DE3875721T2

DE3875721T2 - Selbst stabilisierte dipeptid-suessmittel.

Info

Publication number: DE3875721T2
Application number: DE8888906661T
Authority: DE
Inventors: Heng-Ko Tsau
Original assignee: Nutrasweet Co
Current assignee: Nutrasweet Co
Priority date: 1987-07-29
Filing date: 1988-07-14
Publication date: 1993-04-01
Anticipated expiration: 2008-07-15
Also published as: WO1989000819A1; AU2125688A; CA1324528C; NO891287D0; IE62690B1; FI891467A; FI891467A0; EP0329735B1; AU620816B2; JPH02500165A; DK149189A; IE882318L; NO172372B; EP0329735A1; MX172469B; KR890701032A; DE3875721D1; NO172372C; EP0329735A4; DK149189D0

Description

Hintergrund der Erfindung

Dipeptid-Süßmittel wie z. B. Aspartam (L-Aspartyl-L-Phenylalaninmethylester) waren lange Zeit als sehr geschmackswirksame Süßstoff-Verbindungen mit niedrigem Kaloriengehalt zur Verwendung in einer Vielzahl von Lebensmittelprodukten bekannt. Mit Softdrinks, Fruchtsäften, Diätprodukten und anderem konnte eine Käuferschaft gewonnen werden, welche in diesem Gesundheits-Bewußtsein durch Verwendung dieses Süßstoffes anderweitig nicht hätte existieren können. Seine Verwendung und Herstellung ist in den US-Patenten 3,492,131 und 3,642,491 beschrieben.
Es ist jedoch bekannt, daß Aspartam (APM) thermisch zersetzt wird, insbesondere in feuchten Umgebungen unter Hitzeeinwirkung, wie z. B. bei Backanwendungen. Die maximale Aspartam-Rückgewinnung bei Koch- und Backprozessen beträgt 12 - 35 %, wie festgestellt werden konnte. Der Hauptweg der thermischen Zersetzung von Aspartam erfolgt über eine intramolekulare Zyklisierung unter Bildung von Diketopiperazin (DKP), welches eine Reaktion zwischen der Aminogruppe (-NH&sub2;) und der Carbonsäure-methylester-Gruppe (-COOCH&sub3;) der Aminosäure-Komponenten bedingt. DKP ist nicht toxisch und sicher, aber hat keine Süßkraft.
Es wurden in der Vergangenheit viele Versuche unternommen, um Aspartam für Back- und andere hitzebezogene Anwendungen zu stabilisieren. Diese bedienen sich zumeist der Verwendung von Stabilisierungsmitteln, von denen angenommen wird, daß sie die Amino-Gruppe blockieren und dadurch die Zyklisierung verzögern. Diese Stabilisatoren haben die Form von langkettigen Polysacharidpolymeren, wie z. B. Polymaltose und Polydextrose (Colliopoulos et al, 4,631,195), partiell hydrierte Pflanzenöle (Tsau et al, EPA 137,326), eine Kombination von Fett, Säure und Lecithin (Sharma et al, 4,597,970), eine Kombination von Fett, Emulgator und Polysacharid (Okada, 4,465,694), aliphatische Säuren, ihre Ester und Alkohole, (Vacaro, EPA 137,690) und Cyclodextrin oder Fettsäurezuckerester (Takashi, EPA 97,950). Diese Stabilisatoren werden entweder mit einem Binder und Aspartam zu einem Granulat oder einer Pudermatrix gemischt oder verwendet, um die Aspartam-Partikel oder Granulate in protektiver Weise zu überziehen.
Obwohl die verschiedenen Zusammensetzungen, die entwickelt wurden, Aspartam in feuchten Systemen unter Hitzeeinwirkung stabilisieren, gibt es keinen Hinweis dafür, welche Art der stabilisierenden Wechselwirkung hier auftritt. Die Mehrzahl der Stabilisierungsmethoden und Verbindungen nach dem Stand der Technik bedienen sich reversibler Wechselwirkungen, ohne die Faktoren des chemischen Gleichgewichts und der Kinetik in Betracht zu ziehen. Die nach dem Stand der Technik verwendeten Mittel, wie z.B. Fette, Kohlehydrate, Cyclodextrin, Polydextrose und Fettsäurezuckerester sind Polymere, welche die Diketopiperazin-Bildung oder die Aspartam-Zyklisierung über Wasserstoffbrückenbindungen, Komplexierung und/oder molekulare Einschlußwechselwirkungen verzögern. Dies sind jedoch schwache physikochemische Wechselwirkungen, welche nicht für die verwendete Verbindung spezifisch sind.
Die hitzestabilierten Aspartam-Zusammensetzungen gemäß dem Stand der Technik weisen oftmals keine zufriedenstellende Backstabilität auf. Die reversiblen Wechselwirkungen, die auftreten, wenn in einer feuchten Umgebung erhitzt wird, exponieren das geschützte Aspartam über Dissoziations- und Difusionsmechanismen, welches sodann in Lösung abgebaut wird.
Die EPA 137,326 (Tsau) lehrt die Wichtigkeit der Kinetik oder der Teilchengrößenfaktoren sowohl für die Stabilisierung von APM als auch für die wirksame Verwendung von APM als Süßmittel in Backanwendungen. Es wird beschrieben, daß Granulate von APM-Fettzusammensetzungen, welche in einen engen Teilchengrößenbereich fallen, für Backanwendungen geeignet sind. Teilchengrößen von mehr als 40 mesh und weniger als 8 mesh haben eine Backstabilität und können beim Backen freigesetzt werden, um die Backwaren zu süßen. Um die besten Ergebnisse zu erzielen, sollten Teilchen, welche in einen engen Teilchengrößenbereich fallen wie z.B. ± 5 mesh, bei irgendwelchen Backanwendungen verwendet werden. Ein solches Backprodukt kann jedoch sehr teuer sein, weil die Ausbeute an Granulat, welches in einen engeren Teilchengrößenbereich fällt, im allgemeinen sehr niedrig ist, wenn konventionelle Granulierungsmethoden wie z. B. das Hochscherkraftenegerie-Granulieren gemäß der EPA 137,326 angewendet wird.
Es sind daher weitere Verbesserungen bezüglich der Backstabilität von APM erforderlich. In einer Ausführungsform gemäß vorliegender Erfindung werden einheitlich sphärische Granulate verwendet, welche einen Mechanismus zur einheitlichen verzögerten Freisetzung von APM implizieren und eine einheitliche Einkapselung des Materials erlauben. Kommerziell erhältliche Ausstattungen und Techniken zur Herstellung sphärischer Granulate einheitlicher Größe wurden untersucht. Um APM und Polydextrose zu granulieren, welche in einem Glatt-Fließbett-Roto-Prozessor gemischt worden waren, war unbefriedigend, weil die Granulate porös waren und während des Trocknens gebrochen waren. Auch nach dem Überziehen von Nonpareil-Granulatkörnchen mit einer APM-Suspension in derselben Vorrichtung führte nicht zum Erfolg weil es schwierig ist, die langnadeligen APM-Kristalle auf die Körnchen anzubringen. Auch ein Extrusions-Sphäronisierungs-Granulierungssystem (NICA) wurde untersucht, jedoch ohne Erfolg. Diese kommerzielle Vorrichtung konnte kein APM-Granulat mit einem Durchmesser von weniger als 0,6 mm produzieren. Keine der APM-Zusammensetzungen konnte befeuchtet werden, um eine geeignete Weichheit und Zähflüssigkeit herzustellen, die erforderlich ist für die Granulierung in dieser Vorrichtung.
Es besteht daher ein Bedürfnis nach einer einfachen Granulierungsmethode, um sphärische APM-Granulate von einheitlicher Größe für einen breiten Bereich der Anwendung entweder des APM's selbst oder des überzogenen Materials herzustellen, um sowohl die verzögerte Freisetzung als auch die Selbststabilisierungsfähigkeiten zu erhöhen.
Ein mit Fett überzogenes APM Backprodukt hat eine begrenzte Anwendung, weil es nicht verwendet werden kann, um nicht gebackene Lebensmittel und kalte Getränke zu süßen, weil das Backen oder Erhitzen in feuchten Systemen erforderlich ist, um den süßen Geschmack des APM's freizusetzen. Auch kann mit Fett überzogenes APM nicht in heißen Getränken verwendet werden, welches Fettspuren im Getränk zurückläßt.
Darüber hinaus werden sowohl die Herstellungskosten als auch die Materialkosten erhöht und die Zahl der potentiellen APM-Anwendungen reduziert, ferner ist Fett ein kalorienreicher Inhaltsstoff und daher mit vielen Gesundheitsproblemen wie z. B. Herzerkrankungen, hoher Blutdruck und Fettsucht verbunden. Es ist daher wünschenswert, ein hitzestabilisiertes APM-Backprodukt zu entwickeln, das auch einen geringen oder keinen Fettgehalt aufweist.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine stabilisiertere Form von Aspartam für Back- und andere Hitzeanwendungen. Es wird angenommen, daß die Stabilität über physikochemische Wechselwirkungen einschließlich sowohl inter- als auch intramolekularer Wasserstoffbrücken-Bindungen zwischen den Aspartam-Molekülen selbst und durch Verwendung eines kritischen Teilchengrößenbereichs erreicht wird. Die Selbststabilisierung erfolgt durch Wechselwirkungen zwischen der Aminogruppe (-NH&sub2; und -NH-) und den Carboxylgruppen (-COOH und -COOCH&sub3;) innerhalb und unter den einzelnen Aspartam-Molekülen. Die Anwesenheit starker intra- und intermolekularer Wasserstoffbrücken-Bindungen innerhalb und unter den APM-Molekülen zeigt sich an der Tatsache, daß APM einen ungewöhnlich niedrigen pK&sub1;-Wert, eine niedrige Löslichkeit und eine hohe Trocken-Stabilität aufweist. Diese molekularen Wechselwirkungen, welche die Selbststabilisierungseffekte des APM's bewirken, werden verstärkt und verlängert durch Ausbildung von APM-Kristallen in nicht-poröse Granulate, die vorzugsweise sphärisch sind. Weiterhin sind die dichten, nicht-porösen sphärischen Granulate gemäß vorliegender Erfindung sehr viel stabiler gegenüber Hitze und feuchten Umgebungen, weil das in diesen Umgebungen vorhandene Wasser mehr Schwierigkeiten hat und länger braucht, um in einen sphärischen Körper einzudringen und aus ihm herauszudiffundieren, welcher, geometrisch gesehen, eine minimale Oberfläche pro Volumeneinheit aufweist.
Die Aspartam-Produkte gemäß vorliegender Erfindung sind dichte, granulierte Partikel von im wesentlichen einheitlicher sphärischer Form innerhalb einer engen Teilchengrößeverteilung. Diese Granulate können mit oder ohne zusätzliche Stabilisierungsmittel oder Freisetzungs-verzögernden Mittel hergestellt werden, um die Auflösungsgeschwindigkeit in heißen Umgebungen weiterhin zu verzögern. Die verzögerte Freisetzung kann weiterhin dadurch verstärkt werden, daß ein hydrophober Überzug über die Granulen aufgetragen wird, welcher, entsprechend der einheitlichen sphärischen Form gleichmäßig aufgetragen werden kann, um einen optimalen Überzugsschutz zu haben. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Granulierungsverfahren, welches nadelförmiges kristallines APM-Pulver in nicht-poröse Granulate von annähernd einheitlicher sphärischer Größe umwandeln kann.

Beschreibungen der Zeichnungen

Figur 1 ist ein Querschnitt einer Ausführungsform der Vorrichtung, die verwendet wird, um das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung durchzuführen und zeigt eine Modifikation des Aeromatik-Prototyps 1 Roto-Prozessor/Sphäronisator mit erhöhten speichenförmigen Erhöhungen auf der Bodenplatte.
Figur 2 stellt eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform dar, die eine Modifikation des Aeromatik-Prototyps 1 Roto-Prozessor/Sphäronisator mit nach oben gebogenen äußeren Enden der Bodenplatte zeigt.
Figur 3 ist ein Querschnitt einer dritten Ausführungsform, die eine Modifikation des Aeromatik-Prototyps 1 Roto-Prozessor/Sphäronisator zeigt mit einer Fluidisierungszirkulationshilfe.
Figur 4 ist ein Querschnitt des Sphäronisators gemäß vorliegender Erfindung während der Bedienung und zeigt den Fluß des Aspartam-Pulvers, wenn es in dichte, nicht-poröse sphärische Granulate von einheitlicher Größenverteilung verarbeitet wird.

Beschreibung der Erfindung

Während das erfinderische Konzept von der Umsetzung mit Aspartam ausgeht, kann das vorliegende Verfahren auch auf andere Dipeptide angewendet werden, die bei Koch- und Backprozessen verwendet werden. Die Erfindung betrifft den unerwarteten Selbststabilisierungseffekt von APM, der ebenso gut oder besser ist als ein solcher, der über Stabilisierungsmittel erreicht wird, wie es im Stand der Technik gelehrt wird. Es ist überraschend, daß APM-Moleküle allein beim Backen stabilisiert werden können und daß APM in einem Granulat befeuchtet, aufgelöst und in eine Vielzahl von Keksen, Kuchen und andere Lebensmittel-Matrices ohne ernsthaften Abbau beim Backen dispergiert werden kann.
Es ist bekannt, daß APM in feuchten und heißen Umgebungen instabil ist. Einige Zusammensetzungen sind im Stand der Technik bekannt, welche APM bei bestimmten Anwendungen wie z. B. Backen und heiß hergestellten Lebensmitteln stabilisieren. Bei Backanwendungen wurde gezeigt, daß APM in APM-Fettzusammensetzungen stabilisiert werden kann, welche eine Granulat-Teilchengröße von mehr als 40 US-Standard-mesh aufweisen, während feine Pulver- APM-Fettzusammensetzungen dies nicht können. Die Tatsache, daß die Backstabilität von APM mit der APM-Granulat-Teilchengröße erhöht wird, wurde auch für einige stabilisierte APM-Zusammensetzungen gefunden, die von OKADA (4,465,694) beschrieben wurden. Das hat zu dem Schluß geführt, daß APM beim Backen sowohl durch Erhöhen der Granulat-Teilchengröße als auch durch Verwendung von Fett als Stabilisator stabilisiert wird. Fett wurde als eine wesentliche Komponente angesehen, weil verschiedene ungleichmäßige Granulat-Zusammensetzungen von APM ohne Fettüberzug nur eine wenig verbesserte Backstabilität gegenüber APM-Puder allein aufwiesen.
Sowohl die Stabilität als auch die Freisetzungsrate von APM im Granulat gemäß vorliegender Erfindung in einer Lebensmittelmatrix hängt von vielen Faktoren ab wie z. B. vom Wassergehalt, pH-Wert, Viskosität der Lebensmittelmatrix und der Erhitzungs-Temperaturen und -Dauer. Um beste Ergebnisse zu erzielen, werden verschiedene Aspartam-Produkte, die sich hauptsächlich in der Granulatgröße, in der Dicke des Überzugs und/oder des Puffergehaltes unterscheiden, für die verschiedenen Anwendungen erforderlich. Beispielsweise werden bei Keksen, dessen Teige weniger Wasser enthalten und deren Backzeiten kürzer sind als solche von Kuchen, bessere Süßergebnisse erzielt, wenn Aspartam-Granulate mit geringerer Teilchengröße und/oder dünneren Überzügen verwendet werden als solche für Kuchen eingesetzte.
Das Granulat gemäß vorliegender Erfindung bewirkt über 80 % der Rückgewinnung von Aspartam aus gebackenen Waren und eine zufriedenstellende Dispergierung von Aspartam und seiner Süßkraft im gesamten gebackenen Produkt. Sowohl das Verschwinden der Aspartam-Granulat-Teilchen als auch die hohe Süßkraft in den Lebensmitteln zeigen, daß das meiste des Aspartam-Granulats aufgelöst und in die Lebensmittelmatrix während des Hitzeprozesses diffundiert ist. Weil von aufgelöstem Aspartam erwartet wird, daß es während des Hitzeprozesses rasch zersetzt wird, ist die Stabilität des Aspartams in diesen Granulatproben unerwartet hoch.
Es wird angenommen, daß diese unerwartete Stabilisierung das Ergebnis der oben diskutierten Bindungseffekte wie z. B. die inter- und intramolekularen Wasserstoff-Brückenbindung des Aspartams bei sehr hohen Konzentrationen ist. Beispielsweise wird die Löslichkeit von Aspartam mit der Temperatur auf über 10 % während des Backprozesses erhöht. Bei einer hohen Konzentration, wie sie bei der Bildung der dichten, sphärischen Partikeln einheitlicher Form geschaffen wird, können die Wirkungen der intermolekularen Wasserstoff-Brückenbindung unter den Aspartam-Molekülen so fest sein, daß dies die Backstabilität des Aspartams verstärkt. Beim Fortschreiten des Backprozesses kann eine geringe Menge Wasser in das Granulat eindringen und teilweise absorbiert werden. Das sphärische Granulat löst sich auf und APM wird zu einer hochkonzentrierten Lösung, die in den Teig diffundiert. Bei einer solch hohen Konzentration kann jedoch die intermolekulare Wasserstoff-Brückenbindung aufrecht erhalten bleiben und, als ein Ergebnis zyklisiert oder zersetzt sich das Dipeptid nicht. Dieser Effekt wird nicht in verdünnten Aspartam-Lösungen beobachtet, und die Zersetzungsrate von Aspartam in verdünnter Lösung erfolgt nach einer pseudo-ersten Ordnung, welche unabhängig von der Aspartam-Konzentration ist.
Die Backstabilität der sphäronisierten Aspartam-Granulate gemäß vorliegender Erfindung kann mit jener von nicht sphäronisierten APM-Granulaten, welche mit Fett überzogen sind, verglichen werden. Viele Backwaren sind für Aspartam weniger gefährlich und/oder werden bei milderen Bedingungen gebacken als gelbe und Schokoladen-Kuchen. Beispielsweise haben Kekse einen niedrigeren Wassergehalt und werden für eine kürzere Zeit als Kuchen gebacken. Bei Käsekuchen wird kein Soda oder Backpulver beim Backen verwendet, welches mit APM unverträglich ist, weil die alkalische Umgebung zu einer hydrolytischen Zersetzung von APM führt. Daher haben in gewissen Backwaren APM-Granulate mit einer Teilchengröße, die geringer als 40 US-Standard-mesh ist, immer noch eine gute Backstabilität.
Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wird ein Dipeptid wie z. B. Aspartam gegen thermische und wässrige Zersetzung geschützt, jedoch die Freisetzung des Süßmittels zu einer bestimmten Zeit oder Temperatur für seine Wirksamkeit erlaubt. Wenn zuerst eine Matrix, die das Dipeptid und entweder Stärke, Polysextrose, Zellulose oder andere Lebensmittelpolymere vor der Granulatbildung enthält, hergestellt wird, wird die Matrix aus 10-100 % des Dipeptid-Süßmittels hergestellt. Die Matrix kann auch 0-20 % einer Pufferzusammensetzung oder einer schwachen Säure enthalten, um den PH-Wert des Granulates im Bereich von 3-5 während des Backens zu halten. Dieser PH-Bereich ist das Optimum hinsichtlich der Feuchte oder Lösungsstabilität von Aspartam. Wenn das Granulat dann mit einem Fett, Protein oder Kohlehydrat umhüllt wird, sollte das Dipeptid-Süßmittel etwa 5-80 % des gesamten Granulat-Gewichts ausmachen.
Der Teilchengrößebereich für eine zufriedenstellende Stabilität bei Back- und Kochanwendungen wurde gefunden zwischen 10 und 80 US-Standard-mesh, vorzugsweise 20-50 US-Standard-mesh. Die verzögerte Freisetzungsfunktion während des Kochens oder Backens kann weiterhin durch Anbringung eines Schutzüberzuges auf die sphärischen Partikel nach der Sphäronisierung erhöht werden. Geeignete Überzugsmaterialien sind hydrophobe Verbindungen wie Fett, Protein, Kornstärke, unlösliche Fasern und andere Polymere.
Die Granulate gemäß vorliegender Erfindung sind nicht-poröse, dichte Granulate, vorzugsweise aus einheitlich sphärischen Partikeln, die in einen engen Teilchengröße-Verteilungsbereich fallen. Die für eine bestimmte Backanwendung ausgewählte Granulatgröße sollte vorzugsweise in einen engeren Teilchengrößnbereich fallen, der von der angewendeten Backart abhängt. Die Granulate, die für eine bestimmte Anwendung eingesetzt werden, sollten nicht mehr als etwa ±20 mesh hinsichtlich der kleinsten und der größten Teilchen variieren. Variationen in der Größe, die mehr als die oben genannte betragen für eine bestimmte Anwendung, kann zu einer nicht einheitlichen Auflösung und Dispergierung führen. Beispielsweise werden größere Granulate der Temperatur und Feuchtigkeit länger widerstehen als kleinere Partikel. Sollten größere Unterschiede in der Granulatgröße existieren, werden die größeren Granulate intakt bleiben, während die kleineren Granulate sich auflösen und sogar vor der Auflösung der größeren Teilchen sich zersetzen, wobei eine nicht-einheitliche und unwirksame Freisetzung der Süßkraft im entsprechenden gebackenen Produkt verursacht wird.
Die Granulate gemäß vorliegender Erfindung können durch eine Vielzahl von Hochscherkraft-Energie- und Rollverdichtungs-Granulatoren hergestellt werden, die im Handel erhältlich sind. Mit diesen Granulatoren werden nicht-sphärische Granulate hergestellt, welche die verbesserten Selbststabilisierungseffekte gemäß vorliegender Erfindung aufweisen können. Diese Granulate sind dicht und nicht porös und für verschiedene Backanwendungen einsetzbar, sie sind jedoch keine bevorzugte Ausführungsform gemäß vorliegender Erfindung.
Das bevorzugte Verfahren zur Herstellung der selbst stabilisierten Dipeptidgranulate gemäß vorliegender Erfindung verwendet die innere Kammer des Einsatzes eines Aeromatik-Prototyps 1, Größe 2, Rotoprozessor der Aeromatic Incorporation, Towaco, N.J.. Für die Zwecke dieser Anwendung wird die Vorrichtung nach ihrem allgemeinen Namen benannt, einem Sphäronisator, welcher im wesentlichen eine große zylindrische Kammer mit einem rotierenden Boden aufweist. Die Wände des Zylinders sind vom Umfang der Scheibe in Richtung Mittelpunkt um einen Winkel von etwa 200 geneigt, ähnlich einem umgekehrten Kegel oder Trichter.
Kommerzielle Sphäronisatoren von herkömmlichem Design sind nicht wirksam bei der Herstellung nicht-poröser sphärischer Granulate einheitlicher Größe gemäß vorliegender Erfindung, insbesondere bei den entsprechenden Herstellungsvolumina. Die hier verwendeten Sphäronisatoren umfassen daher vorzugsweise eine oder mehrere der folgenden Merkmale, mit denen das kommerzielle Sphäronisatordesign modifiziert wird.
1. Die rotierende Scheibe am Boden des Zylinders hat speichenförmige Erhebungen, die in gleichem Abstand voneinander angeordnet sind und nach außen radial nahe des Zentrums der Scheibe angeordnet sind. (Figur 1)
2. Die Enden der rotierenden Scheiben sind nach oben gebogen. (Figur 2)
3. Einstellbare Flansche entlang der Innenwand wirken als Zirkulationshilfe für das fluidisierte Pulver. (Figur 3)
Gemäß vorliegender Erfindung kann irgendein Dipeptid-Süßmittel pulverisiert werden. Während Aspartam, entsprechend seiner vorhandenen Popularität in der Lebensmittelindustrie, eine bevorzugte Ausführungsform ist, sollte darauf hingewiesen werden, daß die vorliegende Lehre dieses Dipeptid nur als ein Mittel der Wahl verwendet.
Trockenes APM-Pulver wird in den Zylinder des Sphäronisators gegeben und fällt anfangs auf die Rotationsscheibe. Die Rotation der Scheibe schleudert die Partikel gegen die Wände des Zylinders und bewirkt eine zentrifugale Wirbelturbulenz oder Wirbelfluß (Figur 4) der Dipeptid-Partikel, woraus ein Bombardement der Partikel gegen sich selbst und die Wände des Sphäronisators resultiert.
Während des Verfahrens wird ein Lösungsmittel auf das fluidisierte Pulver gesprüht, um es einheitlich zu befeuchten. Die bevorzugten Lösungsmittel sind Wasser, Alkohole wie z. B. Methyl-, Ethyl- und Propylalkohole sowie deren Mischungen. Bei einer geeigneten Feuchte beginnen die Teilchen, sphärische Granulate einheitlicher Größe als Ergebnis des Bombardements gegen andere Partikel und die Zylinderwände zu bilden, welches durch die zentrifugalen und tangentialen Fluidisierungskräfte der rotierenden Scheibe und entsprechend der Lösungseffekte wie z. B. Auflösung und Bindung verursacht wird. Die Größe der sphärischen Partikel erhöht sich kontinuierlich und einheitlich, wenn zusätzliche Kristalle hinzugegeben werden. Die Teilchen-Wachstumsrate ist kontrollierbar durch Einstellung der Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe und/oder der Lösungsmittelsprührate.
Die Bildung und das Anwachsen der sphärischen Partikel kann durch Verwendung von einem oder mehreren Luftdüsen beschleunigt werden, die auf das fluidisierte feuchte Pulver gerichtet werden. Die gewünschte Teilchengröße kann visuell zu der Zeit bestimmt werden, zu der die feuchte sphäronisierte Probe in einem Fließbetttrockner getrocknet werden kann.
Die Ausführungsform der kommerziell erhältlichen Aeromatik-Roto-Prozessoren können nicht den Granulierungsprozess gemäß vorliegender Erfindung spezifisch durchführen. Sie sind für flüssige und Suspensions-Sprühüberzüge unter milden Fluidisierungsbedingungen konzipiert. Während des normalen Betriebs wird die Position der Rotationsscheibe erniedrigt, um eine kreisförmige Öffnung zu bilden, durch welche das Pulver in die innere Kammer durch die Kraft der Rotationsscheibe geworfen wird. Eine äußere Kammer hat einen nach obenen gerichteten Fluß heißer Luft, welcher das Puder trocknet, nach oben anhebt und in die innere Kammer über seine obere Öffnung für weiteres Sprühüberziehen bewegt. Es gibt zwei Positionen, bei welchen die zirkulare Scheibe rotieren kann im Hinblick auf den Boden des Sphäronisators. Unter normalen Bedingungen ist die Scheibe tiefer als der Boden der Kammer, wobei eine Öffnung zwischen der inneren und der äußeren Kammer existiert. Während des Betriebs gemäß vorliegendem Verfahren wird die Scheibe auf dieselbe Ebene des Bodens der inneren Kammer erhöht, wobei verhindert wird, daß irgendwelche APM-Teilchen durch den Boden in die äußere Kammer fallen können.
Da die Rotationsscheibe des Sphäronisators nur eine begrenzte Fluidisierungskraft aufweist, ist ein Kratzen von Hand erforderlich, um das feuchte Pulver und Granulat in der Zirkulation und Fluidisierung zu halten, insbesondere gegen Ende des Granulierungslaufes. Der Einsatz eines unmodifizierten Aeromatik-Prototyps 1 der Größe 2 Rotoprozessor wurde anfangs verwendet, um die Granulatproben gemäß vorliegender Erfindung herzustellen. Er hat kaum ausreichend Fluidisierungskraft, um 2 kg APM-Pulver pro Lauf zu granulieren. Ein Versuchslauf, um 4 kg APM-Pulver zu granulieren, wobei eine größere Kapazität verwendet wurde mit einem Einsatz des Aeromatik-Prototyps 2 der Größe 2, schlug fehl bei der Feuchthaltung des fluidisierten Pulvers. Um daher einen unbeaufsichtigten Betrieb und eine erhöhte Produktionskapazität zu ermöglichen, sind die zuvor beschriebenen Modifikationen des Sphäronisators oder die Ausstattung erforderlich, um die mechanische Fluidisierungskraft zu erhöhen.
Anstatt einer Außenkammer produziert ein Glatt-Roto-Prozessor einen Luftstrom nach oben entlang der inneren Wand, um die Rotationsscheibe beim Fluidisieren des sphäronisierten APM-Pulvers zu unterstützen. Jedoch verringert diese pneumatische Turbulenz erheblich den Teilchen-Bombardementeffekt, welcher nach dem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung benötigt wird, um nicht poröse sphärische Granulate herzustellen. Darüber hinaus trocknet die pneumatische Turbulenz die feuchten APM-Partikel und bricht die gerade gebildeten Granulate auf, was beides gegenläufige Produktionsprozesse sind. Die Glatt-Ausführungsform wurde getestet und schlug fehl bei der Herstellung der Granulate gemäß vorliegender Erfindung.
Die dichten Aspartam-Partikel sphärischer Form und einheitlicher Größe, die gemäß vorliegender Erfindung hergestellt werden, können mit einer oder mehreren Schichten eines hydrophoben Materials mittels eines Fließbett-Überzugverfahrens überzogen werden, welches im Stand der Technik bekannt ist. Wenn ein Fett oder eine lipidartige Verbindung als Überzug verwendet wird, wird eine heiße Schmelze des Fettes auf die dichten sphärischen Teilchen in einem kalten Fließbett gesprüht. Polymere Überzüge werden durch Aufsprühen von Lösungen, enthaltend das Polymer und ein Bindemittel wie z. B. Avicel, eine mirkokristalline Zellulose, auf das Aspartam-Granulat in einem heißen oder warmen Fließbett angewendet. Gekochte oder gelatinierte Stärke, Methocel (Methylzellulose, Dow Chemical Corporation) und Zein können ebenso als Bindemittel für den polymeren Überzug verwendet werden.
Die folgenden Beispiele fassen die Ergebnisse der Aspartam-Rückgewinnung aus verschiedenen Backanwendungen im Vergleich zu der Rückgewinnung seiner abgebauten Form, Diketopiperazin, zusammen. Die Analyse der Rückgewinnung wurde in allen Versuchen unter Verwendung der Hochleistungs-Flüssigkeitschromatografie (HPLC) durchgeführt. Die Aspartam-Zusammensetzungen wurden dahingehend variiert, ob ein im wesentlichen reines Aspartam-Granulat in den Teig eingearbeitet wurde oder ob ein Granulat von Aspartam zusammen mit anderen Ingredienzen hergestellt wurde oder ob das Süßmittel-Granulat mit einem hydrophoben Überzug umhüllt war.
Die folgenden Beispiele erläutern weiter die Erfindung.
In den folgenden Beispielen wurde gelber Kuchen nach einem Standard-Kuchenrezept aus trockenen Ingredienzen, bestehend aus Mehl, Salz Backpulver, Polydextrose, Maltodextrin und Gum-arabic hergestellt. Anschließend wurde das Backfett zu den trockenen Bestandteilen hinzugegeben und der Mischung Milch, Eier und Vanillepulver hinzugefügt. Der Teig wurde für etwa 2 Minuten geschlagen. Die Kekse wurden mit im wesentlichen denselben Inhaltsstoffen, die oben angegeben sind, hergestellt unter Zugabe von Trockeneiweißpulver und unter Weglassen von Gum-arabic.
Der typische Kuchen, wie er in den nachfolgenden Beispielen gebacken wurde, weist etwa 400 g Teig auf, der in einem konventionellen Ofen bei 350ºF für 25 Minuten gebacken wurde, es sei denn, daß es anders angegeben ist. Die Kekse wurden bei 400ºF für 9 Minuten gebacken.

Beispiel 1

Reines Aspartam-Pulver, welches nicht gemäß vorliegender Erfindung hergestellt worden war, wurde in einen gelben Kuchen nach dem vorstehend beschrieben Rezept und Verfahren eingebacken. Die Größe der unbehandelten Aspartam-Teilchen war geringer als 100 US-Standard-mesh zu der Zeit des Mischens in den Teig. Nach Erhalten des gebackenen Produktes wurde gefunden, daß nur 27,9 % des anfangs in den Teig eingemischten Aspartams hinsichtlich seiner Struktur erhalten war, wie es mittels Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie (HPLC) aufgezeigt werden konnte. Andererseits waren 45,4 % des anfangs verarbeiteten Aspartams zu Diketopiperazin (DKP) abgebaut worden. In einem weiteren Experiment zeigte die Wiedergewinnungsanalyse des Kuchens 29,9 % des anfänglichen Aspartams, welches zurückerhalten wurde, wie es mittels HPLC gezeigt wurde, während 32,8 % zu DKP abgebaut wurden.

Beispiel 2

In einer gelben Kuchenanwendung wurden Aspartam-Granulate, enthaltend APM mit einem Polydextrosebinder, welche nicht gemäß vorliegender Erfindung sphäronisiert worden waren, verwendet. Die Granulate hatten eine Größe von 20-30 US-Standard-mesh und eine Zusammensetzung einer Rate von 3:2 Aspartam/Polydextrose (PD). Der Kuchen hatte eine APM-Rückgewinnungsrate von 39,1 %. Wenn die Granulate noch mit etwa 20 Gew.-% Aqua Coat¹ umhüllt waren, einer Ethylzellulose-Zusammensetzung, betrug die Wiedergewinnungsrate von Aspartam im ge-¹. TM, FMC Corporationbackenen Produkt 75,6 % und der DKP-Anteil war reduziert worden von 34,6 % auf 7,0 %, wie es mittels HPLC-Analyse gezeigt werden konnte. Wenn diese Granulatprobe mit etwa 20 Gew.-% Kornstärke umhüllt war, betrug die Überlebensrate von APM in gelben Kuchen ebenfalls mehr als 70 %.

Beispiel 3

Die Aspartam/Polydextrose-Granulate gemäß Beispiel 2 wurden mit etwa 20 Gew.-% einer Mischung aus Silka Floc, einer pulverisierten Zellulose und Zein, einem Kornprotein, überzogen und zu einem Kuchen nach den Verfahren und Rezepten, wie oben angegeben, gebacken. Die Rückgewinnung und HPLC-Analyse zeigte an, daß 72,3 % des ursprünglichen Aspartams wiedererhalten wurden aus dem Kuchen, und zwar in seiner ursprünglichen Molekularstruktur, während 10,6 % zu DKP abgebaut worden waren.

Beispiel 4

Aspartam-Pulver wurde gemäß vorliegender Erfindung sphäronisiert und enthielt etwa 1 % Polydextrose als Bindemittel, jedoch keinen hydrophoben Überzug. Die so hergestellten Partikel waren dichte kugelförmige Teilchen von im wesentlichen gleichförmiger Form und Größe im Bereich von 30-40 US-Standard-mesh. Die Rückgewinnungsrate von Aspartam aus dem gebackenen Kuchen betrug 63,9 % Aspartam in seiner ursprünglichen stabilen Molekularform, während 19,8 % zu DKP abgebaut worden war, wie aus der HPLC-Analyse ersichtlich ist. Eine andere sphäronisierte 30-40 mesh große Probe, enthaltend 70 % APM und 30 % Avicel, führte zu 60,7 % Rückgewinnung von APM in einer Kuchenanwendung, während 16,7 % zu DKP zersetzt worden waren.

Beispiel 5

Aspartam-Granulate, die gemäß vorliegender Erfindung sphäronisiert worden waren, enthielten 1 % Polydextrose als Bindemittel. Es waren dichte, sphärische Partikel im Größenbereich von 20-30 US-Standard-mesh. Die HPLC-Analyse des gebackenen gelben Kuchens zeigte 79,5 % des in den Teig gemischten Aspartams in seiner ursprünglichen Süßstoff-Form an, während 11,0 % zu DKP zersetzt worden waren.

Beispiel 6

Unterschiedliche Teilchengrößenproben von Aspartam-(APM)-Granulaten, die nicht gemäß vorliegender Erfindung sphäronisiert worden waren und eine Zusammensetzung von 3:2:5 APM/Polydextrose/Durkee 07 aufwiesen, worin Durkee 07 als äußerer Überzug verwendet wurde, wurden in Keksen getestet. In gebackenen Keksen betrug die Wiedergewinnungsrate gemäß HPLC: 88,4 % APM und 2,3 % DKP für APM-Granulate von 30-50 US-Standard-mesh; 81,8 % APM und 10,7 % DKP für APM-Granulate von 40-60 US-Standard-mesh; während 57,3 % APM und 22,1 % DKP hinsichtlich des unbehandelten APM-Pulvers wiedergewonnen wurden.

Beispiel 7

Aspartam-Pulver und ein Polydextrose-Bindemittel wurden in einem Verhältnis von 99:1 Gewichtsteilen gemischt. Die Mischung wurde gemäß vorliegender Erfindung in dichte sphärische Granulate von einheitlicher Größenverteilung mit unterschiedlichen Größenbereichen sphäronisiert. Die Granulate wurden dann in Keksen nach den oben beschriebenen Rezepten gebacken, um die Hitzestabilität der verschiedenen Teilchengrößenverteilungen in Keksanwendungen zu vergleichen. Die Stabilität der verschiedenen Teilchengrößenverteilungen wurden durch Messen der Rate der APM-Zersetzung zu Diketopiperazin (DKP) mittels HPLC bestimmt. Die Granulate wurden nicht mit einem hydrophoben Überzug umhüllt und wurden auch mit der unbehandelten Kontrolle verglichen. Granulat-Größen-Verteilung Zersetzungsrate nach dem Backen a) Unbehandeltes APM-Pulver
Wie hieraus ersichtlich ist, führen bei Keks-Backprozessen (hohe Temperatur für kurze Zeiten) spezifizische Teilchengrößenverteilungen im Bereich von 30-50 US-Standard-mesh zu der höchsten Hitzestabilität. Es ist weiterhin ersichtlich, daß kleinere, dichte Granulate im Bereich von 60-80 US-Standard-mesh bei Keksanwendungen eine Stabilität bewirken.

Beispiel 8

Größenverteilungsbereiche von Granulaten, die unter Anwendung des bevorzugten Sphäronisierungs-Verfahrens erhältlich sind, wurden mit jenen verglichen, welche nach einem herkömmlich erhältlichen Rollverdichtungsverfahren gemäß Stand der Technik erhalten werden können. Nach beiden Verfahren wurden dichte, nicht poröse Granulate von im wesentlichen sphärischer bzw. nicht sphärischer Form erhalten. Das APM-Pulver wurde mit einem Avicel-Binder in einem Verhältnis von 70:30 gemischt und sphäronisiert. Das APM-Pulver wurde ebenfalls rollverdichtet und in ungleichförmige Granulate gebrochen. Die Größen, die unten angegeben sind, wurden durch mehrfaches Sieben der granulierten Produkte ermittelt. Granulat-Größen-Verteilung U.S.Standard Mesh Roll-Verdichtungsmethode (%) Sphäronisierungsmethode (%)
Aus obigem Beispiel ist klar ersichtlich, daß, obwohl beide Verfahren zu dichten, nicht porösen Granulaten führen, die Selbst-Stabilisierungscharakteristiken für die Heißanwendungen aufweisen, die Sphäronisation die Fähigkeit hat, einheitliche, sphärische Partikel herzustellen, die in einen sehr engen Teilchengrößen-Verteilungsbereich fallen, und die die Herstellung von eng definierten Teilchengrößen für spezifische Backanwendungen erlauben. Die Granulate, die nach herkömmlichen, kommerziell erhältlichen Verdichtungsmethoden erhältlich sind, decken jedoch einen breiten Größenbereich ab, welcher nicht so geeignet ist für spezifische Backanwendungen.

Claims

1. Verfahren zur Verbesserung der Hitzestabilität eines Dipeptid-Süßmittels, dessen Salzen oder Komplexen, umfassend die Späronisation dieses Dipeptids in dichte, nicht-poröse sphärische Granulate von im wesentlichen einheitlicher Teilchengrößen-Verteilung im Bereich von 10 bis 80 US-Standardmesh.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin dieses Dipeptid-Süßmittel Aspartam, dessen Salze oder Komplexe ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, worin der Teilchengrößen-Verteilung im Bereich zwischen 20 und 80 US-Standardmesh liegt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 2, worin die Teilchengrößen-Verteilung im Bereich zwischen 20 und 50 US-Standardmesh liegt.

5. Verfahren zur Verbesserung der Hitzestabilität eines Dipeptid-Süßmittels, dessen Salzen oder Komplexen, umfassend die Schritte:

- dieses Dipeptid mit oder ohne geeignetes Bindemittel spähronisieren, um dichte, nicht poröse sphärische Granulate von im wesentlichen enger Teilchengrößen- Verteilung herzustellen und

- diese Partikel mit einer oder mehreren Schichten eines geeigneten hydrophoben Überzugs überziehen.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, worin dieses Dipeptid-Süßmittel Aspartam, dessen Salze oder Komplexe ist.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, worin das Bindemittel ausgewählt ist aus der Gruppe, umfassend polymere Kohlehydrate, Proteine, Puffer-Zusammensetzungen mit einem pH- Wert von annähernd 3-5, schwache Lebensmittelsäuren und inaktive pharmazeutische Zusammensetzungen.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, worin die Teilchengrößen- Verteilung zwischen 10 und 80 US-Standardmesh beträgt.

9. Verfahren gemäß Anspruch 5, 6, 7 oder 8, worin die hydrophoben Überzüge ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Fetten, Stärken, Proteinen, wasserunlöslichen Fasern, Polymeren und deren Mischungen.

10. Verfahren gemäß Anspruch 7, worin das polymere Kohlehydrat ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Polydextrose, Avicel und Stärke.

11. Verfahren gemäß Anspruch 9, worin das Fett ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus partiell hydriertem Pflanzenöl, partiell hydrierten Triglyceridfetten, Monoglyceridfetten, einer Mischung aus Mono- und Diglyceridfetten, Glycerol-monostearat und deren Mischungen.

12. Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, worin der Teilchengrößenbereich zwischen 20 und 50 US-Standardmesh beträgt.

13. Eine selbst-stabilisierte Dipeptid-Süßmittel-Zusammensetzung, deren Salze und Komplexe, die nützlich ist bei Koch- und bei Backvorgängen, umfassend ein Dipeptid-Süßmittel, das in ein dichtes, nicht-poröses Granulat von im wesentlichen sphärischer Größe sphäronisiert worden ist und in eine enge Teilchengrößen-Verteilung im Bereich von 10 bis 80 US-Standardmesh fällt.

14. Die selbst-stabilisierte Dipeptid-Süßmittel-Zusammensetzung gemäß Anspruch 13, worin das Dipeptid Aspartam, dessen Salze oder Komplexe ist.

15. Die selbst-stabilisierte Dipeptid-Süßmittel-Zusammensetzung gemäß Anspruch 14, worin die Teilchengrößen-Verteilung zwischen 10 und 80 US-Standardmesh liegt.

16. Die selbst-stabilisierte Dipeptid-Süßmittel-Zusammensetzung gemäß Anspruch 13 oder 14, worin die Teilchengrößen-Verteilung zwischen 20 und 50 US-Standardmesh beträgt.

17. Die selbst-stabilisierte Dipeptid-Süßmittel-Zusammensetzung gemäß Anspruch 13, welche weiterhin den Zusatz eines Bindemittels zu der Süßmittel-Zusammensetzung umfaßt.

18. Die selbst-stabilisierte Dipeptid-Süßmittel-Zusammensetzung gemäß Anspruch 17, worin das Dipeptid Aspartam, dessen Salze oder Komplexe ist.

19. Die selbst-stabilisierte Dipeptid-Süßmittel-Zusammensetzung gemäß Anspruch 18, worin der Teilchengrößenbereich zwischen 10 und 80 US-Standardmesh beträgt.

20. Die selbst-stabilisierte Dipeptid-Süßmittel-Zusammensetzung gemäß Anspruch 18, worin der Teilchengrößenbereich zwischen 20 und 50 US-Standardmesh beträgt.

21. Die selbst-stabilisierte Dipeptid-Süßmittel-Zusammensetzung gemäß Anspruch 17 oder 18, worin das Bindemittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus polymeren Kohlehydraten, Proteinen, Puffer-Zusammensetzungen mit einem pH-Wert von 3-5, schwachen Lebensmittelsäuren, inaktiven pharmazeutischen Zusammensetzungen und deren Mischungen.

22. Die selbst-stabilisierte Dipeptid-Süßmittel-Zusammensetzung gemäß Anspruch 21, worin das Kohlehydrat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Stärke, Polydextrose, Cellulose, Polymaltose und deren Mischungen.

23. Die selbst-stabilisierte Dipeptid-Süßmittel-Zusammensetzung gemäß Anspruch 13, worin dieses nicht-poröse sphärische Granulat mit einem hydrophoben Überzug überzogen ist.

24. Die selbst-stabilisierte Dipeptid-Süßmittel-Zusammensetzung gemäß Anspruch 23, worin der hydrophobe Überzug ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Fetten, Stärken, Proteinen, unlöslichen Fasern, Polymeren und deren Mischungen.

25. Die selbst-stabilisierte Dipeptid-Süßmittel-Zusammensetzung gemäß Anspruch 24, worin das Dipeptid-Süßmittel Aspartam ist.

26. Die selbst-stabilisierte Dipeptid-Süßmittel-Zusammensetzung gemäß Anspruch 25, worin der Teilchengrößenbereich zwischen 10 und 80 US-Standardmesh liegt.

27. Die selbst-stabilisierte Dipeptid-Süßmittel-Zusammensetzung gemäß Anspruch 25, worin der Teilchengrößenbereich zwischen 20 und 50 US-Standardmesh beträgt.

28. Die selbst-stabilisierte Dipeptid-Süßmittel-Zusammensetzung gemäß Anspruch 25, worin das Polymer Polydextrose, mikrokristalline Cellulose oder deren Mischungen ist.

29. Das selbst-stabilisierte Dipeptid-Süßmittel gemäß Anspruch 24, worin das Fett ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus partiell hydriertem Pflanzenöl, partiell hydrierten Triglyceridfetten, Monoglyceridfetten, einer Mischung aus Mono- und Diglyceridfetten, Glycerol-monostearat und deren Mischungen.

30. Die selbst-stabilisierte Dipeptid-Süßmittel-Zusammensetzung, deren Salze und Komplexe, welche zur Anwendung bei mildem Kochen und Backen geeignet ist, umfassend ein Dipeptid-Süßmittel, das zu dichten, nicht-porösen Granulaten granuliert worden ist und in einen engen Teilchengrößen-Verteilungsbereich fällt.

31. Die selbst-stabilisierte Dipeptid-Süßmittel-Zusammensetzung gemäß Anspruch 30, worin das Dipeptid-Süßmittel Aspartam, dessen Salze und Komplexe ist.

32. Das selbst-stabilisierte Dipeptid-Süßmittel gemäß Anspruch 31, worin der enge Teilchengrößenbereich zwischen 40 und 80 US-Standardmesh beträgt.

33. Das selbst-stabilisierte Dipeptid-Süßmittel gemäß Anspruch 32, welches weiterhin einen Überzug des Granulats mit 30 bis 90 Gew.-% einer oder mehrerer Schichten eines hydrophoben Überzugs umfaßt.

34. Das selbst-stabilisierte Dipeptid-Süßmittel gemäß Anspruch 33, worin der hydrophobe Überzug ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Fetten, Stärken, Proteinen, wasserunlöslichen Fasern, Polymeren und deren Mischungen.

35. Die selbst-stabilisierte Dipeptid-Süßmittel-Zusammensetzung gemäß Anspruch 34, worin die Fette ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus partiell hydriertem Pflanzenöl, partiell hydrierten Triglyceridfetten, Monoglyceridfetten, einer Mischung aus Mono- und Diglyceridfetten, Glycerol-monostearat und deren Mischungen.

36. Die selbst-stabilisierte Dipeptid-Süßmittel-Zusammensetzung gemäß Anspruch 32, 33 oder 34, welche weiterhin das Mischen dieses Dipeptids mit 0 bis 20% einer Puffer-Zusammensetzung oder einer schwachen Säure mit einem pH-Wert von 3-5 während der Granulierung umfaßt.

37. Die selbst-stabilisierte Dipeptid-Süßmittel-Zusammensetzung gemäß Anspruch 30, 31, 32, 33, 34 oder 35, worin die Koch- und Back-Anwendungen Kekse, Pasteten, Käsekuchen oder andere nicht-alkalische Matrices umfassen.