DE3209228C2

DE3209228C2 - Verfahren zum Herstellen eines Adhäsionsbindemittels für Papierstreichmassen aus modifiziertem Pflanzenprotein

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Publication number: DE3209228C2
Application number: DE3209228A
Authority: DE
Inventors: Carroll L. 63128 St. Louis Mo. Garey; Thomas L. 62040 Granite City Ill. Krinski
Original assignee: Ralston Purina Co
Current assignee: Nestle Purina PetCare Co
Priority date: 1981-03-16
Filing date: 1982-03-13
Publication date: 1984-03-01
Also published as: BE892517A; CA1162156A; JPH0251471B2; NO820833L; ES8305029A1; NO154271B; SE8200513L; FI814177L; NO154271C; IT8247753A0; JPS57153067A; FI70422C; SE446753B; FR2501705A1; IT1154278B; BR8201366A; FI70422B; US4352692A; DE3209228A1; ES508717A0

Abstract

Aus Urease enthaltendem Pflanzenprotein wird eine wäßrige Aufschlämmung mit einem Feststoffgehalt von 10 bis 30 Gew.% hergestellt und zum Vermindern des Schäumens bei der Modifizierungsbehandlung mit einem wasserlöslichen Silicat versetzt. Sodann wird Harnstoff hinzugefügt, aus dem die Urease Ammoniak freisetzt, das den pH-Wert der Aufschlämmung auf über 8 erhöht. Der alkalischen Aufschlämmung wird sodann ein Oxidationsmittel zugesetzt, um das Protein zu modifizieren, und anschließend wird die Aufschlämmung des modifizierten Proteins auf 104 bis 160 ° C erhitzt. Danach wird die Aufschlämmung abgekühlt und getrocknet. Man erhält ein Adhäsionsbindemittel mit ausgezeichneten rheologischen und beschichtungstechnischen Eigenschaften.

Description

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

b) der Aufschlämmung ein wasserlösliches Sillcat und soviel Harnstoff zusetzt, daß bei dessen Reaktion mit der Urease der pH-Wert der Aufschlämmung auf über 8 ansteigt, und

c) die Aufschlämmung mit 5 bis 15 Gew.-9b (bezogen auf den Proteinfeststoffgehalt) Oxidationsmittel solange reagieren iäSi, bis sich die rheoiogischen Eigenschaften durch Erniedrigung der Viskosität des Proteinmaterials nächstliegend zu Casein verbessert haben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Aufschlämmung bildet, deren Gehalt an Proteinfeststoffen IO bis 20 Gew.-% beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den pH-Wert der Aufschlämmung vor dem Zusatz des Sillcats und des Harnstoffs auf 4 bis 4.5 einstellt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserlösliche Sillcat In einer Menge von 5 bis 15 Gew.-·* der Protein-

20

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f. Verfchren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als wasserlösliches Sillcat ein AlkalisIIlcat zugesetzt wird.

Pflanzenproteinmaterialien sind als Adhäsionsbindemittel für pigmenthaltige Streichmassen zum Streichen von Papier bekannt. Die plgmenthaltlgen Streichmassen erteilen dem Papier die gewünschte Oberflächengüte sowie Glanz und Glätte. Die Pigmente in der Streichmasse haber die Aufgabe, Unregelmäßigkeiten in der Papieroberflache auszufüllen und eine ebene und gleichmäßige Saugfläche für die Druckfarbe zu bilden. Das Adhäsionsbindemittei soll die Pigmentteiichen anetnan- *J der und an die gestrichene Oberfläche binden. Die Wahl eines geeigneten Bindemittels 1st daher ein wichtiger Faktor bei der Herstellung einer hochwenigen Papierstreichmasse.

Als Adhäsionsbindemittel für Papierstrelchmassen werden In ausgedehntem Maße Pfianzenprotelnmateriallen. Insbesondere Pflanzenprotelnlsolate und hler vor allem Sojaproteinisolat, verwendet. Isoliertes Sojaprotein wird durch Behandein öJfreier Sojafiocken mit einer aikallschen Lösung zum Herauslösen des Sojaproteins und Abtrennen der Lösung von den unlöslichen Stoffen durch Filtrieren oder Zentrifugleren hergestellt. Das Prolein wird aus der Lösung durch Ausfällen mit einer Säure an seinem Isoelektrischen Punkt gewonnen. Es befindet sich dann in einem unhydrolysierten oder unmodlflzlerten Zustand, kann getrocknet und später in einem alkalischen Medium zur Bildung eines Adhäsionsblndemittels für Papierstrelchmassen dlsperglert werden.

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

7. Verfahren nach Anspruch I. 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 gekennzeichnet, daß man als Peroxid Wasserstoff- und/oder Nairiumperox'd verwendet.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Cxldatlonsmi'.s .1 In einer Menge vcn 8 bis !2 Gew-% des Feststoffgeh J tes der Aufschlämmung zusetzt.

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

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man als Sojamaterial e'n Isoliertes Sojaprotelnmaterlal verwendet.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aufschlämmung nach dem Zusatz des Oxidationsmittels 90 bis 150 s auf 104 bis 160° C erhitzt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung nach dem Erhitzen so entwässert wird, daß ein trockenes AdhäsiGRsbindemiiie! mSi einem pH-Wert von etwa 7 erhalten wird.

Die unhydrolysierten oder unmodifizierten Sojaproteinisolate sind jedoch als Adhäsionsbindemittei für Papierstreichmassen nicht gut geeignet, weil sie in schwach alkalischen Lösungen nur wenig löslich t'nd überdies wärmeempfindlich sind: sie neigen dazu, bei Temperaturen über 70° C ein Gel ta bilden. Wegen dieser Nachtelle werden unmodlfizlerte oder nlchthydrolysierte 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 alkalischen Reagenzien unter Kontrolle des pH-Wertes, der Temperatur und der Zeit. Durch diese Behandlung wird die native oder unmodiflzlerte Proteinstruktur in kleinere Bruchstücke gespalten und die Eignung des Materials ais Bindemittel für Papierstrelchmassen verbessert. Ein solches Verfahren, bei dem Sojaprotein mit einem alkalischen Reagens In einem Strahlkocher auf Temperatur oberhalb 130° C erhitzt wird, 1st in der US-PS 33 56 516 beschrieben.

Ein anderes Verfahren, das in der US-PS 22 74 983 beschrieben wird, besteht In der Behandlung des unmodifizierten Proteins mit Wasserstoffperoxid In einem schwach alkalischen Medium zur Herstellung eines

modifizierten oder oxidierten Proteins, das Lösungen von sehr viel geringerer Viskosität ergibt. Die Behandlung von isoliertem Sojaprctein mit Natriumperoxid lehrt die US-PS 22 46 466. 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-PS 34 11 925 wird die Behandlung einer Protein- und Stärkemasse bei einem alkalischen pH-Wert von 8 bis 10 mit einem Oxidationsmittel und anschließendes Strahlkochen bei einer Temperatur von 104 bis 176° C beschrieben. Es wird angegeben, daß dieser Prozeß zu einem Aufpropfen auf die Stärke- und Proteinmo- 1 > lekuhle führt, wodurch die Viskositätseigenschaften der Masse verändert und ihre Brauchbarkeit als Adhäsionsbinder in Papierstreichmassen verbessert wird.

Das Modifizieren "on Pflanzenproteinisolaten, wie Sojaproteinlsolat. in der vorstehend beschriebenen Weise ändert die Theologischen Eigenschaften der Proteinstoffe derart, daß sie denjenigen des Caseins ähnlich, wenn auch nicht mit Ihnen identisch werden, das seit langem als Adhäsionsbindemittel für pigmenthaltige Papierstreichmassen verwendet wird. Trotz aller Bemühungen, ' Isoliertes Sojaprotein, insbesondere durch Oxidation, zu modifizieren, besteht immer noch ein Bedarf an Proteinbindemitteln, deren Theologische Eigenschaften denjenigen des Caseins gleich oder besser als diese sind und die durch ein Oxidationsmittel In ökonomischer und einfa- ίο eher Weise modifiziert werden können. Typische Schwierigkeiten bei der schonenden Oxidation · ms Proteins in einem alkalischen Medium sind die Reg Jierung des pH-Wertes bei der Oxidation und unkontrolliei.es Schäumen des ReakMonsgemlsches. Beispielsweise muß die pH- r, Modifikation unter alkalischen 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 eines Adhäsionsbindemittels aus Pflanzenproteinmaterial anzugeben, das betriebssicher und einfach ausgeführt werden kann und zu einem Produkt führt, dessen gute Theologische Eigenschaften denjenigen des ⁴ⁱ Caseins ähnlich sind und das gute Pigmentblndungsund Papierstreicheigenschaften hat.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü- '" chen gekennzeichnet.

Bei diesem Verfahren werden die vorstehend genannten Schwierigkeiten beim Modifizieren des Proteins vermierlpn und es wird ein Adhäsionsbindemittel mit unerwartet besseren Theologischen und Streicheigenschaften ⁵^ erhalten.

Bei dem Verlahren wird zunächst eine wäßrige Aufschlämmung eines Urease enthaltenen Pflanzenproteir!- materiafs, insbesondere Sojaproteins, gebiidet, die 10 bis 30 Gew.-96 Proteinfeststoffe enthält. Der Aufschläm-^6Ü mung 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 Harnstoffs mit der Urease freiwerdende Ammoniak °⁵ den pH-Wert der Aufschlämmung auf über 8 erhöht. Der zugesetzte Harnstoff soll aber nicht nur den für die OxI-dationsreaktlon 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 Erhfizen aufrechterhält, so daß eine ständige Neueinstellung des pH-Wertes des Reaktionsgemisches nicht erforderlich ist. Die mit Silicat und Harnstoff versetzte Aufschlämmung wird nun mit einem Oxidationsmittel zur Reaktion gebracht, um das Proteinmaterial zu modifizieren und dessen Theologische Eigenschaften zu verändern. Nach dem Modifizieren wird die Aufschlämmung 90 bis 150 Sekunden auf eine Temperatur von 104 bis 176⁰C erhitzt, dann abgekühlt und cetror'cnet.

L"as nach diesem Verfahren erhaltene modifizierte Proteinmaterial hat einen pH-Wert von etwa 7 und in einem wäßrigen Medium ausgezeichnete Theologische Eigenschaften, so daß es sehr gut als Pigmentbindemittel in Papierstreichrnasssn geeignet ist. Streichmassen, die unter Verwendung des nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren erhaltenen Proteinbindemittels hergestellt worden sind, zeigen beim Auftragen auf Papier verbesserte Theologische Eigenschaften, so daß die Streichmasse einen höheren Anteil an Feststoffen 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 'vird und infolgedessen die Trocknungszeit ν erkürzt werden kann.

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

Isoliertes Sojaprotein wird durch Behandlung entfettete·· Sojabohnenflocken mit einer alkalischen Lösung zum Herauslösen des Proteins gewonnen. Die Lösung wird von den ungelösten Feststoffen abfiltriert oder abzenirifugiert. Aus der Lösung wird das Protein in Form eines käseartigen Bruches durch Einstellen des ^Η-Wertes der Lösung auf den isoelektrischen Punm des Proteins - in der Regel zwischen 4 und 4,5 - ausgefällt. Der Bruch kann zu einem Proteingranulat mit einer Reinheit von üoer 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 Trockenprodukt eingesetzt werden. Das nach dem vorstehend skizzierten Verfahren gewonnene Sojaproteinisolat enthält, wenn es nicht anderweitig erhitzt oder modifiziert worden ist. von NatiT aus eine wesentliche Menge Urease, die aber auch zugesetzt werden kann, wenn in dem Ausgangsprotefn nicht genügend Urease vorhanden ist. Aus dem durch Ansäuren gefällten, unmodiflzierten Protein wird eine wäßrige Aufschlämmung bereitet, die 10 bfs 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 wild ein wasserlösliches Silicat zugesetzt, das bei der nachfolgenden Oxidationsreaktion das Schäumen vermindert. Die Menge des Sillcats beträgt am besten 5 bis 15 Gew.-% des Gehalts an Proteinfeststoffen. Von den In Betracht kommenden wasserlöslichen Silicaten eignen sich am heilen Alkalisilicate, Insbesondere Natrlumsillcat, ca dieses Produkt sehr gut löslich und leicht erhältlich Ist.

Der das wasserlösliche Silicat enthaltenden Proteinaufschlämmung wird nun Harnstoff zugesetzt, und dieser Zusatz Ist ein wesentliches Merkmal des Verfahrens. 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 mindestes 8 und am besten auf 8 bis 10 erhöht. Wie ebenfalls bereits erwähnt, ist es nicht unbedingt notwendig, daß das verwendete Proteinmaterial Urease enthält, da Urease auch zugesetzt werden kann, wenn in dem Ausgangsproteinmateria! keine oder nicht genügend Urease vorhanden ist. Die zuzusetzende Harnstoffmenge wird normalerweise so bemessen, daß sie ausreicht, um den pH-Wert dor Aufschlämmung in den angegebenen Bereich zu bringen. ;- r Harnstoff ist ein Mittel, durch das die A-kcJitT. de. "".eaktionsgemisches während der Oxtdationsreaküon kontinuierlich aufrechterhalten werden kann, ohn° daß der pH-Wert ständig neu eingestellt werden 'v.u. Vorzugsweise beträgt die zuzusetzende Harn'-iftmenge I bis 5 Gew.-% des Froteinfeststoff-Gehaües Cr Aufschlämmung.

Der das wasserlösliche Silicat und den Harnstoff enihaltenden Proteinaufschlämmung wird nun ein Oxidationsmittel zugesetzt, das mit dem ProtfMi. reagiert und dieses anderweitig modifiziert, wodurch sich die moleku-Iaren Eigenschaften des Sojaproteins ändern. Bei diesem Verfahren bevorzugte Oxidationsmittel sind Peroxide, insbesondere lösliche Peroxide, wie Wasserstoffperoxid, Natriumperoxid, Bariumperoxid 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 g his 12 Gew.-%, des Proteinfeststoff-Gehaltes der Aufschlämmung. Die Modifizierungs- oder Oxidationsreaktion läßt man so lange fortdauern, bis sich die Theologischen Eigenschaften des Proteins durch Modifizierung des Protelnmoleküls 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 Gxfdationsreaktion halten der In dem Gemisch vorhandene Harnstoff und die Urease den pH-Wert der Aufschlämmung auf ten und eine Viskosität In alkalischer Lösung von 0,3 bis 0,6 Pa · s, sondern ergibt auch unerwartet verbesserte Streicheigenschaften pigmenthaltiger Papierstreichmassen. Die Verbesserung erstreckt sich nicht nur auf die Leichtigkeit und Einfachheit, mit der eine solche Streichmasse hergestellt werden kann, sondern auch auf die Farbe des Papiers, das mit einer Pigmentmasse gestochen worden ist, die ein nach dem beschriebenen Verfahren hergestelltes Bindemittel enthält. Streichmassen, die

ίο 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

!5 die Verwendung von Streichmassen mit wesentlich höherem Feststoffgehalt, als dies normalerweise möglich ist.

Nach dem Schnellerhitzen oder Strahlkochen der Aufschlämmung wird diese zwe.kmäßigerweise auf eins Temperatur von 50 bis 90° C ab&i^u hit und anschließend entwässert. Das modifizierte Proteinniaterial hat dann einen pH-Wert von etwa 7, in der Regel zwischen 6,5 und 7,5. Es kann nun als Adhäsionsbindemittel in alkalischen Pigmentstreichmassen verwendet werden. Es ist zu brachten, daß das nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellte Adhäsionsbindemittel nici.. durch Säure ausgefällt worden ist, wie dies bei bekannten Verfahren geschieht. Es scheint, «laß der Fortfall der Säurefällung und das Trocknen des mod'fizierten Proteinmaterials bei pH 7 mit dazu beiträgt, daß das modifizierte Proteinmaterial alle durch die Modifizierung oder Oxidation entstandenen Molekülbruchstücke enthält und daß nicht wie beim anschließenden Lasen 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 1st jedoch nicht auf diese Beispiele

tj beschränkt.

Beispiel 1

Veiss modifiziert wird, die bekannter. Vi

h.ren weit Aus 111 kg gefälltem Sojaproteinlsolat mit einem pH-Wert von etwa 4,5 und 70 kg Wasser von 32 wurde eine

über 8, wodurch die Wirksamkeit r*es Peroxids als Oxida- ⁴⁵ wäßrige Aufschlämmung bereitet, deren Proteinfeststofftionsmitte! erhöht und das Sojaproteln-Molekül in einer gehalt 15% betrug. Zu der Aufschlämmung wurden Na-

triumsilicat 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 elrum: Strahlkocher, der mit einem Gegendruck von 6,2 bar betrieben wurde, auf 160° C erhitzt. Das erhitzte ⁵⁵ Produkt wurde In eine Vakuumkammer mit einem Unterdruck von 77 mbar entleert und darin auf 70" C abgekühlt. Danach wurde das Produkt in einem Zerstäubungstrockner mit einer Ablufttemperatur von 104^JC getrocknet. Das getrocknete Produkt hatte einen pH-direkt In die Aufschlämmung eingeblasen wird, da auf ⁶⁰ Wert von etwa 7,8.
diese Weise die gewünschten Temperaturen in kürzester Aus dem getrockneten Produkt wurde mit Wasser von

Zeit erreicht werden können. Das Erhitzen durch direk- 25⁰C eine Lösung bereitet, die 1556 Feststoffe enthlalt, tes Einblasen von Dampf In die Aufschlämmung in mit wäßriger A mmonlaklösung auf einen pH-Wert von einem Strahlkocher wird zweckmäßigerweise bei einer 9,5 eingestellt und 30 Minuten auf 60° C erhitzt wurde. Temperatur zwischen 104 bis 176° C ausgeführt. Dauer ⁶⁵ Sodann wurde die Viskosität der erhitzten Lösung mit der Erhitzung 90 bis 150 Sekunden. einem LVT-Brookfleld-Viskoslmeter, Spindel Nr. 2, bei

Wie bereits erwähn', hat das modifizierte Sojaprotein- 60 U/mln gemessen; sie betrug 0,56 Pa · s. Dies Ist ein material nicht nur '?rte!lhafte Theologische Eigenschaf- ausgezeichneter Wert für ein Sojaproteinlsolat, dessen

überlegen und wirksamer als diese 1st. Ferner hemmt die Gegenwart des wasserlöslichen Sillcats die Schaumbildung, die bei Modifbierungsreaktlonen der beschriebenen Art eine häufig auftretende Schwierigkeil ist. Das Verfahren Ist daher auch für die technische Ausführung besonders gu' geeignet.

Nach der OxiJation wird das oxidierte oder modifizierte Sojaproteinmaterial einer Schnellerhitzung oder kurzdauernden Hochtemperaturbehandlung unterworfen. Das Erhitzen wird daher am bester, in einem Strahlkocher oder einer ähnlichen Vorrichtung ausgeführt, bei der Dampf mit hohem Druck oder hoher Geschwindigkeit

Theologische Eigenschaften damit denjenigen des Caseins entsprechen. Das Produkt eignet sich daher gut als Adhäslonsblndemlttei für Papierstreichmassen.

Beispiel 2

Aus 74 kg gefülltem Sojaprotelnlsolat mit einem pH-Wert von etwa 4,5 und 39,5 kg Wasser von 27" C wurde eine wäßrige Aufschlämmung hergestellt, die 15%. Piotetnfeststoffe enthielt. Der Aufschlämmung wurden 5 Gew-% der Feststoffe Natriumsllicat. 2 Gew.- * der Feststoffe Harnstoff und 10 Gew-% der Feststoffe Wasserstoffperoxid zugesetzt; dann wurde sie 15 Minuten stehengelassen. Danach betrug der pH-Wert der Aufschlämmung 7,8.

Die Aufschlämmung wurde sodann 120 V-kunden In einem Strahlkocher, der mit 6,2 bar Gegendruck betrieben wurde, auf 160° C erhitzt. Das erhitzte Produkt wurde in eine Vakuumkammer mit einem Unterdruck von 77mbar entleert und auf 7O⁰C abgekühlt. Danach wurde das Produkt In einem Zerstäubungstrockner mit einer Ablufttemperatur von 104° C getrocknet. Das getrocknete Produkt hatte einen pH-Wert von 6,8.

Zur Bewertung der Eigenschaften des modifizierten Sojaprotefns als Adhäsionsblndemittel für plgmenthallige 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 6O⁰C erwärmt. Sodann wurde die Viskosität der erwärmten Lösungen mit einem Brookfield-Vlskosimeter. 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 ίο nachstehender Tabelle 1 wiedergegeben.

Tabelle 1

Viskosität Farbe Pa-s L a

Casein

138

40,6 -2,3

45

50

Fortsetzung

Probe Viskosität Farbe
Pa-s L

Modifiziertes 0,56

Sojaproteinisolat,
hergestellt nach
dem Verfahren
des Beispiels 3

Hydrolysiertes 0,034
Sojaproteinisolat

38,7 - 0,7 +14,8

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 Sojaproteinlsolats derjenigen einer Caseln-Lösung näher kam als eine Lösung von in bekannter Welse modifiziertem oder hydrolyslertem Sojaprolf- <>iat. das durch Zusatz vor» Alkall und Kochen bei einem alkalischen pH-Wert hydrolysiert worden war.

Das Verhalten des nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten modifizierten Proteinlsolats als Adhäsioii.<Alndemlttel für Papierstrelchmassen im Vergleich zu demjenigen der vorstehend genannten Produkte wurde an Hand folgender Streichmasse untersucht.

Papierstreichmasse (Gesamtfeststoffgehalt 50%}

100 Gewichtstelle Ton, bezogen auf die Trockensubstanz, wurden von einer Aufschlämmung geliefert, die 70 Gew.-% Ton enthielt. Diese wurde mit 15 Teilen proteinlsolat, bezogen auf die Trockensubstanz, 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 einem Brookfield-Viskoslmeter 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 Undurchslchtägkeit 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 sifi in Tabelle 2 wiedergegeben.

Tabelle 2

Produkt

Viskosität (Pa - s) Weißgrad

lOU'min 100 U/min % Glanz

Undurchsichtigkeit

Casein 32 9,2

Modifiziertes Soja- 13 3,4

proteinisolat, hergestellt nach dem Verfahren

des Beispiels 3

Hydrolysiertes Soja- 10,6 2,48

proteinisolat

75,4

74,4 59,1
63,9

963
96,7

96,2

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

Beispiel 3

Um die Bedeutung der Verwendung von Flarnstoff und Silicat beim Modifizieren des Proteinlsoiats 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 Protcinisolat 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 Wasserstoffperoxid in einer Menge von 10 Gew.-% der Feststoffe zugesetzt. Die Aufschlämmung wurde zunächst 30 Minuten auf 71° C erwärmt und anschließend 2 Minuten In einem Strahlkocher, der mit 6,2 bar Gegendruck betrieben wurde, auf 160°C erhitzt. Das erhitzte Produkt wurde In eine Vakuumkammer mit einem Unterdruck von 77 mbar entleert und auf 70° C abgekühlt. Anschließend wurde es in einem Zerstäubungstrockner mit einer Ablufttemperatur von 104° C 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 TAPPl-Methode T-499 bestimmt. Versuchsbedingungen und Ergebnisse sind In Tabelle 3 wiedergegeben.

Tabelle 3

Produkt

Viskosität (Pa - s)

Beschich- Glanz
tung

10 U/min 20 U/min 50 U/min 100 U/min pH g/m²

Nach Verfahren A 6,0 3,625

Nach dem 13,5 9,000

Verfahren

der Erfindung

2,1
5,2

1,375 3,400

9,8 9,7 14,09
15,01

65,6
63,9

Undurch- Weiß- IGT-sichtigkeit grad Druckfarbe

Nr. 5
% % cm/s

96,3
96,8

75,2
75,4

136
160

Bei der Modifizierungsreaklion in Gegenwart des SlIicats 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 Protefn hergestellt sind.

Claims

10 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Adhäsionsbindemittels für Papierstreichmassen aus modifiziertem Pflanzenprotein, dadurch gekennzeichnet, daß man