DE60115346T2

DE60115346T2 - Enzymatische Umwandlung von Stärke

Info

Publication number: DE60115346T2
Application number: DE60115346T
Authority: DE
Inventors: Robert William Dukinfield Houghton; Susan Northfleet Embleton; Mark Heaton Mersey Farrar
Original assignee: Cerestar Holding BV
Current assignee: Cerestar Holding BV
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2001-08-30
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: EP1184413A1; ATE311415T1; ES2250318T3; GB0021225D0; DE60115346D1; EP1184413B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die enzymatische Umwandlung von Stärke. Stärke wird zu einem Produkt mit einer gewünschten und stabilen Endviskosität enzymatisch hydrolysiert. Die stabile Endviskosität wird durch Beenden der enzymatischen Aktivität durch Erhitzen des Produktes in Gegenwart von Natriumperborat erhalten. Spezieller bezieht sich die Erfindung auf ein Produkt, umfassend Stärke und Natriumperborat. Die Zugabe des Perborats zu dem Stärkepulver macht die anschließende enzymatische Umwandlung von Stärke mit alpha-Amylase und die Beendigung der Reaktion viel leichter. Das Verfahren führt zu einer Stärkepaste mit einer stabilen Endviskosität. Das Produkt wird vorzugsweise in der Papier- und Wellpapierindustrie, speziell bei der Papieroberflächenleimung und/oder Beschichtung, verwendet.
Hintergrund der Erfindung
Stärke ist ein Kohlenhydrat, das in Mais, Tapioka, Kartoffel und den meisten anderen Pflanzen aus Dextroseeinheiten synthetisiert wird. Das Polymer existiert in zwei Formen: einer linearen Struktur von etwa 500 Einheiten, Amylose, und einer verzweigten Struktur von mehreren tausend Einheiten, Amylopectin. Die relativen Mengen von Amylose und Amylopectin unterscheiden sich zwischen unterschiedlichen Typen von Pflanzen. Die lineare Amylose bildet 27% der normalen Maisstärke, das verzweigte Amylopectin macht die restlichen 73% aus. Einige Maisspezies sind hinsichtlich ihres hohen Amylosegehalts ausgewählt worden, sie enthalten bis zu 70% Amylose.

– Stärke, Stärkederivate und modifizierte Stärken fanden eine große Anzahl an Anwendungen in verschiedenen Gebieten, wie Lebensmittel, Futter, Reinigungsmittel, Pharmazie und Papier- und Wellpapierindustrie.
– In dem Gebiet der Wellpappeklebstoffe sind flüssige Gemische aus Stärke und Natriumperborat bekannt.

JP 56129278 (Derwent Abstract) beschreibt Klebstoffe, enthaltend Stärke, Natriumperborat, Wasser und Natriumhydroxid. Diese Klebstoffe weisen niedrige Viskosität und hohe schnelle Haftung auf.
EP 0 049 009 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Stärkeleim aus Stärke, insbesondere natürlicher Stärke, wovon ein Teil der Stärke in Wasser in einem alkalischen Medium gelatiniert wird, gegebenenfalls gefolgt von der Zugabe von Additiven, wie Borchemikalien. Der Trockenmaterialgehalt von Stärke beträgt 20 bis 45 Gew.-% und Additive wie Natriumperborat werden zugegeben. Stark bevorzugt ist Natriumperborat zusammen mit einem Kupfersulfatkatalysator.
Der Grundzweck für die Verwendung von Stärke in der Papierveredlungsindustrie ist, die Pigmentteilchen miteinander und an das Papiersubstrat zu binden. Um diese Haftwirkung von Stärke zu erreichen, muß die Stärke gelatinisiert werden. Das übliche Verfahren, die Stärke zu gelatinisieren, ist, die aufgeschlämmte Stärke über der Temperatur, die für die Gelatinisierung erforderlich ist, zu erhitzen. Unter diesen Bedingungen quellen die Körnchen, und es werden Fragmente gebildet, was zu einer kolloiden Dispersion führt, die dann als ein Haftmittel fungiert.
Wenn natürliche Stärke in dieser Weise einfach gekocht wird, ist das resultierende Haftmittel viel zu viskos, um die Wassergleichgewichtserfordernisse, die für Beschichtungsformulierungen mit hohem Feststoffgehalt benötigt werden, zu erfüllen. Die so hergestellte Stärke ist für Auftragungen zu viskos und zeigt ein sehr hohes Rückfallverhalten.
Die Endviskosität der Stärke kann durch chemische oder thermische Behandlung der Stärke vor der Verwendung beeinflußt werden. In Abhängigkeit der gewünschten Eigenschaften kann eine Vielzahl von chemischen Verfah ren durch den Stärkelieferanten verwendet werden, um das trockene Stärkeprodukt zu modifizieren. Alternativ kann der Verbraucher ein geeignetes Umwandlungsverfahren einsetzen (beispielsweise Enzym, thermisch, thermisch/chemisch), wenn die Leimlösung hergestellt wird. Das Stärkekochverfahren kann entweder diskontinuierlich oder kontinuierlich sein.
Im allgemeinen wird für die enzymatische Umwandlung von natürlicher Stärke die alpha-Amylase als das bevorzugte hydrolytische Enzym verwendet. Durch Variieren der Menge an Enzym, der Reaktionszeit oder der Temperatur können unterschiedliche Endviskositäten erhalten werden.
Wenn die gewünschte Viskosität erreicht worden ist, sollte die Reaktion gestoppt werden. Dies kann durch Erhöhen der Temperatur auf einen Wert, bei dem das Enzym inaktiviert wird, durchgeführt werden. Dies erfolgt im allgemeinen bei Temperaturen von höher als 95°C für die alpha-Amylasen, die bei der Stärkeumwandlung eingesetzt werden. Da bei ziemlich erhöhten Höhen diese Temperatur in den Behältern bei Umgebungstemperatur nicht erreicht werden kann, kann es wünschenswert sein, den anderen Weg der Inaktivierung von Enzymen, d. h. durch Zugabe von Chemikalien, zu verwenden.
Die Chemikalien, die für diese Anwendung verwendet werden können, sind Kupfersulfat, Natriumphosphat und Zink-enthaltende Verbindungen. Um die Reaktion nicht zu beeinflussen, werden diese und ähnliche Verbindungen am Ende der enzymatischen Umwandlung, die in der Aufschlämmung erfolgt, zugegeben. Die Inaktivierung des Enzyms durch die Metallionen wird im allgemeinen mit einer gleichzeitigen Erhöhung der Temperatur durchgeführt.
Die Verbindungen, die Schwermetalle enthalten, sind aufgrund der Umwelteinschränkungen nicht länger für diesen Zweck anwendbar. Außerdem befassen sich die Papierhersteller mit dem Problem der Zugabe der Chemikalien in einer kontrollierten und dosierten Weise. Dies erfordert zusätzliche Investition, Arbeitskraft und Erhaltung.
Eine weitere Alternative würde die Veränderung des pHs sein, um die Enzyme zu inaktivieren. Jedoch würde dies eine weitere Zugabe von neutralisierenden oder puffernden Verbindungen erfordern, da andernfalls die Qualität der Stärkepaste Probleme verursachen würde, wenn sie in dem Papierherstellungsverfahren verwendet wird.
Wir fanden nun heraus, daß eine gewünschte und stabile Stärkeendviskosität erhalten werden kann, die unter allen Umgebungsdruckbedingungen arbeitet und die Zugabe von Inaktivierungschemikalien durch den Papierhersteller nicht erforderlich macht. Außerdem erfordert das erfindungsgemäße Verfahren keine Zugabe von Chemikalien, die nicht umweltfreundlich sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung offenbart eine Trockenzusammensetzung, umfassend natürliche Stärke und Natriumperborat. Das Natriumperborat liegt in einer Menge von 0,1 bis 1 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 0,5 Gew.-% vor. Die Zusammensetzung ist für die Herstellung von viskositätsstabiler Stärke durch enzymatische Hydrolyse der Stärke geeignet.
Die vorliegende Erfindung offenbart außerdem ein Verfahren zur Herstellung von viskositätsstabiler Stärke, wobei eine Zusammensetzung verwendet wird, die natürliche Stärke und Perborat enthält. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte:

a) Herstellen einer Aufschlämmung mit einer Konzentration von 25 bis 38% Feststoffen, bevorzugt 35% Feststoffen, enthaltend natürliche Stärke und 0,1 bis 0,5 Gew.-% Natriumperborat, basierend auf natürlicher Stärke,
b) Zugeben einer wirksamen Menge an hydrolytischem Enzym zu der Aufschlämmung,
c) Erwärmen der Aufschlämmung auf eine Temperatur zwischen 65 und 80°C,
d) Halten der Aufschlämmung bei der Temperatur zwischen 65 und 80°C bis eine gewünschte Endviskosität erreicht ist,
e) weitere Erhöhung der Temperatur auf einen Wert, der zur Enzyminaktivierung führt, und gegebenenfalls
f) Abkühlenlassen der Stärkeaufschlämmung.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren, worin das hydrolytische Enzym alpha-Amylase ist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, umfassend die folgenden Schritte:

a) Herstellen einer Aufschlämmung mit einer Konzentration von 25 bis 38% Feststoffen, bevorzugt 35 Feststoffen, enthaltend natürliche Stärke und 0,1 bis 0,5 Gew.-% Natriumperborat, basierend auf natürlicher Stärke,
b) Zugeben von 0,01 bis 0,1% alpha-Amylase zu der Aufschlämmung,
c) Erwärmen der Aufschlämmung auf eine Temperatur zwischen 65 und 80°C,
d) Halten der Aufschlämmung bei der Temperatur zwischen 65 und 80°C bis eine gewünschte Endviskosität erreicht ist,
e) weitere Erhöhung der Temperatur auf 85°C, bevorzugt 90°C, stärker bevorzugt 95°C, was zur alpha-Amylaseinaktivierung führt, und gegebenenfalls
f) Abkühlenlassen der Stärkeaufschlämmung.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Inaktivierung hydrolytischer Enzyme, bevorzugt alpha-Amylase, in einer Stärkeaufschlämmung durch Natriumperborat, dadurch gekennzeichnet, daß Natriumperborat zu natürlicher Stärke zugegeben wird, und die Temperatur auf einen Wert erhöht wird, der zur Enzyminaktivierung führt.

– Außerdem bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Inaktivierung hydrolytischer Enzyme, wobei die Temperatur auf 85°C, vorzugsweise auf 90°C, stärker bevorzugt auf 95°C erhöht wird.
– Die viskositätsstabile Stärke, die gemäß dem neuen Verfahren erhalten wurde, kann für Oberflächenanwendungen und/oder Veredelungen von Papier verwendet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine graphische Darstellung, die die Brabender-Kurven bei einem gegebenen Temperaturprofil von 3 Proben darstellt. Kurve 1 ist das Brabender-Profil einer Stärkeaufschlämmung, erhalten nach der Behandlung mit 0,03% Enzym ohne Zugabe von Natriumperborat. Kurve 2 ist das Brabender-Profil einer Stärkeaufschlämmung, erhalten nach der Behandlung mit 0,03% Enzym, worin 0,38% Natriumperborat am Ende des Experiments zugegeben wird (konventionelles Verfahren). Kurve 3 ist ein Brabender-Profil einer Stärkeaufschlämmung, erhalten nach der Behandlung mit 0,03% Enzym und 0,38% Natriumperborat (zugegeben zu Beginn – vorliegendes offenbartes Verfahren). Kurve 1 zeigt die Instabilität der Viskosität der so erhaltenen Stärke. Kurven 2 und 3 zeigen, daß die so erhaltenen Stärken eine stabile Endviskosität aufweisen.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Erhaltung einer gewünschten und stabilen Stärkeendviskosität, die unter allen Umgebungsdruckbedingungen arbeitet, und keine Zugabe von Chemikalien, um die Enzymaktivität zu halten, durch den Papierhersteller erforderlich macht. Außerdem erfordert das erfindungsgemäße Verfahren keine Zugabe von Chemikalien, die nicht umweltfreundlich sind.
Die vorliegende Erfindung offenbart eine Trockenzusammensetzung, die eine natürliche Stärke und Natriumperborat umfaßt. Das Gemisch aus natürlicher Stärke und Natriumperborat ist trocken, was den Versand und die Lagerung leichter macht. Außerdem ist dieses Trockengemisch stabil und in der Trockenzusammensetzung reagiert Natriumperborat nicht mit der natürlichen Stärke.
Das Trockengemisch aus Stärke/Perborat wird bei dem Papierhersteller gelagert, bis es verwendet wird. Der Papierhersteller benötigt selbst keine zusätzliche Dosierungsanlage in dem Deaktivierungsverfahren, und er hat keine Schwierigkeiten beim Dosieren der wirksamen Menge an Natriumperborat in einer kontrollierten und dosierten Weise. Das Natriumperborat liegt bereits in der Trockenzusammensetzung in solch einer Menge vor, die ausreichend ist, das Enzym, das für die enzymatische Umwandlung verwendet wird, zu inaktivieren. Der Papierhersteller muß nur die Trockenzusammensetzung der vorliegenden Erfindung zu dem Verfahren zur Erhaltung einer gewünschten und stabilen Stärkeendviskosität hinzufügen.
Das Perborat wird dem Enzymumwandlungsverfahren aus zwei Gründen zugefügt. Zunächst inaktiviert es über eine Radikaloxidationsreaktion das Enzym, wodurch die Reduktion in der Stärkeviskosität gehalten wird. Zweitens erhöht es den pH der Stärkepaste, was jedes Risiko verhindert, daß die Paste dicke Beschichtungsmischungen infolge des Säureschockmechanismus verursacht, wenn sie mit Pigmentaufschlämmungen gemischt wird.
Die natürliche Stärke ist im Prinzip jeder Typ von Stärke, der kommerziell erhältlich ist. Weizen-, Kartoffel-, Tapioka-, Erbsen- und Maisstärke kann verwendet werden. Die Merkmale der hydrolytischen Enzyme in Verwendung für die Stärkehydrolyse unterscheiden sich in bezug auf die erforderliche Inaktivierungstemperatur. Die Enzyme, die für die Maisstärkeumwandlung verwendet werden, erfordern eine höhere Deaktivierungstemperatur, und deshalb wird das erfindungsgemäße Verfahren besonders nützlich sein, wenn Maisstärke verwendet wird. Das vorliegende Verfahren ermöglicht das Arbeiten bei allen Umgebungsdruckbedingungen ebenso zur Deaktivierung von hydrolytischen Enzymen, die normalerweise höhere Deaktivierungstemperaturen benötigen.
Eine geeignete Menge an Natriumperborat ist 0,1 bis 1 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 0,5 Gew.-%.
Bei den Anlagen des Papierherstellers wird das Stärke/Perborat-Gemisch (Trockenzusammensetzung) zunächst auf einen bestimmten Trockenfeststoffgehalt gelöst, und der pH wird auf einen Wert eingestellt, bei dem die enzymatische Umwandlung stattfindet. Die optimalen pH-Werte für die enzymatische Umwandlung werden durch den Enzymlieferanten angegeben und liegen im allgemeinen zwischen 6,5 und 7,5. Ein pH zwischen 6,6 und 7,0 ist am stärksten bevorzugt.
Die Stärkefeststoffe, bei denen die enzymatische Umwandlung durchgeführt wird, werden durch die Gesamtfeststoffe der Beschichtungsformel bestimmt. Die Niveaus, die für die Enzymumwandlung für Beschichtungsbindemittel verwendet werden, liegen zwischen 25% und 38% Stärke, wobei ein großer Teil der Mühlen bei rund 35% Feststoffen betrieben wird. Niedrigere Stärkefeststoffe werden zur Auftragung als Oberflächenleim verwendet.
Zu dieser Stärkeaufschlämmung wird eine wirksame Menge an hydrolytischem Enzym, vorzugsweise alpha-Amylase zugegeben. Alpha-Amylasen sind von unterschiedlichen Herstellern unter unterschiedlichen Markennamen erhältlich. Jeder Hersteller stellt Enzyme bei seinem eigenen Niveau an enzymatischer Aktivität pro Gewichtseinheit oder im Fall von flüssigen Enzymen pro Volumeneinheit her. Deshalb muß das Enzym vor der Wahl der Menge, die zur Verwendung erforderlich ist, getestet werden. Außerdem wird die Feststoffkonzentration und Temperatur ebenso die Leistung beeinflussen und muß ebenso getestet werden. Typische Dosierungsniveaus an Enzym liegen zwischen 0,01 und 0,1% auf Stärketrockenbasis.
Nach der Zugabe des Enzyms wird die Temperatur der Aufschlämmung erhöht und ein spezieller Zeit-Temperatur-Kreislauf folgt. Der Zeit-Temperatur-Verfahrenskreislauf ist die Grundlage für eine erfolgreiche enzymatische Umwandlung, die zu einer umgewandelten Stärke mit einer stabilen und vorbestimmten Endviskosität führt. Zunächst wird die Aufschlämmung erhitzt, um die Umwandlungstemperatur zu erreichen. Die Erwärmungsgeschwindigkeit muß kontrolliert werden, um sicherzustellen, daß das Erhitzen sogar ohne Erzeugen von heißen oder kalten Flächen erfolgt, was Veränderungen in dem Endprodukt verursachen würde. Im allgemeinen wird die Temperatur auf einen Wert zwischen 65 und 80°C erhöht. Diese Temperatur wird aufrechterhalten, bis die gewünschte Viskosität erreicht wird. Die Zeit, um diese zu erreichen, liegt zwischen 15 min und 75 min. Vorzugsweise liegt sie zwischen 20 und 40 min. Manchmal ist es bevorzugt, die Umwandlung bei zwei unterschiedlichen Temperaturen durchzuführen. Nach einiger Zeit wird bei einer ersten Umwandlungstemperatur die Aufschlämmung erhitzt, und die Umwandlung kann bei einer höheren Temperatur verlaufen. Wenn die Endviskosität erreicht ist, wird die Temperatur weiter auf einen Wert erhöht, der das Enzym inaktivieren kann. Diese Temperatur liegt im allgemeinen zwischen 90 und 100°C. Tatsächlich wird die Temperatur auf mindestens 85°C erhöht, vorzugsweise wird die Temperatur auf 90°C, stärker bevorzugt auf 95°C zur Inaktivierung des Enzyms erhöht.
Nach dem Abkühlen kann die Stärke gelagert werden, obwohl sie im allgemeinen direkt für Oberflächenleim- und/oder Papierveredelungsanwendungen verwendet wird.
Das Verfahren zur Herstellung von viskositätsstabiler Stärke umfaßt die folgenden Schritte:

Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren, worin in Schritt b) das hydrolytische Enzym alpha-Amylase ist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, umfassend die folgenden Schritte:

a) Herstellen einer Aufschlämmung mit einer Konzentration von 25 bis 38% Feststoffen, bevorzugt 35% Feststoffen, enthaltend natürliche Stärke und 0,1 bis 0,5 Gew.-% Natriumperborat, basierend auf natürlicher Stärke,
b) Zugeben von 0,01 bis 0,1% alpha-Amylase zu der Aufschlämmung,
c) Erwärmen der Aufschlämmung auf eine Temperatur zwischen 65 und 80°C,
d) Halten der Aufschlämmung bei der Temperatur zwischen 65 und 80°C bis eine gewünschte Endviskosität erreicht ist,
e) weitere Erhöhung der Temperatur auf 85°C, bevorzugt 90°C, stärker bevorzugt 95°C, was zur alpha-Amylaseinaktivierung führt, und gegebenenfalls
f) Abkühlenlassen der Stärkeaufschlämmung.

Überraschenderweise beeinflußt die Verwendung von Natriumperborat unter den vorliegenden Bedingungen die Umwandlungsreaktion nicht negativ. Während des gesamten enzymatischen Verfahrens beeinflußt das Natriumperborat nicht die enzymatische Umwandlung, und durch Erhöhen der Temperatur am Ende der Umwandlung beginnt das Perborat, das Enzym zu deaktivieren.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Inaktivierung hydrolytischer Enzyme, bevorzugt alpha-Amylase, in einer Stärkeaufschlämmung durch Natriumperborat, dadurch gekennzeichnet, daß Natriumperborat zu natürlicher Stärke zugegeben wird, und die Temperatur auf einen Wert erhöht wird, der zur Enzyminaktivierung führt. Die Inaktivierung hydrolytischer Enzyme, wie alpha-Amylase, kann durch Zugeben von Natriumperborat zu der Aufschlämmung aus natürlicher Stärke vor der enzymatischen Umwandlung erhalten werden. Nach der enzymatischen Umwandlung wird die Temperatur erhöht, und Natriumperborat beginnt, das Enzym zu deaktivieren.
Außerdem bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Inaktivierung hydrolytischer Enzyme, wobei die Temperatur auf 85°C, vorzugsweise auf 90°C, stärker bevorzugt auf 95°C erhöht wird.
Die viskositätsstabile Stärke, die gemäß dem neuen Verfahren erhalten wurde, kann für Oberflächenanwendungen und/oder Beschichtungen von Papier verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung weist folgende Vorteile auf:

– die Trockenzusammensetzung aus natürlicher Stärke und Natriumperborat ist stabil
– die Gegenwart von Natriumperborat beeinflußt die enzymatische Umwandlung nicht negativ
– der Papierhersteller benötigt keine separate Dosierungsanlage und muß sich nicht mit der kontrollierten Dosierung von Natriumperborat befassen
– die Trockenzusammensetzung kann zur Inaktivierung hydrolytischer Enzyme angewendet werden
– eine leichte Temperaturerhöhung ist für den Beginn der Deaktivierung des Enzyms durch Natriumperborat, das bereits in dem Gemisch vorliegt, ausreichend.

Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele dargestellt. Aus den Beispielen geht hervor, daß die Endviskosität stabil ist, und daß sie leicht reguliert werden kann. Das Produkt und das Verfahren der vorliegenden Erfindung machen die Handhabung der Stärkeumwandlung bei den Papiermühlen viel einfacher. Außerdem verursacht Natriumperborat keine Umweltprobleme. Außerdem ist es möglich, die atmosphärische Umwandlung bei hoher Höhe und mit Maisstärke durchzuführen. Das Enzym für die Umwandlung von Maisstärke ist bekannt dafür, das es eine höhere Inaktivierungstemperatur benötigt als die Enzyme, die zum Umwandeln von Kartoffel- oder Weizenstärke verwendet werden.
Das Experiment zeigt die Notwendigkeit, Perborat zuzugeben, um sicherzustellen, daß das Enzym deaktiviert wird, wodurch die weitere Stärkehydrolyse verhindert wird. Aus den Ergebnissen der Übernachtlagerung der ersten Probe (Probe 1) geht hervor, daß die Stärkeviskosität aufgrund der Lagerung im Vergleich zu der zweiten und dritten Probe verringert wird.
Das Experiment zeigt überraschenderweise ebenso, daß die Zugabe des Perborats zu der Stärkeaufschlämmung wenig Einfluß auf die Enzymaktivität auf die Stärke aufweist. Dies zeigt sich im Vergleich der Ergebnisse der Proben 2 und 3. Dies macht es möglich, das Perborat zu der Stärke zuzugeben, wenn beide in einer trockenen Form vorliegen. Der Papier- oder Pappehersteller muß daher keine Chemikalie nach der Erwärmungsphase zugeben.
Das Experiment zeigt, daß durch Zugeben von Perborat zu der Stärkeaufschlämmung die resultierenden Stärkepasten gepuffert werden, und stabil sind, was relativ geringe Rückfalltendenzen zeigt.
Beispiel 2 zeigt (siehe Brabender-Kurven von 1), daß bei 95°C die derzeit offenbarte Zusammensetzung die Erhaltung einer stabilen Endviskosität ermöglicht. Das Produkt, das durch Anwenden des derzeit offenbarten Verfahrens erhalten wird, weist eine stabile Endviskosität auf (Kurve 3). Das Ergebnis ist ähnlich der Enzyminaktivierung durch Zugeben am Ende von Natriumperborat (Kurve 2). Die Inaktivierung des Enzyms ist unvollständig, wenn kein Natriumperborat zugegeben wird (Kurve 1).
Experimentelles Verfahren
Ein Standardlaborenzymverfahren wurde für all diese Arbeiten verwendet. In jedem Test wurden 600 ml Stärkeaufschlämmung bei 25% Feststoffen hergestellt. Das verwendete Enzym war Aquazym 60 (geliefert von TS Chemicals) und die Stärke war ein natürliches Maisprodukt mit Lebensmittelqualität (Typ 03402, geliefert von Cerestar). Das Enzym wurde 1 : 100 verdünnt, um die Zugabeniveaus günstiger zu machen.
Die Experimente wurden in einem Wasserbad durchgeführt, wobei die Proben gerührt wurden, um gründliches Mischen zu gewährleisten. Das anfängliche Erhitzen der Proben erfolgte bis zu 75°C, wobei sie bei dieser Temperatur für 20 Minuten gehalten wurden. Schließlich wurde die Pastentemperatur auf 92°C erhöht und diese Temperatur wurde für weitere 20 Minuten gehalten.
Die Stärkepastenviskosität wurde auf den Proben des so erhaltenen Materials als Brookfield RV bei 100 U/min gemessen.
Beispiele
Beispiel 1
Drei unterschiedliche Proben wurden für das Experiment hergestellt. Alle drei Proben verwenden dieselben Stärkeaufschlämmungsfeststoffe (28%) und dieselben Enzymdosierungen (0,01 Gew.-%, basierend auf dem kommerziellen Stärkegewicht). Der Unterschied zwischen den Proben betrifft die Perboratzugabe. In dem ersten Fall wird kein Perborat zugegeben. In dem zweiten wird Perborat zu der Stärkepaste nach der ersten Erhitzungsphase zugegeben (wie in dem konventionellen Verfahren). Schließlich wird in dem dritten Perborat in die Stärkeaufschlämmung vor dem ersten Erhitzen gegeben. In dem zweiten und dritten Fall wird genau dieselbe Menge an Perborat verwendet (0,25 Gew.-%, basierend auf der kommerziellen Stärkebasis).
Probe 1 – Keine Zugabe von Perborat
Ausführung –

– Stärkepastenviskosität – 57 mPas bei 80°C
– Stärkenpaste pH – 6,1 Nach 2stündiger Lagerung, gerührt, bei 80°C –
– Stärkepastenviskosität – 68 mPas bei 70°C Nach Lagerung über Nacht, gerührt, bei 80°C –
– Stärkepastenviskosität – 91 mPas bei 70°C 105 mPas bei 60°C 124 mPas bei 50°C 147 mPas bei 40°C 186 mPas bei 30°C
– Stärkepasten-Trockenfeststoffe – 29,8%
– Stärkepaste pH – 5,9
– Stärkepaste RAL-Farbe – 1015

Probe 2 – Zugabe von Perborat zur Paste nach der ersten Erhitzungsphase
Ausführung –

– Stärkepastenviskosität – 55 mPas bei 80°C
– Stärkepaste pH – 7,1 Nach 2stündiger Lagerung, gerührt, bei 80°C –
– Stärkepastenviskosität – 80 mPas bei 70°C Nach Lagerung über Nacht, gerührt, bei 80°C –
– Stärkepastenviskosität – 118 mPas bei 70°C 135 mPas bei 60°C 170 mPas bei 50°C 248 mPas bei 40°C 366 mPas bei 30°C
– Stärkepasten-Trockenfeststoffe – 31,3%
– Stärkepaste pH – 6,3
– Stärkepaste RAL-Farbe – 1014

Probe 3 – Zugabe von Perborat zur Stärkeaufschlämmung vor dem Erhitzen (neues Verfahren)
Ausführung –

– Stärkepastenviskosität – 72 mPas bei 80°C
– Stärkepaste pH – 7,0 Nach 2stündiger Lagerung, gerührt, bei 80°C –
– Stärkepastenviskosität – 84 mPas bei 70°C Nach Lagerung über Nacht, gerührt, bei 80°C –
– Stärkepasteviskosität – 116 mPas bei 66°C 133 mPas bei 60°C 165 mPas bei 50°C 233 mPas bei 40°C 378 mPas bei 30°C
– Stärkepasten-Trockenfeststoffe – 30,8
– Stärkepaste pH – 6,3
– Stärkepaste RAL-Farbe – 1014

Dieses Experiment zeigt die Notwendigkeit, Perborat zuzugeben, um sicherzustellen, daß das Enzym deaktiviert wird, wodurch die weitere Stärkehydrolyse verhindert wird. Aus den Ergebnissen der Übernachtlagerung der ersten Probe (Probe 1) geht hervor, daß sich die Stärkeviskosität aufgrund der Lagerung im Vergleich zu der zweiten und dritten Probe verringert.
Das Experiment zeigt ebenso überraschenderweise, daß die Zugabe von Perborat zu der Stärkeaufschlämmung scheinbar wenig Einfluß auf die Enzymaktivität der Stärke aufweist. Da die Deaktivierung des Enzyms von der Erzeugung von freien Radikalen aus dem Perborat abhängig ist, werden scheinbar einige, wenn nicht sogar alle, dieser freien Radikale vorliegen, wenn die Stärkepaste bei der ersten Reaktionstemperatur von 75°C gehalten wird.
Das Experiment zeigt, daß durch Zugeben von Perborat zu der Stärkeaufschlämmung die resultierenden Stärkepasten gepuffert werden, und stabil sind, was relativ geringe Rückfalltendenzen zeigt.
Das Experiment wurde wiederholt, aber die Enzymzugabe wurde auf 0,01 Gew.-% bezüglich des kommerziellen Stärkegewichts verringert. Die Ergebnisse waren mit den oben gezeigten Ergebnissen vergleichbar.
Beispiel 2
Das experimentelle Verfahren war mit dem experimentellen Verfahren für Beispiel 1 identisch, außer daß die Pastentemperatur auf 95°C erhöht wurde. Drei unterschiedliche Proben wurden hergestellt. Alle drei Proben verwenden dieselben Stärkeaufschlämmungsfeststoffe (28%) und dieselben Enzymdosierungen (0,03 Gew.-%, basierend auf dem kommerziellen Stärkegewicht). Der Unterschied zwischen den Proben betrifft die Perboratzugabe. In dem ersten Fall wird kein Perborat zugegeben. In dem zweiten wird Perborat zu der Stärkepaste nach der ersten Erhitzungsphase zugegeben (wie in dem konventionellen Verfahren). Schließlich wird in dem dritten Perborat in die Stärkeaufschlämmung vor dem ersten Erhitzen gegeben. In dem zweiten und dritten Fall wird genau dieselbe Menge an Perborat verwendet (0,38 Gew.-%, basierend auf der kommerziellen Stärkebasis).
Die Proben wurden durch Brabender-Kurven charakterisiert – siehe 1. Kurve 1 zeigt die Instabilität der Viskosität der so erhaltenen Stärke. Kurve 2 und 3 zeigen, daß die so erhaltenen Stärken eine stabile Endviskosität aufweisen.

Claims

Trockenzusammensetzung, umfassend natürliche Stärke und Natriumperborat.
Trockenzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei Natriumperborat in einer Menge von 0,1 bis 1 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 0,5 Gew.-% vorliegt.
Trockenzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Stärke aus der Gruppe, bestehend aus Weizen-, Kartoffel-, Tapioka-, Erbsen- und Maisstärke, bevorzugt Maisstärke, ausgewählt ist.
Verfahren zur Herstellung viskositätsstabiler Stärke, umfassend die folgenden Schritte: a) Herstellen einer Aufschlämmung mit einer Konzentration von 25 bis 38% Feststoffen, bevorzugt 35% Feststoffen, enthaltend natürliche Stärke und 0,1 bis 0,5 Gew.-% Natriumperborat, basierend auf natürlicher Stärke, b) Zugeben einer wirksamen Menge an hydrolytischem Enzym zu der Aufschlämmung, c) Erwärmen der Aufschlämmung auf eine Temperatur zwischen 65 und 80°C, d) Halten der Aufschlämmung bei der Temperatur zwischen 65 und 80°C bis eine gewünschte Endviskosität erreicht ist, e) weitere Erhöhung der Temperatur auf einen Wert, der zur Enzyminaktivierung führt, und gegebenenfalls f) Abkühlenlassen der Stärkeaufschlämmung.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt b) das hydrolytische Enzyme alpha-Amylase ist.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt: a) Herstellen einer Aufschlämmung mit einer Konzentration von 25 bis 38% Feststoffen, bevorzugt 35% Feststoffen, enthaltend natürliche Stärke und 0,1 bis 0,5 Gew.-% Natriumperborat, basierend auf natürlicher Stärke, b) Zugeben von 0,01 bis 0,1% alpha-Amylase zu der Aufschlämmung, c) Erwärmen der Aufschlämmung auf eine Temperatur zwischen 65 und 80°C, d) Halten der Aufschlämmung bei der Temperatur zwischen 65 und 80°C bis eine gewünschte Endviskosität erreicht ist, e) weitere Erhöhung der Temperatur auf 85°C, bevorzugt 90°C, stärker bevorzugt 95°C, was zur alpha-Amylaseinaktivierung führt, und gegebenenfalls f) Abkühlenlassen der Stärkeaufschlämmung.
Verfahren zur Inaktivierung hydrolytischer Enzyme, bevorzugt alpha-Amylase, in einer Stärkeaufschlämmung durch Natriumperborat, dadurch gekennzeichnet, daß Natriumperborat zu natürlicher Stärke zugegeben wird, und die Temperatur auf einen Wert erhöht wird, der zur Enzyminaktivierung führt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur auf 85°C, bevorzugt 90°C, stärker bevorzugt 95°C erhöht wird.