CN101802017B

CN101802017B - 改性淀粉的方法

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Publication number: CN101802017B
Application number: CN2008801082745A
Authority: CN
Inventors: M·C·F·伯克曼斯; S·J·J·德邦; A·M·G·费尔比斯特; J·R·P·瓦勒康
Original assignee: Cargill Inc
Current assignee: Cargill Inc
Priority date: 2007-07-26
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2028-07-24
Also published as: CN102558370B; CN102558370A; BRPI0813628A2; CA2694522C; CN101802017A; BRPI0813628B1; EP2173774B1; US20100159101A1; EP2173774A1; WO2009013346A1; JP2010534466A; CA2694522A1; US9187573B2; JP5247801B2

Abstract

本发明公开了一种改性淀粉的方法，所述方法包括使非预凝胶化淀粉和/或面粉经受过热蒸汽处理，其中所述过热蒸汽处理在反应器的反应室中进行，所述反应室具有至少一个入口和至少一个出口，其中在所述反应室的入口处过热蒸汽的温度在150-650℃范围内、优选250-550℃、更优选350-450℃，且其中在所述反应室的出口处过热蒸汽的温度在105-155℃范围内、优选115-140℃、更优选115-125℃。本发明还涉及所获得的淀粉及包含所述淀粉的婴儿食品、幼儿食品、沙司、汤、布丁、调料、烘焙奶油、肉汤和饮料。还公开了一种用于用过热蒸汽处理热敏物质的喷雾干燥器，所述喷雾干燥器包含反应室，所述反应室具有至少一个入口以向所述室中引入过热蒸汽的流、至少一个出口以允许反应室内容物离开和喷嘴以向过热蒸汽的流的路径中产生液滴的喷雾，所述液滴的喷雾自含所述热敏物质的液体形成，其中所述反应室适应在在使用中使进入反应室的过热蒸汽的流在室中均匀分布并以与反应室的内壁基本平行的方向流动。

Description

改性淀粉的方法

技术领域

本发明涉及一种通过使非预凝胶化淀粉经受过热蒸汽处理而改性淀粉的方法。本发明还涉及预凝胶化淀粉产物以及一种使用过热蒸汽改性热敏物质的喷雾干燥装置。

发明背景

当淀粉被预煮后，其即可用来增稠冷食。预煮淀粉被称为预凝胶化或速食淀粉。否则淀粉需要加热来增稠或“凝胶化”。在过量的水中使淀粉凝胶化的实际温度取决于淀粉的类型。预凝胶化淀粉特别广泛地用于方便食品(如速食汤、速食沙司、速食肉汁、速溶饮料、沙拉酱等)、乳制品(如速食布丁等)、烘焙食品(如蛋糕粉、烘焙奶油等)及速食婴幼儿食品中。

术语“凝胶化”或“蒸煮”淀粉指已失去其偏振十字且其可已或可未失去其粒状结构的溶胀颗粒。预凝胶化淀粉的制备通常采用的热方法包括滚筒干燥、挤出、在醇/水体系中高温加热及喷雾蒸煮/干燥。预凝胶化淀粉的物理性质特别是在冷水中的可润湿性、可分散性和峰值粘度取决于使淀粉预凝胶化所用的方法。

滚筒干燥和喷雾蒸煮/干燥淀粉是市场上使用最广泛的预凝胶化淀粉。这些淀粉通常比相应的粒状淀粉在凝胶化时具有较低的增稠能力和较低的胶凝趋势。增稠和胶凝能力的损失与水合粒状结构的部分破坏有关。滚筒干燥淀粉的增稠能力通常比喷雾蒸煮/干燥淀粉的低。从热力学角度来看，滚筒干燥和喷雾蒸煮/干燥这两种普通方法也不是很节能的。因此需要在冷液体中具有高增稠能力并可经由比滚筒干燥和喷雾蒸煮/干燥更节能的方法生产的淀粉。本发明的方法提供了这样的淀粉。

过热蒸汽作为干燥介质是一种新兴的技术，尚较不为人所知。荷兰阿珀尔多伦TNO(应用科学研究组织)环境、能源和过程创新研究所已开展了一项关于此干燥技术的研究，给出了报告R 2004/239“Industrial superheated steam drying(工业过热蒸汽干燥)”。

Frydman，A在论文“Caractérisation expérimentale et modélisationd’un procédéde séchage par pulverisation dans la vapeur d’eausurchauffée”，ENSIA，1998中提到淀粉可通过过热蒸汽处理来预凝胶化。

JP61-280244公开了在温度105-350℃之间的过热蒸汽存在下及低于9kg/cm²的表压下热处理淀粉，处理时间少于5分钟。

本发明的方法提供了具有新的且优于常规预凝胶化淀粉的功能性的淀粉产品。

发明概述

本发明涉及一种改性淀粉的方法。所述方法包括使非预凝胶化淀粉和/或面粉在反应器的反应室中经受过热蒸汽处理，其中所述反应室具有至少一个入口和至少一个出口。在反应器的反应室入口处过热蒸汽的温度在150-650℃范围内，优选250-550℃，更优选350-450℃，在反应器的反应室出口处过热蒸汽的温度在105-155℃范围内，优选115-140℃，更优选115-125℃。

反应器优选选自喷雾干燥器、流化床干燥器、急骤干燥器、气流干燥器、带式干燥器、转鼓式干燥器、混合干燥器、环式干燥器、如WO 2005/047340中公开的反应器(后文中称“涡轮反应器”)、如EP 0710 670中公开的反应器(后文中称“涡轮反应器”)及其组合。

本发明还涉及可按本发明的方法获得的淀粉。特别地，其涉及一种预凝胶化淀粉，25℃下在UDMSO(9体积DMSO，1体积6M尿素)中浓度为8mg/ml时所述预凝胶化淀粉的表观粘度与相应母体非预凝胶化淀粉的表观粘度的比率在1s^-1下至少为1.05、优选在1s^-1下至少为1.10、更优选在1s^-1下为约1.15。更特别地，本发明涉及一种低直链淀粉型淀粉以及含直链淀粉的淀粉，所述淀粉在30℃下在6％重量的水分散体中的标准化储能模量G′/(c/c^*)至少为80Pa、优选至少100Pa、更优选至少120Pa。

此外，本发明还涉及本发明的淀粉在食品、饲料、化妆品和药物应用中的用途。

附图简述

图1给出了由按本发明处理的低直链淀粉型玉米淀粉(SHS样品)和常规喷雾蒸煮/干燥和滚筒干燥的低直链淀粉型玉米淀粉制得的6％的水分散体间表观粘度(mPa.s)与剪切速率(s^-1)的函数关系的比较。对于所有三种样品，起始材料为相同的低直链淀粉型玉米淀粉(C*Gel04201，Cargill)。

图2给出了由按本发明处理的低直链淀粉型玉米淀粉(SHS样品)和常规喷雾蒸煮/干燥和滚筒干燥的低直链淀粉型玉米淀粉制得的6％的水分散体间储能模量G’(Pa)与施加的应变(％)的函数关系的比较。对于所有三种样品，起始材料为相同的低直链淀粉型玉米淀粉(C*Gel04201，Cargill)。

图3、4和5为可用于本发明的喷雾干燥器中的反应室的不同实施方案的部分图示。

发明详述

本发明中的术语“过热蒸汽”指加热至高于其对应压力下的沸点的温度的蒸汽(＝气态水)。其不能与水接触存在，也不含水，而类似于理想气体。其也被称为过热(surcharged)蒸汽、无水蒸汽和高过热气体。

本上下文中的术语“反应器”指适于用过热蒸汽处理非预凝胶化淀粉的任何反应器。

本上下文中的“反应室”为反应器内非预凝胶化淀粉与过热蒸汽间发生反应的地方。术语“反应室”不限于室的形式，而可例如呈管的形式，只要所述“反应室”具有至少一个入口和至少一个出口即可。

本文中用到的术语“连续反应器”意在与间歇型反应器相区分。

非预凝胶化淀粉可源自任何天然源，其中所述天然指所述淀粉能在大自然中找到的事实。除非明确加以区分，否则本说明书中提及淀粉时意在包括其相应的面粉，所述面粉仍含蛋白质如面筋(后文中称“淀粉”)。淀粉的典型来源有谷类、块茎、根、豆类、水果淀粉和混合型淀粉。适宜的来源包括但不限于玉米、豌豆、马铃薯、甘薯、高粱、香蕉、大麦、小麦、稻子、西米、苋菜、木薯、竹芋、美人蕉及其低直链淀粉(含不超过约10％重量的直链淀粉，优选不超过5％)或高直链淀粉(含至少约40％重量的直链淀粉)品种。同样适宜的有源自通过育种技术获得的植物的淀粉，所述育种技术包括杂交、易位、倒位、转化或引入其变异的任何其他基因或染色体工程方法。此外，源自上述种属(generic composition)通过人工突变和变异培育的植物的淀粉在本文中也适用，所述培育的植物可通过已知一般性的的诱变育种方法获得。改性意在包括化学改性和物理改性。化学改性意在包括但不限于乙酰化淀粉、羟乙基化和羟丙基化淀粉、无机酯化淀粉、阳离子淀粉、阴离子淀粉、氧化淀粉、两性离子淀粉、被酶改性的淀粉及其组合，只要淀粉未预凝胶化即可。物理改性淀粉如例如EP专利1038882中公开的热抑制淀粉也可适用于本文中。在本发明的方法的一个优选实施方案中，待处理的淀粉为低直链淀粉型淀粉。更优选所述低直链淀粉型淀粉为低直链淀粉型玉米淀粉。作为替代方案的优选实施方案为马铃薯淀粉、木薯淀粉、n-OSA(正-辛烯基琥珀酸酐)低直链淀粉型淀粉。应理解，任何上面提到的非预凝胶化淀粉和/或面粉的混合物也在本发明的范围内。

根据本发明的方法，非预凝胶化淀粉在反应器的反应室中用过热蒸汽处理。反应器的反应室入口和出口处过热蒸汽的温度是关键性的。反应室入口处过热蒸汽的温度在150-650℃范围内，优选250-550℃，更优选350-450℃，反应室出口处的温度在105-155℃范围内，优选115-140℃，更优选115-125℃。所述方法进行时反应室入口处过热蒸汽的温度取200、205、210或230℃，将获得更令人瞩目的结果。

通常，非预凝胶化淀粉将呈淀粉水浆的形式，pH为2-11，优选2-10.5，更优选2-10，甚至更优选2-9，还更优选3-8，最优选4-8。

将过热蒸汽注入反应室中，从而取代反应室中存在的空气或其他气体，或如果所述方法在封闭系统中进行，则空气或其他气体将从整个系统中移除。通常，在非预凝胶化淀粉与过热蒸汽反应前用过热蒸汽吹扫反应器直至空气或其他气体已被置换。反应室中没有空气存在时，本发明的方法将不会发生爆炸。应理解，根据反应器的类型和反应室的大小，过热蒸汽进入反应室的进口速度需要调节为使反应室出口处的过热蒸汽温度落在上面给出的温度范围内。进入反应室的淀粉以胶状悬浮体(浆、饼、粉)的形式分散。如果淀粉以水浆形式进入反应室，则所述淀粉水浆的温度应充分低于所述淀粉的凝胶化温度。淀粉浆的固含量优选为1-40％重量，更优选介于10-35％之间，甚至更优选为20-35％。

当进料淀粉浆的固含量为17.8％时，出料粉的体积平均直径至少为30μm。当进料淀粉浆的固含量增至26.7％时，离开反应器的粉的体积平均直径至少为50μm。当所述方法中进给的进料浆中含35.6％的干固体时，出料粉的体积平均直径至少为60μm。

原则上任何反应器均适于进行本发明所述的方法，只要过热蒸汽均匀分布即可。特别地，反应器可以是间歇式或连续式的。适合的反应器类型在荷兰阿珀尔多伦TNO环境、能源和过程创新研究所的报告R 2004/239“Industrial superheated steam drying(工业过热蒸汽干燥)”中有综述。特别适合的反应器为连续反应器，其选自喷雾干燥器、流化床干燥器、急骤干燥器、气流干燥器、带式干燥器、转鼓式干燥器、混合干燥器、环式干燥器、如WO 2005/047340中公开的反应器(后文中称“涡轮反应器”)、如EP 0 710 670中公开的反应器(后文中称“涡轮反应器”)及其组合。

这些不同类型的干燥装置按不同的原理运行。下面对这些原理加以简要描述：

流化床原理：

固体颗粒床因上升气流而流化，从而实现热质交换。

气力输送器如急骤/环式干燥器原理：

产品在高速气体作用下气力输送经过管道，从而实现热质交换。

入口产品经例如注射器/粉碎机、箱笼式破碎机分散在气流中。

产品在旋风分离器或过滤器中与气体分离。

此外，对于环式干燥器原理，分级器将控制部分产品的停留时间/再循环。

直热式滚筒原理：

产品通过转管传送，转管配备了阻挡气流的挡板，从而实现热质交换。

产品的停留时间/输送由管的斜度控制。

喷雾干燥器原理：

产物在较大的通常垂直的筒形室中经雾化器如加压喷嘴、多流体喷嘴或旋转雾化器喷射入并向或对向气流中，

气流的流动可控制停留时间，

传热和传质通过气体与分散的液滴的直接接触实现，

产品在旋风分离器或过滤器中与气体分离。

优选本发明中使用的干燥器能在“闭合回路过热蒸汽”下工作以使干燥过程中的能量效率最大化(即以回收利用蒸发潜热)。本发明中使用的任何干燥器通常能在高至500,000Pa(5barg)的加压条件下工作。

涡轮原理：

通过柱形装置的产品由装配有叶片的转轴以机械方式传送，从而控制产品的停留时间/输送。

通过混合固体来保证表面的更新、良好的热质交换。

根据WO2005/047340的涡轮反应器为具有管状优选柱形体的反应器，所述管状或柱形体内布置了转轴，所述转轴上布置了一个或多个叶片，且其中淀粉和气体以相反的方向引入反应器中。根据EP 0710 670的涡轮反应器为包含具有水平轴的柱形管状体的反应器，所述柱形管状体中有供反应剂进入的入口和最终产品的出口及装有叶片支持旋转的转子。在本发明的一个优选的实施方案中，连续式反应器为喷雾干燥器、环式干燥器、流化床干燥器、涡轮反应器，更优选喷雾干燥器。本领域技术人员将非常理解，为适应本发明的方法，反应器需要调节为使用过热蒸汽。应理解，本发明的方法可在不同的压力条件下进行，即过压下、大气压力下和负压下。所有这些方法条件均在本发明的范围内。优选所述方法在大气压力下进行。

本发明还涉及可实现用过热蒸汽处理淀粉的装置。如果过热蒸汽的流均匀分布并确实降低发生高度湍动的相互作用的风险，则可如上所述使用常规装置如喷雾干燥器、流化床干燥器、急骤干燥器、气流干燥器、带式干燥器、转鼓式干燥器、混合干燥器、环式干燥器、如WO 2005/047340中公开的反应器(后文中称“涡轮反应器”)、如EP 0710 670中公开的反应器(后文中称“涡轮反应器”)及其组合来实施本发明的方法。但本发明还提供了一种喷雾干燥器，其中可进行热敏物质如选自糖类、蛋白质类和脂类的材料如非预凝胶化淀粉或面粉的过热蒸汽处理。本发明的喷雾干燥器包含反应室，所述反应室具有至少一个入口以向所述室中引入过热蒸汽的流、至少一个出口以允许反应室内容物离开和喷嘴以向过热蒸汽的流的路径中产生液滴的喷雾，所述液滴的喷雾自含热敏物质的液体形成，其中所述反应室适应在使用时使进入反应室的过热蒸汽的流在室中优选至少所述室的五分之一长度上均匀分布并以与反应室的内壁基本平行的方向流动。优选的装置为其设计可实现过热蒸汽的流在至干燥器的至少1/5长度的反应器第一部分中均匀分布以便所述流大体平行于干燥器的壁的喷雾干燥器。在反应室中入口处或附近提供了针对过热蒸汽的措施以确保过热蒸汽的流在反应室内均匀分布并与反应室的壁平行或基本平行地流动。

本发明的发明人已意外地发现，通过按本发明的方法用过热蒸汽处理非预凝胶化淀粉，所获得的淀粉在6％浓度下的冷水粘度和储能模量G’比按已知的滚筒干燥和喷雾蒸煮/干燥方法制得的预凝胶化淀粉要高得多。储能模量G’和粘度用来自德国Anton Paar Physica的MCR300流变仪测定，该流变仪装配了称为淀粉池的圆筒测量系统和轴ST24(也来自Anton Paar Physica)。关于储能模量和粘度的更多信息一般可在The Rheology Handbook，Metzger，T.G.(Vincentz Verlag，Hannover，Germany)中找到。

根据本发明的方法特别适合处理低直链淀粉型淀粉，更特别是含直链淀粉的淀粉。按本发明的方法获得的低直链淀粉型玉米淀粉的特征在于30℃下所述淀粉的6％重量的水分散体的标准化储能模量G’/(c/c^*)至少为80Pa，优选至少100Pa，更优选至少120Pa。这些值出乎意料地远高于经由常规滚筒干燥和喷雾蒸煮/干燥方法获得的低直链淀粉型玉米淀粉所获得的值。根据本发明的低直链淀粉型玉米淀粉的6％的水分散体在30℃下的瞬时粘度(instant viscosity)也比常规预凝胶化的低直链淀粉型玉米淀粉提高很多。如图1中所示。此外，图2中给出了不同淀粉的储能模量值(G’)的比较。实施例1-2-3-4中给出了标准化储能模量值G’/(c/c^*)间的比较。

由于其瞬时粘度高增长，故按本发明的方法制备的淀粉适用于食品中、饲料中、化妆品和药物应用中许多不同的应用中。特别地，其适于制备方便食品、乳制品、烘焙食品及片剂。包含按本发明的方法制备的淀粉的沙司、汤、肉汤、布丁、调料、烘焙奶油和饮料在瞬时粘度增长和可分散性方面表现出改进的性能，特别地，在冷液体中的布氏粘度远高于采用其他淀粉时。按本发明的方法制备的淀粉特别适于用在婴幼儿食品中。在婴幼儿食品应用中，所有成分的微生物载量(微生物的量)均低是至关紧要的。按本发明的方法处理淀粉时的高温确保了没有哪种微生物污染物能经受得住该过热蒸汽处理。此外，封闭方法即在其中淀粉或面粉在从过热蒸汽处理到所得产品的包装的任何时间均不暴露于环境的系统中进行的方法确保了产品不会被污染。因此，本发明的淀粉可直接用在婴幼儿食品中而无需任何额外处理。还发现，用按本发明的方法获得的淀粉制得的汤通常比使用常规预凝胶化淀粉的汤具有更好的可分散性和更高的布氏粘度。当与脂肪和干料混合时，按本发明的方法获得的淀粉表现出特别高的粘度增长。干料包括但不限于蔬菜、肉、面包屑、香料、药草、谷氨酸钠等。此外，用按本发明的方法获得的淀粉制得的布丁除具有较高的布氏粘度外通常还具有优异的质构。

如上所述，本发明还提供了一种喷雾干燥器，可在其中对热敏物质如选自糖类、蛋白质类和脂类的材料如非预凝胶化淀粉或面粉进行过热蒸汽处理。本发明的喷雾干燥器包含反应室，所述反应室具有至少一个入口以向所述室中引入过热蒸汽的流、至少一个出口以允许反应室内容物离开和喷嘴以向过热蒸汽的流的路径中产生液滴的喷雾，所述液滴的喷雾自含热敏物质的液体形成，其中所述反应室适应在使用时使进入反应室的过热蒸汽的流在室中优选至少所述室的五分之一长度上均匀分布并以与反应室的内壁基本平行的方向流动。优选的装置为其设计可实现过热蒸汽的流在至干燥器的至少1/5长度的反应器第一部分中均匀分布以便所述流大体平行于干燥器的内壁的喷雾干燥器。在反应室中入口处或附近提供了针对过热蒸汽的措施以确保过热蒸汽的流在反应室内均匀分布并与反应室的内壁平行或基本平行地流动。根据一个优选的实施方案，本发明的喷雾干燥器包含截锥形构件，所述截锥形构件位于反应室内过热蒸汽入口处或附近，其较窄的端在室中最上面并与反应室内壁隔开距离而在截锥形构件与室内壁间限定一个环形通道以供过热蒸汽流动。通过这种方法，截锥形构件起到挡板的作用而使过热蒸汽的流动向着室内壁偏转。过热蒸汽因此将邻近室内壁以大体平行于内壁的方向流动。这种流动路径将减轻或防止反应室中的湍流。反应室中提供的喷嘴与含热敏物质的待在室中经受过热蒸汽处理的液体进料相连。所述液体进料通常为热敏物质的水溶液或水浆并通常在压力下例如通过泵从盛放容器向喷嘴供给。喷雾干燥装置中常用的任何类型的喷嘴如加压喷嘴、多流体喷嘴或旋转雾化器均可用在本发明中。所述干燥器通常能在高达500,000Pa(5barg)的加压条件下工作。反应室优选具有圆形截面。其可为圆筒形，即具有恒定的直径。或者，其可在室的一端含截锥形部分，喷嘴和过热蒸汽的流的入口提供在反应室截锥形部分的顶部。优选所述喷雾干燥器还包含穿孔构件，所述穿孔构件位于反应室内过热蒸汽的入口处或附近并与过热蒸汽的流动垂直或基本垂直。所述穿孔构件具有多个过热蒸汽可通过的穿孔并通常可为穿孔板、网格或筛。根据一个实施方案，穿孔构件位于反应室内截锥形构件的上游。或者，穿孔构件位于截锥形构件的下游或可位于毗邻截锥形构件的上游围缘或下游围缘的位置处。穿孔构件可被固定或以其他方式保持在反应室内适当的位置以便其基本与反应室中过热蒸汽的流动方向交叉。通常，喷嘴应位于过热蒸汽入口附近。如果室中存在穿孔构件，则喷嘴应位于穿孔构件的下游。优选喷嘴同心地位于截锥形构件内以优化含热敏物质的喷雾在进入反应室时与过热蒸汽的流的接触程度以及最大限度地减轻或防止过热蒸汽的流内的任何湍流。

更优选待在本发明的喷雾干燥器中用过热蒸汽的流处理的热敏物质通常选自糖类、脂类和蛋白质类。糖类的实例包括单糖、寡糖、多糖和还原糖。脂类的实例包括脂肪、油和氢化脂肪。蛋白质类的实例包括蛋白质、肽和氨基酸。根据一个优选的实施方案，热敏物质为非预凝胶化淀粉或面粉。

更优选本发明涉及这样的特定的喷雾干燥器，其中过热蒸汽的流在雾化器附近的速度等于或低于15m/s、优选低于10m/s、最优选低于2m/s。这种构造类型以及其他替代物可通过适宜地布置气密良好的筛取得，基于筛表面而言，所述筛含高达至少40％、优选至少50％、更优选至少70％的开放表面(多个孔)，和/或这种构造类型可与允许过热蒸汽的流在装置的第一部分处准均匀(quasi even or quasihomogeneous)分布的圆锥形结构结合。

当进料淀粉浆的固含量为17.8％时，出料粉的体积平均直径至少为30μm。当进料淀粉浆的固含量增至26.7％时，离开反应器的粉的体积平均直径至少为50μm。当进给方法的进料浆中含35.6％的干固体时，出料粉的体积平均直径至少为60μm。

下面结合附图详细描述根据本发明的喷雾干燥器的三个不同的实施方案，在附图中，图3为根据本发明的一个优选实施方案的反应室上游端的示意性横截面图；

图4为根据本发明的另一实施方案的反应室上游端的示意性横截面图；和

图5为根据本发明的再一实施方案的反应室上游端的示意性横截面图。

在附图中，相同的附图标记具有相同的含义并因此只解释一次。图3中所示反应室上游端具有室壁1，室壁1具有圆筒形颈部分2、截锥形部分3和圆筒形主体部分4。室壁的颈部分2与提供过热蒸汽入口6的头5相连。在使用中，入口6与过热蒸汽源(未示出)相连。具有多个穿孔的圆形穿孔板7安装在反应室的颈部分内并毗邻部分2靠近头5的内壁。板7的下游为截锥形构件8，截锥形构件8具有上游围缘12和下游围缘13，与部分2/3的内壁隔开距离以致其与所述内壁一起限定一个环形通道9。在使用中，截锥形构件8起到挡板的作用而引导经由入口6进入的部分过热蒸汽的流通过通道9以便其以大体平行于内壁的方向流进邻近室内壁的反应室。因构件8而发生的过热蒸汽流动的偏转结果使过热蒸汽均匀分布。

颈部分中提供有入口10以向反应室中引入热敏物质。入口10的喷嘴11在穿孔板7的下游并在截锥形构件8内以便在使用中喷嘴11喷出的含热敏物质的液滴与非湍流的过热蒸汽的流接触。喷雾干燥方法产生的经过热蒸汽处理的材料的固体颗粒在反应室的底部(未示出)收集。

图4中示出了另一备选实施方案。在图4中，头5与反应室的截锥形部分3的顶部相连。截锥形构件8位于反应室中部分3内部以致部分3与构件8的壁平行。圆形穿孔板7位于构件8的下游端，板7的边缘毗邻构件8的围缘13。在使用中，过热蒸汽的流进入入口6。部分所述流经由板7中的穿孔流经反应室。部分流入的过热蒸汽被偏转而通过环形通道9沿室内壁附近的路径以室内壁的方向流进反应室的主体中。入口10位于构件8的上游围缘12内并穿过板7以便喷嘴11在板7下游。

图5中示出了一个不同的实施方案。在图5中，反应室1为圆筒形，室端的中心部分与头5开放连通，头5提供了过热蒸汽入口6。穿孔板7位于圆筒形室的上游端附近。在室内壁附近，板7的边缘具有裙部以形成截锥形构件8。所述裙部和室内壁一起在壁附近限定一个环形通道9。位于头内的入口10的喷嘴11在板7的下游。

除上面提到的优势外，本发明的方法还具有更节能、防爆的优势且方法过程中失去的香味可潜在地恢复。由于过热蒸汽与淀粉颗粒的热交换比常规方法好及具有再循环过热蒸汽的可能性，故本发明的方法更节能。

下面的实施例将说明本发明。实施例中使用了如图3中所示并在上文中描述的喷雾干燥器。

实施例1

将18.5％重量(以干基计)的低直链淀粉型玉米淀粉(C*Gel 04201，Cargill)于25℃下浆化。在开始过热蒸汽处理前，将反应室中充满流率为400m³/小时的过热蒸汽连续流。反应室入口处过热蒸汽的温度为400℃，反应室出口处温度为130℃。淀粉浆以约44升/小时的流率通过Spraying Systems SK 77/21型喷雾嘴被泵到反应室。测得淀粉浆的流动入口压力为110000hPa。然后在反应室底部收集干燥的过热蒸汽处理后的淀粉。对该样品进行流变学实验。

淀粉水糊的流变学实验：

试验在来自德国Anton Paar Physica的MCR300流变仪上进行，该流变仪装配了称为淀粉池的圆筒测量系统和轴ST24(也来自AntonPaar Physica)。先用IR测湿含量天平(Sartorius MA30)在130℃下测定淀粉含湿量，测定进行20分钟，然后制备淀粉糊。在600ml烧杯中称取已知量的淀粉(参见表1)并用50g乙二醇润湿。向淀粉中加入400g缓冲溶液(0.02M醋酸盐缓冲溶液，pH5.5)并用大匙充分混合1分钟。然后让糊于室温静置1小时再进行测定。

表1

淀粉浓度	淀粉重量(g，以干基计)	乙二醇(g)	pH5.5的0.02M醋酸盐缓冲溶液(g)
				6％	28.9	50	400

旋转试验：

粘度对剪切速率(s^-1)的函数关系测定在30℃下按如下程序进行。

-第一时间间隔为10分钟：不记录

-第二时间间隔为587.9秒(9.8分钟)：记录数据点：

-150个测量点

-剪切速率0.1-100s^-1

该旋转试验的结果在图1中给出并与已按常规方法即滚筒干燥(C*Gel-Instant 12410，Cargill)和喷雾蒸煮/干燥(C*HiForm A 12791，Cargill)预凝胶化的相同低直链淀粉型玉米淀粉所获得的结果加以了比较。粘度(mPa.s)和剪切速率(s^-1)二者均以对数尺度给出。

振动试验：

储能模量G’(Pa)对应变(％)的函数关系测定在30℃下按如下程序进行。

-第一时间间隔为10分钟：不记录

-第二时间间隔为600秒(10分钟)：记录数据点：

-300个测量点

-应变0.1-100％log

-频率1Hz

振动试验的结果在图2中给出并与已按常规方法即滚筒干燥(C*Gel-Instant 12410，Cargill)和喷雾蒸煮/干燥(C*HiForm A 12791，Cargill)预凝胶化的相同低直链淀粉型玉米淀粉所获得的结果加以了比较。储能模量G’(Pa)和应变(％)二者均以对数尺度给出。

淀粉溶胀和可溶物程度的测定

标准化粘度和标准化储能模量的定义

溶胀系数

淀粉溶胀的程度在30℃下用[Tester and Morrison(1990).谷类淀粉的溶胀和凝胶化(Swelling and Gelatinization of Cereal Starches).I.Effects of Amylopectin，Amylose，and Lipids.Cereal Chemistry vol.67，n°6，p.551-557]的直接法测定(100mg淀粉)。

5mL 0.02M醋酸盐缓冲溶液的加入用正位移移液器在剧烈的旋涡搅拌下进行以确保无结块的淀粉水合。

离心在3,000g下进行10分钟(而不是1,500g下5分钟)。

此30℃下的溶胀系数是一维的(adimensional)。

溶胀体积及密堆积浓度c^*

用[Steeneken(1989).Rheological Properties of AqueousSuspensions of Swollen Starch Granules(溶胀淀粉颗粒的水悬浮体的流变学性质).Carbohydrate Polymers vol.11，p.23-41]的方法将溶胀系数换算成溶胀体积q(mL/g)和密堆积浓度c^*(g/mL)，其中c^*＝1/q。

w/w％到w/v％的换算中假定30℃下

0.02M醋酸盐缓冲溶液的密度d＝0.997g/mL

乙二醇(99.0％，据GC)的密度d＝1.113g/mL

预凝胶化淀粉的密度d＝1.4g/mL

标准化粘度和标准化储能模量

如Steeneken(1989)所述，粘度和储能模量可表达为(溶胀淀粉颗粒)体积分数c/c^*＝cq的函数。

η/(c/c^*)为标准化粘度

G’/(c/c^*)为标准化储能模量

30℃下的可溶物即α-葡聚糖可提取物

在600ml烧杯中称取已知量的淀粉(参见表4)并用50g乙二醇润湿。向淀粉中加入400g缓冲溶液(0.02M醋酸盐缓冲溶液，pH5.5)并用大匙充分混合1分钟。然后将糊于30℃下搅拌(磁力搅拌，200min^-1)30分钟。

表1

淀粉浓度	淀粉重量(g，以干基计)	乙二醇(g)	pH5.5的0.02M醋酸盐缓冲溶液(g)
				1％	4.5	50	400

淀粉的可溶性程度自淀粉悬浮体(于3,000g下离心10分钟后)的上清液的滤液(通过0.45μm)测定。该滤液用淀粉葡萄糖苷酶水解，所得葡萄糖如[Karkalas(1985).An Improved Enzymic Method for theDetermination of Native and Modified Starch(测定天然或改性淀粉的改进的酶法).J.Sci.Food Agric.vol.36p.1019-1027]所述用葡萄糖氧化酶-过氧化物酶-色原定量。

所有数据均为30℃下在pH5.5的0.02M醋酸盐缓冲溶液中的数据

在UDMSO中的溶液的性质

将本发明的入口淀粉(煮制，即非预凝胶化)和出口淀粉(SHS，即预凝胶化)于室温下在UDMSO(9体积DMSO+1体积6M尿素)中溶解48小时：800mg无水淀粉+100mL UDMSO。

溶液的表观粘度在来自德国Anton Paar Physica的MCR301流变仪上测定，该流变仪装配了共轴圆筒双隙测量系统(DG 26.7)和Peltier温度装置(H-PTD200)。粘度对剪切速率(s^-1)的函数关系测定在25℃下按如下程序进行。

-第一时间间隔为5分钟：不记录

-第二时间间隔为1,650秒(27.5分钟)：记录数据点：

-30个测量点，变积分时间(100-10s)

-剪切速率1-100s^-1

当存在不可溶的非α-葡聚糖物质(如面粉中的蛋白质)时，建议在测定上清液的表观粘度前让溶液静置(1g，过夜)或离心(1,000g，10分钟)。

UDMSO中的淀粉(～8mg/mL)	1s^-1剪切速率下的表观粘度η(mPa.s)	表观粘度比率η(出口)/η(入口)
			蜡质玉米C*Gel 04201(入口)SHS预凝胶化(出口)	50.291.3	1.82

实施例2

将17.8％重量(以干基计)的马铃薯淀粉(C*Gel 30002，Cargill)于18℃下浆化。在开始过热蒸汽处理前，将反应室中充满流率为300m³/小时的过热蒸汽连续流。反应室入口处过热蒸汽的温度为400℃，反应室出口处温度为120℃。淀粉浆以约(30)升/小时的流率通过Spraying Systems SK 77/21型喷雾嘴被泵到反应室。测得淀粉浆的流动入口压力为(110000)hPa。然后在反应室底部收集干燥的过热蒸汽处理后的淀粉。对该样品进行流变学实验。

所有数据均为30℃下在pH5.5的0.02M醋酸盐缓冲溶液中的数据

预凝胶化马铃薯淀粉

SHS

颗粒完整性(光学显微术)	颗粒完好无损
		溶胀系数(-)	15.4
溶胀体积q(mL/g无水淀粉)	11.7
		密堆积浓度c^*(g无水淀粉/mL)	0.085
c＝6％时的G’(Pa)(0.062g无水淀粉/mL)	209.1
		标准化G’/(c/c^*)(Pa)	287
c＝6％时的质构	光滑且短
		可溶物(w％无水淀粉)	10.8

实施例3

将17.8％重量(以干基计)的木薯淀粉(C*Gel 70001，Cargill)于18℃下浆化。在开始过热蒸汽处理前，将反应室中充满流率为300m³/小时的过热蒸汽连续流。反应室入口处过热蒸汽的温度为300℃，反应室出口处温度为120℃。淀粉浆以约30升/小时的流率通过SprayingSystems SK 77/21型喷雾嘴被泵到反应室。测得淀粉浆的流动入口压力为15000hPa。然后在反应室底部收集干燥的过热蒸汽处理后的淀粉。对该样品进行流变学实验。

所有数据均为30℃下在pH5.5的0.02M醋酸盐缓冲溶液中的数据

UDMSO中的淀粉(～8mg/mL)	1s^-1剪切速率下的表观粘度η(mPa.s)	表观粘度比率η(出口)/η(入口)
			木薯C*Gel 70001(入口)SHS预凝胶化(出口)	46.276.8	1.66

实施例4

将17.8％重量(以干基计)的n-OSA低直链淀粉型玉米淀粉(C*EmTex 06369，Cargill)于18℃下浆化。在开始过热蒸汽处理前，将反应室中充满流率为300m³/小时的过热蒸汽连续流。反应室入口处过热蒸汽的温度为400℃，反应室出口处温度为120℃。淀粉浆以约30升/小时的流率通过Spraying Systems SK 77/21型喷雾嘴被泵到反应室。测得淀粉浆的流动入口压力为110000hPa。然后在反应室底部收集干燥的过热蒸汽处理后的淀粉。对该样品进行流变学实验。

UDMSO中的淀粉(～8mg/mL)	1s^-1剪切速率下的表观粘度η(mPa.s)	表观粘度比率η(出口)/η(入口)
			nOSA取代的蜡质玉米淀粉C*Tex 06369(入口)SHS预凝胶化(出口)	125173	1.38

实施例5

用来自实施例1的按本发明的方法获得的淀粉(SHS样品)、来自Cargill的C*Gel-Instant 12410(滚筒干燥)或来自Cargill的C*HiFormA 12791(喷雾蒸煮/干燥)制备汤。汤制剂的配方如下：

-13.25克干混合汤料(无淀粉/水解胶体)

-6.25克淀粉(95％重量，以干基计)

-250ml水(85℃)

-搅拌约1分钟

测定三种不同的汤的布氏粘度，结果示于表2中。布氏粘度在DVII型布氏粘度计上于75℃下用转子1和100rpm的剪切速率测定。

表2

淀粉	布氏粘度(mPa.s)	可分散性
			SHS样品	241	无结块，易于分散
C*Gel-Instant 12410(Cargill)	15.4	有一些结块
			C*HiForm A 12791(Cargill)	123	有一些结块

发现按本发明获得的样品比其他样品具有高得多的粘度和改进的可分散性。

实施例6

用来自实施例1的按本发明的方法获得的淀粉(SHS样品)、来自Cargill的C*Gel-Instant 12410(滚筒干燥)或来自Cargill的C*HiFormA 12791(喷雾蒸煮/干燥)制备速食巧克力布丁。制备速食巧克力布丁的配方如下：

-31.5克蔗糖

-15.8克脱脂奶粉

-3.15克可可

-12.6克淀粉

向上面的混合物中加入250ml水(20℃)。用厨房搅拌器混合1.5分钟，然后倒入杯子中。杯子在冰箱(温度8℃)中放置60分钟。之后在与实施例2中相同的粘度计上(用转子3和20rpm的剪切速率)测定布氏粘度并比较不同速食巧克力布丁的质构。结果示于表3中。

表3

淀粉	布氏粘度(mPa.s)	质构
			SHS样品	3680	好
C*Gel-Instant 12410(Cargill)	840	太稀
			C*HiForm A 12791(Cargill)	760	太稀

发现按本发明获得的样品比其他样品具有高得多的粘度和改进的质构。

实施例7

配方

	试验1
		根据实施例1的SHS淀粉	99.25％
硬脂酸镁	0.5％
		Aerosil	0.25％

压片装置

装置为来自Krosch的三冲头旋转压机。用500g粉来制备所需的片剂。

片剂的规格为：表面为圆形并平整，面积1cm²，重量：350mg+/-5％，直径：11.35mm。

转速为40rpm。

生产过程中未观察到任何问题：未发生材料粘着，粉的流动性好，推片力小。

含湿量测定

用红外天平进行分析。所用温度为105℃，达到平衡5分钟后加入1g样品。

	按实施例1制备的SHS处理的天然低直链淀粉型玉米淀粉
		含湿量(％)	11.1

淀粉的含湿量足够低而可预期在压片性方面没有问题。

硬度

硬度的测定用来自Erweka的“Multicheck 5”装置进行。采用标准评价程序并计算10个测定的平均值。

在10、20和30kN的压力下取得样品并测定硬度。获得了良好的压片性而无帽化(capping)和分层。用SHS处理的天然低直链淀粉型玉米淀粉(按实施例1制备)制得的片剂与商品规格相比良好。试验过程中流动性、产品粘性和推片力方面均无问题。

Claims

1.一种改性淀粉的方法，所述方法包括：

使非预凝胶化淀粉和/或面粉经受过热蒸汽处理，其中所述过热蒸汽处理在反应器的反应室中进行，所述反应室具有至少一个入口和至少一个出口；其中在所述反应室的入口处过热蒸汽的温度在250-550℃范围内；其中在所述反应室的出口处过热蒸汽的温度在115-155℃范围内。

2.根据权利要求1的方法，其中分散体中的非预凝胶化淀粉和/或面粉与过热蒸汽的流接触，所述过热蒸汽的流在雾化器附近的速度等于或低于15m/s。

3.根据权利要求1的方法，其中所述反应器为喷雾干燥器。

4.根据权利要求3的方法，其中所述喷雾干燥器装配有加压喷嘴、双流体喷嘴或旋转雾化器，其中所述加压喷嘴允许高至110000hPa(110巴)压力的喷雾。

5.根据权利要求1的方法，其中所述非预凝胶化淀粉浆的固含量为20-40％。

6.一种通过权利要求1所述的方法得到的预凝胶化淀粉，25℃下在9体积DMSO和1体积6M尿素形成的UDMSO中浓度为8mg/ml时所述预凝胶化淀粉的表观粘度与相应母体非预凝胶化淀粉的表观粘度的比率在1s^-1下至少为1.05，且其中于30℃下所述淀粉的6％重量的水分散体的标准化储能模量G’/(c/c*)至少为80Pa，其中c/c*是溶胀淀粉颗粒的体积分数，c*是g/mL为单位的密堆积浓度，G’是储能模量。

7.根据权利要求6的预凝胶化淀粉，其特征在于所述预凝胶化淀粉的可溶物低于15％。

8.根据权利要求6的预凝胶化淀粉，其特征在于所述预凝胶化淀粉为颗粒。

9.一种包含根据权利要求6的淀粉及其他食品成分的食品，所述食品选自婴儿食品、幼儿食品、沙司、肉汤、调料、烘焙奶油和饮料。

10.一种包含根据权利要求7的淀粉及其他食品成分的食品，所述食品选自婴儿食品、幼儿食品、沙司、肉汤、调料、烘焙奶油和饮料。

11.一种包含根据权利要求8的淀粉及其他食品成分的食品，所述食品选自婴儿食品、幼儿食品、沙司、肉汤、调料、烘焙奶油和饮料。

12.一种包含根据权利要求6的淀粉及其他汤成分的汤。

13.一种包含根据权利要求6的淀粉及其他布丁成分的布丁。

14.一种包含根据权利要求6的淀粉及其他片剂成分的片剂。