anspruch 21, wobei der Schritt a) im wesentlichen vor dem dritten Mischbereich durchgeführt wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei der Schritt c) im wesentlichen nach dem dritten Mischbereich durchgeführt wird.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei der Mischer einen oder mehrere Drosselpunkte vor dem Schritt c) einschließt.

25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei der eine oder die mehreren Drosselpunkte durch einen oder mehrere Drosselringe erzeugt werden.