DE1016248B - Verfahren zur Herstellung von Staerkephosphorsaeureestern - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Staerkephosphorsaeureestern

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DE1016248B
DE1016248B DEC9252A DEC0009252A DE1016248B DE 1016248 B DE1016248 B DE 1016248B DE C9252 A DEC9252 A DE C9252A DE C0009252 A DEC0009252 A DE C0009252A DE 1016248 B DE1016248 B DE 1016248B
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DE
Germany
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starch
phosphate
phosphoric acid
acid esters
production
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DEC9252A
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English (en)
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Ralph W Kerr
Frank C Cleveland Jun
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Corn Products Refining Co
Original Assignee
Corn Products Refining Co
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08BPOLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B31/00Preparation of derivatives of starch
    • C08B31/02Esters
    • C08B31/06Esters of inorganic acids
    • C08B31/066Starch phosphates, e.g. phosphorylated starch

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Description

  • Verfahren zur Herstellung von Stärkephosphorsäureestern Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung sowohl einfacher als auch vernetzter Stärkephosphorsäureester. Dieser Ausdruck bedeutet Ester aus Stärke und Phosphorsäure oder ihre neutralen oder auch sauren Salze.
  • Stärkehosphorsäureester haben sehr erwünschte Eigenschaften für bestimmte Zwecke, insbesondere auf dem Nahrungsmittelgebiet. Jedoch war bisher kein einfaches und wirtschaftliches~ Verfahren für ihre Herstellung verfügbar.
  • Das neue Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung von Stärkephosphorsäureestern, die Monostärkephosphat- oder bzw. und Distärkephosphatgruppen enthalten, ist dadurch gekennzeichnet, daß Stärke mit einem Wassergehalt von 5 bis 2O0/o mit einem Alkalimeta-, -polymeta-, -pyro- oder -tripolyphosphat oder deren Mischungen bei einem p-Wert von 4 bis 11,5 auf 100 bis 1600 erhitzt wird.
  • Es war bereits bekannt, anorganische Phosphate als Stärke verändernde Mittel zu benutzen und Stärkephosphorsäureester herzustellen (deutsche Patentschrift 644 027, USA.-Patentschrift 2 252 479). Nach der deutschen Patentschrift üben gewisse anorganische Phosphate eine lyotropische Wirkung auf kaltquellende Stärke aus, aber es findet sich dort kein Nachweis über die Bildung von Stärkeestern, insbesondere auch, weil die Salze nur als Zusätze oder Weichmacher zur Verringerung der Viskosität der kaltquellenden Stärke zugesetzt werden.
  • Die USA.-Patentschrift offenbart ein Verfahren, bei dem das Natriumsalz eines Stärkepolymetaphosphorsäureesters hergestellt wird. Da jedoch die Bedingungen sehr stark sauer sind, ist es zweifelhaft, ob irgendein Stärkephosphorsäureester gebildet wird, und es ist wahrscheinlicher, daß die Stärke durch Säurehydrolyse zu einer löslichen Form abgebaut wird. Unter weniger sauren Bedingungen als die in der Patentschrift offenbarten zeigt eine Analyse, daß kein Ester gebildet wird. Aber selbst unter der Annahme, daß bei dem bekannten Verfahren ein Stärkepolymetaphosphorsäureester gebildet würde, stellt das Verfahren gemäß der Erfindung eine auffallende und wesentliche Änderung der bisherigen Praxis dar, wie sich noch aus dem Folgenden klarer ergeben wird.
  • Zur Ausführung der Erfindung wird zuerst das Phosphat zur Stärke zugesetzt. Dieser Zusatz kann auf verschiedene Weise erfolgen. Die einfachste und eine der wirksamsten Arten ist, das Phosphat einem wäßrigen Stärkebrei bei Raumtemperatur, und wenn die Erzeugung eines Stärkephosphorsäureesters in körniger Form gewünscht wird, bei einer Temperatur, die für eine Gelatinierung der Stärke nicht ausreicht, zuzusetzen, dann den Brei gut zu rühren und das Ganze zu filtrieren. Wenn ein Phosphat einem Stärke- brei mit einer Dichte zwischen 17 und 220 Be, welche die praktischsten Arbeitsbedingungen umfaßt, zugesetzt wird, beträgt die Menge des von der Stärke nach dem Filtrieren zurückgehaltenen Salzes etwa 30 bis 5ob/0 des ursprünglich zugeführten Salzes. Das bei einer solchen Filtration erhaltene Filtrat kann nach Zugabe weiteren Phosphats zum Ausgleich für die von der filtrierten Stärke zurückgehaltene Menge in vorteilhafter Weise wieder verwendet werden.
  • Der Stärkebrei kann auch mit einer wäßrigen Lösung des Phosphats sprühgetrocknet werden; in diesem Fall wird das gesamte zugefügte Phosphat der Stärke- einverleibt. Während dieser Sprühtrocknung kann die Stärke, wenn gewünscht, gelatiniert werden.
  • Im übrigen kann jedes-beliebige Verfahren für das Vermischen von Phosphat und Stärke benutzt werden, das eine gleichmäßige Verteilung des Salzes in der Stärke gewährleistet.
  • Die Menge des Phosphats kann etwa 2 bis 100/o, berechnet auf das wasserfreie Salz und bezogen auf das Trockengewicht der Stärke; betragen. Der p-Wert der Mischung, gemessen in einer 200/obigen wäßrigen Dispersion unter Verwendung einer Glaselektrode, soll zwischen 4 und 11,5 liegen und hängt von der Art des benutzten Phosphats ab.
  • Zur Durchführung-des neuen Verfahrens wird der Feuchtigkeitsgehalt derrSt-ärke innerhalb des Bereiches von 5 bis 20°/o eingestellt. Dies geschieht in bekannter Weise durch Trocknen.
  • Gleichgültig, welches Trockenverfahren angewendet wird, die -Temperatur der Stärke-Phosphat-Mischung soll während des Trocknens nicht 60 bis 700 überschreiten, bis der Feuchtigkeitsgehalt auf etwa 20e/o verringert worden ist.
  • Der nächste Schritt bei dem Verfahren der Erfindung ist die Wärmebehandlung. Diese soll zwischen etwa 100 und 1600 ausgeführt werden.
  • Nach der Wärmebehandlung kann der Stärkeester mit geeigneten Lösungsmitteln gewaschen und in üblicher Weise getrocknet werden.
  • Das Verfahren ist auf jegliche Stärkeart (wie Mais-, Weizen-, Roggen- oder Sorghumstärke) in roher oder modifizierter Form und im gelatinierten oder körnigen Zustand anwendbar. Beispielsweise können neben Rohstärke dünn kochende Stärken oder Dextrine nach dem Verfahren der Erfindung behandelt werden.
  • Die erhaltenen Stärkephosphate haben vorzugsweise einen Substitutionsgrad bis zu 0,1 Phosphatgruppe pro Anhydroglukoseeinheit, obwohl selbstverständlich der Substitutionsgrad durch eine Verlängerung der Behandlung auch wesentlich erhöht werden kann. Sie sind wasserlöslich oder wasserunlöslich in Abhängigkeit von dem Phosphorylierungsgrad und der Behandlungsweise. Ihre Pasten zeigen eine verbesserte Klarheit und Zügigkeit, eine höhere Viskosität in der Hitze, und die Neigung der kalten Pasten zum Absetzen ist verringert.
  • Beispiel 1 Umsetzung von Mais stärke mit Natriummetaphosphat bei neutralem p-Wert 58 g handelsübliches Natriummetaphosphat wurden in 500 ccm Wasser gelöst. Dann wurde ein Molgewicht Maisstärke (180g einschließlich 10u/o Feuchtigkeit) eingerührt. Der pH-Wert dieser Mischung wurde mit NU ROH auf etwa 7 eingestellt. Nach 15 Minuten wurde die Stärke durch Absaugen abfiltriert und der Kuchen auf etwa 12a/o Feuchtigkeit luftgetrocknet.
  • Durch Analyse wurde gefunden, daß 9 g des Natriummetaphosphats (0,09 Mol) von der Stärke aufgenommen worden waren, während sich der Rest in dem wäßrigen Filtrat befand.
  • Die Stärke wurde 1 Stunde lang in einem Vakuumofen auf 1200 erwärmt und dann abgekühlt. Das Reaktionsprodukt wurde dreimal durch Suspendieren in 250 ccm Wasser und Absaugen gewaschen. Der p-Wert der ersten Suspension war 5,4; d. h., daß die Phosphorylierung bei einem pH-Wert zwischen 7 und 5,4 stattfand. Der p-Wert der dritten Suspension war 6,0. Das gewaschene Produkt besaß einen Phosphorgehalt von 0,35 6/o, äquivalent einem Substitutionsgrad von 0,03, gerechnet als Orthophosphatgruppen.
  • Wenn dieses Stärkephosphat durch Erwärmen in Wasser gelatiniert wurde, bildete sich eine Paste mit sehr viel höherer Viskosität und höherem Körpergehalt, die beim Altern nicht wesentlich zunahmen, und mit bedeutend verbesserter Klarheit im Vergleich zu der unbehandelten Maisstärke. Die Posten zeigten beim Altern keine Neigung zur Gelbildung.
  • Beim Vergleich der Eigenschaften dieses Produkts, wie - Phosphorgehalt, Klarheit und Viskosität der Paste, mit den Eigenschaften der in den nachfolgenden Beispielen, insbesondere Beispiel 3 und 4, beschriebenen Produkte ergibt sich, daß ein Teil der in die Stärke eingeführten Phosphatgruppen Distärke- phosphatvernetzungen darstellen. Die Anfangsphasen der Phosphatvernetzung erzeugen eine ungewöhnlich höhere Viskosität und eine geringere Zunahme in der Pastenklarheit, als es eine einfache Veresterung tut.
  • Beispiel 2 Umsetzung von Maisstärke mit Natriummetaphosphat und zugesetztem Natriumcarbonat Dieses Beispiel erläutert, wie eine Vernetzung in einem solchen Ausmaß erhalten werden kann, daß das Reaktionsprodukt in Wasser nicht gelatiniert werden kann. Das im Beispiel 1 angegebene Verfahren wurde mit der Abänderung wiederholt, daß etwa 12,5 g eines Gemisches aus Natriumbicarbonat und Natriumcarbonat im Verhältnis 4 :1 zu dem Stärkebrei in der Natriummetaphosphatlösung vor der ersten Filtration zugesetzt wurden. Der p-Wert dieser Lösung betrug 8,5. Die Analyse des gewaschenen Produkts zeigte an, daß es 0,76/o Phosphor enthielt.
  • Wenn 5 g dieses Stärkephosphats in 100 ccm Wasser bei 950 20 Minuten lang erwärmt wurden, gelatinierten die Körnchen nicht, sondern setzten sich aus der Suspension ab, sobald die gekochte Mischung stehengelassen wurde. Hieraus ergibt sich, daß die Stärke mit Phosphatgruppen stark vernetzt war.
  • Beispiel 3 Umsetzung von Maisstärke mit Natriummetaphosphat unter sauren Bedingungen Das in den Beispielen 1 und 2 wiedergegebene Verfahren wurde mit der Abänderung wiederholt, daß nichts zu der Mischung von Maisstärke und Natriummetaphosphat in Wasser zugesetzt wurde. Der pE-Wert dieses Stärkebreis vor dem Filtrieren betrug 4,0.
  • Nachdem der getrocknete Stärkekuchen eine Stunde lang auf 1200 erhitzt worden war, wurde er gründlich in Wasser gewaschen und gleichzeitig der pWert des Reaktionsprodukts mit verdünnter Natronlauge auf 6,5 eingestellt. Der pH-Wert der ersten wäßrigen Suspension des erwärmten Reaktionsprodukts betrug 4,1.
  • Pasten aus diesem Stärkeprodukt besaßen gute Zügigkeit und sehr hohe Klarheit. Diese Eigenschaften lassen zusammen mit der geringeren Pastenviskosität im Vergleich zu dem Reaktionsprodukt von Beispiel 1 erkennen, daß der Stärkeester dieses Beispiels eine viel geringere Vernetzung als der Stärkeester des Beispiels 1 und naturgemäß eine beträchtlich geringere Vernetzung als der Stärkeester des Beispiels 2 besaß.
  • Beispiel 4 Umsetzung von Maisstärke mit Natriumtripolyphosphat während einer Stunde bei 120 bis 1300 Ein Molgewicht Maisstärke (180 g bei 10c/o Feuchtigkeit) wurde in 215 ccm Wasser eingerührt, in dem 15,5 g Natriumtripolyphosphat gelöst waren. Der p,-Wert der Lösung betrug etwa 8,5. Die Stärke wurde durch Absaugen unter Bildung eines Kuchens mit etwa 45 °/o Feuchtigkeitsgehalt abfiltriert. Der Kuchen wurde bei 600 auf etwa 12°/o Feuchtigkeitsgehalt getrocknet. Nach der Analyse waren 9g des Polyphosphats von der Stärke festgehalten; der Rest befand sich im wäßrigen Filtrat.
  • Diese Stärke wurde unter Rühren und mit einer Vorkehrung zur Entfernung der Feuchtigkeit bei Temperaturen zwischen 120 und 1300 erwärmt und dann abgekühlt. Das in 250 ccm Wasser suspendierte Endprodukt zeigte jetzt einen pE-Wert von 7,0. Es wurde abfiltriert und noch zweimal durch Suspendieren in 250 ccm Wasser, gefolgt von einer Filtration unter Absaugen, gewaschen. Das erhaltene Stärkephosphat wurde dann auf einen handelsüblichen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 100/0 für pulverförmige Stärke getrocknet.
  • Eine analytische Untersuchung zeigte, daß das Produkt 0,370/0 Phosphor (entsprechend einem Stärkephosphorsäureester mit einem Substitutionsgrad von 0,03 als Orthophosphatgruppen) enthielt. Beim Gelatinieren durch Erwärmen in Wasser bildete das Stärkephosphat ein sehr viskoses Sol mit wenig oder gar keiner Neigung zur Gelbildung oder Viskositätszunahme beim Altern. Das Sol zeigte eine sehr hohe Klarheit im Vergleich zur unbehandelten Maisstärke (beide gemessen bei einem pE-Wert von 6,5) und besaß eine gute Zügigkeit gleich der von Knollenstärke.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von Stärkephosphorsäureestern, die Monostärkephosphat-oder bzw. und Distärkephosphatgruppen enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß Stärke mit einem Wassergehalt von 5 bis 20°/o mit einem Alkalimeta-, -polymeta-, -pyro- oder -tripolyphosphat oder deren Mischungen bei einem pE-Wert von 4 bis 11,5 auf 100 bis 1600 erhitzt wird.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 644 027; USA.-Patentschriften Nr. 2 252 479, 2 575 352.
DEC9252A 1953-10-28 1954-04-22 Verfahren zur Herstellung von Staerkephosphorsaeureestern Pending DE1016248B (de)

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