DE3209228A1

DE3209228A1 - Verfahren zum herstellen eines adhaesionsbindemittels aus modifiziertem pflanzenprotein

Info

Publication number: DE3209228A1
Application number: DE19823209228
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Ralston Purina Co
Current assignee: Nestle Purina PetCare Co
Priority date: 1981-03-16
Filing date: 1982-03-13
Publication date: 1982-11-11
Also published as: BE892517A; CA1162156A; JPH0251471B2; NO820833L; ES8305029A1; DE3209228C2; NO154271B; SE8200513L; FI814177L; NO154271C; IT8247753A0; JPS57153067A; FI70422C; SE446753B; FR2501705A1; IT1154278B; BR8201366A; FI70422B; US4352692A; ES508717A0

Description

Pflanzenproteinmaterialien sind als Adhäsionsbindemittel für pigmenthaltige Streichmassen zum Streichen von Papier bekannt. Die pigment-, haltigen Streichmassen erteilen dem Papier die gewünschte Oberflächengüte sowie Glanz und Glätte. Die Pigmente in der Streichmasse haben die Aufgabe, Unregelmäßigkeiten in der Papieroberfläche auszufüllen und eine ebene, und gleiclimaßige Saugfläche für die Druckfarbe zu bilden. Das Adhäsionsbindemittel soll die Pigmentteilchen aneinander und an die gestrichene Oberfläche binden. Die Wahl eines geeigneten Bindemittels ist daher ein wichtiger Faktor bei der Herstellung

15 einer hochwertigen Papierstreichmasse.

Als Adhäsionsbindemittel für Papierstreichmassen werden ausgedehntem Maße Pflanzenproteinmaterialien, insbesondere Pflanzenproteinisolate und hier vor allem Sojaproteinisolat, verwendet. Isoliertes Sojaprotein wird durch Behandeln Ölfreier Sojaflocken mit einer alkalischen Lösung zum Herauslösen des Sojaproteins und Abtrennen der Lösung von den unlöslichen Stoffen durch Filtrieren oder Zentrifugieren hergestellt. Das Protein wird.aus der Lösung durch Ausfällen mit einer Säure an seinem isoaluktrischon Punkt gewonnen. Ks befindet sich dann in einem unhydrolysierten oder unmodifizierten Zustand, kann getrocknet und später in einem alkalischen Medium zur Bildung eines Adhäsionsbindemittels für Papierstreichmassen dispcrgiert werden.

Die unhydrolysierten oder unmodifizierten Sojaproteiniso late sind jedoch als Adhäsionsbindemittel für Papierstreichmassen nicht gut geeignet, weil sie in schwach alkalischen Lösungen nur wenig löslich und überdies wärmeempfindlich sind; sie neigen dazu, bei Temperaturen über 70 ⁰G ein Gel zu bilden. Wegen dieser Nachteile werden unmodifizierte oder nichthydrolysierte Sojaproteine in der Regel modifiziert, um die Viskosität von Sojaprotein enthaltenden Streichmassen zu erniedrigen und das Bindevermögen des Proteins beim Dispergieren in schwach alkalischen Lösungen zu erhöhen. Das Modifizieren des Proteins besteht in der Regel in einer Hydrolyse oder Behandlung des

ausgefällten Proteinbruchs in wäßriger Dispersion mit verschiedenen alkal iüc.luMi Reagenzien unter Kontrolle des pH-Wertes, der Temperatur V und der Zeit. Durch diese Behandlung wird die native oder unmodifi-

zierte Proteinstruktur in kleinere Bruchstücke gespalten und die Eignung des Materials als Bindemittel für Papierstreichmassen verbesdert. Ein solches Verfahren, bei dem Sojaprotein mit einem alkalischen Reagens in einem Strahlkocher auf Temperaturen oberhalb 130 ⁰C erhitzt wird, ist in der US-Patentschrift 3 356 516 beschrieben.

Ein anderes Verfahren, das in der US-Patentschrift 2 274 983 beschrieben wird, besteht in der Behandlung des unmodifizierten Proteins mit Wasserstoffperoxid in einem schwach alkalischen Medium zur Herstellung ei not; modifizierten oder oxidierten Proteins, das Lösungen von sehr viel geringerer Viskosität ergibt. Die Behandlung von

^f isoliertem Sojaprotoin mit Natriumperoxid lehrt die US-Patentschrift

2 246 466, um Farbe, Bindevermögen, Viskosität und Geliertendenz des Pflanzenproteinbindemittels zu verbessern. Bei allen diesen Verfahren wird das in einem alkalischen Medium mit Peroxid behandelte Protein anschließend am isoelektrischen Punkt des Proteins ausgefällt.

In der US-Patentschrift 3 411 925 wird die Behandlung einer Protein- und Stärkemasse bei einem alkalischen pH-Wert von 8—10 mit einem Oxidationsmittel und anschließendes Strahlkochen bei einer Temperatur von 104—176 ⁰C beschrieben. Es wird angegeben, daß dieser Prozeß zu einem Aufpfropfen auf die Starke- und Proteinmoleküle führt, wodurch die Viskositätseigenschaften der Masse verändert und ihre Brauchbarkeit als Adhäsionsbinder in Papierstreichmassen verbessert wird.

Das Modifizieren von Pflanzenproteinisolaten, wie Sojaproteinisolat, in der vorstehend beschriebenen Weise ändert die rheologischen Eigenschaften der Proteinstoffe derart, daß sie denjenigen des Caseins ähnlich, wenn auch nicht mit ihnen identisch werden, das seit langem als Adhäsionsbindemittel für pigttienthaltige Papierstreichmassen verwendet wird. Trotz aller Bemühungen, isoliertes Sojaprotein, insbesondere durch Oxidation, zu modifizieren, besteht immer noch ein Bedarf an P ro Io.inbindenii tUnlii, ilorun rho.o Io fische Ki ι'ιμικΗι.ίΓΙ on ilenjenigen des Caseins gleich oder besser als dio.si· sind und die durch ein Oxidationsmittel in ökonomischer und einfacher Weise modifiziert werden können. Typische Schwierigkeiten bei der schonenden Oxidation eines Proteins in einem alkalischen Medium sind die Regulierung des pH-Wertes bei der Oxidation und unkontrolliertes Schäumen des Reaktionsgemisches. Beispielsweise muß die pH-Modifikation unter alkalisehen Bedingungen ausgeführt werden, doch fällt der pH-Wert des Reaktionsgemisches durch Verbrauch der Reaktionsteilnehmer ständig ab und muß laufend neu eingestellt werden, um das Reaktionsgemisch alkalisch zu halten.

Es stellte sich somit die Aufgabe, ein Verfahren zum Herstellen ci-.'?ü nc:; Adhä;; ionsbiikIimiü LLeIs au;; Pl. 1 ;mzrnprolu i iimaLer i al auxu^i-bun , das betriebssicher und einfach ausgeführt werden kann und zu einem Produkt führt, dessen gute rheologische Eigenschaften denjenigen des Caseins ähnlich sind und das gute Pigmentbindungs- und Papierstreicheigenschaften hat.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Bei diesem Verfahren werden die vorstehend genannten Schwierigkeiten beim Modifizieren des Proteins vermieden, und es wird ein Adhäsionsbindemittel mit unerwartet besseren rheologischen und Streicheigen— schäften erhalten.

Bei dem Verfahren wird zunächst eine wäßrige Aufschlämmung eines Urease enthaltenen Pflanzenproteinmaterials, insbesondere Sojaproteins gebildet, die 10 bis 30 Gew.-% Proteinfeststoffe enthält. Der

Aufschlämmung wird sodann ein wasserlösliches Silicat zugesetzt, um das Schäumen des Reaktionsgemisches bei der nachfolgenden Oxidation des Proteins zu vermindern, und dann soviel Harnstoff zugefügt, daß das bei der Reaktion des Hernstoffs mit der Urease freiwerdende Ammoniak den pH-Wert der Aufschlämmung auf über 8 erhöht. Der zugesetzte Harnstoff soll aber nicht nur den für die Oxidationsreaktion erforderlichen pH-Wert einstellen, sondern durch fortgesetzte Reaktion mit der Urease ständig Ammoniak freisetzen, das diesen pH-Wert während der ganzen Reaktionsdauer und beim anschließenden Erhitzen aufrechterhält, so daß eine ständige Neueinstellung des pH-Wertes

des Reaktionsgemisches nicht erforderlich ist. Die mit Silicat und f. Harnstoff versetzte Aufschlämmung wird nun mit einem Oxidationsmit-

tel zur Reaktion gebracht, um das Proteinmaterial zu modifizieren und dessen rheologische Eigenschaften zu verändern. Nach dem Modifizie— ren wird die Aufschlämmung etwa 90 bis 150 Sekunden auf eine Temperatur von 104 bis 176 ⁰C erhitzt, dann abgekühlt und getrocknet.

Das nach diesem Verfahren erhaltene modifizierte Proteinmaterial hat einen pH-Wert von etwa 7 und in einem wäßrigen Medium ausgezeichnete rheologische Eigenschaften, so daß es sehr gut als Pigmentbindemittel in Papierstreichmassen geeignet ist. Streichmassen, die unter Verwendung des nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren erhaltenen Proteinbindemittels hergestellt worden sind, zeigen beim Auftragen auf: Papier verbesserte rheologie ehe Eigenschaften, so daß die; iJLreich- (^ nt;)ϋΰυ einen höheren Anteil an !''üsLütoffen enthalten kann, ohne daß

das Aussehen des Papiers in unerwünschter Weise verändert wird. Ein höherer Feststoffanteil in der Streichmasse ist erwünscht, weil dadurch der Wasseranteil geringer wird und infolgedessen die Trocknungszeit verkürzt werden kann.

Nachstehend wird das Verfahren näher erläutert. Es ist bei allen PflanzenproteinmaLerialien anwendbar, eignet sich jedoch vor allem für Pflanzenproteinisolate und insbesondere für Sojaproteinisolat. Es wird deshalb am Beispiel der Behandlung des Sojaproteinisolats beschrieben .

Isoliertes Sojaprotein wird durch Behandlung entfetteter Sojabohnen— flocken mit einer alkalischen Lösung zum Herauslösen des Proteins gewonnen. Die Lösung wird von den ungelösten Feststoffen abfiltriert oder abzentrifugiert. Aus der Losung wird das Protein in Form eines käseartigen Bruches durch Einstellen des pH-Wertes der Lösung auE den isoelektrischen Punkt des Proteins — in der Regel zwischen 4 und 4,5 ausgefällt. Der Bruch kann zu einem Proteingranulat mit einer Reinheit von über 95% getrocknet werden. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung kann der Bruch ohne jede weitere Verarbeitung zum Modifizieren verwendet werden, doch kann selbstverständlich auch ein Trokkenprodukt eingesetzt werden. Das nach dem vorstehend skizzierten Vorführen gewonnene. Su japroteini.solaL enl lullt, wenn cn nicht, anderweitig erhitzt oder modifiziert worden ist, von Natur aus eine wesentliche Menge Urease, die aber auch zugesetzt werden kann, wenn in dem Aus gangsprotein nicht genügend Urease vorhanden ist. Aus dem durch Ansäuern gefällten, unmodifizierten Protein wird eine wäßrige Aufschlämmung bereitet, die 10 bis 30 Gew.-%, am besten 10 bis etwa 20 Gew.-%, Proteinfeststoffe enthält. In der Regel hat das durch Säure gefällte Protein einen pH-Wert zwischen 4 und 4,5, doch können auch höhere oder niedrigere pH-Werte vorkommen. Der Sojaproteinisolat-Aufschlämmung wird ein wasserlösliches Silicat zugesetzt, das bei der nachfolgenden Oxidationsreaktion das Schäumen vermindert. Die Menge des Silicats beträgt am besten 5 bis 15 Gew.-% des Gehalts an Proteinfeststoffen. Von den in Betracht kommenden wasnerlösi i.chon

:".> ¹Ji J ieat en eignen a i oh am be:.:!.on Λ I kaJ i ti ί I i cat e , insbosoiuloro N.iLr ί,ιιιπ-silicat, da dieses Produkt sehr gut löslich und leicht erhältlich ist.

Der das wasserlösliche Silicat enthaltenden Proteinaufschlammung wird nun Harnstoff zugesetzt, und dieser Zusatz ist ein wesentliches Merkmal des Verfahren. Wie bereits erwähnt, enthält das nach dem oben angegebenen Verfahren hergestellte Sojaprotein eine wesentliche Menge Urease, die mit dem zugesetzten Harnstoff reagiert und Ammoniak freisetzt, der den pH-Wert der Aufschlämmung auf mindestens 8 und am besten auf 8 bis 10 erhöht. Wie ebenfalls bereits erwähnt, ist es nicht unbedingt notwendig, daß das verwendete Proteinmaterial Urease enthalt, da Urease auch zugesetzt werden kann, wenn in dem Ausgangs—

protoinmaterial keine oder nicht genügend Urease vorhanden ist. Die zuzusetzende Harnstoffmenge wird normalerweise so bemessen, daß sie ausreicht, um den pH-Wert der Aufschlämmung in den angegebenen Bereich zu bringen. Der Harnstoff ist ein Mittel, durch das die Alkalität des Reaktionsgemisches während der Oxidationsreaktion kontinuierlich aufrechterhalten werden kann, ohne daß der pH-Wert ständig neu eingestellt werden muß. Vorzugsweise beträgt die zuzusetzende Harnstoffmenge 1 bis 5 Gew.-% des Proteinfeststoff-Gehaltes der Aufschlämmung.

Dur das wasserlöslich« Silic.it und den Harnstoff enthaltenden Pro- f teinaufschlämmung wird nun ein Oxidationsmittel zugesetzt, das mit

dem Protein reagiert und dieses anderweitig modifiziert, wodurch sich die molekularen Eigenschaften des Sojaproteins ändern. Bei diesem Verfahren bevorzugte Oxidationsmittel sind Peroxide, insbesondere lösliche Peroxide, wie Wasserstoffperoxid, Natriumperoxid, Barium— peroxid oder Magnesiumperoxid. Andere Oxidationsmittel, wie Hypochlorite oder Perborate, können ebenfalls verwendet werden; die spezielle Art des Oxidationsmittels ist nicht von Bedeutung. Die Menge des Oxidationsmittels zum Modifizieren des Proteinmaterials beträgt 5 bis 15 Gew.-%. am besten 8 bis 12 Gew.-%, des Proteinfeststoff-Gehaltes der Aufschlämmung. Die Modifizierungs- oder Oxidationsreaktion läßt man so lange fortdauern, bis sich die rheologischen Eigenschaften des Proteins durch Modifizierung des Proteinmoleküls ausreichend geändert haben. Eine Oxidationsreaktion der vorstehend beschriebenen Art führt in der Regel zu einem Protein, dessen Viskosität niedriger als diejenige des Ausgangsproteins ist. Man läßt also die Reaktion andauern, bis die gewünschte Erniedrigung der Viskosität eingetreten ist. Während der Oxidationsreaktion halten der in dem Gemisch vorhandene Harnstoff und die Urease den pH-Wert der Aufschlämmung auf über 8, wodurch die Wirksamkeit des Peroxids als Oxidationsmittels erhöht und das Sojaprotein-Molekül in einer Weise modifiziert wird, die bekannten Verfahren weit überlegen und wirksamer als diese ist. Ferner hemmt die Gegenwart des wasserlöslichen Silicats die

bei
Schaumbildung, die/Modifizierungsreaktionen der beschriebenen Art eine häufig auftretende Schwierigkeit ist. Das Verfahren ist daher auch für die technische Ausführung besonders gut geeignet.

Nach der Oxidation wird das oxidierte oder modifizierte Sojaproteinmaterial einer Schnellerhitzung oder kurzdauernden Hochtemperaturbehandlung unterworfen. Das Erhitzen wird daher am besten in einem Strahlkocher oder einer ähnlichen Vorrichtung ausgeführt, bei der Dampf mit hohem Druck oder hoher Geschwindigkeit direkt in die Aufschlämmung eingeblasen wird, da auf diese Woi.su die gewünschten Temperaturen in kürzester Zeit erreicht werden können. Das Erhitzen durch direktes Einblasen von Dampf in die Aufschlämmung in einem Strahlkocher wird zweckmäßigerweise bei einer Temperatur zwischen 104 bis 176 ⁰C ausgeführt. Dauer der Erhitzung 90 bis 150 Sekunden.

Wie bereits erwähnt, hat das modifizierte Sojaproteinmaterial nicht nur vorteilhafte rheologische Eigenschaften und eine Viskosität in alkalischer Lösung von 0,3 bis 0,6 Pa-S, sondern ergibt auch unerwartet verbesserte Streicheigenschaften pigmenthaltiger Papier-

15 Streichmassen. Die Verbesserung erstreckt sich nicht nur auf die

Leichtigkeit und Einfachheit, mit der eine solche Streichmasse hergestellt werden kann, sondcMm auch au Γ die Farbe des Papiers, das mit einer Pigmentmasse ge.sLrichen worden ist, die ein nach dem beschriebenen Verfahren hergestelltes Bindemittel enthält. Streiclimas- sen, die den modifizierten Proteinbinder enthalten zeigen ein ausgezeichnetes Bindevermögen und sind in der Farbe mit Casein-Streichmassen vergleichbar, aber besser als Sojaprotein-Streichmassen, die nach bekannten Verfahren hergestellt worden sind. Dieser Umstand ermöglicht die Verwendung von Streichmassen mit wesentlich höherem Fest—

25 stoffgehalt, als dies normalerweise möglich ist.

Nach dem Schnellerhitzen oder Strahlkochen der Aufschlämmung wird diese zweckmäßigerweise auf eine Temperatur von 50 bis 90 ⁰C abgekühlt und anschließend entwässert. Das modifizierte Proteinmaterial hat dann einen pH-Wert von etwa 7, in der Regul zwist.-Iiun 6,5 und

30 7,5. Es kann nun als Adhäsionsbindemitte] in alkalischen l'igmont-

streichmassen verwendet werden. Es ist zu beachten, daß das nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellte Adhäsionsbindemittel nicht durch Säure ausgefällt worden ist, wie dies bei bekannten Verfahren geschieht. Es scheint, daß der Fortfall der Säurefällung und

35 das Trocknen des modifizierten Proteinmaterials bei pH 7 mit dazu

beiträgt, daß das modifizierte Proteinmaterial alle durch die Modifizierung oder Oxidation entstandenen Molekiilbruchstücke enthält und daß nicht wie beim anschließenden Lösen und Ausfällen des Proteins am isoelektrischen Punkt eine gewisse Fraktion daraus entfernt wird. Dieser Umstand dürfte die Funktionalität des Protein-Adhäsionsbindemittels in Papierstreichmassen mit verbessern.

An Hand folgender Beispiele wird die Erfindung näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.

Beispiel 1

^- 10 Aus 111 kg gefälltem Sojaproteinisolat mit einem pH-Wert von etwa 4,5 und 70 kg Wasser von 32 wurde eine wäßrige Aufschlämmung bereitet, deren Proteinfeststoffgehalt 15% betrug. Zu der Aufschlämmung wurdenNatriumsilicat in einer Menge von 5% der Feststoffe, Harnstoff in einer Menge von 4% der Feststoffe und Wasserstoffperoxid in einer Menge von 10 Gew.-% der Feststoffe zugesetzt. Diese Aufschlämmung wurde 15 Minuten stehengelassen; ihr pH-Wert betrug dann 8,75.

Die Aufschlämmung wurde sodann 120 Sekunden in einem Strahlkocher, der mit einem Gegendruck von 6,2 bar betrieben wurde, auf 160 ⁰C erhitzt. Das erhitzte Produkt wurde in eine Vakuumkammer mit einem '.'A) UiiLi'rdruc.k von 11 mb.tr entleert und darin auf 70 ⁰C abgekühlt. Da-( nach wurde da« 1'rodukL in einem Zerstäubungstrockner mit einer Abluft LemperaLtir von 104 ⁰C getrocknet. Das getrocknete Produkt hatte einen pH-Wert von etwa 7,8.

Aus dem getrockneten Produkt wurde mit Wasser von 25 ⁰C eine Lösung bereitet, die 15% Feststoffe enthielt, mit wäßriger Ammoniaklösung auf einen pH-Wert von 9,5 eingestellt und 30 Minuten auf 60 ⁰C erhitzt wurde. Sodann wurde die Viskosität der erhitzten Lösung mit einem LVT-Brookfiold-Viskosimeter, Spindel Nr. 2, bei 6o U/min geinessen; sie betrug 0,56 Pa-s . Dies ist ein ausgezeichneter Wert für ein Sojaproteinisolat, dessen rheologische Eigenschaften damit denjenigen des Caseins entsprechen. Das Produkt eignet sich daher gut als Adhäsionsbindemittel für Papierstreichmassen.

Beispiel 2

Aus 74 kg gefälltem Sojaproteinisolat mit einem pH-Wert von etwa 4,5 und 39,5 kg Wasser von 27 ⁰C wurde eine wäßrige Aufschlämmung hergestellt, die 15% Proteinfeststoffe enthielt. Der Aufschlämmung wurden 5 Gew.-% der Feststoffe Natriumsilicat, 2 Gew.-% der Feststoffe Harnstoff und 10 Gew.-% der Feststoffe Wasserstoffperoxid zugesetzt; dann wurde sie 15 Minuten stehengelassen. Danach betrug der pH-Wort der Aufschlämmung 7,8.

Die Aufschlämmung wurde sodann 120 Sekunden in einem Strahlkocher, der mit 6,2 bar Gegendruck betrieben wurde, auf 160 ⁰C erhitzt. Das erhitzte Produkt wurde in eine Vakuumkammer mit einem Unterdruck von 77 mbar entleert und auf 70 ⁰C abgekühlt. Danach wurde das ProdukL in einem Zerstäubungstrockner mit einer Ablufttemperatur von 104 ⁰C getrocknet. Das getrocknete Produkt hatte einen pH-Wert von 6,8.

Zur Bewertung der Eigenschaften des modifizierten Sojaproteins als Adhäsionsbindemittels für pigmenthaltige Papierstreichmassen wurden Tests mit den nachstehend angegebenen Produkten ausgeführt.

Das nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erhaltene Produkt wurde mit bekannten Produkten verglichen, wobei aus den Produkten jeweils Lösungen mit 15% Feststoffgehalt hergestellt wurden. Der pH-Wert der Lösungen wurde mit wäßriger Ammoniaklösung auf 9,5 eingestellt, und die Lösungen wurden 30 Minuten auf 60 ⁰C erwärmt. Sodann wurden die Viskosität der erwärmten LÖsurigen mit einem Brookfield-Viskosimeter, Modell LVT, Spindel Nr. 2, bei 60 U/min gemessen und die Farbe der Lösungen mit Hilfe eines Hunter Lab-Kolorimeters in den Skalenbereichen "L", "a" und "b" verglichen. Die Skala "L" gibt den Weißgrad an, die Skala "a" den Rot/Grün-und die Skala "b" den Gelb/Blau-Ton an. Ergebnisse der Messungen sind in nachstehender Tabelle 1 xiiedergegeben.

Tabelle 1

Viskosität Farbe

Probe Pa*s L a

Casein 1,38 40,6 -2,3 -1,3

Modifiziertes Sojaproteinisolat, hergestellt nach
dem Verfahren des Beispiels 3 · 0,56 38,7 -0,7 +14,8

Hydrolysiertes Sojaprotein—
isolat 0,034 19,5 -1,9 +6,1

* Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß die Viskosität der Lösung des

nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten modifizierten Sojaproteinisolats derjenigen einer Casein-Lösung näher kam als eine Lösung von in bekannter Weise modifiziertem oder hydrolysiertem Sojaproteinisolat, das durch Zusatz von Alkali und Kochen bei einem alkalischen pH-Wert hydrolysiert worden war.

Das Verhalten des nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten modifizierten Proteinisolats als Adhäsionsbindemittel für Papierstreichmassen im Vergleich zu demjenigen der vorstehend genannten Produkte wurde an Hand folgender Streichmasse untersucht.

Papierstreichmasse (Gesamtfeststoffgehalt 50%)

100 Gewichtsteile Ton, bezogen auf die Trockensubstanz, wurden von einer Aufschlämmung geliefert, die 70 Gew.-% Ton enthielt. DicLiu wurde mit 15 Teilen Profceinisolat, bezogen auf die Trok-2'j kensubstänz, vereinigt, die von einer Proteinlösung mit einem Feststoffgehalt von 17 Gew.-% geliefert wurde.

Die Streichmasse wurde durch Zusatz von wäßriger Ammoniaklösung auf einen pH-Wert von 9,0 eingestellt; dann wurde ihre Viskosität mit ei-Brookfield-Viskosimeter RVT, Spindel Nr. 6, unter den in Tabelle 2 angegebenen Bedingungen bestimmt. Mit der Streichmasse wurde mit Hilfe einer Rakel Papier beschichtet. Auf jeden Bogen wurden etwa 14 bis 15 g/m² Streichmasse aufgetragen. Das gestrichene Papier wurde dann nach der Methode T-480 auf Glanz, nach der Methode T-425 auf

Undurchsichtigkeit und nach der Methode T-452 auf Weißgrad geprüft. Diese Methoden sind Standard-Meßverfahren der Technical Association of Pulp and Paper Industries (TAPPI). Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben.

Tabelle 2

Weiß- Undurch-

Viskosität (Pa*s) grad Glanz sichtigk. Produkt 10 U/min 100 U/min % % %

Gasein 32 9,2 76,3 59,1 96,3

10 Modifiziertes Sojaproteinisolat, hergestellt nach dem
Verfahren des Beispiels 3 13 3,4 75,4 63,9 96,7

15 Hydrolysiertes Soja-

proteinisolat 10,6 2,48 74,4 64,3 96,2

Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß die Viskosität der aus dem modifizierten Sojaproteinisolat hergestellten Streichmasse niedriger war als diejenige der aus Casein hergestellten Streichmasse, daß sie aber hinsichtlich Weißgrad, Glanz und Undurchsichtigkeit mit der Casein-Streichmasse vergleichbar war. Die niedrigere Viskosität ist eine wesentliche Verbesserung, da sie die Verwendung eines höheren Feststoffanteils im Vergleich zum Casein ermöglicht.

Beispiel 3

Um die Bedeutung der Verwendung von Harnstoff und Silicat beim Modifizieren des Proteinisolats und die überraschende Verbesserung der Eigenschaften der mit diesem Material hergestellten Streichmasse zu veranschaulichen, wurde folgender Vergleichsversuch ausgeführt.

Ein nach dem Verfahren des Beispiels 2 hergestelltes modifiziertes Proteinisolat wurde mit einem Proteinisolat verglichen, das nach folgendem Verfahren erhalten wurde.

Verfahren A — Aus gefälltem Sojaproteinisolat mit einem pH-Wert von 4,5 wurde eine Aufschlämmung mit einem Feststoffgehalt von 10 Gew.-% hergestellt. Der pH-Wert der Aufschlämmung wurde durch Zusatz von Natronlauge auf 8,0 eingestellt. Sodann wurde der Aufschlämmung Was— serstoffperoxid in einer Menge von 10 Gew.-% der Feststoffe zugesetzt. Die Aufschlämmung wurde zunächst 30 Minuten auf 71 ⁰C erwärmt und anschließend 2 Minuten in einem Strahlkocher, der mit 6,2 bar Gegendruck betrieben wurde, auf 160 ⁰C erhitzt. Das erhitzte Produkt wurde in eine Vakuumkammer mit einem Unterdruck von 77 mbar entleert und auC 70 ⁰C abgekühlt. Anschließend wurde es in einem Zerstäubungstrockner mit einer Ablufttemperatur von 104 ⁰C getrocknet.

Nach dem Verfahren des Beispiels 2 wurden aus dem nach dem Verfahren A erhaltenen Produkt und aus dem nach dem Verfahren des Beispiels 2 , erhaltenen modifizierten Sojaproteinisolat Streichmassen hergestellt, deren Eigenschaften nach den im Beispiel 2 angegebenen Methoden untersucht wurden. Zusätzlich wurde noch die Haftfestigkeit nach der TAPPI-Methode T-499 bestimmt. Versuchsbedingungen und Ergebnisse sind in Tabelle 3 wiedergegeben.

Tabelle 3

Undurch- IGT-Druck-

Viskosität (Pa-s) Beschich- sichtig- Weiß- farbe

tung Glanz keit grad Nr. 5

Produkt 10, U/min 20 U/min 50 U/min 100 U/rnln pH g/m² % % % cm/s

Nach Verfahren A 6,0 3,625 2,1 1,375 9,8 14,09 65,6 96,3 75,2 136

Nach dem

Verfahren

d. Erfindg. 13,5 9,000 ' 5,2 3,400 9,7^- 15,01 63,9 96,8 75,4 160

CD CD NJ

Bei der Modifizierungsreaktion in Gegenwart des Silicats trat — im Gegensatz zum Verfahren A — nur minimales Schäumen auf. Der in Tabelle. 3 aufgeführte IGT-Wert gibt die Oberflächenfestigkeit des gestrichenen Papiers durch die Kraft an, gegen die die Beschichtung beim Hochdruck mit bestimmten Druckfarben beständig ist.

Wie ersichtlich, kann man durch die Verwendung von Harnstoff und Silicat beim Modifizieren des Proteins nicht nur Schwierigkeiten durch Schäumen und pH-Wert-Einstellung beheben, sondern auch eine überraschende Verbesserung der Haftfestigkeit von Papierstreichmassen erzielen, die aus dem modifizierten Protein hergestellt sind.

Claims

12.03.1982 Patentansprüche

(1) Verfahren zum Herstellen eines Adhäsionsbindemittels aus modifiziertem Pflanzenprotein, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) eine Aufschlämmung aus einem Urease enthaltenden Pflanzenproteinmaterial mit einem Gehalt an Proteinfeststoffen von 10 bis 30 Gew.-% bildet,

b) der Aufschlämmung ein wasserlösliches Silicat und soviel Harnstoff zusetzt, daß bei dessen Reaktion mit der Urease der ρ H-

10 Wert der Aufschlämmung auf über 8 ansteigt, und

c) der Aufschlämmung ein Oxidationsmittel in einer zum Modifizieren des Proteins ausreichenden Menge zufügt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt der Aufschlämmung an Proteinfeststoffen

15 10 bis 20 Gew.% beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man 'den pH-Wert der Aufschlämmung vor dem Zusatz des Silicats und des Harnstoffs auf 4—4,5 einstellt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge— kennzeichnet, daß das wasserlösliche Silicat in einer Menge von 5 bis 15 Gew.-% der Proteinfeststoffe in der Aufschlämmung zugesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als wasserlöslichesSilicat ein AlkalisilicaL zugc-

25 setzt wird.

35 312
U/ -

— 9 —

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet:, daß als Alkalisilicat Natriumsilicat zugesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufschlämmung soviel Harnstoff zugesetzt wird, daß durch die Reaktion des Harnstoffs mit der Urease der pH-Wert der Aufschlämmung auf 8 bis 9 ansteigt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxidationsmittel ein Peroxid verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich- ^ 10 net, daß man als Peroxid Wasserstoff- und/oder Natriumperoxid

verwendet.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Oxidationsmittel in einer Menge von 8 bis 12 Gew.-% des Feststoffgehaltes der Aufschlämmung zusetzt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Pflanzenproteinmaterial ein Sojamaterial verwendet.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn-

( zeichnet, daß man als Sojamaterial ein isoliertes Soja-

20 protein-material verwendet.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch

gekennzeichnet , daß man die Aufschlämmung nach dem Zusatz des Oxidationsmittels 90 bis 150 s auf 104 bis 160 ⁰C erhitzt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch

gekennzeichnet , daß die Aufschlämmung nach dem Erhitzen entwässert und ein trockenes Adhäsionsbindemittel mit einem pH-Wert von etwa 7 erhalten wird.