DE2159315A1 - Verfahren und vorrichtung zur staerkeverfluessigung - Google Patents

Description

Dr. F. Zündstein sen. - Dr. E. Assmann

Dr.iLKoenigsbern&r . Dipl. Phys. R. Holz. : 137

Dr. F. £-i.!:-äi-äin jun.

Patentanwälte

8 München 2, Bräuhausstrcße 4/III

ROQUETTE FRERES 3687-71

Verfahren und Vorrichtung zur Stärkeverflüssigung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine

Vorrichtung, zur kontinuierlichen Verflüssigung natürlicher oder chemisch modifizierter Stärke, insbesondere zur Herstellung von Stärkekleistern von grosser Beständigkeit und schwachem Reduktionsvermögen.

Ein Verfahren zur kontinuierlichen Stärkeverflüssigung ist bereits bekannt.

Nach diesem Verfahren, das im französischen Patent No, 1 391 011 vom 27. Dezember 1963 beschrieben ist, werden folgende Verfahrensschritte kontinuierlich ausgeführt:

- Zubereitung einer auf ungefähr 50°C vorgewärmten Stärkerailch mit einem pH-Wert zwischen 5 und 7, die einerseits vorzugsweise 30 - 50% Trockensubstanz und andererseits ein zur Verflüssigung dienendes Enzym, zum Beispiel ßt~Amylase, enthält,

- Zuführung dieser Stärkemilch zu einem Reaktiv onsraum, in welchem sie auf eine Temperatur gebracht wird bei der das Aufbersten der eingesetzten Stärke erreicht wird,und in dem sie innerhalb eines von der angestrebten Viskosität und von

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der Zusammensetzung der Stärkemilch abhängigen Zeitraumes verweilt.

Dieses bekannte Verfahren führt zu durchaus zufriedenstellenden Ergebnissen, gestattet jedoch nicht, Starkekleister mit einem Gehalt an Trockensubstanz von mehr als etwa 50 % herzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, mittels derer Stärkekleister hergestellt werden können, deren Gehalt an Trockensubstanz die Grössenordnung von 70% erreicht.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren erreicht, das dadurch gekennzeichnet ist, dass körnige Stärke, gegebenfalls nach Anfeuchten in einem wässrigen Medium bei einem pH-wert zwischen etwa 4,5 und etwa 8 unter Rühren und in Gegenwart einer enzymatisch wirkenden Substanz einer Temperaturerhöhung ausgesetzt wird, deren Intensität und Einwirkungsdauer ausreichend sind um ein Aufbersten der Stärkekörner zu bewirken.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet

- durch einen, mit den zur kontinuierlichen und

kontrollierten Zuführung der körnigen Stärke _t des Wassers, der . Enzymsubstanz und aller gegebenenfalls nötigen Zuzätze erforderlichen Mitteln ausgerüsteten Reaktionsraum und

- durch Mittel, die geeignet sind, die Entaktivierung der Enzymsubstanz beim Verlassen des Reaktionsraumes zu gewährleisten.

Ausser den vorerwähnten Anordnungen umfasst die Erfindung noch andere, vorzugsweise gleichzeitig anzuwendende Massnahmen, die weiter unten ausführlich, beschrieben werden. ' Sie wird durch die nachfolgenden Ausführungen......

und die beigefugte Zeichnung, die zur weiteren Erläuterung und zur Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dienen, in ergänzender Weise verdeutlicht.

Die zu verwendende Stärke kann aus naturlichen, aus chemisch modifizierten oder aus dextrinierten Stärkesorten bestehen. Derartige Stärkesorten werden zum Beispiel aus Reis, Mais, Weizen, Wächsmais, Sorgho öder verschiedenen Knollpf 1 anzen gewönnenv¹ · -''^ ·■'''-' '■'""■■ - '' - ^:v- "^l - ■ - "" . - ■ ■ ·

Bei den chemisch modifizierten Stärken handelt 63

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sich beispielsweise um Ester (gewonnen beispielsweise durch Acetylierung mit Essigsäureanhydrid oder Vinylacetat), um Äther (gewonnen beispielsweise durch Alkylation, Kationisation oder Vernetzung), oder um Oxide (gewonnen durch alkalische oder saure Oxidation), Verflüssigte Stärken (durch Behandlung mit Säuren oder Alkalien) sind ebenfalls anwendbar. Selbstverständlich können auch modifizierte Stärken eingesetzt werden, die durch eine Kombination" niehrerer der oben aufgeführten Verfahren gewonnen wurden.

Die kornige Stärke wird, gegebenenfalls nach

leichtem Anfeuchten,wobei sie als Kuchen anfällt, in einem wässerigen Medium bei einem pH-Wert von etwa 4,5 bis etwa 8, unter Rühren und in Gegenwart einer enzymatisch wirkenden Substanz, einer Temperaturerhöhung ausgesetzt, deren Intensität und Ein* Wirkungsdauer ausreichend sind um ein Aufbersten der StärkekÖr^ \ ner zu bewirken.

Die körnige Stärke kann praktisch trocken sein ■ und einen Feuchtigkeitsgehalt von nahezu 0% aufweisen. Sie ist dann pulverförmig. ·

Ihr Feuchtigkeitsgehalt kann aber auch der natürliche Feuchtigkeitsgehalt der zum Einsatz gebrachten Stärke sein.

Schliesslich kann auch Stärke mit einem Feuchtigkeitsgehalt von ungefähr 20 bis 50% verwandt werden, das heisst mit dem Feuchtigkeitsgehalt, den sie beim Austritt aus der Schleudermaschine und vor der Trocknung aufweist (im Falle modifizierter Stärken). In diesem Falle neigt das Stärkepulver zum Verklumpen und fällt als Kuchen an. ~ g

Die Korngrösse der eingesetzten Stärke ist nicht kritisch.

Die Stärke kann der Verflüssigung entweder allein, oder nach Zumischung verschiedener, den Verflüssigungsvorgang errleichternder Zusätze unterworfen werden.

Derartige Zusatz umfassen

- Weichmacher, wie zum Beispiel Natriumnitrat, Harnstoff, Dicyandiamid, Glycerin und Sorbit,

- Stabilisatoren, wie zum Beispiel Fettungsmittel wie Stearate, '

- Mittel zur Erhöhung der Viskosität der Stärkekleister, zum Beispiel Borax, Natriummetaborat, Natriumaluminat, Aluminiumsulfat, ,,. _:<

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- Quellungsverzögerer, zum Beispiel Natriumsulfat, Natriumeitrat, Natriumchlorid, Natriumphosphate, und

- Mittel zur Verbesserung der Fliessfähigkeit der Stärkepulver, zum Beispiel kolloidale Kieselsäure·

Die Quellungsverzögerer werden nur in geringen Dosen eingesetzt, sodass sie zwar die Quellung verzögern, aber nicht unterbinden; der prozentuale Anteil der zum Einsatz gebrachten Salze hängt von der gewählten Verflüssigungstemperatur ab.

Es ist auch möglich, die erwähnten Zusätze mit der Stärke erst im Augenblick des Verflüssigungsvorganges zusammenzubringen.

Die genannten Zusätze können im Verhältnis von

bis zu 25 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtstärkemenge, angewandt werden.

Die Enzymsubstanz wird der Stärke im Augenblick

des Verflüssigungsvorganges zugemischt. Sie kann- aus. Bakterien-, Pilz- oder Malz-cC-amylase bestehen.

Die Menge der anzuwendenden Enzymsubstanz errechnet sich aus der Wirksamkeit der Enzymsubstanz, der Viskosität, die der herzustellende Stärkekleister aufweisen soll, und dem für den Stärkekleister vorgesehenen späteren Verwendungszweck. Im allgemeinen ist das Verhältnis der Enzymsubstanz zur eingesetzten Stärke kleiner als 1%.'

Das Zusammenbringen der Stärke mit der Enzymsubstanz erfolgt in der Weise, dass man die Stärke einer Lösung des Enzyms zumischt.

Die Temperatur bei der die Verflüssigung vollzogen wird,hängt von der Natur der eingesetzten Stärke, von der Wärmebeständigkeit und der anteilsmässigen Menge des Enzyms und von der etwaigen Anwesenheit quellverzögernder und leicht quell— behindernder Hilfsmittel ab. Im allgemeinen liegt diese Temperatur zwischen etwa 50 und etwa 98⁰C.

Die Zeitspanne, während derer die Stärke der oben erwähnten Temperatur ausgesetzt ist, hangt ebenfalls von der Natur der Stärke, dem pH-Wert,der Natur der oben erwähnten Zusätze, der Härte.des zum Befeuchten dienenden Wassers und, selbstverständlich, vpn der Höhe der angewandten Temperatur ab. In der Praxis schwankt diese Dauer zwischen etwa 10 und etwa 60 Minuten, sie liegt jedoch meistens zwischen 20 und 3O Minuten.

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Nach Beendigung der Verflüssigung muss die verflüssigte Stärke stabilisiert werden, das heisst, die Enzymsubstanz muss entaktiviert werden, damit ein Fortschreiten des Verflüssigkeitsvorganges und damit unerwünschte Viskositätsanderun-. gen unterbunden werden.

Zu diesem Zweck kann man etweder die verflüssigte Stärke ansäuern, oder ihr Salze zusetzen, die die Enzymtätigkeit unterbinden, oder sie auch einer schroffen, kurzzeitigen Temperaturerhöhung aussetzen.

Beim Ansäuern der Stärke genügt es,den pH-Wert der verflüssigten Stärke bis auf etwa 2,5 herabzusetzen, ihn einige Minuten bei diesem Wert zu halten und ihn dann wieder auf ungefähr 5 bis 6 zurückzuführen.

Beim Zusatz von Salzen, die die Enzymtätigkeit ä hemmen, kann man beispielsweise Kupfersulfat, Zinkchlorid oder Substanzen, die mit Calcium Chelate bilden,wie zum Beispiel Äthyleridiamin-tetra-essigsaures Natrium,zur Anwendung bringen. Die Menge des Inhibitors liegt gewöhnlich in der Grössenordnung von 1 bis 2% bezogen auf das Gewicht der ursprünglich eingesetzten Stärke.

Die Stabilisierung der verflüssigten Stärke durch thermische Hemmung der Enzymsubstanz kann in der Weise erfolgen, dass man die Temperatur auf etwa 100 bis 18O°C bringt, und zwar während eines Zeitraumes, der sich von wenigen Sekunden bis auf einige Minuten erstrecken kann.

Nach der Stabilisierung kann die Stärke in wärmeisolierten Behältern bei Temperaturen von 50 bis 95°C gelagert , und aufbewahrt werden. ™

Zur Ausführung des oben geschilderten Verfahrenskann man eine Anlage benutzen, mit erfirtdungsgemäss

- einem Reaktionsraum 1, der mit den zur kontinuierlichen und kontrollierten Zuführung der körnigen Stärke, des Wassers, der Enzymsubstanz und aller gegebenenfalls nötigen Zusätze erforderlichen Mitteln ausgerüstet ist, und

- Mitteln, die geeignet sind, die Entaktivierung der Enzymsubstanz beim Verlassen des Reaktionsraumes zu gewährleisten.

Zur Beheizung kann man den Reaktionsraum 1 als

doppelwandige Wanne 2 gestalten, zwischen deren Wandungen Wasserdampf eingeleitet wird. Man kann aber auch ein Beheizungssystera wählen, das darin besteht, dass man mittels eines mit Löchern

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versehenen Rohres 3 Dampf in das Reaktionsgemisch einfuhrt. Man kann auch diese beiden Systeme miteinander kombinieren, was der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform entspricht.

Der zur Beheizung benötigte Dampf wird durch eine Rohrleitung 4 zugeführt, welche die Wanne 2 mittels einer Rohrleitung 5 und das mit Löchern versehene Rohr 3 mittels einer Rohrleitung 6 speist.

An der Stelle, an der die Rohrleitung 4 sich in

die Rohrleitungen 5 und 6 verzweigt, ist ein Dreiwege-Magnetventil 7 vorgesehen, das von einer Temperatursonde 8 gesteuert wird, wobei zweckmassigerweise ein Temperaturschreiber 9 zwischen die Sonde 8 und das Ventil 7 eingeschaltet ist.

Hinter dem Magnetventil 7, in Stromrichtung ge-

» sehen, sind in den Rohrleitungen 5 und 6 die von Hand zu betätigenden Ventile 10, beziehungsweise 11, vorgesehen.

Durch das gleichzeitige Vorhandensein von Magnetventil und Ventilen mit Handbetätigung ist es möglich, die Beheizung des Reaktionsraumes 1 sowohl von Hand, als auch automatisch zu regulieren. .

Zur kontinuierlichen Zufuhrung des Stärkepulvers kann man sich einer Dosiervorrichtung 12 bedienen, die von einem Silo 13 gespeist wird. Die Dosiervorrichtung kann aus einer Dosierstrosse, aus einer Dosierschnecke oder aus einem Dosierförderband bestehen, die die Substanzen durch eine Rohrleitung

14 in den Reaktionsraum 1 befördern.

QjI Das zur Verflüssigung der im Reaktionsraum enthaltenen Stärke erforderliche Wasser wird durch eine Rohrleitung

15 eingespeist, die mit einem Ventil 16 und einer Wasseruhr 17 versehen ist.

Zur Einführung der zur Verflüssigung der Stärke nötigen Enzymsubstanz in den Reaktionsraum, kann man sich einer Dosierpumpe 18 bedienen. Diese Pumpe entnimmt die Enzymsubstanz einem Bottich 19, in dem letztere, die durch eine Rohrleitung 20 eingeführt wird, mit dem durch die Rohrleitung 21 zugeführten Wasser mit Hilfe des Rührers 22 verdünnt wird.

Die aus diesem Bottich abgezogene Enzymsubstanz gelangt durch die Rohrleitung 23 in den .Reaktionsraum 1. Die Dosierpumpe 18 kann automatisch gesteuert werden, und zwar ia Abhängigkeit von der Viskosität des im Reaktionsraum 1 befindll-

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chen Stärkekleisters. Zu diesem Zwecke verbindet man die Pumpe mit einem an den Reaktionsraum 1 angeschlossenen Viskosimeter, das in der Zeichnung schematisch dargestellt und mit 24 bezeichnet ist. ·

Es ist zu beachten, dass das Viskosimeter 24 ebenfalls an die Dosiervorrichtung 12 angeschlossen ist. Dadurch wird es also möglich, die Viskosität der im Reaktionsraum 1 befindlichen Stärke zu ändern durch Einwirkung sowohl auf die Menge der Stärke als auch auf die Menge der gleichzeitig in den Reaktionsraum 1 eingeführten Enzymsubstanz.

Zur Konstanthaltung des pH-Wertes des im Reaktionsraum 1 befindlichen Stärkekleisters bei dem gewünschten Werte, kann man im Reaktionsraum 1 einen Eintauch-pH-Messer 25 vorsehen, der mit einer Steuervorrichtung 26 verbunden ist, welche, je nach pH-Wert des Stärkekleisters, das eine oder das andere der beiden ™ Magnetventile 27 und 28 betätigt, die den Zufluss in den Reaktionsraum 1 einer, entweder sauren oder alkalischen, aus den Behälrtern 29, beziehungsweise 30, kommenden Lösung steuern.

Die übrigen Zusätze, deren Anwesenheit in dem im Reaktionsraum 1 enthaltenen Reaktionsgemisch von Nutzen oder von Interesse sein kann, können in fester oder flüssiger Form zugeführt werden. Feste Zusätze können durch eine Rohrleitung 31,die über eine Dosiervorrichtung 32 aus einem Silo 33 gespeist wird, in den Reaktionsraum 1 eingeführt werden; flüssige Zusätze können dagegen durch eine Rohrleitung 34, die aus einem Behälter 35 über eine Dosierpumpe 36 gespeist wird, in den Reaktionsraum eingeführt werden'. ä

Die Dosiervorrichtung 32 und die Dosierpumpe 36 können, wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, automatisch mittels des Viskosimeters 24 gesteuert werden. Die Vorrichtung 32 oder die Pumpe 36 können durch, in der Zeichnung nicht dargestellte Mittel, an die Dosiervorrichtung 12 angeschlossen werden.

Zur Erzielung einer möglichst vollkommenen Mischung der verschiedenen Bestandteile des Stärkekleisters, ist der Reaktionsraum 1 mit wirksamen Rührvorrichtungen ausgestattet, beispielsweise mit einem Mehrbalkehrührer 37.

Die Verweilzeit des Stärkekleisters im Reaktionsraura hängt von den Zuflussgeschwindigkeiten von Stärke, Wasser, verschiedenen etwaigen Zusatzstoffen, Enzymsubstanz und, selbst verständlich, von der Pumpgeschwindigkeit ab.

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Daraus folgt, dass für ein gegebenes Volumen des Reaktionsraumes durch Veränderung der verschiedenen oben genannten Faktoren äusserst verschiedene Verweilzeiten erzielt werden können.

Die Entnahme des so hergestellten Stärkekleisters kann mittels einer volumetrischen Pumpe 38 vorgenommen werden, deren Ab- und Einschaltung von Wasserstandssonden gesteuert werden kann, zum Beispiel von einer, dem Höchststand entsprechenden Sonde 39a und einer, dem Tiefstand entsprechenden Sonde 39b, ■ wobei die Eintauchtiefe der Sonde 39b variierbar ist. Der Höhenunterschied zwischen den beiden so festgelegten Flüssigkeitsspiegeln wird so gewählt, dass das Volumen zwischen den beiden entsprechenden Pegelständen grosser ist, als die Änderung der Fördermenge der volumetrischen Pumpe 38.

Die Pumpe 38 ist mit mehreren, in 40a, 40b und

40c dargestellten Ausflussöffnungen des Reaktionsraumes 1 durch Rohrleitungen verbunden, in denen Ventile 41a, beziehungsweise. 41b und 41c vorgesehen sind.'Sie ist weiterhin über ein Dreiwegeventil mit einer am Boden der Wanne befindlichen Öffnung 43 verbunden, durch die die Entleerung des gesamten, im Reaktionsraum 1 befindlichen Stärkekleisters vorgenommen werden kann und die, wenn das Dreiwegeventil mit dem Abwasserkanal 44 in Verbindung gebracht wird, das Waschen des Reaktionsraumes gestattet.

Die molekulare Verteilung des Stärkekleisters ist

sehr verschiedenartig, je nachdem er aus der einen . oder der anderen der mit den Ventilen 41a, 41b und 41c versehenen Rohrleitungen, deren EintrittsÖffnungen mehr oder weniger' hoch liegen, entnommen wird. So ist zum Beispiel in der im oberen Teil der Wanne entnommenen Stärke der Anteil an grossen Molekülen bedeutender als in weiter unten entnommener Stärke.

Es ist darauf zu achten, dass die dem tiefsten Flüssigkeitsstand entsprechende Sonde 39b so angebracht wird, dass der angezeigte Flüssigkeitsspiegel etwas oberhalb der jeweils in Frage kommenden Abflussrohrleitung liegt, damit ein Eindringen grösserer Mengen Luft in den Stärkekleister vermieden wird.

Die volumetrische Pumpe 38 fördert den Stärkekleister aus dem Reaktionsraum 1 zu den erfindungsgemässen Vorrichtungen der Anlage, in denen die Entaktivierung der Enzymsubstanz erfolgt. Diese Vorrichtungen bestehen, im Falle der in

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der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsform, aus einer Rohrleitung 45 in Form einer Rohrschlange (im vorliegenden Fall Heizschlange), in welcher der aus dem Reaktionsraum 1 Kommende Stärkekleister dem Einfluss eines auf 100 bis 180⁰C erhitzten Wasserdampfstromes ausgesetzt wird, der durch eine Düse 46 in das Leitungsrohr eingeführt wird.

Es ist zweckmässig, vor der Düse 46 in der Rohrleitung* durch die sie mit der Pumpe 38 verbunden ist, eine Klappe 47 zur Vermeidung von Rückfluss und ein Filter 48 vorzusehen. Es ist weiterhin vorteilhaft^ die Dampfdüse 46 mit der oben erwähnten Rohrleitung 4 durch eine Rohrleitung 49 zu verbinden und zu diesem Zweck an der Verbindungsstelle der beiden Rohrleitungen ein Dreiwegeventil 50 vorzusehen.

Am Ende des Heizrohres 45 ist ein von Hand oder λ automatisch regulierbares Gegendruckventil 45a vorgesehen, durch das im Heizrohr 45 ein genügend hoher Druck aufrecht erhalten wird* Am Austritt der Heizschlange 45 ist weiterhin ein Temperaturmessgerät, zum Beispiel ein Thermoelement 45b angebracht, mittels de.ssen die dort herrschende Entaktivierungstemperatur aufgezeichnet und die Dampfzufuhr entweder von Hand oder automatisch reguliert werden kann. Der entaktivierte Stärkekleister kann nunmehr in einen wärmeisolierten Vorratsbehälter 51 überführt werden, der mit einem langsamen Rührer 52 versehen ist.

Zur Entfernung des Dampfes, der in den Stärkekleister zum Zwecke der Entaktivierung eingeblasen wird

kann zwischen dem Ventil 45a und dem Vorratsbehälter 51 eine Vorrichtung 53 nach Art eines Zyklonabscheiders vorgesehen wer- . den. Mit Hilfe einer Wärmesonde 54, die über ein Magnetventil 55 die Dampfzufuhr in ein mit Lochern versehenes Rohr 56 reguliert, das in den, im Vorratsbehälter befindlichen Stärkekleister eintaucht, kann die Temperatur im Innern des Vorratsbehälters auf einem gegebenen Wert gehalten werden. Das Magnetventil 55 ist in einer Rohrleitung 57 für die Zuführung von Wasserdampf angebracht, an die ausserdera zwei Ventile 58 und 59, von denen das letztere das Magnetventil 55 zu umgehen gestattet, angeschlossen sind, die es ermöglichen, die Dampfzu~ fuhr in den Vorratsbehälter von Hand zu regulieren« Es ist weiterhin vorteilhaft, zwischen der Temperatursonde 54 und dem Magnetventil 55 einen Temperaturschreiber 60 vorzusehen»

Die Entnahme des Stärkekleisters aus dem Vor-

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ratsbehälter kann mittels einer, in der Zeichnung schematisch angedeuteten und mit 61' bezeichneten volumetrischen Pumpe erfolgen, die durch eine Rohrleitung 62 an den Boden des Vorrats— behälters angeschlossen ist.

Zur etwaigen Zufuhr von Wasser in den Vorratsbehälter kann eine Rohrleitung 63 mit von Hand zu bedienendem Ventil vorgesehen sein.

In manchen Fällen üben die dem Stärkekleister im Reaktionsraum zugesetzten Hilfsmittel eine mehr oder weniger starke Inhibitionswirkung auf die Enzymsubstanz aus. In solchen Fällen ist es möglich, diese Hilfsmittel dem Reaktionsgemisch nicht im Reaktionsraum, sondern vielmehr erst im Vorratsbehälter 51 zuzusetzen.

Die zur Entaktivierung der Enzyme dienende Heiz- * schlange 45 kann,f statt an einen Vorratsbehälter 51, auch an eine Anlage zur Entwässerung des Stärkekleisters angeschlossen werden. Eine derartige Anlage arbeitet beispielsweise nach dem " Prinzip der Vorgelatinierung, der Atomisierung oder nach ir- . gend einem beliebigen anderen Prinzip. .

Stärkekleister, die durch Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens und der erfindungsgemässen Anlage hergestellt sind, zeichnen sich durch eine besondersartige Verteilung bezüglich der Molekülgrösse der Bestandteile" aus. In Abhängigkeit von den Eigenschaften, wie Trockensubstanz, Viskosität, Beständigkeit, Gehalt an reduzierenden Zuckern und Bindekraft, die der herzustellende Stärkekleister aufweisen soll, kann diese Verteilung beliebig verändert werden.

Der erzielte Entpolymerisierungsgrad ist durch das auf die Trockensubstanz bezogene Dextroseäquivalent gekennzeichnet, das man im allgemeinen mit ED bezeichnet. Das ED kann mittels der Eisencyanid-Methode bestimmt, werden. Bei gleichem ED bieten die, nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Produkte gegenüber den, nach einem diskontinuierlichen Verfahren hergestellten Produkten den schon in dem französischen Patent No. 1 391 011 erwähnten Vorteil, einen grösseren Anteil grosser Moleküle _Zu enthalten. Bei einem kontinuierlichen Verfahren erstreckt sich.dia Verteilung der Molekülgrössen über einen weiten Bereich _i wogegen bei einem diskontinuierlichen Verfahren die Moleküle des erhaltenen Produktes praktisch alle dieselbe Di-

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mension aufweisen. Dieser Unterschied erklärt sich durch den Umstand, dass die Berührungszeiten zwischen Stärke und Enzym im Reaktionsraum nicht die gleichen sind. Im erfindungsgemässen kontinuierlichen Verfahren stellt, in der Tat, die Berührungsseit im Reaktionsraum einen Mittelwert dar, denn, während manche Moleküle die Wanne sehr rasch durchwandern können, also sehr wenig entpolymerisiert werden, können andere eine sehr viel längere Verweilzeit aufweisen und sehr stark entpolymerisiert seih. Im diskontinuierlichen Verfahren dagegen bleiben alle Stärkemoleküle gleichlang mit dem Enzym in Berührung und erfahren infolgedessen dieselbe Entpolymerisierung« Die Fraktion von hohem Molekulargewicht verleiht dem Enzymhydrolysat wertvolle Eigenschaften, zürn Beispiel eine sehr hohe Bindekraft, die es für die Anwendung als Gautschungsbrühe geeignet macht und ein sehr gutes Haftvermögen, welches es für die Herstellung von Leim, Kraftpapier und gummier- ™ tem Papier geeignet macht, und zwar unter Einsatz von Kleistern mit sehr hohem Gehalt von Trockensubstanz. Im Falle des gummier-· ten Kraftpapieres gibt der hohe Gehalt an Trockensubstanz die Möglichkeit, die Geschwindigkeit der Papiermaschine bei der Kraftpapierherstellung und damifcderen Leistung zu erhohen.

Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele, die sich auf die Herstellung eines Produktes für gummiertes Kraftpapier beziehen, erläutern die Erfindung ohne sie zu beschränken.

Beispiel 1

In einer Wanne mit 35 Liter Nutzvolumen, die mit

Direktdampf von 85⁰C beheizt wird, trägt man mittels einer Dosierstrosse, welche im kontinuierlichen Betrieb eine Stundenleistung ä von 50 kg aufweist, durch mit Essigsäureanhydrid veresterte Kartoffelstärke ein. Mit Hilfe einer Pumpe mit einer Förderleistung von 30 Litern pro Stunde setzt man dann Wasser zu sowie eine verdünnte Enzymlösung, deren Gehalt an zur Verflüssigung von Stärke geeignetem Enzym, bezogen auf handelsübliche Stärke, 0,22% beträgt .

Unter Benutzung .einer Entleerungspumpe mit einer

Förderleistung von 70 Litern pro Stunde ist es möglich, mit einer Verweilzeit von 30 Minuten zu arbeiten. Die Entaktivierung erfolgt durch Wärmeeinwirkung bei 170⁰C während eines Zeitraumes von 10 Sekunden. Die Pumpe zur Entleerung des Kleisters arbeitet mit einem Druck von 13 ata; der Druck Inder Rohrleitung zur Heizschlange beträgt 8-10 ata. Die Substanz weist am Ausgang

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einen Gehalt an Trockensubstanz von 54% auf (bestimmt durch Refraktometrie). Ihr Gehalt an reduzierenden Zuckern beträgt 1,5% bezogen auf den Gehalt an Trockensubstanz.

Mit diesem Kleister wurde ein Gummierungstest aus-· geführt. Die gummierten Streifen wurden einer Haftfestigkeitsprüfung unterworfen, die nach der von der FIPAGO (Federation Internationale des papiers gommes) vorgeschlagenen und in dem Bericht der.technischen Kommission der FIPAGO (Juni 1965) unter dem Titel "La methode de la mesure de l^fadhesion de papiers gommes" veröffentlichten Arbeitsvorschrift ausgeführt wurde.

Der Test wurde unter folgenden Bedingungen ausgeführt : . . Anfeuchtungswassermenge - - 18 g/m² Schichtgewicht (poids de couche) 24 g/m² »Open time" 3 Sekunden Gewicht der Aufdruckwalze 500 g. Die Unterlage für die Aufklebung des angefeuchteten Streifens, bestand aus einem "kraft liner" von 160 g/m². In diesem Zusammenhang wird daran erinnert, dass die Haftfestigkeit umso besser ist, je höher der erhaltene Testwert ist.

Die Haftfestigkeit betrug 21 kg/mn für eine -

"closed time" von 0 Sekunden, und das Abreissen der Unterlage erfolgt bei 2 Sekunden.

Diese Resultate sind erheblich besser als die, die mit einer durch Hydrolyse und Veretherung modifizierten Stärke erzielt wurden (17 km/mn, Abreissen bei 3 Sekunden) und übertreffen bei weitem die, die mit derselben Kartoffelstarke nach Hydrolyse in diskontinuierlichem Verfahren erzielt wurden (7 kg/ mn, ohne rasches Abreissen).'
Beispiel 2

In diesem Versuch waren die Verflüssigungswanne und die Förderleistung der volumetrischen Entleerungspumpe dieselben wie im Beispiel 1. Propoxylierte Kartoffelstärke wurde mittels einer Dosierstrosse mit einer Förderleistung von 43 kg/Stunde stetig eingetragen; mittels einer Pumpe mit einer Förderleistung von 30 Liter/Stunde wurde enzymhaltiges Wasser (0,3 prozentig) und mittels einer zweiten Dosierstrosse mit einer Förderleistung von 7 kg/Stunde wurde Natriumnitrat zugeführt. Die Entaktivierung wurde bei·170°C vollzogen, die Berührungszeit.betrug 23 Sekunden.

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Der fertige Kleister enthielt 52% Trockensubstanz (bestimmt durch Refraktometrie). Sein Zuckergehalt betrug 2%, bezogen auf den Gehalt an Trockensubstanz.

Der so erhaltene Kleister weist eine ausserordentlich konstante Viskosität auf (bis zum Auftreten einer Trübung, das heisst bis zum Rückgang (retrogadation) in dessen Verlauf er milchartig wird, vergehen Monate).

Die beiden, nach den Beispielen 1 und 2 hergestellten Kleister sind unmittelbar für gummiertes Kraftpapier verwendbar. Die damit hergestellten Gummierungen weisen ausgezeichnete Kennwerte auf, nämlich eine Haftfestigkeit von 23 kg/mn mit Abreissen für eine "closed time" von 1,5 Sekunden.

Beispiel 3.

Die Versuchsbedingungen waren dieselben wie im

Beispiel 2 mit dem Unterschied, dass dem Vorratsbehälter 0,4% ^ Borax, bezogen auf Trockensubstanz, zugesetzt wurden. In diesem Falle erhält man,bei derselben Viskosität und derselben Temperatur eine refraktometrische Trockensubstanz von 50. Der aus diesem Kleister hergestellte Leim ist sehr haftfest und findet zahlreiche Anwendungen auf dem Gebiet der Gummierung und der Klebstoffe» (contre-collage). Mit diesem Kleister wurde ebenfalls ein Gummierrungsversuch vorgenommen, der folgende Kennwerte ergab :

29 kg/mn für eine "closed time" von O und ein Abreissen bei 1 Sekunde.

Beispiel 4

Mittels einer Dosierstrosse, mit einer Förderlei^

stung von 70 kg/Stunde wurde durch Essigsäureanhydrid veresterte Stärke aus Wachsmais kontinuierlich zugeführt. Mittels einer Pumpe ™ mit einer Förderleistung von 30 Liter/Stunde wurde enzymhaltiges Wasser (der auf die Stärke bezogene Prozentgehalt war in diesem speziellen Fall 1%) und mittels einer zweiten .Dosierstrosse mit einer Förderleistung von llkg/Stunde wurde Natriumnitrat züge» setzt. Die Entaktivierung wurde bei 180⁰C mit einer Kontaktzeit von 10 Sekunden vorgenommen. In diesem besonderen Fall betrug der refraktometrische Trockengehalt 65 Grad. Die mit diesem Leim vorgenommenen Gummierungen weisen für die Haftfestigkeit schwächere Kennwerte auf als die der vorhergehenden Versuche, nämlich: 10 kg/mn für eine "closed time" von 0 Sekunden .und ein Abreissen bei 5 Sekunden.

Bei; dieser besonderen Anwendung ist das Absin'-

*v_s

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ken der Haftfestigkeit auf eine zu starke Entpölymerisierung der Stärke zurückzuführen. Immerhin weist dieser Leim, der sich durch einen hohen Gehalt an Trockensubstanz auszeichnet, eine Abbindegeschwindigkeit auf, die der eines aus Dextrin hergestellten Leimes überlegen ist, und die ihn vor allem für die Etikettierung von Flaschen auf Maschinen mit grosser Geschwindigkeit (20000 Flaschen/Stunde) geeignet macht·

Die erfindungsgemassen Stärkekleister finden

zahlreiche Anwendungsgebiete, für die im folgenden einige Beispiele aufgeführt werden.

Man kann sie mit Pigmenten mischen und so entweder Gautschbrühen oder Brühen für Pressen vom Typ "size press" herstellen. Man kann sie in verdünntem Zustand zum Leimen und Appretieren in der Textilindustrie verwenden. Durch ihren hohen Gehalt an Trockensubstanz, ihren grossen Viskositätsbereich sowie die chemische Modifizierung der Ausgangsstärken und die damit erzielte monatelange Lagerfähigkeit sind diese Kleister zur direk-. ten Verwendung in der Leimindustrie geeignet.

Die erfindungsgemassen Stärkekleister können

weiterhin unmittelbar in den papierverarbeitenden Industrien verwendet werden, zum Beispiel für die Gummierung von Kraftpapier (Klebestreifen und gummiertes Papier), für die Aufklebung auf verschiedene Unterlagen (Papier, Aluminium, Polyvinylchlorid), zum Kleben von Wellpappe usw.

Selbstverständlich können sie auch in allen anderen Industriezweigen Verwendung finden.

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Claims (3)

103 0 ΙΟ'

³⁶⁸⁷-⁷¹

Patentansprüche

I)- Verfahren zur kontinuierlichen Verflüssigung natürlicher oder chemisch modifizierter Stärke, dadurch gekennzeichnet, dass körnige Stärke, gegebenenfalls nach Anfeuchten, in einem wässrigen Medium bei einem pH-Wert zwischen etwa 4,5 und etwa 8 unter Rühren und in Gegenwart einer enzymatisch wirkenden Substanz einer Temperaturerhöhung ausgesetzt wird, deren Intensität und Einwirkungsdauer ausreichend sind um ein Aufber-. sten der Stärkekörner zu bewirken.

2)- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als Ausgangsstoffe eingesetzten körnigen Stärken entweder in Pulverform sind und einen Feuchtigkeitsgehalt von nahezu Null aufweisen, oder einen normalen Feuchtigkeitsgehalt aufweisen, oder auch einen Feuchtigkeitsgehalt von 20 bis 50% aufweisen. M

3)- Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verflüssigung in Gegenwart minder stens eines der folgenden Zusätze aufgeführt wird;

- Weichmacher, wie Natriumnitrat, Harnstoff, Dicyandiamid, Glycerin und Sorbit,

- Stabilisatoren, wie Fettungsmittel vom Stearattypus,

- Mittel zur Erhöhung der Viskosität der Stärkekleister, wie Borax, Natriummetaborat, Na'triumaluminat, Aluminiumsulfat,

- Quellungsverzogerer, wie Natriumsulfat, Natriumeitrat, Natriumchlorid, Natriumphosphate, und

- Mittel zur Verbesserung der Fliessfähigkeit der f Stärkepulver, wie kolloidale Kieselsäure, - . ^

4)- Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Enzymsubstanz aus Bakterien-, Pilzoder Malz-CC-amylase besteht.

5)- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Enzymsubstanz in einer Menge von weniger als 1 Gewichtsprozent, bezogen auf die eingesetzte Stärke, angewandt wird·

6)- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verflüssigung bei einer Temperatur von etwa 50 bis etwa 98⁰C stattfindet und dass die Dauer der Temperatureinwirkung etwa 10 bis etwa 60 Minuten, vorzugsweise 20 30 Minuten beträgt.

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7)- Vorrichtung zur kontinuierlichen Verflüssigung natürlicher oder chemisch modifizierter Stärke, gekennzeichnet

- durch einen, mit den zur kontinuierlichen und " kontrollierten Zuführung der körnigen Stärke, des Wassers, der Enzymsubstanz und aller gegebenenfalls nötigen Zusätze erforderlichen Mitteln ausgerüsteten Reaktionsraum und

- durch Mittel, die geeignet sind, die Entaktivierung der Enzymsubstanz beim Verlassen des Reaktionsraumes zu gewährleisten. - -

8)— Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Mittel, die geeignet sind, die Einführung der körnigen Stärke, des Wassers, der Enzymsubstanz und aller anderen, zur Erzielung der gewünschten Viskosität der verflüssigten Stärke bei ihrem Austritt aus dem Reaktionsraum etwa nötigen Zusätze, zu regulieren»

9)-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Entaktivierung der Ertzymsubstanz aus einer Rohrschlange bestehen, in der der aus dem Reaktionsrauitt kommende Stärkekleister der Einwirkung vcm auf 100 - 180⁰C erhitztem Wasserdampf ausgesetzt wird.

10)-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7,8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rsaktionsraum mit Mitteil ausgerüstet ist, mittels derer der pH-Wert der verflüssigten Stärke kontinuierlich geregelt werden kann.

11)-Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum mit einem bis in die verflüssigte Stärkemasse eintauchenden Viskosimeter ausgerüstet ist.

12)- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 - 11$. dadurch gekennzeichnet,.dass sie mit einem sich an die Entakti« Vierungsvorrichtung anschliessenden wärmeisolierten Vorratsbehälter ausgerüstet ist. .

13)- Stärkekleister, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Trockensubstanz über 50 und bis zu etwa 70% beträgt» . '

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