DE602004006317T2

DE602004006317T2 - Sprühgetrocknetes stärkehydrolysat-agglomeratprodukt und verfahren zur herstellung eines sprühgetrockneten stärkehydrolysat-agglomeratprodukts

Info

Publication number: DE602004006317T2
Application number: DE602004006317T
Authority: DE
Inventors: Helena Vanhoutte; Amale Nezzal; Bart Moyson
Original assignee: Tate and Lyle Europe NV
Current assignee: Tate and Lyle Europe NV
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2024-02-20
Also published as: BRPI0418555A; JP4580397B2; US7819977B2; US20070190228A1; ES2286608T3; AU2004315845A1; HK1102414A1; CA2550533C; CN1917776A; BRPI0418555B1; DK1715758T3; AU2004315845B2; CA2550533A1; EP1715758A1; DE602004006317D1; ATE361000T1; KR20070001133A; KR101319125B1; UA81574C2; NZ548622A

Description

Die Erfindung betrifft zum einen ein sprühgetrocknetes Stärkehydrolysat-Agglomeratprodukt. Zum anderen betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines sprühgetrockneten Stärkehydrolysat-Agglomeratproduktes in einem Sprühtrocknungsturm, welches das Aufsprühen eines flüssigen Materials auf ein festes Pulvermaterial umfasst, wobei das flüssige Material mittels einer oder mehrerer Düsen für zwei Fluide unter Verwendung eines Fluids für die Erwärmung und die Förderung des Materials zerstäubt wird und wobei das agglomerierte, sprühgetrocknete Stärkehydrolysat durch Injizieren des festen Pulvermaterials in den oberen Teil des Trockenturms erzeugt wird, und zwar derart, dass die Bahn des Pulvers das Sprühmuster des zerstäubten flüssigen Materials kreuzt.
Stärkehydrolysatprodukte werden durch die partielle Hydrolyse von aus Getreide, Wurzeln oder Knollen gewonnenen Stärken hergestellt. Je nach Hydrolysegrad, welcher durch das Dextroseäquivalent (DE) angegeben wird, spricht man von Maltodextrinen (DE < 20) oder Glucose(Mais)-Sirupen (DE > 20). Diese Stärkehydrolysate können durch unterschiedliche Herstellungsverfahren gewonnen werden; hierzu gehören die einstufige enzymatische Hydrolyse, das zweistufige Enzym-Enzym-Verfahren oder das zweistufige Säure-Enzym-Verfahren.
Maltodextrine sind vor allem in sprühgetrockneter, partikulärer Form handelsüblich. Einige der Glucose-Sirupe, die einen DE-Wert zwischen 20 und 30 aufweisen, sind ebenfalls in sprühgetrockneter partikulärer Form erhältlich und als "corn syrup solids" (Maissirup-Feststoffe) bekannt.
Diese pulverförmigen Erzeugnisse finden als Dispergiermittel, Geschmacksträger, Füllstoffe, Feuchthaltemittel, viskositätssteigernde Mittel und als andere funktionelle Inhaltsstoffe Verwendung. Sie sind für eine große Vielfalt von Anwendungen – von Trockengemischen bis hin zu Füllungen und von Soßen bis hin zu Getränken – geeignet.
Die physikalischen Eigenschaften der Pulvererzeugnisse sind von großer Bedeutung für deren Verwendung in diesem breiten Bereich von Anwendungen.
Die in Bezug auf diese Pulver wichtigen physikalischen Eigenschaften sind:

– Schüttdichte (lose und Stampfdichte) und, im Zusammenhang damit, Kompressibilität
– mittlere Teilchengröße
– Teilchengrößenverteilung
– mechanische Stabilität
– Fließfähigkeit
– Dispergierbarkeit und, im Zusammenhang damit, Auflösungsgeschwindigkeit.

Diese physikalischen Eigenschaften sind von großer Bedeutung im Hinblick auf die Handhabungseigenschaften der pulverförmigen Produkte aber auch im Hinblick auf deren Verwendung in einer Bandbreite von Anwendungen.
Heutzutage sind zwei Haupttypen von auf Stärkehydrolysat basierenden Pulvern auf dem Markt erhältlich.
Der erste Pulvertyp sind die standardmäßigen sprühgetrockneten Pulver, welche eine relativ hohe, zwischen 0,45 und 0,65 g/cm³ variierende Schüttdichte, eine niedrige mittlere Teilchengröße und eine breite Partikelgrößenverteilung aufweisen. Durch die relativ hohe Schüttdichte sind diese sprühgetrockneten Pulver für die Herstellung von Trockengemischen geeignet, da sie die Phasenentmischung der unterschiedlichen Komponenten dieser Zusammensetzungen begrenzt oder sogar verhindert. Außerdem führt die relativ hohe Schüttdichte zu Packungsgrößen mit geringerem Volumen, was sich positiv auf die Transportkosten pro Gewichtseinheit auswirkt. Ein wichtiger Nachteil liegt jedoch in dem relativ hohen Gehalt an Feinstpartikeln (mit einer Partikelgröße von < 100 Mikrometer), der zu einer problematischen Staubentwicklung und damit zu Sicherheitsgefährdungen führt, in der begrenzten oder schlechten Fließfähigkeit und in einer erhöhten Kompressibilität.
Darüber hinaus ist eine vollständige Hydratisierung – d.h. Auflösung in Wasser – dieser sprühgetrockneten Pulver nur schwer zu erreichen. Aufgrund der Feinpartikelgröße erfordern solche Pulver hohe Schermischungen und niedrige Zugaberaten zum Wasser, der Heiz- oder anderen Lösungsflüssigkeit, damit die Bildung kleiner Klumpen, welche außen nass und innen trocken sind, verhindert wird.
Um die oben genannten Schwierigkeiten in Bezug auf Staubentwicklung und Benetzbarkeit zu überwinden, wurde eine zweite Art von Stärkehydrolysaten entwickelt, nämlich sprühgetrocknete Stärkehydrolysat-Agglomerat(pulver)produkte.
Die Agglomeration der Stärkehydrolysatteilchen führte zu höheren Teilchengrößen. Durch die größeren, poröseren Strukturen wird das Zwischenkornvolumen erhöht und ein geringeres Verhältnis von äußerer Oberfläche zu Volumen erzeugt. Hierdurch wird die Fließfähigkeit, die Dispersion und die Benetzbarkeit verbessert und außerdem die Staubentwicklung vermindert. Ein Nachteil dieser Behandlung besteht darin, dass sie die Schüttdichte der Stärkehydrolysat-Pulverprodukte, insbesondere der Maltodextrin-Pulverprodukte, auf Werte von etwa 0,15–0,4 g/cm³ vermindert. Als ein weiterer Nachteil wurde eine verminderte mechanische Stabilität beobachtet.
Für die Herstellung derartiger sprühgetrockneter Stärkehydrolysat-Agglomeratprodukte sind verschiedene Verfahren bekannt. Standard-Agglomerationsverfahren des Standes der Technik sind beispielsweise in Food Product Design (Mai 1997): "Spray drying: innovative use of an old process" von R.C. Deis, und in Zeitschrift für Lebensmitteltechnik (Oktober 1992): "Recent advances in agglomeration during spray-drying" von E. Refstrup beschrieben.
Um die oben genannten Nachteile zu kompensieren, wurde, in US 4,810,307 , ein Verfahren beschrieben, in welchem ein sprühgetrocknetes Maltodextrinpulver mit einer flüchtigen Flüssigkeit, bei der es sich nicht um Wasser handelt, (z.B. 95%iges Ethanol) gemischt wird. Die erhaltene Mischung wird anschließend, ohne externes Gleitmittel, in einer Walzenpresse kompaktiert. Die geformte Platte wird dann gebrochen und gesiebt. Gemäß Aussage des Anmelders von US 4,810,307 sind die so erhaltenen Partikel nicht sphärisch, weisen eine Schüttdichte auf, die derjenigen des Ausgangsmaterials vergleichbar ist, sind gut löslich und zeigen keine Fließ- oder Staubprobleme.
Allerdings ist die Verteilung der Partikelgrößen recht breit gefächert, wobei der Prozentanteil der Partikel, die größer als 500 Mikrometer (+ 30 Mesh) sind, viel zu hoch ist, wie im Beispiel 2 in US 4,810,307 gezeigt. Tatsächlich führen zu große Anteile an derartig großen Partikeln zu so genannten "white spots" (weiße Flecken) in den Applikationen, wobei es sich um einen unerwünschten Effekt handelt. Hinzu kommt, dass die Komprimierbarkeit der erhaltenen Pul ver recht hoch ist, was sich negativ auf die Handhabungseigenschaften in Bezug auf die Lagerung und den Transport der Pulver auswirkt.
Abgesehen von diesen nachteiligen Eigenschaften ist es für den Fachmann klar ersichtlich, dass durch die Verwendung von Flüssigkeiten wie Ethanol sicherheitsbedingte Beschränkungen während des Herstellungsprozesses entstehen.
Eine Alternative bieten die Produkte, die durch das in US 3,706,598 offenbarte Verfahren erhalten werden. Gemäß dieser Patentanmeldung werden feste, glasartige Stärkehydrolysatprodukte, die einen DE-Wert von etwa 10 bis etwa 25, einen Wassergehalt von weniger als 15 Gew.-% und eine Schüttdichte von wenigstens etwa 0,65 g/cm³ (40 Pfund pro Kubikfuß) aufweisen, durch Konzentrieren eines hydrolysierten Stärkekonvertierungssirups, Erhitzen des Sirups in einem Plattenwärmetauscher, Überhitzen von winzigen Tröpfchen des Sirups und Abkühlen bis zum Erstarren hergestellt. Der Anmelder der US 3,706,598 offenbart, dass die entsprechenden Produkte eine ausgezeichnete Benetzbarkeit und Löslichkeit in Wasser aufweisen. Es sind jedoch keine konkreten Zahlen angegeben. Weiterhin variiert die Dichte der erhaltenen Produkte zwischen 0,65 und 0,9 g/cm³ (55 Pfund pro Kubikfuß). Aufgrund der Tatsache, dass in dem in dieser Patentanmeldung beschriebenen Verfahren das erstarrte Produkt so weit gemahlen oder gebrochen wird, dass es ein 20-mesh-Sieb passieren kann, ist es für den Fachmann ersichtlich, dass dies eine nachteilige, recht weite Partikelgrößenverteilung ergibt, wobei der Prozentanteil der Partikel, die größer als 500 Mikrometer sind, zu hoch liegt. Hinzu kommt, dass der Feuchtegehalt der offenbarten Produkte zu hoch liegt und das beschriebene Herstellungsverfahren weniger attraktiv ist.
Wie bereits oben erwähnt, zeigen die verdichteten Pulver und die glasartigen Produkte, die mit diesen Verfahren erhalten werden, einen oder mehrere Nachteile, die in Bezug zu ihren physikalischen Eigenschaften (Dichte, mechanische Stabilität, Partikelgröße und/oder Feuchtegehalt) und den zu ihrer Herstellung eingesetzten Verfahren stehen.
Die im Folgenden beschriebenen Verfahren betreffen die Herstellung sprühgetrockneter, vorgelatinierter agglomerierter Produkte auf Stärkebasis.
US 4,871,398 beschreibt ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung vorgelatinierter, sprühgetrockneter Stärkeagglomeratprodukte. Bei diesem Verfahren werden zwei oder mehrere, mit Kappen ausgestattete Düsen für zwei Fluide (nachfolgend Zwei-Fluid-Düsen genannt) der in US 4,208,851 beschriebenen Art verwendet. Hierbei werden zwei oder mehrere Sprüh-Koch-Düsen (oder Zwei-Fluid-Düsen) so in einem Trockenturm angeordnet, dass sich ihre Sprühmuster schneiden. Der Schnittpunkt muss weit genug von den Düsen entfernt sein, um ein Verklumpen zu verhindern, und nahe genug bei den Düsen liegen, so dass die Oberfläche der Partikel ausreichend klebrig ist, um ein Anhaften und den Aufbau von Agglomeraten zu bewirken.
In US 4,208,851 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, die zum Kochen oder Gelatinieren eines Materials dienen, welches aufgrund der Entstehung hoher Viskositäten während des Kochens normalerweise nur schwer gekocht und sprühgetrocknet werden kann; hierbei werden leicht trockenbare, gleichmäßig gekochte, fein gekörnte Produkte erhalten. Zunächst wird das Material in einem wässrigen Lösemittel gemischt (es wird eine Aufschlämmung hergestellt) und dann in eine geschlossene Kammer gesprüht, um einen relativ feinen Sprühnebel zu erzeugen, der gleichmäßig gekocht oder gelatiniert werden kann. Ein Erhitzungsmedium (z.B. Dampf) wird in das in der Kammer befindliche versprühte Material eingeleitet, um das Material zu kochen. Die Kammer weist eine Austrittsöffnung auf, durch welche das erhitzte zerstäubte Material aus der Kammer entweichen kann; die Größe und Form der Kammer und der Austrittsöffnung sind dabei so gestaltet, dass die Temperatur und der Feuchtegehalt des Materials lange genug aufrecht erhalten werden, um das Material zu kochen und zu gelatinieren.
In EP 1 166 645 sind agglomerierte, sprühgetrocknete, auf Stärke basierende Produkte sowie Trockengemischen auf Basis dieser agglomerierten, sprühgetrockneten, auf Stärke basierenden Produkte beschrieben. Das agglomerierte, auf Stärke basierende Produkt ist ein homogenes Pulver, wobei jedes Pulverteilchen eine Agglomeration von zufällig verteilten, feinen Körnern darstellt. Wie in EP 1 166 645 beschrieben, können diese sprühgetrockneten, agglomerierten stärkebasierten Produkte durch Sprühkochen unmodifizierter (nativer) oder modifizierter Stärke und von Maltodextrin in einer Vorrichtung, wie sie z.B. in US 4,280,851 beschrieben ist, hergestellt werden. In dem in EP 1 166 645 beschriebenen Verfahren wird das Maltodextrin derart so in den oberen Teil des Sprühturms eingesprüht, dass die Bahn des trockenen Pulvers das Sprühmuster der sprühgekochten Stärke kreuzt, um so sprühgetrocknete, agglomerierte Partikel zu erzeugen.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Bereitstellung eines sprühgetrockneten Stärkehydrolysat-Agglomeratproduktes, welches die vorteilhaften Eigenschaften standardmäßiger sprühgetrockneter Stärkehydrolysate und die vorteilhaften Eigenschaften bekannter sprühgetrockneter Stärkehydrolysat-Agglomeratprodukte miteinander kombiniert.
Dieses Ziel der Erfindung wird erreicht durch die Bereitstellung eines sprühgetrockneten Stärkehydrolysat- Agglomeratproduktes, bei welchem das Stärkehydrolysat die folgenden Eigenschaften aufweist:

– ein Dextroseäquivalent (DE) zwischen 5 und 35
– einen Feuchtegehalt von < 6 Gew.-%
– eine Schüttdichte zwischen 0,4 und 0,6 g/cm³ in nicht verdichtetem Zustand
– eine Kompressibilität von weniger als 10 %
– eine Teilchengrößenverteilung, bei welcher weniger als 5 Gew.-% größer sind als 500 Mikrometer und weniger als 5 Gew.-% kleiner sind als 53 Mikrometer
– eine durchschnittliche Teilchengröße zwischen 150 und 250 Mikrometer
– eine mechanische Stabilität von > 95 %
– einen statischen Schüttwinkel (SAOR) von weniger als 45°, als Maß für die Fließfähigkeit, und
– eine Auflösungsgeschwindigkeit von < 180 Sekunden.

Auf diese Weise wird ein sprühgetrocknetes Stärkehydrolysat-Agglomeratprodukt erhalten, welches eine hohe Schüttdichte, ein reduziertes Volumen, eine hohe mechanische Stabilität, eine geringe Staubentwicklung, eine hohe Auflösungsgeschwindigkeit, eine höhere mittlere Teilchengröße und eine bessere Teilchengrößenverteilung aufweist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines sprühgetrockneten Stärkehydrolysat-Agglomeratproduktes gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Stärkehydrolysat folgende Eigenschaften auf:

– ein DE zwischen 5 und 35
– einen Feuchtegehalt von < 6 Gew.-%
– eine Schüttdichte zwischen 0,45 und 0,55 g/cm³ in nicht verdichtetem Zustand
– eine Kompressibilität von weniger als 5 %
– eine Teilchengrößenverteilung, bei welcher weniger als 3 Gew.-% größer sind als 500 Mikrometer und weniger als 3 Gew.-% kleiner sind als 53 Mikrometer
– eine durchschnittliche Teilchengröße zwischen 175 und 230 Mikrometer
– eine mechanische Stabilität von > 97 %
– einen SAOR von weniger als 40°, und
– eine Auflösungsgeschwindigkeit von < 120 Sekunden.

In einer in höherem Maße bevorzugten Ausführungsform des sprühgetrockneten Stärkehydrolysat-Agglomeratproduktes gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Stärkehydrolysat eine Auflösungsgeschwindigkeit von < 90 Sekunden auf.
Vorzugsweise liegt der DE-Wert eines sprühgetrockneten Stärkehydrolysat-Agglomeratproduktes gemäß der Erfindung zwischen 10 und 22.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines sprühgetrockneten Stärkehydrolysat-Agglomeratproduktes in einem Sprühtrocknungsturm gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei die so hergestellten sprühgetrockneten Stärkehydrolysat-Agglomeratprodukte die kombinierten Eigenschaften der standardmäßigen sprühgetrockneten Stärkehydrolysate und der bekannten sprühgetrockneten Stärkehydrolysat-Agglomeratprodukte in sich vereinigen, nämlich eine hohe Schüttdichte, ein reduziertes Volumen, eine hohe mechanische Stabilität, eine geringe Staubentwicklung, eine hohe Auflösungsgeschwindigkeit, eine höhere mittlere Teilchengröße und eine bessere Teilchengrößenverteilung.
Dieses Ziel wird erreicht durch Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines sprühgetrockneten Stärkehydrolysat-Agglomeratproduktes in einem Sprühtrocknungsturm, welches das Aufsprühen eines flüssigen Materials auf ein festes Pulvermaterial umfasst, wobei das flüssige Material mittels einer oder mehrerer Zwei-Fluid-Düsen unter Verwendung eines Fluids für die Erwärmung und Förderung des Materials zerstäubt wird und wobei das agglomerierte, sprühgetrocknete Stärkehydrolysat durch Injizieren des festen Pulvermaterials in den oberen Teil des Trockenturms erzeugt wird, und zwar derart, dass die Bahn des Pulvers das Sprühmuster des zerstäubten flüssigen Materials kreuzt, und wobei das flüssige Material, das mittels einer oder mehrerer Zwei-Fluid-Düsen zerstäubt wird, eine Stärkehydrolysatlösung ist und diese Stärkehydrolysatlösung unter Verwendung von Dampf als dem Fluid zerstäubt wird.
Zwar ist es aus EP 1 166 645 bereits bekannt, ein Maltodextrinpulver in den oberen Teil eines Sprühturmes so zu injizieren, dass die Bahn des festen Pulvers das Sprühmuster der sprühgekochten Stärke, welche aus einer oder aus mehreren Zwei-Fluid-Düsen austritt, kreuzt, um so agglomerierte Teilchen zu erzeugen, doch ist es für den Fachmann nicht offensichtlich, die Zwei-Fluid-Düsen zum Aufsprühen einer Stärkehydrolysatlösung auf ein festes Pulver zu verwenden, um ein sprühgetrocknetes Stärkehydrolysat-Agglomeratprodukt zu erzeugen, dass die kombinierten Eigenschaften von standardmäßigen sprühgetrockneten Stärkehydrolysaten und bekannten sprühgetrockneten Stärkehydrolysat-Agglomeratprodukten aufweist. Die in EP 1 166 645 beschriebenen Zwei-Fluid-Düsen werden für einen gänzlich anderen Zweck eingesetzt, nämlich dem Sprühkochen einer Stärkeaufschlämmung, und nicht für die Zerstäubung einer Stärkehydrolysatlösung.
Bei einem bevorzugten Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Stärkehydrolysatlösung eine Konzentration von 50–75 % der Trockensubstanz und mit größerem Vorzug eine Konzentration von 65–75 % der Trockensubstanz auf.
Bei einem bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren beträgt der Druck des Dampfes 7 bis 15 bar.
Das Gewichtsverhältnis des Dampfes zu der Stärkehydrolysatlösung (Gewicht des Dampfes/Gewicht der Hydrolysatlösung) liegt innerhalb des Bereichs von 0,05 bis 0,4, vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 0,1 bis 0,3.
Die in den Sprühturm eingeleitete Heizluft hat vorzugsweise eine Temperatur zwischen 160 und 300 °C und mit größerem Vorzug eine Temperatur zwischen 180 und 250 °C.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hat die austretende Luft eine Temperatur zwischen 90 und 120 °C.
Das Verhältnis des festen Pulvers zu der Stärkehydrolysatlösung, auf Trockengewichtsbasis, beträgt vorzugsweise zwischen 0,6 und 1,1 und in höherem Maße bevorzugt zwischen 0,8 und 1,0.
Bei einem bevorzugten Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem trockenen Pulver um ein Stärkehydrolysatpulver.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Stärkehydrolysatpulver um eine sprühgetrocknete Form der Stärkehydrolysatlösung.
Dies hat den Vorteil, dass das Stärkehydrolysatpulver demzufolge eine ähnliche oder die gleiche Zusammensetzung aufweist wie die Stärkehydrolysatlösung.
Bei einem vorteilhaften Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden agglomerierten sprühgetrockneten Stärkehydrolysatpartikel in eine Wirbelschicht eingebracht.
Weitere Unterscheidungsmerkmale und Kennzeichen werden in der folgenden Beschreibung und den nachfolgenden Beispielen erläutert, wobei diese Beschreibung und Beispiele nicht im Sinne einer Beschränkung des allgemeinen Schutzumfangs der Erfindung, wie er sich aus der obigen Beschreibung und aus den Ansprüchen ergibt, zu verstehen sind.
Das sprühgetrocknete Stärkehydrolysat-Agglomeratprodukt gemäß der vorliegenden Erfindung, welches die in den Produktansprüchen beschriebenen Eigenschaften aufweist, kann sowohl in der Herstellung von Trockengemischen als auch in der Herstellung von eindickenden Lösungen, wie beispielsweise für Fleisch-, Molkereiprodukt-, Babynahrungs- oder Convenience-Food-Anwendungen, Verwendung finden. Für diese Anwendungsbereiche ist die Auflösungsgeschwindigkeit von großer Bedeutung. Verbesserte Handhabungseigenschaften in Bezug auf die Schüttdichte, die mechanische Stabilität, die Staubentwicklungseigenschaften (Sicherheit) und die Fließfähigkeit sind bei der Herstellung von Trockengemischen aber auch im Hinblick auf die Lagerung, die Dosierung und den mechanischen Transport von Bedeutung. Folglich vereinfacht ein solches Produkt die Bereitstellung von Lagereinrichtungen und Transportmitteln beim Kunden, da lediglich eine einzige Produktart gelagert und transportiert werden muss.
Zur Stabilisierung der oben genannten Stärkehydrolysate können diese vor dem Sprühtrocknungsschritt einem Hydrierungsprozess gemäß dem Stand der Technik unterzogen werden, so dass hydrierte Stärkehydrolysate erhalten werden.
Die Eigenschaften der sprühgetrockneten Stärkehydrolysate, die in den Produktansprüchen beschrieben sind, werden durch die im Folgenden offenbarten Verfahren ermittelt:
Der Begriff DE (Dextroseäquivalent) bezeichnet den Gehalt an reduzierendem Zucker der gelösten Feststoffe in einem Stärkehydrolysat – gemessen mittels der Lane-Eynon-Methode mit konstantem Titer. Dieses Verfahren ist in ISO 5377 vollständig beschrieben.
Die Schüttdichte des sprühgetrockneten Stärkehydrolysat-Agglomeratproduktes ist als Schüttdichte im nicht verdichteten Zustand des Produktes ausgedrückt. Diese unverdichtete Schüttdichte wird durch Wiegen einer Menge des erfindungsgemäßen sprühgetrockneten Stärkehydrolysat-Agglomeratproduktes in einem 250-ml-Messzylinder aus Glas bestimmt. Die unverdichtete Schüttdichte entspricht dem Verhältnis der Masse des Produktes zum Volumen des Produktes. Zur Bestimmung der Dichte im verdichteten Zustand (Stampfdichte) wird die Probe unter Standardbedingungen in ein Erweka-SVM22-Volumeter gegeben. Die Stampfdichte wird nach 50 Stampfungen ermittelt. Die Kompressibilität wird durch die Formel C = (1 – ρ_unt/ρ_t)·100 % bestimmt. ρ_unt ist hierbei die Dichte im nicht gestampften Zustand, ρ_t die Stampfdichte, die wie oben definiert sind.
Die Teilchengrößenverteilung wird durch zehnminütiges Sieben von 50 g Pulver in einer Retsch-VE1000-Schüttelvorrichtung, die 53-, 100-, 200-, 300- und 500-Mikrometer-Siebe enthält, unter Verwendung einer Amplitude von 1,5 ermittelt.
Die durchschnittliche Teilchengröße wird als mathematische mittlere Teilchengröße auf Gewichtsbasis der verschiedenen Fraktion ausgedrückt, welche aus der Teilchengrößenverteilung hervorgegangen sind.
Die mechanische Stabilität wird auf einem Alpine-Siebapparat 200 LS-N als das Verhältnis des Gewichtes der Fraktion des erfindungsgemäßen sprühgetrockneten Stärkehydrolysat-Agglomeratproduktes, welche auf einem 150-Mikrometer-Alpine-Sieb nach 30-minütigem Sieben zurückbleibt, zu dem Gewicht des Produktes auf dem gleichen Alpine-Sieb nach 5 Minuten. Das Sieben erfolgt bei einem Unterdruck von 1500 Pa. Die Probe des Produktes wurde zunächst 3 Minuten lang auf einem ASTM-Retsch-Sieb mit 150 Mikrometer gesiebt, um kleine Partikel zu entfernen.
Die Fließfähigkeit wird durch den statischen Schüttwinkel (SAOR) ausgedrückt. Das Verfahren ist in ISO 8398:1989 beschrieben. Der Schüttwinkel ist als der maximale, in Grad angegebene Winkel definiert, an dem ein Schütthaufen seine Steigung beibehält.
Die Auflösungsgeschwindigkeit entspricht der Zeit, die zur Auflösung von 20 g des Produktes in 200 ml Wasser bei 5 °C in einem 400-ml-Becher erforderlich ist, wobei die Mischung mit einem Magnetrührer kontinuierlich bei 300 U/min gerührt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines sprühgetrockneten Stärkehydrolysat-Agglomeratproduktes kann in einem Sprühtrocknungsturm, wie er in EP 1 166 645 offenbart ist, durchgeführt werden. Es können jedoch auch andere Arten von Sprühtrocknungstürmen in dem Verfahren zum Einsatz kommen. Der in EP 1 166 645 verwendete Turm umfasst eine oder mehrere Zwei-Fluid-Sprühdüsen, wie sie in US 4,280,851 beschrieben sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in den Sprühtrocknungsturm ein Stärkehydrolysat in den oberen Teil des Turmes injiziert, und zwar so, dass die Bahn des festen Pulvers, vorzugsweise eines trockenen Stärkehydrolysatpulvers, das Sprühmuster einer Stärkehydrolysatlösung kreuzt, die mittels einer oder mehrerer Zwei-Fluid-Düsen zerstäubt wurde. Die Zerstäubung der Stärkehydrolysatlösung in der oder den Zwei-Fluid-Düse(n) erfolgt, indem zunächst die Stärkehydrolysatlösung in eine geschlossene Kammer gesprüht wird, dann Dampf in die in der geschlossenen Kammer befindliche, zerstäubte Stärkehydrolysatlösung gesprüht und schließlich der Austritt der zerstäubten Stärkehydrolysatlösung, durch eine Austrittsöffnung, aus der Kammer in den Sprühturm ermöglicht wird.
Bei diesem speziellen Verfahren, wird der Feinstoffstrom des Stärkehydrolysatpulvers, das in den oberen Teil des Sprühturms injiziert wird, mit den Sprühstrahlen aus den Zwei-Fluid-Düsen in Kontakt gebracht, wobei Bedingungen zur Anwendung kommen, welche die Bildung des erfindungsgemäßen sprühgetrockneten Stärkehydrolysat-Agglomeratproduktes ermöglichen.
Wichtige Parameter sind hierbei die Konzentration und die Komposition des zu agglomerierenden Stärkehydrolysats, das Gewichtsverhältnis von Dampf zu Hydrolysatlösung, der in den Düsen verwendete Dampfdruck, die Temperatur der Heizluft im Sprühturm, in welche die Partikel eingesprüht werden, das Verhältnis zwischen dem Stärkehydrolysatpulver, das in den oberen Teil des Trockenturms injiziert wird, und der Stärkehydrolysatlösung, die über die Zwei-Fluid-Düsen zugeführt wird, die Zuführrate und der Winkel, in dem sich die Sprühmuster schneiden.
Die Stärkehydrolysatlösung wird hierbei in den Zwei-Fluid-Düsen mit einer Konzentration von 50–75 %, vorzugsweise 65–75 % Trockensubstanz eingeleitet, wobei das Verhältnis von Dampf zu Stärkehydrolysatlösung zwischen 0,05 und 0,4, vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,3, variieren kann. Der verwendete Dampfdruck kann zwischen 7 und 15 bar variieren, während die Temperatur der Heizluft, die in den Sprühturm eingeleitet wird, zwischen 160 und 300 °C liegt, mit größerem Vorzug zwischen 180 und 250 °C. Die Temperatur der am Boden des Sprühturms austretenden Luft liegt zwischen 80 und 125 °C, vorzugsweise zwischen 90 und 120 °C. Der Winkel, in dem sich die Sprühmuster schneiden, wird so eingestellt, dass der Kontakt der Partikel an einer Stelle stattfindet, an welcher die Partikeloberfläche klebrig genug ist, um ein Anhaften der Partikel zu begünstigen, jedoch nicht so nahe an den Düsenaustrittsöffnungen, dass es zu einem Verklumpen des sprühgetrockneten Stärkehydrolysat-Agglomeratproduktes kommt. Dieser Winkel ist abhängig von der Konzentration und der Zusammensetzung (DE) der Stärkehydrolysatlösung, von der Temperatur der zirkulierenden Luft, von der Zufuhrrate durch die Düsen und von dem Verhältnis zwischen dem Stärkehydrolysatpulver, das in den oberen Teil des Sprühturms injiziert wird, und der Stärkehydrolysatlösung, die durch die Zwei-Fluid-Düsen zugeführt wird. Ein vorteilhaftes Verhältnis auf Trockengewichtsbasis beträgt zwischen 0,6 und 1,1, vorzugsweise zwischen 0,8 und 1. Das sprühgetrocknete Stärkehydrolysat-Agglomeratprodukt kann dann in eine Wirbelschicht eingebracht werden, in welcher das Pulver weiter getrocknet und/oder abgekühlt wird und die vorhandenen Feinanteile durch den Luftstrom entfernt werden.
Beispiel 1:
In diesem Beispiel werden die vorteilhaften Eigenschaften des Produktes der Erfindung anhand eines Vergleichs einer Reihe von Eigenschaften dieses Produktes mit den Eigenschaften von sprühgetrockneten Stärkehydrolysat-Agglomeratprodukten, welche gegenwärtig kommerzialisiert werden, erläutert.
Die folgenden handelsüblichen Produkte wurden getestet: Glucidex 21IT von Roquette Frères, C*Sperse 01321 von Cerestar Holding BV und Granadex SPG20 von AVEBE.

Die unterschiedlichen Parameter sind in Tabelle 2 aufgelistet.

	Glucidex 21IT	C*Sperse 01321	Granadex SPG20	Erfindungsgemäßes Produkt
Lose ρ (g/l)	400	474	358	486
Gestampft ρ (g/l)	435	504	418	500

Kompressibilität	8 %	6 %	14 %	3

PSD (% Gew./Gew.)
< 53 μ	> 99	94	91	> 99
> 200 μ	72	40	28	49
> 500 μ	6	2	2	2

Durchschnittl. PSD (μ)	270	185	155	220

SAOR	42°	40°	60–70°	36°
Mechanische Stabilität	95 %	93 %	83 %	> 98 %
Auflösungsgeschwindigkeit (s)	230	205	390	55

Tabelle 2

PSD: Teilchengrößenverteilung SAOR: Statischer Schüttwinkel

Beispiel 2:
In diesem Beispiel wurde die Auflösungsgeschwindigkeit, bei zwei unterschiedlichen Temperaturen (5 °C und 22 °C), von erfindungsgemäßen Produkten mit der Auflösungsgeschwindigkeit von Produkten des Standes der Technik verglichen (siehe Tabelle 3).

Nicht agglomerierte Maltodextrine (18DE und 21DE) sowie agglomerierte Gegenstücke (C*Sperse 01318, C*Sperse 01321, Glucidex IT21) werden mit Produkten gemäß der vorliegenden Erfindung verglichen.

	Geschwindigkeit (s) bei 22 °C	Geschwindigkeit (s) bei 5 °C
18DE-Erfindung	115	120
21DE-Erfindung	50	55

Standard 18DE	390	540
Standard 21DE	320	500

Agglomeriert:
Glucidex IT21	185	230
C*Sperse 01318	190	205
C*Sperse 01321	175	240

Tabelle 3

Die Ergebnisse dieses Beispiels zeigen deutlich die herausragenden Auflösungsgeschwindigkeiten im Vergleich mit Produkten, deren Auflösungseigenschaften bereits als exzellent angesehen werden.
Beispiel 3:
Die Auflösungseigenschaften der erfindungsgemäßen sprühgetrockneten Stärkehydrolysat-Agglomeratprodukte und anderer sprühgetrockneter Stärkehydrolysat-Agglomeratprodukte wurden mit den in US 4,810,307 offenbarten Werten verglichen (siehe Tabelle 4). Diese Patentanmeldung beschreibt ein Verfahren zur Verbesserung der Löslichkeit von Maltodextrinen, bei dem relativ hohe Dichten erhalten bleiben. Die Löslichkeit wurde ausgedrückt als die Zeit, die benötigt wurde, um 1 g des Produktes, ohne Rühren, in 240 ml Wasser aufzulösen. Die in US 4,810,307 offenbarten Werte variierten zwischen 5,5 Minuten und 9 Minuten.

In Tabelle 4 werden diese Ergebnisse mit einem Produkt gemäß der vorliegenden Erfindung und mit marktüblichen Produkten verglichen.

	Löslichkeit (Minuten)
Erfindungsgemäßes 18DE-Produkt	3,5
Produkte gemäß US 4,810,307	5,5–9
Standard-Maltodextrin 15DE	> 12
Agglomeriertes C*Sperse 01318	5,5
Agglomeriertes Glucidex IT21	6,8

Tabelle 4

Aus Obigem ist klar ersichtlich, dass die Produkte der Erfindung eine deutlich verbesserte Lösungsgeschwindigkeit zeigen.

Claims

Sprühgetrocknetes Stärkehydrolysat-Agglomeratprodukt, dadurch gekennzeichnet, dass das Stärkehydrolysat die folgenden Eigenschaften aufweist: – ein Dextroseäquivalent (DE) zwischen 5 und 35; – einen Feuchtegehalt von < 6 Gew.-%; – eine Schüttdichte zwischen 0,4 und 0,6 g/cm³ in nicht verdichtetem Zustand; – eine Kompressibilität von weniger als 10 %; – eine Teilchengrößenverteilung, bei welcher weniger als 5 Gew.-% größer sind als 500 Mikrometer und weniger als 5 Gew.-% kleiner sind als 53 Mikrometer; – eine durchschnittliche Teilchengröße zwischen 150 und 250 Mikrometer; – eine mechanische Stabilität von > 95 %; – einen statischen Schüttwinkel (SAOR) von weniger als 45°, als Maß für die Fließfähigkeit; und – eine Auflösungsgeschwindigkeit von < 180 Sekunden.
Sprühgetrocknetes Stärkehydrolysat-Agglomeratprodukt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stärkehydrolysat-Agglomeratprodukt die folgenden Eigenschaften aufweist – ein DE zwischen 5 und 35; – einen Feuchtegehalt von < 6 Gew.-%; – eine Schüttdichte zwischen 0,45 und 0,55 g/cm³ in nicht verdichtetem Zustand; – eine Kompressibilität von weniger als 5 %; – eine Teilchengrößenverteilung, bei welcher weniger als 3 Gew.-% größer sind als 500 Mikrometer und weniger als 3 Gew.-% kleiner sind als 53 Mikrometer; – eine durchschnittliche Teilchengröße zwischen 175 und 230 Mikrometer; – eine mechanische Stabilität von > 97 %; – einen SAOR von weniger als 400; und – eine Auflösungsgeschwindigkeit von < 120 Sekunden.
Sprühgetrocknetes Stärkehydrolysat-Agglomeratprodukt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stärkehydrolysat eine Auflösungsgeschwindigkeit von < 90 Sekunden aufweist.
Sprühgetrocknetes Stärkehydrolysat-Agglomeratprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stärkehydrolysat ein DE zwischen 10 und 22 aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines sprühgetrockneten Stärkehydrolysat-Agglomeratproduktes in einem Sprühtrocknungsturm, umfassend das Aufsprühen eines flüssigen Materials auf ein festes Pulvermaterial, wobei das flüssige Material mittels einer oder mehrerer Düsen für zwei Fluide unter Verwendung eines Fluids für die Erwärmung und die Förderung des Materials zerstäubt wird und wobei das agglomerierte, sprühgetrocknete Stärkehydrolysat durch Injizieren des festen Pulvermaterials in den oberen Teil des Trockenturms erzeugt wird, und zwar derart, dass die Bahn des Pulvers das Sprühmuster des zerstäubten flüssigen Materials kreuzt, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Material, das mittels einer oder mehrerer Düsen für zwei Fluide zerstäubt wird, eine Stärkehydrolysatlösung ist und diese Stärkehydrolysatlösung unter Verwendung von Dampf als dem Fluid zerstäubt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärkehydrolysatlösung eine Konzentration von 50–75 % der Trockensubstanz aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärkehydrolysatlösung eine Konzentration von 65–75 % der Trockensubstanz aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Dampfes 7 bis 15 bar beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Gewichtsverhältnis des Dampfes zu der Stärkehydrolysatlösung innerhalb des Bereichs von 0,05 bis 0,4 liegt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis des Dampfes zu der Stärkehydrolysatlösung innerhalb des Bereichs von 0,1 bis 0,3 liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Srühturm eingeleitete Heizluft eine Temperatur zwischen 160 und 300 °C aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Sprühturm eingeleitete Heizluft eine Temperatur zwischen 180 und 250 °C aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass am Boden des Sprühturms Luft abgeführt wird, welche eine Temperatur zwischen 80 und 125 °C aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die austretende Luft eine Temperatur zwischen 90 und 120 °C aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des festen Pulvers zu der Stärkehydrolysatlösung zwischen 0,6 und 1,1, auf Trockengewichtsbasis, beträgt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem festen Pulver und der Stärkehydrolysatlösung zwischen 0,8 und 1,0, auf Trockengewichtsbasis, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das trockene Pulver ein Stärkehydrolysatpulver ist.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Stärkehydrolysatpulver eine sprühgetrocknete Form der Stärkehydrolysatlösung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die agglomerierten sprühgetrockneten Stärkehydrolysatpartikel in eine Wirbelschicht eingebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein sprühgetrocknetes Stärkehydrolysat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 erhalten wird.