DE1809786B2

DE1809786B2 - Verfahren zur Herstellung von Natriumalginat mit verbesserter Dispergierbarkeit in Wasser

Info

Publication number: DE1809786B2
Application number: DE1809786A
Authority: DE
Inventors: Syed M. Dr. Burbank Calif. Husaini (V.St.A.)
Original assignee: Adolph's Food Products Manufacturing Co Burbank Calif (vsta)
Current assignee: Adolph's Food Products Manufacturing Co Burbank Calif (vsta)
Priority date: 1968-11-19
Filing date: 1968-11-19
Publication date: 1980-03-06
Also published as: DE1809786A1

Description

Unter der Bezeichnung »Algin« versteht man bekanntlich in Wasser dispergierbare Derivate der Alginsäure, einem aus gewöhnlichen, braunen Seealgen gewonnenen Polymannuronat.

Das am meisten verwendete Algin ist das Natriumalginat, das Natriumsalz der Alginsäure. Es wird handelsüblich in Pulverform hergestellt. Unabhängig von der Korngröße des Produktes ist zur Dispersion in kaltem Wasser Rühren von bestimmter Zeitdauer erforderlich. Das Natriumalginat löst sich schließlich im Wasser zu einer kolloidalen Lösung, doch quellen die einzelnen Natriumalginatieilchen vor ihrer Auflösung und neigen zur Klumpenbildung. Die sich daraus ergebende Zeitdauer bis zur vollständigen Lösung kann durch Erhitzen oder durch Rühren oder durch beides zugleich etwas verkürzt werden.

Für viele Verwendungszwecke von Alginen ist jedoch Erhitzen oder Rühren nicht durchführbar, z. B. wenn ein Algin enthaltendes Präparat periodisch oder auch gelegentlich in Wasser angemacht wird. Dazu gehören Geleespeisen zum Haushaltsgebrauch und Zahnabdruckmassen, die in kleinen Chargen hintereinander in Wasser angemacht werden müssen.

Wie bereits erwähnt, sind handelsübliche Algine im allgemeinen nicht sofort und schnell in kaltem Wasser löslich. In einigen besonderen Fällen ist es möglich, dem Algin eine zerkleinerte, wasserlösliche Substanz, z. B. Zucker, zuzumischen, wodurch bei der Zugabe von Wasser zu der Mischung die einzelnen Teilchen auseinandergehalten werden und der Lösungsvorgang in gewissem Maße erleichtert wird. Aber auch damit ist das Problem nicht vollständig gelöst. Ebenso muß mehr gerührt werden als wünschenswert ist.

Oft ist es nicht zulässig, sich der teilweise günstigen Wirkungen des Zumischens von körnigem Zucker oder ähnlichem zu bedienen. Ein Beispiel dafür ist die Verwendung von Alginpräparaten zur Herstellung von Diätgeleespeisen, bei denen mit Saccharin oder mit Natriumcyclamat gesüßt wird und die Verwendung von Zucker nicht zulässig ist. In solchen Fällen ist die Auflösung ein besonders schwieriges Problem.

Aufgabe der Hrfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur herstellung eines zerkleinerten Natriumalginats, das die vorstehend geschilderten unerwünschten Eigenschaften nicht besitzt und das bei Raumtemperatur unter einem Minimum an Rühren schnell und leicht in Wasser dispergierbar und löslich ist.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von Natriumalginat mit verbesserter Wasserdispergierbarkeit, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Natriumalginat in einer Mischvorrichtung >n Bewegung hält und dabei mit Wasser, gegebenenfalls unter Zusatz üblicher Substanzen für spezielle Verwendungszwecke, versetzt und das Bewegen so lange fortführt, bis das Natriumalginat homogene Körner bildet, und gegebenenfalls anschließend die Körner bei Temperaturen von 45 bis 60° C trocknet und das getrocknete Natriumaiginat gegebenenfalls zu einem Pulver vermahlt.

Die Erfindung kann auf jedes zermahlene oder auf

andere Weise zerkleinerte Natriumalginat angewendet werden, wozu alle Produkte mit den eingeführten Handelsbezeichnungen »hohe Viskosität«, »mittlere Viskosität«, und »niedere Viskosität« gehören.

Im allgemeinen wird das Natriumalginat, z. B. in Pulverform mit einer Teilchengröße von ungefähr 0,10 mm (100 Mikron), in eine geeignete Umwälzoder Mischvorrichtung gebracht und gleichzeitig mit dem Bewegen mit Wasser oder Wasserdampf oder beiden zusammen behandelt. Die Aufgabe des Bewegens besteht sowohl darin, dem Wasser oder dem Dampf einen gleichmäßigen Zutritt zum Natriumalginat zu ermöglichen, als auch darin, im Natriumalginat· eine erstaunliche und völlig unvorhersehbare Strukturumwandlung, die im folgenden noch näher beschrieben wird, hervorzurufen.

Alle bekannten Mischer und Mischtrommeln, die gewöhnlich zum Vermischen von trockenen Pulvern und von tiocknenen körnigen Materialien dienen, können im Verfahren der Erfindung verwendet werden. Eine geeignete Vorrichtung besteht aus einer rotierenden, zylindrischen Trommel mit im Innern angebrachten Schaufeln, so daß das Material bis zum oberen Ende der Trommel gehoben wird und dann durch das Innere auf den Boden fällt. Portlandzementmischer sind technisch geeignet; sie gewährleisten das erwünschte freie Fallen oder »Umwälzen«. Eine besonders geeignete Anlage besteht aus zwei im 90° Winkel miteinander verbundenen Hohlzylindcrn von kreisförmigem Querschnitt. Die Vorrichtung wird so gedreht, daß die Achsen der Zylinder mit der horizontalen Drehachse einen 45° Winkel einschließen. Ein typischer »Doppelflügek-Mischer dieser Art ist auf Seite 305 des Buches »Chemical Engineering Techniques«, Lauer und Hickman, New York, 1952, wiedergegeben.

Der gleichzeitige Umwälz- und Hydratationsvorgang wird so lange weitergeführt, bis das gemäß der Erfindung behandelte Natriumalginat pro 100 kg Anfangsgewicht eine Wassermenge zwischen etwa 3 kg und 500 kg aufgenommen hat. Es wurde gefunden, daß die günstigste Menge bei ungefähr 200 kg Wasser pro 100 kg Natriumalginat liegt.

Die Verfahrensdauer hängt unter anderem ab von der Geschwindigkeit, mit der der Dampf oder das Wasser wahrend des Umwälzvorgangs dem Mischer zugeführt wird, und von der verwendeten Dampfmenge. In bestimmten Fällen, in denen das Mengenverhältnis zwei Teile Wasser /u einem Teil Natriumalginat ist, genügt eine Umwälz- und Wasserzutrittszeit

von ca. 15 Minuten. Wird Dampf verwendet, ist der Vorgang kürzer, z. B. drei bis vier Minuten. Allgemein wird festgestellt, daß bei niedrigen Mengenverhältnissen von ca. 3 bis 50 kg Wasser auf 100 kg Natriumalginat am besten Dampf, bei höheren Mengenverhältnissen, einschließlich dem Optimum von 200:100, am besten Wasser geeignet ist; hierbei kann bei Raumtemperatur gearbeitet werden. Heißes Wasser kann ebenfalls verwendet werden, bringt jedoch gegenüber kaltem Wasser praktisch keinen Vorteil.

Es wurde überraschenderweise gefunden, daß gerade bei dieser Behandlung und sogar bei der genannten maximalen Wassermenge das Natriumalginat sich beim Entleeren aus dem Mischer wie ein loses, körniges Material verhält. Das Quellvolumen ist beträchtlich, was natürlich bei der Beschickung des Mischers mit jeder einzelnen Charge berücksichtigt werden muß. Ungefähr V₂ bis ²Z₃ kg Natriumalginat pro Liter Fassungsvermögen des Mischers bei einem Mengenverhältnis von Wasser zu Natriumalginat von 2:1 erweisen sich als geeignet.

Das Verfahren der Erfindung kann auch kontinuierlich durchgeführt werden. In diesem Fall ist es notwendig, einen für ein kontinuierliches Verfahren geeigneten Mischer zu verwenden. Geeignete Vorrichtungen sind im Handel erhältlich. Ein solcher Mischer besteht im wesentlichen aus einer Mehrzahl von Ende an Ende miteinander verbundenen, in Reihe angeordneten »Doppelflügel«-Zylinder, die als Ganzes um eine horizontale Achse rotieren.

Bei Verwendung von Dampf wird dieser vom Natriumalginat in Form von Wasser aufgenommen. Daher versteht sich auch, daß man das Verfahren der Erfindung, das vorstehend mit flüssigem Wasser beschrieben wurde, besonders bei niedrigeren Mengenverhältnissen von Wasser zu Natriumalginat unter Verwendung von Wasserdampf ausführen kann.

Die durch die beschriebene Behandlung hervorgerufene makroskopische Veränderung besteht darin, daß das Natriumalginat zu Körnern zusammengeballt wird, die von annähernd gleicher Größe, aber von sehr unregelmäßiger Oberfläche sind und im allgemeinen einen Durchmesser von ungefähr 2 bis S mm haben.

Das in dieser Verfahrensstufe anfallende Material könnte direkt in dieser Form verwendet werden, aber die Körner enthalten noch das zugesetzte Wasser, so daß eine sofortige Verwendung in der vorgesehenen, endgültigen, wäßrigen Lösung notwendig wäre, um einen mikrobiologischen Verderb zu verhindern. Zur Herstellung eines haltbaren Produktes wird das wasserhaltige Natriumalginat in irgendeinem üblichen und geeigneten Trockner, wie einem Etagentrockner, oder einer Trockentrommel getrocknet.

Vorzugsweise wird das Natriumalginat ungefähr auf seinen Anfangsfeuchtigkeitsgehalt zurückgebracht, der üblicherweise bei 3 bis 8 Gew.-% Wasser liegt.

Das getrocknete Produkt kann nach Wunsch in einer Hammer- oder Walzenmühle bis zu jeder gewünschten Teilchengröße vermahlt werden. Besonders gute Ergebnisse erhäli man mit Produkten einer Teilchengröße von 0,125 mm und insbesondere, wenn alle Teilchen kleiner als 0,18 mm und größer als 0,10 mm sind.

Es steht nicht fest, worauf die beachtlichen Veränderungen in den Hydratationseigenschaften des Na-Iriumalginats beim Verfahren der Erfindung zurückzuführen sind. Auf jeden Fall ist die physikalische Struktur vollkommen verändert. Eine Prüfung unter dem Mikroskop ergibt, daß handelsübliche Algine aus einer Mischung aus pulvrigen und etwas faserigen Teilchen bestehen, und eine Prüfung unter starker Vergrößerung zeigt eine relativ undurchsichtige Struktur. Nach Behandlung mit Wasser und Umwälzen gemäß dem Verfahren der Erfindung zeigen die Körner ein Aussehen, das zerstückeltem Bernstein gleicht; sie sind ziemlich durchscheinend und die einzelnen Teilchen, die man beim ursprünglichen Natriumalginat beobachten konnte, sind vollkommen verschwunden.

Man sollte erwarten, daß dichte, relativ homogene, durchscheinende Teilchen langsamer hydratisieren, aber erstaunlicherweise ist dies nicht der Fall. Möglicherweise findet beim Verfahren der Erfindung eine gewisse Anfangshydratation statt, so daß die Körner, obwohl sie verhältnismäßig groß sind, sehr leicht in Lösung gehen. Man kann nach dem Verfahren der Erfindung ein Natriumaiginat herstellen, dessen Körner anschließend vermahlt werden, so daß es dieselbe Teilchengröße wie das Ausgangsmaterial aufweist, aber in kaltem Wasser sich bei irgendwelchen bestimmten Schüttel- oder Rührbedingungen um ein Vielfaches schneller als das Ausgangsmaterial löst.

Ein bestimmter Fall wird unter Beispiel 1 im folgenden aufgeführt.

Für viele Anwendungszwecke werden dem erfindungsgemäß hergestellten Alginprodukt noch andere Substanr.en einverleibt, so daß Produkte für beson-

3t) dere Verwendungszwecke entstehen, wie z. B. Nahrungsmittel, Zahnabdruckmassen, Klebstoffe oder Leime. Nach dem Verfahren der Erfindung können zugleich mit der Wasseraufnahme beim Umwälzverfahren einer oder mehrere Zusätze zugegeben wer-

n den. So können bei der Herstellung eines Nahrungsmittels Färb- oder Aromastoffe oder beides zugesetzt werden, wobei diese sehr gleichmäßig und homogen in dem Alginprodukt verteilt werden. Wenn z. B. Stoffe wie Natriumhexametaphosphat oder Saccharin

4» verwendet werden, werden sie, besonders wenn sie wasserlöslich sind, vorzugsweise auf dieser Stufe zugesetzt.

Beispiel I

4^r> Handelsübliches Natriumalginat mit einer Korngröße von ungefähr 0, K) mm und einer Viskosität von 400 Ccntipose in 1 %iger wäßriger Lösung (deshalb als Algin von mittlerer Viskosität bezeichnet), wird in einen 30 Liter fassenden Doppelflügel-Mischer der

in vorstehend beschriebenen Art gefüllt. 3 kg Algin werden eingebracht. Das Gerät wird in Umdrehung versetzt und in einem Zeitraum von 10 Minuten werden 6 Liter Wasser zugegeben. Nach der Wasserzugabe wird weitere fünf Minuten umgewälzt, was eine Ge-

Yi samtzeit von 15 Minuten ergibt. Dann wird der Mischer geöffnet und das behandelte Algin ausgekippt. Es fließt leicht und hat ein körniges Aussehen. Das Produkt wird dann in einem Laboratoriumsetagentrockner bei 45 bis 55° C über Nacht bis auf einen

ho Feuchtigkeitsgehalt von ungefähr 4% getrocknet, was ungefähr dem des Ausgangsmaterials entspricht. Es wird dann in einer Laboratoriumshammerinühle zu einer Korngröße unter 0,18 mm und über 0,10 mm vermahlt.

hi Um die erreichte vergrößerte Dispergierbarkeit zu zeigen, wurden Versuche durchgeführt, bei denen je 250 g einer Mischung von Wasser mit dem nach dem beschriebenen Verfahren erhaltenen, getrockneten

und vermahlten Produkt von drei verschiedenen Konzentrationen in ein 600 ml fassendes Becherglas gefüllt und mit einem Laboratoriumspropellermixer mit 700 Umdrehungen pro Minute bei einer Raumtemperatur von 24° C gerührt wurden. Die zur vollständigen Lösung des Algins nötigen Zeilen wurden für Algin vor und nach der Behandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren festgehalten und sind in der Tabelle angeführt:

Tabelle

Gew.-%	Zeit in Minuten Lösung	für vollständige
Natriumalgiiiat in Wasser	Produkt nach Beispiel 1	Unbehandeltes Ausgangsmaterial
0,5 1,0 1,5	2,5 4,0 5,0	10,0 15,5 17,0

Bestandteil

Natriumalginat aus Beispiel 1 2,50 g

Tricalciumphosphat 0,42 g

Natriumhexametaphosphat 1,60 g

Adipinsäure 2,60 g

Saccharin 0,04 g

Natriumcyclamat
Kirscharoma
Rote Speisefarbe

Beispiel 2

Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wird wiederholt, mit der Ausnahme, daß in dem Wasser, bevor es in den Mischer gefüllt wird, 750 g Natriumhexametaphosphat gelöst werden. Es wird ein körniges Produkt erhalten. Das entstehende Alginprodukt enthält also mit dem Natriumhexametaphosphat einen Neutralisator gegen hartes Wasser.

Beispiel 3

Ein in kaltem Wasser lösliches Nachtischdiätgelee, das keinen Zucker enthält, wird nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren aus dem Alginprodukt erhalten. Die folgende Tabelle enthält die Bestandteile und deren Gewichtsanteile für einen Nachtisch, der mit einem halben Liter Wasser angemacht wird.

Für 500 ecm Wasser 0,42 g
0,65 g
0,02 g

8,25 g

Wenn 8,25 g der angegebenen Zusammensetzung in einen halben Liter Wasser in einer Küchenschüssel mit einem Löffel eingerührt wurden, erhält man nach 15minütigem Rühren eine klare, blaßrote Lösung; nach weiteren 15 Minuten Stehen bildet sich ein festes, schmackhaftes Gelee.

Beispiel 4

Das in Beispiel 3 beschriebene Verfahren wird wicderholt mit der Ausnahme, daß Natriumalginat aus Beispiel 2 verwendet wird und nur 0,9 g Natriumhexametaphosphat zu der trockenen Mischung gegeben werden, da der Rest schon im Natriumalginat enthalten ist. Beim Anmachen in kaltem Wasser erhält man ein Gelee, das mit dem in Beispiel 3 beschriebenen identisch ist.

Beispiel 5

Verschiedene Präparate werden durch trockenes Vermischen von 1 Teil des pulverförmigen Natriumalginats aus Beispiel 1 mit anderen unten aufgeführten Substanzen hergestellt. Die erhaltenen Verbindungen sind alle dazu gedacht, daß sie bei Gebrauch mit Wasser vermischt werden. Alle Präparate lassen sich bereitwilliger, schneller und klumpenfreier mit Wasser vermischen als Vergleichsproben, die das ursprüngliche, handelsübliche Algin enthalten.

(A) 3 Teile Quebrachoextrakt und 1 Teil Bentonit ergeben ein Präparat, das die Bildung von Kesselstein verhindert.

(B) 4 Teile vorgelierte Weizenstärke und 1 Teil Polyvinylalkohol ergeben einen Tapetenklebstoff mit verringertem Eindringungsvermögen in das Papier.

(C) 0,033 Teile wasserfreies Natriumcarbonat, 10 Teile pulverförmiger Asbest und 0.50 Teile wasserfreies Calciumsulfat ergeben eine Form- und Abdruckmasse.

(D) 1 Teil Harnstoff ergibt ein Bodenbehandlungsmittel.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Natriumalginat mit verbesserter Wasserdispergierbarkeit, dadurch gekennzeichnet, daß man das Natriumalginal in einer Mischvorrichtung in Bewegung hält und dabei mit Wasser, gegebenenfalls unter Zusatz üDlicher Substanzen für spezielle Verwendungszwecke, versetzt und das Bewegen so lange fortführt, bis das Natriumalginat homogene Körner bildet, und gegebenenfalls anschließend die Körner bei Temperaturen von 45 bis 60° C trocknet und das getrocknete Natriumalginat gegebenenfalls zu einem Pulver vermahlt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man pro 100 kg Natriumalginat eine Wassermenge von ungefähr 3 kg bis 500 kg zusetzt.