DE3850736T2

DE3850736T2 - Verfahren zur Herstellung von modifizierter, vorverkleisterter Maisstärke und das so erhaltene Produkt.

Info

Publication number: DE3850736T2
Application number: DE3850736T
Authority: DE
Inventors: Jay Harvey Katcher; Robert Ernest Schara
Original assignee: GEN FOODS Inc; Kraft General Foods Inc
Current assignee: GEN FOODS Inc; Mondelez International Inc
Priority date: 1987-10-20
Filing date: 1988-10-17
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2008-10-18
Also published as: EP0313298A2; EP0313298A3; CA1305474C; DE3850736D1; EP0313298B1; US4847371A

Description

Instant-Lebensmittelpulver wie z. B. gepulverte Dessertmischungen, die dazu bestimmt sind, mit Milch oder Wasser kombiniert zu werden, um ein viskoses Lebensmittel zu erhalten, enthalten typischerweise ein vorverkleistertes Stärke-Ingredienz. Diese Stärke wird in derartigen Produkten wie z. B. gepulverten Instant- Puddingmischungen in erster Linie als Verdickungsmittel eingesetzt. Bis jetzt war Tapiokastärke die Stärke der Wahl, da sie von Natur aus ein reines Aroma besitzt und andere physikalische Eigenschaften (d. h. eine niedrige Gelbildungstemperatur) hat, die sie zur Verwendung in Instant-Puddingmischungen besonders geeignet machen.
Tapiokastärke ist ein Rohmaterial, welches in erster Linie aus Südostasien erhalten wird; eine zuverlässige und wirtschaftliche Beschaffung von Tapiokastärke kann durch verschiedene politische oder klimatische Ereignisse unterbrochen werden. Zahnmaisstärke ist ein Material, welches in den Vereinigten Staaten reichlich vorhanden ist und stellt eine relativ kostengünstige Ware dar.
Allerdings besitzt Zahnmaisstärke ein Aroma, das als "holzig" oder "getreidig" gekennzeichnet wurde und hat einen unerwünschten Geruch. Zahnmaisstärke hat auch eine relativ hohe Gelierungstemperatur. Diese nachteiligen Charakteristika sind besonders nachteilig, wenn eine vorverkleisterte Maisstärke zur Verwendung in Instant- Puddingmischungen herzustellen ist.
Zahnmaisstärke hat eine Gelierungstemperatur von annähernd 82ºC, Tapiokastärke hat irrt Vergleich dazu eine Gelierungstemperatur von 69ºC. Diese höhere Gelierungstemperatur für Maisstärke macht sie, verglichen mit Tapiokastärke, schwieriger aufzuschließen (zu kochen) Während es bekannt ist, die Gelierungstemperatur von Zahnmaisstärke durch chemische Modifizierung wie z. B. Hydroxypropylierung, zu reduzieren, haben diese Anstrengungen bislang nicht zur Herstellung einer vorverkleisterten Zahnmaisstärke geführt, welche die Fähigkeit hat, bei einem Instant-Pudding eine Viskosität aufzubauen und eine wünschenswerte Textur zu verleihen, wie dies mit den teureren Stärken wie Tapioka und wachsartigem Mais möglich ist. Die offensichtlich geringe Fähigkeit von vorverkleisterter Zahnmaisstärke, Viskosität aufzubauen, erfordert die Verwendung von zusätzlichem Stärkematerial, das mit Tapioka- und wachsartiger Maisstärke vergleichbar ist, das außerdem die Probleme von Fehlgeschmack, Fehlgeruch und nachteiliger struktureller Beeinflussung, die Zahnmaisstärke anhaften, beseitigt.
Auf dem Fachgebiet sind verschiedene Techniken zur Behandlung und/oder Modifizierung von Maisstärke bekannt. Beispielsweise offenbart das US-Patent Nr. 4 477 480 von Seidel et al. ein Verfahren zur Entfernung von Fehlgeschmack aus Getreidestärken wie z. B. Maisstärke. Das US-Patent Nr. 4 431 800 von Leusner et al. offenbart ein Verfahren zur Hydroxypropylierung verschiedener Stärken, einschließlich Maisstärke, um die physikalischen Eigenschaften hinsichtlich der Leistungsfähigkeit der Stärke als Verdickungsmittel in Produkten wie z. B. Puddings, zu verbessern. Das US-Patent Nr. 4 280 851 von Pitchon et al. offenbart ein Verfahren und eine Apparatur zur Herstellung von sprühgetrockneten, vorverkleisterten Stärken, einschließlich Maisstärke, wobei eine Stärkeaufschlämmung in eine Düsenkappe gesprüht wird, wo die Stärketeilchen verkleistert werden. Danach werden die verkleisterten Teilchen getrocknet, z. B. in einem Sprühtrocknungsturm.
Bis jetzt war allerdings keine wirtschaftlich hergestellte, vorverkleisterte Maisstärke oder vorverkleisterte Maisstärke, welche zur Verwendung in gepulverten Instant-Lebensmittelprodukten wie z. B. Instant-Puddingmischungen geeignet sind, verfügbar.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine Querschnittszeichnung, die Konstruktionsdetails einer Ausführungsform einer Zwei- Fluid-Düse zur Verwendung im Verfahren der vorliegenden Erfindung darstellt.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß wird ein neues Stärkematerial hergestellt, das aus sprüh-aufgeschlossener (sprühgekochter) und sprühgetrockneter, vorverkleisterter, hydroxypropylierter Zahnmaisstärke besteht. Diese Zahnmaisstärke ist im wesentlichen aromafrei und besitzt einen Grad der Hydroxypropylierung, welcher eine Gelierungstemperatur in der unverkleisterten Maisstärke im Bereich von 53 bis 59ºC liefert. Dieser Grad der Hydroxypropylierung verbunden mit, einem relativ hohen Aufschlußgrad, der aus der Verwendung einer speziellen Düse resultiert, ist effektiv, um während des Verfahrens des Sprühaufschlusses und des Sprühtrocknens eine vorverkleisterte Zahnmaisstärke herzustellen, welche in Puddings Charakteristika der Viskositätsbildung und der Struktur zeigt, die denen einer gleichen Menge vorverkleisterter Tapiokastärke vergleichbar sind.
Das neue Maisstärkematerial wird durch Bildung einer wäßrigen Aufschlämmung von roher Zahnmaisstärke, die einen Stärkefeststoffgehalt von 0,5 bis 0,7 Teilen Maisstärke pro Teil Wasser aufweist, hergestellt. Die Aufschlämmung wird auch 0,01 bis 0,4 Teile anorganisches Salz pro Teil Maisstärke enthalten. Das anorganische Salz, welches als Verarbeitungshilfsstoff fungiert, wird vorzugsweise aus der aus Natriumsulfat, Natriumchlorid oder Magnesiumsulfat wie auch aus einer Kombination dieser Salze bestehenden Gruppe ausgewählt.
Die Aufschlämmung wird auch ausreichend basisches Material wie z. B. das Salz eines Alkali- oder Erdalkalimetalls, speziell ein Hydroxid, Carbonat, Bicarbonat oder Phosphat der genannten oder ein organisches Alkali oder Kombinationen dieser Salze enthalten, um den pH der Aufschlämmung auf einen Wert zwischen 10,5 und 12,3 zu erhöhen. Der Verkleisterungs-pH für Zahnmaisstärke ist etwa 12,5. Es ist bevorzugt, daß dieses basische Material aus der Gruppe, die Trinatriumphosphat, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Kalziumoxid und Kombinationen der genannten umfaßt, ausgewählt wird.
Die homogene Aufschlämmung kann in einem Reaktionsbehälter hergestellt werden oder diesem zugeführt werden, in dem auch die Hydroxypropylierungsreaktion erfolgen wird.
Vorzugsweise wird der Rekationsbehälter ein verschließbarer Behälter sein und geeignet, einen Druck von bis zu 5 Atmosphären (5,07 bar) auszuhalten. Die Aufschlämmung wird während der Reaktion bewegt werden.
Der in dem Reaktionsbehälter enthaltenen Aufschlämmung wird Propylenoxid in einer Menge von 0,06 bis 0,2 Teilen pro Teil Maisstärke zugesetzt. Der Behälter wird dann verschlossen, um Verflüchtigung und Verlust von Propylenoxid zu verhindern, die Reaktion wird dann bei einer Temperatur zwischen 20ºC und 60ºC für 3 bis 30 Stunden, vorzugsweise 8 bis 24 Stunden, ablaufengelassen, um so die Gelierungstemperatur der Zahnmaisstärke auf zwischen 53 und 59ºC zu reduzieren. Nach der gewünschten Reaktionszeit wird der Reaktionsbehälter entleert und vorzugsweise wird übriges Propylenoxid aus der Aufschlämmung entfernt, beispielsweise durch Belüften mit einem nicht-reaktiven Gas (beispielsweise Stickstoff oder Preßluft)
Die umgesetzte Stärkeaufschlämmung wird als nächstes aus dem Reaktor entfernt und gewaschen. Das Waschen kann mit einer herkömmlichen Waschzentrifuge wie z. B. mit einem Merco-Modell C 30-W, hergestellt von Dorr-Oliver Co. (Stammford, CT) durchgeführt werden. Die Waschzentrifuge wird so gesteuert, daß eine Unterlaufaufschlämmung mit einem Feststoffgehalt von 35 bis 45% hergestellt wird. Die Menge an Wasser, das während des Waschprozesses, sowohl als Verdünnungswasser wie auch als Waschwasser zugesetzt wird, beträgt 0,6 bis 1,8 Gallonen (2,27 bis 4,54 l) pro Pound (454 g) Stärkefeststoffe, typischerweise etwa 1,0 Gallonen (3,78 1) pro Pound.
Die konzentrierte Stärkeaufschlämmung, die aus dem Waschschritt erhalten wird, wird zu einem pH im Bereich von 6,0 bis 9,0, vorzugsweise zwischen etwa 7,5 bis 8,5 neutralisiert. Die Aufschlämmung kann mit irgendeiner nicht-chlorhaltigen Mineral- oder organischen Säure mit Lebensmittelreinheit, wie z. B. Schwefelsäure, Phosphorsäure, Salpetersäure oder dergl. neutralisiert werden.
Um das erfindungsgemäße Verfahren zu vervollständigen, wird die gewaschene und neutralisierte Stärkeaufschlämmung, die einen hohen Feststoffgehalt von 35 bis 43% hat, durch eine Atomisierungsöffnung einer Zwei-Fluid-Düse in eine Heizkammer gespritzt. In die Heizkammer, welche die Atomisierungs- und Einspritzöffnungen umgibt, wird außerdem ein Heizmedium, z. B. Dampf, eingespritzt. Die Heizkammer enthält eine Auslaßöffnung, die unterhalb und beabstandet von den Atomisierungs- und Einspritzöffnungen lokalisiert ist, und durch welche die atomisierten Aufschlämmungstropfen austreten und mit erhitzter Luft in Kontakt kommen, beispielsweise in einem Trocknungsturm, was eine Trocknung der Sprühtropfen bewirkt. Die Aufschlußkammer (Kochkammer) ist so dimensioniert, daß sie es ermöglicht, daß die Tropfen der Stärkeaufschlämmung für einen Zeitraum, der eine gleichmäßige und ausreichende Verkleisterung der Zahnmaisstärke bewirkt, in der Kammer zurückgehalten werden.
Atomisierung, Aufschluß und Trocknung der Maisstärke werden im allgemeinen in Übereinstimmung mit dem Verfahren, das in dem oben erwähnten Patent von Pitchon et al. beschrieben ist und auf das hiermit verwiesen wird, durchgeführt. Allerdings ist festgestellt worden, daß die hyroxypropylierte Zahnmaisstärke der vorliegenden Erfindung, welche eine Gelierungstemperatur von 53 bis 59ºC hat, überraschenderweise schwieriger völlig aufzuschließen ist als die vernetzte Tapiokastärke, die in dem Patent von Pitchon et al. behandelt wird und welche eine etwas höhere Gelierungstemperatur aufweist.
Aufschlämmungen von nicht-vernetzter, hydroxypropylierter und gewaschener Maisstärke, die eine Gelierungstemperatur zwischen 53 und 59ºC hat, wurden verkleistert und unter Verwendung einer Düse, wie sie in Fig. 1 des Patent von Pitchon et al. dargestellt ist, sprühgetrocknet. Die resultierende vorverkleisterte Stärke war als Ingredienz in trockenen Puddingmischungen, welche Phosphat- Erstarrungssysteme enthalten und durch Zusatz von kalter Milch hergestellt werden, nützlich. Es wurde allerdings festgestellt, daß diese Maisstärke nicht die Fähigkeit zum Viskositätsaufbau wie vorverkleisterte Tapiokastärke aufwies und daher nicht als Ersatz für vorverkleisterte Tapiokastärke verwendet werden konnte.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung einer im wesentlichen aromafreien vorverkleisterten Maisstärke, welche eine Fähigkeit zum Aufbau einer Viskosität aufweist, die äquivalent dem vorverkleisterte Tapiokastärke ist, und welche z. B. als direkter Ersatz (d. h. eins zu eins) für vorverkleisterte Tapiokastärke in Instant-Puddings verwendet werden kann. Gemäß dieser Erfindung bedeutet Fähigkeit zum Aufbau einer Viskosität äquivalent der von Tapiokastärke, daß in einem standardisiertem Test, bei dem eine trockengemischte Mischung aus 80 g Zucker, 1,75 g Dinatriumphosphat, 1,75 g Tetranatriumphosphat und 18 g vorverkleisterte Stärke mit zwei Tassen (474 ml) kalter Milch zusammengegeben wird, eine Minute lang gemischt wird, 30 Minuten bei etwa 46ºF (7,8ºC) gekühlt wird und dann die Viskosität gemessen wird, der Pudding, der Maisstärke enthält, eine Viskosität hat, welche in Grenzen von 5% dem Pudding, der Tapiokastärke enthält, vergleichbar ist. Viskositätsmessungen werden mit einem BrookfieldTM-Modell HAT-Viskosimeter vorgenommen, wobei ein Helipath-Stativ, ein 36-mm-Bar-Spindeltyp, 5-Upm- und eine 0-500-Skala verwendet werden.
Derartige Viskositätsmessungen sind dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt und ergeben einen Brookfield-HAT- Wert von etwa 260 für vorverkleisterte Tapiokastärke, wie sie nach dem Patent von Pitchon et al. hergestellt wird.
Obgleich man logischerweise annehmen könnte, daß Stärke mit einer niedrigeren Gelierungstemperatur leichter sprühverkleistert werden kann als Stärke mit einer höheren Gelierungstemperatur, entschlossen sich die Erfinder der vorliegenden Erfindung, Sprüh-Aufschließen von hydroypropylierter Maiszahnstärke zu einem größeren Grad als dies unter Verwendung der Düse nach Pitchon et al. erreicht worden war, zu beurteilen. Es wurde festgestellt, daß lediglich eine Erhöhung der Länge der Heizkammer, wie es von Pitchon et al. vorgeschlagen worden war, nicht erfolgreich, da nach 3 bis 5 Minuten kontinuierlichen Betriebs Spritzer und Kleckse aus Stärke an der Auslaßöffnung sichtbar waren. Daher war es notwendig, eine neue Zwei-Fluid-Düse zu entwickeln, so daß die kontinuierliche Sprühverkleisterung und das Trocknungsverfahrens des Patents angewendet werden konnten, um Zahnmaisstärke-Aufschlämmungen mit hohem Feststoffgehalt zusätzlichem Aufschluß zu unterwerfen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine neue Zwei- Fluid-Düse in Verfahren zur Herstellung von Teilchen einer neuen sprühverkleisterten und getrockneten Zahnmaisstärke verwendet. Es wurde festgestellt, daß es zu Zwecken der vorliegenden Erfindung notwendig war, die Öffnung für die Aufschlämmung bis unter die Höhe der Öffnung des Dampfaustritts zu verlängern und das Düsenkernelement, welches die Öffnung für die Aufschlämmung enthält so zu formen, daß der Dampfstrom aus der Dampföffnung auf das geformte Kernelement auftrifft und mindestens teilweise durch dieses unterbrochen wird.
Daher wird nach einem Aspekt der vorher genannten Erfindung ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Teilchen aus vorverkleisterter modifizierter Zahnmaisstärke, welche im wesentlichen aromafrei sind und welche eine Fähigkeit zum Aufbau einer Viskosität haben, die äquivalent zu der von sprühgetrockneter und vorverkleisterter Tapiokastärke ist, bereitgestellt, welches die folgenden Schritte umfaßt:
(a) Bilden einer homogenen wäßrigen Aufschlämmung von roher Zahnmaisstärke, wobei diese Aufschlämmung einen, Stärkefeststoffgehalt von 0,5 bis 0,7 Teile roher Maisstärke pro Teil Wasser, ein oder mehrere Salze, die aus der aus Natriumsulfat, Natriumchlorid und Magnesiumsulfat bestehenden Gruppe ausgewählt sind, in einer Menge von 0,01 bis 0,4 Teile pro Teil Maisstärke und ausreichend basisches Material, um den pH der Aufschlämmung in einen Bereich von 10,5 bis 12,3 zu erhöhen, aufweist;
(b) Zugabe von Propylenoxid in einer Menge von 0,06 bis 0,2 Teilen pro Teil Maisstärke zu der Aufschlämmung von Schritt (a);
(c) Einschließen der Mischung von Schritt (b) in einen bewegten Reaktionsbehälter für einen Zeitraum von 8 bis 24 Stunden bei einer Temperatur von 38 bis 60ºC, wobei der Reaktionszeitraum zur Herstellung von Maisstärkefeststoffen, welche eine Gelierungstemperatur von 53 bis 59ºC haben, wirksam ist;
(d) Waschen der umgesetzten Stärkefeststoffe in einer Art, welche eine Aufschlämmung mit einer Stärke- Feststoff-Konzentration von über 35 Gew.% ergibt;
(e) Neutralisieren der umgesetzten Aufschlämmung auf einen pH im Bereich von 6,0 bis 9,0;
(f) Verkleistern der gewaschenen und neutralisierten Stärkefeststoffe, in dem die Aufschlämmung durch eine in einer Zwei-Fluid-Düse zentral lokalisierte Düse und in eine Aufschlußkammer unter Bildung einer konisch geformten Sprühflüssigkeit aus fein atomisierten Tröpfchen versprüht wird; Dampf abwärts in einem kreisförmigen Muster, welches die konischgeformte Sprühflüssigkeit durch eine ringförmige Öffnung umgibt oder durch eine Vielzahl von ringförmig angeordneten beabstandeten Öffnungen, welche die Aufschlämmungsöffnung umgeben, in die Aufschlußkammer eingespritzt wird, und indem der Dampfstrom teilweise unterbrochen wird, um einen Bereich geringen Drucks um die Öffnung für die Aufschlämmung zu erzeugen, was die Atomisierung der Stärkeaufschlämmung fördert, wobei sich die Öffnung für die Aufschlämmung bis unter die Öffnung für Dampf erstreckt, wobei die Öffnung für die Aufschlämmung in einem zentralen Kernelement enthalten ist, welches so geformt ist, daß es die teilweise Unterbrechung des Dampfstromes, der aus den Öffnungen für Dampf austritt, bewirkt, wobei die Aufschlußkammer die Öffnungen für Aufschlämmung und Dampf umgibt und eine Auslaßöffnung enthält und wobei die Aufschlußkammer und ihre Auslaßöffnung so dimensioniert sind, daß eine Temperatur, ein Feuchtigkeitsgehalt und eine Retentionszeit erreicht werden, die ausreichen, um die atomisierte Maisstärke gleichmäßig zu verkleistern; und
(g) Durchleiten von verkleisterten Maisstärke-Teilchen durch die Kammeröffnung und Trocknen dieser Teilchen in einem Turm durch Kontakt mit heißer Luft.
In einem derartigen Verfahren ist die Konzentration an gewaschenen Stärkefeststoffen in der Aufschlämmung von Schritt (d) vorzugsweise 35 bis 45 Gew.%. Typischerweise ist die Menge an Wasser, die zum Waschen in Schritt (d) zugesetzt wird, 0,6 bis 1,8 Gallonen pro Pound (5,0 bis 15,02 l/kg) Stärkefeststoffe.
Die Erfindung stellt außerdem eine Zwei-Fluid-Düse bereit, umfassend:
(a) einen Düsenkern mit einer Leitung für die Aufschlämmung, wobei der Kern an seinem unteren Ende in einer Öffnung endet, welche eine konisch geformte atomisierte Sprühflüssigkeit aus Tröpfchen feiner Größe aus der Aufschlämmung liefern wird;
(b) eine ringförmige Verteilerleitung, die den Düsenkern umgibt, wobei die Verteilerleitung so angepaßt ist, daß sie ein im wesentlichen kreisförmiges Muster von eingespritztem Fluid um die atomisierte Aufschlämmung liefert, wobei das Fluid durch eine ringförmige Öffnung oder eine Vielzahl von ringförmig angeordneten beabstandeten Öffnungen eingespritzt wird;
(c) wobei der Düsenkern sich in einem Abstand von 1/4 bis 3/8 Zoll (6,35 bis 9,53 mm) unter die Fluideinspritzöffnungen erstreckt, wobei der Bodenabschnitt des Kerns im Durchmesser so ausgebildet ist, daß eine konkave Rille und eine untere Lippe, welche den Strom des Fluids aus den Einspritzöffnungen unterbrechen wird, ausgebildet sind; und
(d) eine Kammer, welche die Öffnungen für die Aufschlämmungsatomisierung und die Fluideinspritzung umgibt, wobei diese Kammer eine Auslaßöffnung enthält, die sich unterhalb und mit einem Abstand von 1,6 bis 3,2 Zoll (4,06 bis 8,12 cm) von den Atomisierungs- und Einspritzöffnungen beabstandet befindet.
Unter Verwendung der nachfolgend beschriebenen Düse war es möglich, aus Aufschlämmungen mit hohem Gehalt an Stärkefeststoffen sprühgetrocknete vorverkleisterte Zahnmaisstärke herzustellen. Von den Erfindern der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, daß die resultierende Maisstärke überraschenderweise eine Fähigkeit zum Aufbau von Viskosität besitzt, die äquivalent der von Tapiokastärke ist. Es wurde ebenfalls festgestellt, daß Spritzer und Kleckse auftreten, wenn Aufschlämmungen aus Tapiokastärke mit hohem Feststoffgehalt in der Düse von Fig. 1 verwendet werden.
Es wird nun näher auf die Zeichnung eingegangen. Fig. 1 stellt einen Zwei-Fluid-Düsen-Aufbau 10 dar, welcher mit Quellen (nicht gezeigt) für Dampf und für eine Aufschlämmung aus hydroxypropylierter Zahnmaisstärke, die einen Gehalt an Feststoffen von über 35 Gew.%, typischerweise von 35 bis 43 Gew.% hat, in Verbindung steht. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, verbinden äußere Gewinde 12 den Düsenkern 11 mit einer Leitung für die Aufschlämmung. Der Düsenkern zeigt eine einzelne, sich senkrecht erstreckende Bohrung 14, welche an ihrem unteren Ende mit einer Öffnung endet, die einen Spinner 15 und einen Öffnungseinsatz 16 enthält. Die Spitze der Bohrung 14 ist mit einem Stopfen 13 ausgestattet, welcher die Funktion hat, Spinner 15 und Einsatz 16 in der Bohrung zurückzuhalten. Es ist eine einzelne Bohrung 14 dargestellt, allerdings können Mehrfachbohrungen, die vorzugsweise symmetrisch beabstandet um die Längsachse des Kernelements 11 liegen, verwendet werden. Der Spinner 15 und der Öffnungseinsatz 15 atomisieren die Maisstärkeaufschlämmung, welche durch Bohrung 14, welche eine Sprühflüssigkeit aus feinen Tröpfchen in Form eines hohlen Konus erzeugt, gepumpt wird. Es können andere Atomisierungstechniken angewendet werden, beispielsweise Druckatomisierung mit Fliehkraft (Spinnscheibe), Schall- oder Ultraschalltechniken.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist eine ringförmige Verteilerleitung 17 in der Düse 10 vorhanden, um Dampf zu einer oder mehreren Einspritzöffnungen 20 zu leiten, welche so angeordnet sind, daß Dampf in einem im wesentlichen kreisförmigen Muster um die atomisierte Stärkeaufschlämmung, die aus dem Öffnungseinsatz 16 gesprüht wird, gespritzt wird. Die Einspritzöffnung kann aus einer Vielzahl von ringförmig angeordneten, voneinander beabstandeten Öffnungen bestehen, welche symmetrisch um die Längsachse der Düse plaziert sind. Alternativ kann die Öffnung 20 eine fortlaufende ringförmige Öffnung sein.
Eine Düsenkappe 30 macht den unteren Abschnitt der Düsenanordnung 10 aus. Die Düsenkappe 30 kann durch zylindrische Gewinde 31 an dem Düsenkörper befestigt sein,. so daß die Kappe zu Zwecken der Reinigung oder zum Austausch von Düsenkappen unterschiedlicher Geometrie abgeschraubt werden kann. Die Düsenkappe hat vorzugsweise eine kegelstumpfartige Gestalt und endet an der Düsenauslaßöffnung 33.
Der eingeschlossene Raum zwischen der inneren Oberfläche von Düsenkappe 30, Mundstück 16 und Öffnung 20 bildet eine geschlossene Kammer 32, in welcher die Maisstärke verkleistert wird. Die Größe und Gestalt der Kammer sowie die Größe der Auslaßöffnung 33 sind so bemessen, daß die atomisierten Tröpfchen der Maisstärkeaufschlämmung eine ausreichend hohe Temperatur über eine Zeit, die wirksam ist, um einen vollständigen Aufschluß oder eine vollständige Verkleisterung der Maisstärke durchzuführen, erreichen lassen. Es wurde festgestellt, daß zur Verkleisterung der hydroxypropylierten Zahnmaisstärke dieser Erfindung im Vergleich zu modifizierte Tapiokastärke, welche in den Beispielen 1 und 2 des Patent von Pitchon et al. behandelt wurde, eine längere Sprühkappenkammer erforderlich ist. Für die Düse dieser Erfindung muß der Abstand zwischen der Atomisierungsöffnung und der Auslaßöffnung im Bereich von 1,6 bis 3,2 Zoll (4,06 bis 8,12 cm) sein. Es wurde außerdem festgestellt, daß die Form der Düse modifiziert werden muß, um einen reibungslosen Betrieb der Düse über Zeiträume von einigen Minuten hinaus zu erreichen. Darüber hinaus wurde festgestellt, daß bei Verwendung der Düse von Fig. 1 mit Tapiokastärke Spritzer und Kleckse auftreten.
Damit atomisierte Maisstärke die erforderliche Temperatur über den nötigen Zeitraum erreicht, und damit ein kontinuierlicher Strom von Tröpfchen aus verkleisterter Maisstärke, die gleichmäßig geformt sind, aus Öffnung 33 erhalten werden, ist es - wie sich herausstellte - notwendig, sowohl das Mundstück 16 in einem Abstand von etwa 1/4 bis 3/8 Zoll (6,4 bis 9,5 mm), typischerweise etwa 5/16 Zoll (7,9 mm), unter die Dampfeinspritzöffnung 20 zu verlängern als auch den Dampfstrom, der aus Öffnung 20 austritt, zu unterbrechen. Diese Unterbrechung wird vorzugsweise erreicht, indem eine konkave Rille 22 um den Bodenabschnitt des Düsenkerns 11 gebildet wird und der Durchmesser des Düsenkerns unter die Rille 22 verlängert wird, um eine Lippe 24 herzustellen. Es wird angenommen, daß dieser Anordnung von Rille und Lippe einen Bereich niedrigen Drucks um das Mundstück für die Aufschlämmung erzeugt, was die Atomisierung der Stärkeaufschlämmung erleichtert. Dies läßt die Stärkeaufschlämmung durch die längere Aufschlußkammer hindurch ohne Klecksen atomisiert bleiben.
Fig. 1 veranschaulicht auch den Sprühtrocknungsturm 40, in den die Sprühflüssigkeit aus verkleisterter Maisstärke beim Austreten aus der Öffnung 33 der Düsenkappe geht. In Fig. 1 ist nur eine Düsenanordnung 10 gezeigt; es ist allerdings klar, daß in einem Sprühtrocknungsturm eine Vielzahl von Düsen kombiniert sein kann. Es kann tatsächlich wünschenswert sein, zwei oder mehr Düsenanordnungen zu positionieren, so daß ihre Sprühmuster sich überschneiden und eine Agglomeration oder Ausfällung der Sprühtröpfchen erreicht wird. In diesem Fall kann die Teilchengröße des sprühgetrockneten Materials gesteuert werden, ohne daß ein getrennter Agglomerationsschritt notwendig ist.
Unter Verwendung des oben beschriebenen Düsenaufbaus können die Variablen wie Temperatur und Dampfdruck in der Luftkappe, Temperatur, Druck und Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes, die Konzentration und Strömungsgeschwindigkeit der Maisstärkeaufschlämmung, die Größe der Luftkappe und der Auslaßöffnung sowie die Einlaß- und Auslaßtemperatur und Durchflußgeschwindigkeit der Trocknungsluft im Hinblick auf die hier genannten Techniken und im Hinblick auf das Patent von Pitchon et al. vom Fachmann auf diesem Gebiet eingestellt werden.
Die vorliegende Erfindung wird durch das folgende Beispiel näher beschrieben, ohne sie allerdings dadurch zu beschränken.

BEISPIEL

Eine wäßrige Zahnmaisstärke-Aufschlämmung mit einem Feststoffgehalt von 41% wird in einen Reaktionstank geführt. In den Tank wird außerdem eine wäßrige Lösung gegeben, die Natriumsulfat in einer Menge von 20 Gew.% der trockenen Stärkefeststoffe, Natriumhydroxid in einer Menge, die ausreicht um den pH der Aufschlämmung auf 11,2 zu erhöhen und Wasser in einer Menge, um eine Konzentration an Stärkefeststoffen von 36 Gew.% herzustellen, enthält. Dann wird Propylenoxid in den Reaktionstank gegeben, und zwar in einer Menge von 9,0 Gew.%, bezogen auf trockene Stärkefeststoffe. Der Reaktor wird dann verschlossen und die Reaktion unter Rühren ablaufengelassen. Die Reaktion startet bei 100ºF (37,8ºC) und nach etwa 4 Stunden wird die Temperatur auf 125ºF (51,6ºC) erhöht. Die Reaktion wird für einen Zeitraum von etwa 10 bis 14 Stunden weiter ablaufengelassen, wobei eine hydroxpypropylierte Maisstärke erhalten wird, welche eine Gelierungstemperatur, bestimmt mit einem Brabender- Viskosimeter, von 55ºC hat. Am gewünschten Endpunkt der Reaktion wird die Aufschlämmung aus dem Reaktor abgelassen, und die Aufschlämmung wird zur Entfernung von restlichem Propylenoxid mit Stickstoffgas begast.
Die Aufschlämmung wird aus dem Reaktor entnommen, mit einem Strom Verdünnungswasser kombiniert, welcher den Feststoffgehalt auf etwa 18% vermindert, und dann zu einer Waschzentrifuge geführt, welche so eingestellt ist, daß eine gewaschene Aufschlämmung (Unterfluß) hergestellt wird, die einen Stärkefeststoffgehalt von 38 ± 1% und eine Leitfähigkeit von weniger als 4000 umho/cm (gemessen mit einem Fisher-Leitfähigkeitsmeter Modell 152, ein Produkt von Fisher Instrument CO., Pittsburgh, PA) hat. Die Wassermenge, welche während des Waschens zugegeben wird, sowohl als Verdünnungswasser als auch als Waschwasser, beträgt etwa 1 Gallone pro Pound Stärkefeststoffe (Trockenbasis)
Die Aufschlämmung mit 38% Feststoffen wird dann durch Zusatz von Phosphorsäure auf einen pH von 7,5 bis 8,5 neutralisiert. Die neutralisierte Aufschlämmung wird unter Verwendung der in Fig. 1 dargestellten Düse sprühgetrocknet. Diese Düse hat eine Öffnung für die Aufschlämmung, die sich 5/16 Zoll (7,9 mm) unter das Dampfmundstück erstreckt, hat ein #48T-Mundstück und einen 28T-Spinner, beides Produkte von Spraying Systems, Co., Wheaton, IL, und hatte eine Luftkappe mit einer Kegellänge von 1,75 Zoll (4,4 cm) und einen Auslaßdurchmesser von 0,25 Zoll (6,4 mm). Die Aufschlämmung wurde der Düse mit einem Druck von 2500 psig (173,27 bar) zugeführt, Dampf wurde der Düse mit einem Druck von 150 psig (11,35 bar) zugeleitet. Aufschlämmungströpfchen gelangten aus der Düsenluftkappe in einen Sprühtrocknungsturm und in einen Gleichstrom aus erhitzter Luft, der eine Lufteingangstemperatur von 390ºF (198,9ºC) und eine Luftausgangstemperatur von 210ºF (98,9ºC) hatte. Die resultierende kontinuierlich hergestellte, sprühgetrocknete, vorverkleisterte Zahnmaisstärke war genügend frei von Fehlaroma, um zur Verwendung in Instant- Puddingmischungen, die mit Vanille aromatisiert waren, verwendet zu werden; hinsichtlich der Fähigkeit, Viskosität aufzubauen, wurde sie als äquivalent zu vorverkleisterter Tapiokastärke beurteilt.

Claims

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Teilchen aus vorverkleisterter, modifizierter Zahnmaisstärke, umfassend die Schritte

(a) Bilden einer homogenen wäßrigen Aufschlämmung von roher Zahnmaisstärke, wobei diese Aufschlämmung einen Stärkefeststoffgehalt von 0,5 bis 0,7 Teile roher Maisstärke pro Teil Wasser, ein oder mehrere Salze, die aus der aus Natriumsulfat, Natriumchlorid und Magnesiumsulfat bestehenden Gruppe ausgewählt sind, in einer Menge von 0,01 bis 0,4 Teile pro Teil Maisstärke und ausreichend basisches Material, um den pH der Aufschlämmung in einen Bereich von 10,5 bis 12,3 zu erhöhen, aufweist;

(b) Zugabe von Propylenoxid in einer Menge von 0,06 bis 0,2 Teilen pro Teil Maisstärke zu der Aufschlämmung von Schritt (a);

(c) Einschließen der Mischung von Schritt (b) in einen bewegten Reaktionsbehälter für einen Zeitraum von 8 bis 24 Stunden bei einer Temperatur von 38ºC bis 60ºC, wobei der Reaktionszeitraum zur Herstellung von Maisstärke-Feststoffen, welche eine Gelierungstemperatur von 53 bis 59ºC haben, wirksam ist;

(d) Waschen der umgesetzten Stärkefeststoffe in einer Art, welche eine Aufschlämmung mit einer Stärke-Feststoff-Konzentration von über 35 Gew.% ergibt;

(e) Neutralisieren der umgesetzten Aufschlämmung auf einen pH im Bereich von 6,0 bis 9,0;

(f) Verkleistern der gewaschenen und neutralisierten Stärkefeststoffe, indem die Aufschlämmung durch eine in einer Zwei-Fluid-Düse zentral lokalisierte Düse und in eine Aufschluß- (Koch-)Kammer unter Bildung einer konisch geformten Sprühflüssigkeit aus fein atomisierten, Tröpfchen versprüht wird; Dampf abwärts in einem kreisförmigen Muster, welches die konischgeformte Sprühflüssigkeit durch eine ringförmige Öffnung umgibt oder durch eine Vielzahl von ringförmig angeordneten beabstandeten Öffnungen, welche die Aufschlämmungsöffnung umgeben, in die Aufschlußkammer eingespritzt wird und indem der Dampfstrom teilweise unterbrochen wird, um einen Bereich geringen Drucks um die Aufschlämmungsöffnung herum zu erzeugen, was die Atomisierung der Stärkeaufschlämmung fördert, wobei sich die Öffnung für die Aufschlämmung bis unter die Öffnung für Dampf erstreckt, wobei die Öffnung für die Aufschlämmung in einem zentralen Kernelement enthalten ist, welches so geformt ist, daß es die teilweise Unterbrechung des Dampfstromes, der aus den Öffnungen für Dampf austritt, bewirkt, wobei die Aufschlußkammer die Öffnungen für Aufschlämmung und Dampf umgibt und eine Auslaßöffnung enthält und wobei die Aufschlußkammer und ihre Auslaßöffnung so dimensioniert sind, daß eine Temperatur, ein Feuchtigkeitsgehalt und eine Retentionszeit erreicht werden, die ausreichen, um die atomisierte Maisstärke zu verkleistern; und

(g) Durchleiten von verkleisterten Maisstärke- Teilchen durch die Kammeröffnung und Trocknen dieser Teilchen in einem Turm durch Kontakt mit heißer Luft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Konzentration der Aufschlämmung von Schritt (d) an gewaschenen Feststoffen 35 bis 40 Gew.% ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die für den Schritt (d) des Waschens zugegebene Wassermenge 0,6 bis 1,8 Gallonen pro Pound Stärkefeststoffe (5,01 bis 15,02 l/kg) beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Abstand zwischen der Atomisierungsöffnung und der Entlüftungsöffnung der Düse 1,6 bis 3,2 Zoll (4,06 bis 8,12 cm) beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Düsenöffnung für die Aufschlämmung sich 1/4 bis 3/8 Zoll (6,4 bis 9,5 mm) unter die Öffnung für den Dampf erstreckt.

6. Eine Zwei-Fluid-Düse umfassend:

(a) einen Düsenkern mit einer Leitung für die Aufschlämmung, wobei der Kern an seinem unteren Ende in einer Öffnung endet, welche eine atomisierte konisch-geformte Sprühflüssigkeit aus Tröpfchen feiner Größe aus der Aufschlämmung liefert;

(b) eine ringförmige Verteilerleitung, die den Düsenkern umgibt, wobei die Verteilerleitung so angepaßt ist, daß sie ein im wesentlichen kreisförmiges Muster von eingespritztem Fluid um die atomisierte Aufschlämmung liefert, wobei das Fluid durch eine ringförmige Öffnung oder eine Vielzahl von ringförmig angeordneten beabstandeten Öffnungen eingespritzt wird;

(c) wobei der Düsenkern sich in einem Abstand von 1/4 bis 3/8 Zoll (6,35 bis 9,53 mm) unter die Fluideinspritzöffnungen erstreckt, wobei der Bodenabschnitt des Kerns im Durchmesser so ausgebildet ist, daß eine konkave Rille und eine untere Lippe, welche den Strom des Fluids aus den Einspritzöffnungen unterbrechen wird, ausgebildet sind; und

(d) eine Kammer, welche die Öffnungen für die Aufschlämmungsatomisierung und die Fluideinspritzung umgibt, wobei diese Kammer eine Auslaßöffnung enthält, die sich unterhalb und mit einem Abstand von 1,6 bis 3,2 Zoll (4,06 bis 8,12 cm) von den Atomisierungs- und Einspritzöffnungen beabstandet befindet.

7. Düse nach Anspruch 6, bei der die Kammer rustokonisch in der Gestalt ist und an der Auslaßöffnung endet.

8. Düse nach Anspruch 6 oder 7, bei der die Kammer durch zylindrische Gewinde an dem Düsenkörper befestigt ist.