DE60131113T2 - Verfahren zur Herstellung von Formkörper aus Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE und/oder mit diesen Stärkehydrolysaten beschichtet - Google Patents

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE unter Fraktionierung eines Stärkehydrolysats mit einem DE von mehr als 18 unter Verwendung einer Nanofiltrationsmembran und unter Nanofiltrationsbedingungen, die zu einem Stärkehydrolysat mit niedrigem DE (mit einem DE von weniger als 25) führen. Ferner betrifft die Erfindung die erhaltenen Stärkehydrolysatprodukte mit niedrigem DE; Gemische von derartigen Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE mit anderen Substraten; die Verwendung von Stärkehydrolysatprodukten mit niedrigem DE, die einen DE-Wert von weniger als 25 und eine Polydispersität von weniger als 5 aufweisen, als Bindemittel und/oder als Füllstoff für feste und flüssige Abgabesysteme; die Herstellung eines vergrößerten, staubfreien, fließfähigen, granulierten Pulvers aus derartigen Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE; und die Verwendung von derartigen Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE bei der Beschichtung von festen Formen.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Maltodextrine, d. h. Stärkehydrolystate mit niedrigem DE, die ein Dextrose-Äquivalent (DE) von nicht mehr als etwa 20, z. B. 4 bis 20, besitzen, weisen einen milden Geschmack, eine geringe Süße und eine geringe Hygroskopizität auf. Derartige Produkte eignen sich als Grundlagen für die Herstellung von Ernährungsprodukten sowie für Verdickungsmittel und als Additive, die keine süße Beschaffenheit sowie wasserhaltende und nicht-hygroskopische Eigenschaften aufweisen. Zu weiteren Anwendungsmöglichkeiten gehören ihre Verwendung als Träger für synthetische Süßungsmittel, als Hilfsstoff bei der Sprühtrocknung, als Mittel zur Volumenerhöhung, zur Verdickung oder zu Dispergierzwecken, als Feuchthaltemittel und als Energiequelle in Sportgetränken.
  • Die meisten handelsüblichen Maltodextrine, die weltweit nach bekannten Techniken hergestellt werden, liegen in fester oder kristalliner Form vor, was darauf zurückzuführen ist, dass flüssige Formen einer Konsistenzveränderung (Retrogradation), einer Trübung oder einer mikrobiellen Instabilität unterliegen. Es besteht jedoch ein Bedarf an einem Maltodextrin in flüssiger Form, das eine äußerst klare Beschaffenheit und eine geringe Viskosität aufweist und bei Lagerung bei Raumtemperatur keiner Konsistenzveränderung unterliegt.
  • Unter Anwendung herkömmlicher Verfahren, z. B. durch enzymatische Umwandlung, chromatographische Fraktionierung und Membranfraktionierung, wurden flüssige Maltodextrine mit niedrigem DE hergestellt. Jedoch sind die erzeugten Produkte mit Nachteilen behaftet, wozu die Instabilität in flüssiger Form oder eine hohe Viskosität gehören.
  • Die US-Patente 3 974 033 und 3 974 034 beschreiben Verfahren zur Herstellung von Maltodextrin mit niedrigem DE und zur Verbesserung der Stabilität durch enzymatische Hydrolyse von oxidierter Stärke. Das Maltodextrin ist dadurch gekennzeichnet, dass es bei hoher Feststoffkonzentration über lange Zeiträume hinweg trübungsfrei bleibt. Das Maltodextrin wird hergestellt, indem man zunächst eine hochgradig oxidierte Stärke mit einer Säure oder einem Enzym auf einen DE-Wert von nicht wesentlich über etwa 7 verflüssigt; und in einem anschließenden Schritt die oxidierte und verflüssigte Stärke mit einem bakteriellen alpha-Amylase-Enzympräparat verflüssigt, wodurch man ein Maltodextrinprodukt mit einem DE von nicht wesentlich über etwa 20 erhält.
  • Das US-Patent 4 298 400 beschreibt ein weiteres enzymatisches Hydrolyseverfahren zur Herstellung von trübungsfreien flüssigen Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE. Das durch eine zweistufige Hydrolyse, bei denen jeweils bakterielle alpha-Amylase verwendet wird, hergestellte Produkt weist ein Deskriptiv-Verhältnis von mehr als 2,0 auf und besitzt daher eine trübungsfreie Beschaffenheit.
  • Das US-Patent 4 840 807 beschreibt ein Fraktionierungsverfahren zur Herstellung von flüssigen, verzweigten Maltodextrinen mit niedrigem DE. Das Verfahren umfasst die Schritte der Umsetzung von alpha-Amylase mit Stärke zur Bildung eines Stärkehydrolysats im DE-Bereich von 10 bis 35 und das anschließende Kontaktieren der erhaltenen verzuckerten Lösung mit einem Filtriermittel vom Geltyp, wodurch das verzweigte Dextrin und lineare Oligosaccharide selektiv fraktioniert werden. Beim Filtriermittel vom Geltyp handelt es sich um ein Ionenaustauscherharz und beim Fraktionierungssystem um ein simuliertes Bewegtbett. Die erhaltenen verzweigten Oligosaccharide weisen ein durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 800 bis etwa 16 000 bei einem entsprechenden DE von etwa 20 bis etwa 1 auf.
  • Zur Fraktionierung von Zuckerpolysacchariden ist die Membrantrennung bekannt. Waniska et al. (Journal of Food Science, Bd. 45 (1980), S. 1259) beschreibt die Fraktionierungsfähigkeit von drei Ultrafiltrationsmembranen (UF)-Membranen) im Vergleich zur Gelpermeation und Chromatographie bezüglich der Trennung von Oligosacchariden (DP5-20) von niedermolekularen Zuckern. Birch et al. (Die Stärke, 26. Jahrg. (1974), Nr. 7, S. 220) beschreiben die Fraktionierung von Glucosesirups durch umgekehrte Osmose (RO), was eine Möglichkeit zur Herstellung von mehreren neuen Siruptypen bietet und es möglich macht, unter ausgewählten Bedingungen vollständige Zuckergruppen zu beseitigen. Unter Anwendung geeigneter Kombinationen unterschiedlicher Membranen lassen sich Produkte im Bereich von 43–80 DE oder 15–43 DE erhalten. Kearsley et al. (Die Stärke, 28. Jahrg. (1976), Nr. 4, S. 138) beschreibt die umgekehrte Osmose (RO) von Glucosesirups sowie Ultrafiltrationsvorgänge (UF) zur Isolierung spezifischer Zuckergruppen, sowohl von hohem als auch von niedrigem Molekulargewicht, aus dem Sirup. Sloan et al. (Preparative Biochemistry, Bd. 15 (4) (1985), S. 259–279) beschreiben die Molekularfiltration mit Ultrafiltrationsmembranen zur Einengung von Oligosacchariden mit Polymerisationsgraden über 10 aus einem Maisstärkehydrolysat. Es wird nicht angenommen, dass irgendeines dieser Verfahren zur Herstellung von Maltodextrin mit niedriger Viskosität, das keiner Konsistenzveränderung unterliegt, angewandt worden ist.
  • Der Fachmann auf dem Gebiet von Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE erkennt die Notwendigkeit zur Bereitstellung eines verbesserten Stärkehydrolysats mit niedrigem DE, insbesondere in flüssiger Form, und ganz besonders in Gemischen mit anderen Substanzen.
  • Es ist bekannt, dass ein Bindemittel und/oder ein Füllstoff zur Bildung einer akzeptablen Tablette verschiedene Eigenschaften aufweisen muss. Idealerweise besitzt ein Bindemittel oder Füllstoff die folgenden Eigenschaften: (1) inerte Beschaffenheit, fehlende Reaktivität; (2) hoher Grad an plastischer Verformung; (3) niedriger Elastizitätsmodul; (4) hohe Versetzungsdichte; (5) geschmack- und geruchfreie Beschaffenheit; (6) nicht-hygroskopische oder gering-hygroskopische Beschaffenheit; (7) chemische und physikalische Verträglichkeit mit anderen Bestandteilen, wie Gleitmitteln, Fließ- und Zerfallhilfsstoffen, farbgebenden Mitteln, Farbstoffen; (8) gegebenenfalls rascher Zerfall; (9) keine Behinderung oder Verzögerung der biologischen Verfügbarkeit; (10) Stabilität gegen Alterung; und/oder (11) hohe Beladung/Trägerkapazität für Wirkstoffe. Diese Prinzipien sind in folgenden Druckschriften beschrieben: US-Patente 4 551 177, 5 057 321 , 3 873 694 und 4 439 453 ; WO-99/09959 ; WO-97/48392 ; EP-0 783 300 und WO-99/08659 .
  • Derzeit gibt es zahlreiche verfügbare Bindemittel und Füllstoffe, unter Einschluss von Vehikeln, wie sprühgetrockneter Lactose, vorgelierter Stärke, mikrokristalliner Cellulose (MCC), Sorbit und Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC). Jedoch ist es bekannt, dass zahlreiche Bindemittel und Füllstoffe mit Nachteilen behaftet sind. Von Lactose ist es beispielsweise bekannt, dass sie sich bei Kontakt mit Aminen, Phosphaten, Lactaten oder Feuchtigkeit verfärbt. MCC benötigt für eine flockige Beschaffenheit und zur Erzielung guter Tablettierergebnisse eine trockene Lagerungsatmosphäre. Stärken führen oft zu einer Verfärbung und zu hoher Viskosität. HPMC und andere Cellulosematerialien können einen schleimigen Geschmack, Laxationswirkungen, eine starke Schaumentwicklung und eine verstärkte Färbung bewirken. Demzufolge erkennt der Fachmann auf dem Gebiet der Zubereitung von Abgabesystemen das Bedürfnis nach Bindemitteln und Füllstoffen mit verbesserter Funktionalität und einer stabilen Beschaffenheit bei der Alterung.
  • Kurze zusammenfassende Darstellung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zum Herstellen von Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE abgestellt, wobei das Verfahren die Fraktionierung eines Stärkehydrolysats mit einem DE von mehr als 18 unter Verwendung einer Nanofiltrationsmembran umfasst, die vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Teflon-Membranen, Membranen aus rostfreiem Stahl, keramischen Membranen und polymeren Membranen besteht; und/oder die eine Molekulargewichts-Ausschlussgrenze von weniger als 4000 Dalton aufweist, wobei man die Fraktionierung unter Nanofiltrationsbedingungen durchführt, die zu einem Stärkehydrolysat mit niedrigem DE von weniger als 25 führen.
  • Erfindungsgemäß umfassen derartige Nanofiltrationsmembranen vorzugsweise eine Dünnschicht-Verbundmembran, wobei die bevorzugte Dünnschicht-Verbundmembran aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyamidmembranen und polysulfonierten Polysulfonmembranen besteht.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Stärkehydrolysat mit niedrigem DE ein flüssiges Stärkehydrolysat mit niedrigem DE, das einen DE-Wert von weniger als 25 und einem Polydispersitätsindex von weniger als 5 aufweist. Das flüssige Stärkehydrolysat mit niedrigem DE weist vorzugsweise einen Gehalt an trockenen Feststoffen im Bereich von 50% bis 85% und/oder eine Viskosität bei einem Gehalt an trockenen Feststoffen von 70% und bei 25°C von weniger als 30 000 mPa·s (30 000 Centipoise) auf. Das Stärkehydrolysat mit niedrigem DE unterliegt vorzugsweise im wesentlichen keiner Konsistenzänderung (Retrogradation) und ist vorzugsweise im wesentlichen mikrobiell stabil.
  • Die vorliegende Erfindung beinhaltet ferner das Hydrieren und/oder Derivatisieren und/oder Trocknen des erfindungsgemäßen Stärkehydrolysats mit niedrigem DE unter Bildung eines hydrierten und/oder derivatsierten und/oder trockenen Stärkehydrolysats mit niedrigem DE.
  • Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Nanofiltrationsmembran-Verfahren zur Herstellung von Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE, die einen DE-Wert von weniger als 25 und einen Polydispersitätsindex von weniger als 5 aufweisen, bereitzustellen, vorzugsweise in ihrer flüssigen Form, die schließlich im wesentlichen frei von Konsistenzänderungen sind und verglichen mit herkömmlichen Produkten bei einem hohen Anteil an trockenen Feststoffen eine geringere Viskosität aufweisen.
  • Die flüssige Form und die niedrige Viskosität machen die Flüssigkeit besonders geeignet für eine Trocknung, vorzugsweise durch Sprühtrocknung oder Extrusion, wodurch man einen Feststoff oder ein im wesentlichen trockenes Produkt erhält.
  • Die vorliegende Erfindung ist ferner auf ein Verfahren zum Herstellen von festen Formen abgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bilden einer wässrigen Zusammensetzung, die mindestens eine Komponente umfasst, die aus der Gruppe, bestehend aus erfindungsgemäßen Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE in ihrer nicht-hydrierten oder hydrierten oder derivatsierten Form, ausgewählt ist; Trocknen der wässrigen Zusammensetzung zu einem Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 10%, um eine im wesentlichen trockene Stärkehydrolysatzusammensetzung mit niedrigem DE zu ergeben; und Formen der trockenen Stärkehydrolysatzusammensetzung mit niedrigem DE, um eine feste geformte Form zu ergeben.
  • Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren zum Herstellen von festen Formen ferner einen Schritt zum Granulieren (während und/oder nach dem Trocknungsschritt) der im wesentlichen trockenen Stärkehydrolysatzusammensetzung mit niedrigem DE, um eine granulierte, im wesentlichen trockene Stärkehydrolysatzusammensetzung mit niedrigem DE zu ergeben. Der hier verwendete Ausdruck "Granulieren" bezieht sich auf ein Verfahren zur Vergrößerung der Teilchengröße, was durch Granulation, Agglomeration, Verdichten oder andere geeignete Maßnahmen erreicht werden kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die wässrige Zusammensetzung ferner eine wirksame Konzentration mindestens eines weiteren Bestandteils.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer beschichteten festen Form bereitzustellen, das die folgenden Schritte umfasst: Bilden einer wässrigen Zusammensetzung, die mindestens eine Komponente umfasst, die aus der Gruppe, bestehend aus einem erfindungsgemäßen Stärkehydrolysat mit niedrigem DE in seiner nicht-hydrierten oder hydrierten oder derivatisierten Form, ausgewählt ist; und Aufbringen der wässrigen Zusammensetzung auf die feste Form, um eine beschichtete feste Form zu bilden.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die wässrige Zusammensetzung ferner eine wirksame Konzentration mindestens eines Bestandteils, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Zuckern, Zuckeralkoholen, Cellulosepolymeren, wie mikrokristalliner Cellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, polymeren Bestandteilen, wie Polyvinylpyrrolidon (PVP) von verschiedenem Molekulargewicht von 20 000 bis 2 000 000, Stärken (modifiziert und/oder vorgeliert), Bestandteilen auf Proteinbasis, wie Gelatine und Pektin, Konservierungsmitteln, Geschmacksstoffen und farbgebenden Mitteln.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer im wesentlichen trockenen, granulierten Stärkehydrolysatzusammensetzung mit niedrigem DE bereitzustellen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bilden einer wässrigen Zusammensetzung, die mindestens eine Komponente, die aus der Gruppe, bestehend aus Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE in ihrer nicht-hydrierten oder hydrierten oder derivatisierten Form, ausgewählt ist, umfasst; Trocknen dieser wässrigen Zusammensetzung auf einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 10%, um eine im wesentlichen trockene Stärkehydrolysatzusammensetzung mit niedrigem DE zu ergeben; und Granulieren der Stärkehydrolysatzusammensetzung mit niedrigem DE, um ein granuliertes, im wesentlichen trockenes Stärkehydrolysatprodukt mit niedrigem DE zu ergeben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Die Figur zeigt ein Fließdiagramm für ein erfindungsgemäßes Nanofiltrationsverfahren.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Nachstehend findet sich eine ausführliche Beschreibung der beanspruchten Erfindung.
  • Die erfindungsgemäßen Stärkehydrolysate mit niedrigem DE werden durch das in 1 dargestellte Nanomembran-Filtrationsverfahren hergestellt.
  • Im allgemeinen beinhaltet das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Stärkehydrolysats mit niedrigem DE, das Fraktionieren eines Stärkehydrolysats mit einem DE von mehr als 18 und insbesondere von mehr als 21 unter Verwendung einer Nanofiltrationsmembran, die vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Teflonmembranen, Membranen aus rostfreiem Stahl, Keramikmembranen und Polymermembranen besteht, und/oder eine Molekulargewichtsausschlussgrenze von weniger als 4 000 Dalton aufweist, unter Nanofiltrationsbedingungen, die die Bildung eines Stärkehydrolysats mit niedrigem DE, das einen DE-Wert von weniger als 25 aufweist, bewirken.
  • Bei den Stärkehydrolysaten mit einem DE von mehr als 18, die für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignet sind, handelt es sich um Stärkehydrolysate mit einem DE von mehr als 18 und insbesondere von mehr als 21, die in nicht-hydrierter, hydrierter, oxidierter oder anderweitig derivatisierter Form vorliegen können und die erfindungsgemäß bei der Fraktionierung zu einem Stärkehydrolysat mit niedrigem DE, das einen DE-Wert von weniger als 25 aufweist, führen.
  • Erfindungsgemäß werden die polymeren Nanofiltrationsmembranen vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus Polyamidmembranen und polysulfonierten Polysulfonmembranen besteht.
  • Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung werden die Nanofiltrationsmembranen insbesondere aus der Gruppe ausgewählt, die aus Polyamidmembranen und polysulfonierten Polysulfonmembranen mit einer Molekulargewichtsausschlussgrenze im Bereich von 400 bis 4 000 Dalton, insbesondere im Bereich von 800 bis 2 500 Dalton und ganz besonders von 1 000 Dalton besteht. Derartige Nanofiltrationsmembranen umfassen vorzugsweise eine Dünnschicht-Verbundmembran, wobei eine bevorzugte Dünnschicht-Verbundmembran aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyamidmembranen und polysulfonierten Polysulfonmembranen besteht. Spezielle Beispiele für Nanofiltrationsmembranen umfassen Membranen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus ASP40 und ASP50 (Produkte der Fa. Advanced Membrane Technology) und GH und GE (Produkte der Fa. Osmonics/Desal) besteht. Die Dünnschicht-Verbundmembranen können Polysulfon als Träger und Polyester als Stützschicht umfassen. Die Membrankonfiguration kann aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus flachen Folien, Schläuchen und spiralförmig gewundenen Membranen besteht.
  • Der Fluss des Permeats, definiert als Liter/m2/h (Gallonen pro ft2 pro Tag) variiert bei den erfindungsgemäßen Nanofiltrationsverfahren je nach dem Druck. Je höher der Druck ist, desto größer ist der Fluss. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird der erfindungsgemäße Nanofiltrationsschritt vorzugsweise bei einem Druck von weniger als 4,1 × 106 Pa (600 psi) und insbesondere im Bereich von 6,9 × 106 Pa (100 psi) bis 3,45 × 106 Pa (500 psi) durchgeführt. Im Gegensatz dazu wird bei herkömmlichen Verfahren der umgekehrten Osmose typischerweise das Arbeiten bei einem Druck von 3,45 × 106 Pa bis 17,25 × 106 Pa (500 bis 2 500 psi) erforderlich, um einen geeigneten Fluss zu erzielen. Erfindungsgemäß beträgt bei einem Permeatfluss eines als Ausgangsprodukt verwendeten Einsatzmaterials in Form von Maissirup mit einem DE von 36 und einem Anteil an trockenen Feststoffen von 30% bei 50°C und bei einem Druck von 3,31 × 106 Pa (480 psi) nicht weniger als 20,4 Liter/m2/h (12 Gallonen pro ft2 pro Tag (GFD)).
  • Der Permeatfluss variiert beim Nanofiltrationsverfahren auch mit der Temperatur. Ein Anstieg der Betriebstemperatur um 10°C kann den Fluss um den hohen Wert von 100% erhöhen. Jedoch ergibt sich bei einem Anstieg der Betriebstemperatur tendenziell eine Zunahme der Rissbildung bei bestimmten Membranen (z. B. bei Polymermembranen). Infolgedessen wird der Nanofiltrationsschritt der erfindungsgemäßen Verfahren bei einer möglichst hohen Temperatur durchgeführt, um einen maximalen Permeatfluss ohne Schädigung der Membranmaterialien und der Struktur oder ohne Beeinträchtigung des Produkts zu erreichen. Demzufolge liegt die Betriebstemperatur der erfindungsgemäßen Nanofiltrationsverfahren vorzugsweise unter 95°C, insbesondere im Bereich von 40 bis 80°C und ganz besonders im Bereich von 45 bis 65°C.
  • Demgemäß wird ein Stärkehydrolysat mit niedrigem DE unter Verwendung einer Nanofiltrationsmembran unter Nanofiltrationsbedingungen fraktioniert, die einen Druck von weniger als 4,1 × 106 Pa (600 lb pro Quadratzoll), vorzugsweise bei einem Druck von weniger als 3,45 × 106 Pa (500 psi), und bei einer Temperatur von weniger als 95°C, insbesondere bei einer Temperatur von weniger als 80°C, umfassen.
  • Der erfindungsgemäße Nanofiltrationsschritt kann absatzweise oder kontinuierlich durchgeführt werden. Ein absatzweiser Betrieb kann unter Verwendung eines geschlossenen, einzigen Nanofiltrationsmembranelements oder einer Mehrzahl von Nanofiltrationsmembranelementen, die parallel oder in Serie angeordnet sind, durchgeführt werden, wobei ein vorgegebenes Stärkehydrolysat als Einsatzmaterial durch eine geeignete Nanofiltrationsmembran bei einem Druck und einer Temperatur innerhalb der vorstehend angegebenen Druck- und Temperaturbereiche fraktioniert wird, wobei Retentat in den Einsatzmaterialbehälter zurückgeführt wird, um den DE-Wert des Materials im Einsatzmaterialbehälter zu verringern und somit ein Stärkehydrolysat mit niedrigem DE, das den angestrebten DE-Wert aufweist, zu erhalten. Beim kontinuierlichen Betrieb kann das als Einsatzmaterial verwendete Stärkehydrolysat durch eine Reihe von Membranelementen, die in Serie oder seriell/parallel für die Fraktionierung angeordnet sind, gepumpt werden, um den DE-Wert des Stärkehydrolysats zu verringern und ein Stärkehydrolysat mit niedrigem DE, das den angestrebten DE-Wert aufweist, zu erhalten.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren das Raffinieren des Stärkehydrolysats mit einem DE von mehr als 18. Anschließend wird dieses Stärkehydrolysat vor der Fraktionierung unter Verwendung einer Nanofiltrationsmembran raffiniert. Der Raffinationsschritt findet vor der Membrantrennung statt.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Raffination des Stärkehydrolysats mit niedrigem DE. Der Raffinationsschritt findet dabei nach der Membrantrennung statt. Offensichtlich ist es auch möglich, Raffinationsschritte vor und nach dem Membrantrennungsschritt vorzunehmen.
  • Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung umfasst die Raffination insbesondere eine herkömmliche Behandlung mit Kohlenstoff und eine herkömmliche Ionenaustauschbehandlung des der Raffination zu unterziehenden Materials, um es zu entfärben und zu entaschen.
  • Gemäß 1 wird zu Beginn des Verfahrens das Ausgangsmaterial, d. h. Maissirup mit einem Trockensubstanzanteil von 30%, in den Einsatzmaterialbehälter (1) gebracht. Das Maissirup-Ausgangsmaterial weist vorzugsweise einen DE-Wert von mehr als 18 DE auf. Dieses Ausgangsmaterial wird als Einsatzmaterial durch die Speisepumpe (2) zu einem Membranelement gepumpt. Eine Umwälzpumpe (3) wird dazu verwendet, die Querstromgeschwindigkeit der Flüssigkeit zu erhöhen. Das Einsatzmaterial wird einer Membranfraktionierung unterworfen, wobei niedermolekulare Materialien, wie Oligosaccharide mit weniger als DP5 eine Nanofiltrationsmembran durchlaufen, die höhermolekulare Materialien zurückhält. Permeat (6) von der Membran (5) wird dem System entnommen. Das Retentat (7) von der Membran (5) wird in den Einsatzmaterialbehälter (1) zurückgeführt (8), bis der DE-Wert des Retentats (7) einen Zielwert erreicht, vorzugsweise unter 20 DE. Da das Retentat (7) während des absatzweisen Verfahrens in den Einsatzmaterialbehälter (1) zurückgeleitet wird (8), nimmt der Anteil an Trockensubstanz zu. Daher muss Verdünnungswasser (9) zugesetzt werden, um einen hohen Fluss der Membranfraktionierung aufrechtzuerhalten. Beim kontinuierlichen Verfahren bleibt das Ventil (10) immer geschlossen und es gibt keine Rückführung von Flüssigkeit in den Behälter.
  • Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das erzeugte Stärkehydrolysat mit niedrigem DE ein flüssiges Stärkehydrolysat mit einem DE-Wert von weniger als 25. Das flüssige Stärkehydrolysat mit niedrigem DE weist einen Gehalt an trockenen Feststoffen im Bereich von 50 bis 85% auf. Das flüssige Stärkehydrolysat mit niedrigem DE weist vorzugsweise bei einem Anteil an trockenen Feststoffen von 70% und einer Temperatur von 25°C eine Viskosität von weniger als 30 000 mPa·s (Centipoise) (cp), gemessen mit einem Brookfield-Viskosimeter, auf. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung beträgt die Viskosität bei einem Anteil an trockenen Feststoffen von 70 Gew.-% und einer Temperatur von 25°C insbesondere 4 000 mPa·s bis 20 000 mPa·s auf.
  • Die erfindungsgemäß erzeugten Stärkehydrolysate mit niedrigem DE weisen eine geringere Viskosität als herkömmliche, durch Säure- oder Enzymeinwirkung umgewandelte Materialien mit im Wesentlichen dem gleichen DE-Wert auf. Für das gleiche DE-Produkt nimmt die Viskosität mit einer höheren Konzentration an langkettigen Molekülen (z. B. Oligosacchariden mit DP21+) zu. Ohne Festlegung auf eine spezielle Theorie wird die geringere Viskosität der erfindungsgemäß erzeugten Produkte auf die geringere Konzentration (bezogen auf das Gewicht) von DP21+ zurückgeführt, die bei 14 DE nur 11% betrug. Dies steht im Gegensatz zu einem herkömmlicherweise umgewandelten 14 DE-Maltodextrin, das einen Wert von mindestens 40% DP21+ aufweist. Im allgemeinen weist ein mit einer Nanofiltrationsmembran erzeugtes Maltodextrin von 18 DE und einem Anteil an Trockensubstanz von 70% bei 25°C eine Viskosität von weniger als 8 000 mPa·s (Centipoise) auf. Dagegen weist das auf herkömmliche Weise mit einem Enzym umgewandelte Maltodextrin mit dem gleichen DE-Wert und dem gleichen Anteil an Trockensubstanz bei der gleichen Temperatur eine Viskosität von 20 000 mPa·s (Centipoise (cp)) auf. Die geringe Viskosität der erfindungsgemäß erzeugten Stärkehydrolysate und Maltodextrine mit niedrigem DE ermöglichen es, derartige Produkte auf einen Anteil an trockenen Feststoffen bis zu 80% oder mehr an trockenen Feststoffen einzuengen oder einzudampfen, ohne dass Handhabungsschwierigkeiten auftreten.
  • Ein hoher Anteil an Trockensubstanz, z. B. von 75% oder darüber, führt zu dem weiteren Vorteil, dass die erfindungsgemeßen Stärkehydrolysate mit niedrigem DE mikrobiell stabil sind. Die Wasseraktivität der erfindungsgemäß erzeugten Stärkehydrolysate und Maltodextrine mit niedrigem DE, die einen Anteil an 75 Gew.-% an trockenen Feststoffen aufweisen, liegt bei Raumtemperatur unter 0,86, was eine für den Transport in flüssiger Form ausreichende Stabilität bedeutet.
  • Das erfindungsgemäße Stärkehydrolysatprodukt mit niedrigem DE weist vorzugsweise einen DE-Wert von weniger als 25, einen Polydispersitätsindex von weniger als 5, eine auf das Gewicht bezogene Konzentration an Mono- und Disacchariden von weniger als 10% und eine auf das Gewicht bezogene Konzentration an Oligosacchariden mit einem Polymerisationsgrad von mehr als 21 von weniger als 40% auf. Vorzugsweise umfasst das Stärkehydrolysatprodukt mit niedrigem DE ein flüssiges Stärkehydrolysat mit niedrigem DE, das einen Feuchtigkeitsgehalt im Bereich von 50 bis 85% und/oder eine Viskosität bei einem Anteil an trockenen Feststoffen von 70% und bei einer Temperatur von 25°C von weniger als 30 000 mPa·s und vorzugsweise eine Viskosität im Bereich von 2 000 mPa·s bis 25 000 mPa·s und insbesondere von 4 000 mPa·s bis 20 000 mPa·s (cp) aufweist.
  • Erfindungsgemäß weisen bevorzugte Stärkehydrolysatprodukte mit niedrigem DE einen DE-Wert im Bereich von 4 bis 20 auf, wobei die Konzentration an Mono- und Disacchariden weniger als 10 Gew.-% beträgt und die Konzentration an Oligosacchariden mit einem Polymerisationsgrad von mehr als 21 weniger als 35% und vorzugsweise weniger als 30 Gew.-% beträgt.
  • Erfindungsgemäß hergestellte Stärkehydrolysate mit niedrigem DE sind in flüssiger Lösung stabil, zeigen eine geringe Viskosität und bleiben über längere Zeiträume hinweg im Wesentlichen beständig gegen Konsistenzänderungen, und zwar selbst bei einem hohen Anteil an trockenen Feststoffen, beim Einfrieren und bei Raumtemperatur. Die erfindungsgemäßen Stärkehydrolysate und Maltodextrine mit niedrigem DE weisen normalerweise einen DE-Wert von nicht wesentlich über 25 DE für Stärkehydrolysate mit niedrigem DE und von nicht wesentlich über 20 für Maltodextrine auf. Die erfindungsgemäßen Stärkehydrolysate mit niedrigem DE und Maltodextrine weisen vorzugsweise einen DE im Bereich von 4 bis 20 auf. Ein erfindungsgemäß hergestelltes typisches Maltodextrin weist im allgemeinen einen DE-Wert von 8 bis 18 auf.
  • Der hier verwendete Ausdruck "Stärkehydrolysat mit niedrigem DE" bedeutet ein Stärkehydrolysat mit einem DE von nicht mehr als 25. Maltodextrin ist ein Stärkehydrolysat mit einem DE von nicht mehr als 20.
  • Der hier verwendete Ausdruck "Dextroseäquivalent (DE)" ist als der Reduktionswert des Maltodextrin- oder Stärkehydrolysatmaterials im Vergleich zum Reduktionswert von Dextrose mit gleichem Gewicht definiert und wird als prozentualer Wert auf Trockenbasis bei Messung gemäß dem School-Verfahren (Encyclopedia of Industrial Chemical Analysis, Bd. 11, S. 41–42) angegeben.
  • Der hier verwendete Ausdruck "Polydispersitätsindex" (auch als "Polymolekularitätsindex" bezeichnet) ist als das Verhältnis Mw/Mn definiert, wobei Mw das Gewichtsmittel des Molekulargewichts und Mn das Zahlenmittel des Molekulargewichts bedeutet. Dieses Verhältnis ermöglicht es, die Gesamtdispersität der Molekulargewichte eines Polymergemisches zu charakterisieren. In der Praxis können die Mw- und Mn-Werte durch Gelpermeationschromatographie bestimmt werden, eine Technik, die dem Fachmann geläufig ist.
  • Die Ausdrücke "keine Konsistenzänderung" und "frei von Konsistenzänderung" sind als Synonyme für "keine Trübung" zu verstehen, was als eine Absorption von weniger als 0,3 und vorzugsweise von weniger als 0,1 definiert ist, und zwar bei spektrophotometrischer Messung bei 600 nm nach etwa 3-monatiger Lagerung bei Raumtemperatur, d. h. 23°C.
  • Die hier verwendeten Ausdrücke "stabil" und "Stabilität" beziehen sich auf die mikrobielle Stabilität und/oder physikalische Stabilität.
  • Obgleich die vorliegende Erfindung in Bezug auf Maisstärkehydrolysate, die auch als "Maissirup" bezeichnet werden, beschrieben wird, die sich von Mais mit einem standardmäßigen Gehalt an Amylose als Ausgangsmaterial ableiten, können auch Glucosesirups und andere Stärkehydrolysate aus verschiedenen Cerealien (z. B. Weizen), aus Knollen (z. B. Kartoffeln) oder anderen Stärkequellen (z. B. Chicoree) und anderen Typen (z. B. wachsartigen Typen) verwendet werden.
  • Die erfindungsgemäßen Stärkehydrolysate mit niedrigem DE weisen eine enge Saccharidverteilung auf. Im allgemeinen beträgt der Polydispersitätsindex weniger als 5 und die Menge an Monosacchariden und Disacchariden beträgt im allgemeinen weniger als 10 Gew.-% und die Menge an Oligosacchariden mit einem Polymerisationsgrad von mehr als 21 beträgt im allgemeinen weniger als 40 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 35 Gew.-% und insbesondere weniger als 30 Gew.-%.
  • Das Stärkehydrolysat mit niedrigem DE kann bei der Herstellung eines Gemisches, das ein flüssiges Stärkehydrolysat mit niedrigem DE, das im Wesentlichen keiner Konsistenzänderung unterliegt, umfasst, mit mindestens einer anderen Substanz in einem vorgegebenen Mischungsverhältnis verwendet werden, wodurch man ein Stärkehydrolysatgemisch mit niedrigem DE erhält.
  • Bei der anderen Substanz handelt es sich vorzugsweise um ein Kohlenhydrat, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Zuckeralkoholen, wie Sorbit, Mannit, Xylit, Maltit, Erythrit, Isomalz und hydrierten Stärkehydrolysaten (z. B. Maltitsirups), Propylenglykol, Glycerin und Sacchariden, wie Inulin, Glucosesirup, Maltosesirup und Fructosesirup, Lactose, Erythrose, Xylose und Isomaltose besteht. Vorzugsweise unterliegt das gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellte Stärkehydrolysatgemisch mit niedrigem DE im Wesentlichen keiner Konsistenzänderung.
  • Die durch das erfindungsgemäße Nanofiltrationsmembran-Fraktionierungsverfahren hergestellten Stärkehydrolysate mit niedrigem DE und Maltodextrine können mit derartigen Substanzen vermischt, vermengt oder anderweitig vereinigt werden, wodurch man ein gemischtes Produkt mit einer geringeren Viskosität und einer geringeren Wasseraktivität, verglichen mit einem Mischprodukt unter Verwendung von herkömmlichen Maltodextrinen mit im Wesentlichen dem gleichen DE-Wert, erhält.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet auch die Trocknung des flüssigen Stärkehydrolysats mit niedrigem DE, wodurch man ein im Wesentlichen trockenes Produkt erhält. Vorzugsweise weisen die erhaltenen Stärkehydrolysate mit niedrigem DE einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 10 Gew.-% auf.
  • Eine Trocknungseinrichtung, die zur Dehydratisierung des erfindungsgemäßen flüssigen Stärkehydrolysats mit niedrigem DE verwendet werden kann, umfasst eine herkömmliche Dehydratisierungsvorrichtung und Verfahren, die sich zum Dehydratisieren von Flüssigkeiten mit Eigenschaften, z. B. in Bezug auf die Viskosität, die ähnlich wie die der Stärkehydrolysate mit niedrigem DE sind, eignen. Vorzugsweise umfasst die Trocknung eine Speühtrocknung oder Extrusion.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet auch das Hydrieren des Stärkehydrolysats mit niedrigem DE, das einen DE-Wert von weniger als 25 aufweist, wodurch man ein hydriertes Stärkehydrolysat mit niedrigem DE erhält, wobei vorzugsweise das Stärkehydrolysat mit niedrigem DE ein flüssiges, hydriertes Stärkehydrolysat mit niedrigem DE umfasst oder wobei das hydrierte Stärkehydrolysat mit niedrigem DE ein im Wesentlichen trockenes, hydriertes Stärkehydrolysat mit niedrigem DE umfasst.
  • Es kann auch eine gemeinsame Hydrierung eines Stärkehydrolysatgemisches mit niedrigem DE durchgeführt werden. Vorzugsweise umfasst diese gemeinsame Hydrierung das Vermischen des erfindungsgemäß durch Nanofiltration hergestellten Stärkehydrolysats mit niedrigem DE mit mindestens einer weiteren Substanz, vorzugsweise mit einem Kohlenhydrat gemäß der vorstehenden Definition, wodurch ein Stärkehydrolysatgemisch mit niedrigem DE gebildet wird, und das Hydrieren des Stärkehydrolysatgemisches mit niedrigem DE, wodurch man ein hydriertes Stärkehydrolysatgemisch mit niedrigem DE erhält.
  • Um die entsprechenden hydrierten Produkte, d. h. hydrierte Stärkehydrolysate mit niedrigem DE und Gemische gemäß den vorstehenden Ausführungen, zu erhalten, kann eine herkömmliche Hydrierung durchgeführt werden. Beispielsweise kann das durch Nanofiltrationsfraktionierung erhaltene Stärkehydrolysat mit niedrigem DE einem Hydrierungsverfahren mit Raney-Nickel unter hierfür geeigneten Bedingungen unterworfen werden.
  • Somit können erfindungsgemäß Stärkehydrolysatprodukte mit niedrigem DE und Maltodextrinprodukte flüssig oder im Wesentlichen trocken, hydriert oder nicht-hydriert sein, im Wesentlichen keiner Konsistenzänderung unterliegen oder einer Konsistenzänderung unterliegen, und sie können mit einem Kohlenhydrat oder anderen Substanzen vermischt sein oder nicht. Die hydrierte Form des Stärkehydrolysats mit niedrigem DE und des Maltodextrins lässt sich durch herkömmliche Hydrierung des Stärkehydrolysats mit niedrigem DE, durch Hydrierung des Stärkehydrolysat-Ausgangsmaterials oder durch gemeinsame Hydrierung eines Gemisches, das das Stärkehydrolysat mit niedrigem DE und andere Substanzen, bei denen es sich um Kohlenhydrate handeln kann, umfasst, erhalten.
  • Gemäß 1 wird beim erfindungsgemäßen Verfahren ein auf herkömmliche Weise umgewandeltes Maisstärkehydrolysat, das hier auch als "Sirup" und "Maissirup" bezeichnet wird, mit einem DE-Wert von mehr als 18 und vorzugsweise von mehr als 21 und insbesondere im Bereich von 28 bis 50 DE für die Fraktionierung einer Nanofiltrationsmembran zugeführt. Das Permeat der Membran wird aus dem System entnommen und das Retentat wird zur weiteren Einengung in den Einsatzmaterialbehälter zurückgeführt. Nachdem der DE-Wert des Retentats einen Zielwert erreicht hat, der weniger als 25 DE beträgt und vorzugsweise im Bereich von 8 bis 20 DE liegt, wird das Ventil (11) in 1 geöffnet und das Ventil (10) geschlossen. Das Retentat wird als Produkt einem Vorratsbehälter zugeführt. Die Betriebsdrücke und -temperaturen stellen wichtige Prozessparameter dar. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird der Betriebsdruck des Systems so gesteuert, dass er unter 4,1 × 106 Pa (600 psi) und vorzugsweise unter 3,45 × 106 Pa (500 psi) liegt. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird die Betriebstemperatur des Systems so gesteuert, dass sie unter 95°C und vorzugsweise unter 80°C liegt. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist ein pH-Wert von 2 bis 10 bevorzugt und ein pH-Wert von 3 bis 8 ist besonders bevorzugt.
  • Insbesondere wird beim erfindungsgemäßen Verfahren ein mit Säure umgewandeltes Ausgangsmaterial, z. B. Maisstärkehydrolysate (Sirups) mit einem DE-Wert im Bereich von 25 bis 63 DE und vorzugsweise mit einem DE-Wert im Bereich von 25 bis 42 DE durch eine Nanofiltrationsmembran gepumpt, um eine Fraktionierung bei einem Transmembrandruck von weniger als 3,45 × 106 Pa (500 psi) durchzuführen. Permeat wird aus dem System entnommen und das Retentat wird in das Einsatzmaterial zurückgeführt, bis der DE-Wert des Sirups auf ein erwünschtes Niveau gesunken ist, das weniger als 25 DE und vorzugsweise 8 bis 20 DE beträgt.
  • Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung liegt der DE-Wert des Stärkehydrolysat-Ausgangsmaterials nicht unter 18 DE, vorzugsweise nicht unter 21 DE, insbesondere im Bereich von 25 bis 63 DE und ganz besonders im Bereich von 25 bis 42 DE.
  • Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung umfasst das bevorzugte Stärkehydrolysat ein Element aus der Gruppe, die aus Maisstärkehydrolysat, Weizenstärkehydrolysat, Wurzelstärkehydrolysat und Wachsmaisstärkehydrolysat besteht, wobei insbesondere das Stärkehydrolysat Maissirup umfasst. Beim verwendeten Rohmaterial kann es sich um die entsprechende modifizierte oder unmodifizierte Form handeln, obgleich Stärken aus beliebigen Stärkequellen verwendet werden können.
  • Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird das Stärkehydrolysat, das einen DE-Wert nicht unter 18 aufweist, durch ein Umwandlungsverfahren hergestellt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer einstufigen Umwandlung und einer mehrstufigen Umwandlung besteht, wobei das Umwandlungsverfahren vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einer Säureumwandlung, Enzymumwandlung und einer gemischten Säure- und Enzymumwandlung besteht. Insbesondere umfasst die Umwandlung eine Säureumwandlung und eine Enzym-Enzym-Umwandlung.
  • Die erfindungsgemäßen Stärkehydrolysate mit niedrigem DE und Maltodextrine eignen sich unabhängig davon, ob sie in Form von Sirups oder trockenen Pulvern vorliegen, in besonderer Weise für den Einsatz in Nahrungsmittel- und Getränkeprodukten. Die Maltodextrine eignen sich in besonderer Weise in stabilen DE-Sirups mit niedrigem DE.
  • Die Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Stärkehydrolysate mit niedrigem DE und Maltodextrine machen die erfindungsgemäßen Produkte in besonderer Weise für die folgenden Anwendungszwecke geeignet: Träger für farbgebende Mittel, Aromastoffe, Duftstoffe und Essenzen sowie synthetische Süßungsmittel; Sprühtrocknungshilfsstoffe für Kaffeeextrakte und Teeextrakte; Bulking-, Bodying- und Dispergiermittel in synthetischen Sahneprodukten oder Kaffeeweißern; Bestandteile zur Förderung der Feuchtigkeitsretention in Brot, Gebäck und Fleisch; Bestandteile von Trockensuppenmischungen, Backmischungen, Gefriermischungen, Gewürzmischungen, Kouvertürpulvern, Kondimenten, Bratensaucen, Saucengemischen und gefrorenen Molkereiprodukten; und in Fettersatzprodukten. Ferner eignen sie sich zur Zubereitung von Tablettierverbindungen, die in Nahrungsmittelprodukten oder pharmazeutischen Produkten, Mitteln gegen Zusammenbacken, aufgeschlagenen Produkten, Schutzüberzügen, Agglomerationshilfsstoffen, Nahrungsmitteln mit geringem oder verringertem Kaloriengehalt und Getränken verwendet werden können. Ferner eignen sich die erfindungsgemäßen Stärkehydrolysate mit niedrigem DE und Maltodextrine in besonderer Weise zur Verwendung zusammen mit Getränkebestandteilen, Nahrungsmittelbestandteilen, Tierfutterbestandteilen, pharmazeutischen Bestandteilen, pharmazeutischen Nahrungsergänzungsbestandteilen, kosmetischen Bestandteilen und industriellen Bestandteilen.
  • Die vorliegende Erfindung ist auch auf ein Verfahren zur Herstellung von festen Formen abgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bilden einer wässrigen Zusammensetzung, die mindestens eine Komponente umfasst, die aus der Gruppe, bestehend aus Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE in nicht-hydrierter oder hydrierter oder derivatisierter Form besteht; Trocknen der wässrigen Zusammensetzung zu einem Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 10%, um eine im Wesentlichen trockene Stärkehydrolysatzusammensetzung mit niedrigem DE zu ergeben; und Formen der trockenen Stärkehydrolysatzusammensetzung mit niedrigem DE, um eine feste geformte Form zu ergeben.
  • Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren zur Herstellung von festen Formen einen Schritt der Granulation der im Wesentlichen trockenen Stärkehydrolysatzusammensetzung mit niedrigem DE umfassen, die während der Trocknung (d. h. wie bei der Sprühtrocknung) und/oder nach der Trocknung (d. h. Agglomeration oder Walzenverdichtung) erfolgen kann, wodurch man eine im wesentlichen trockene, granulierte Stärkehydrolysatzusammensetzung mit niedrigem DE erhält. Vorzugsweise kann die im Wesentlichen trockene, granulierte Stärkehydrolysatzusammensetzung mit niedrigem DE ein direkt verpressbares granuliertes Pulver umfassen. Der erfindungsgemäß vorgesehene Trocknungsschritt kann aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Sprühtrocknung, Wirbelschichttrocknung, Flash-Flow-Technik und Drehscheibengranulation besteht.
  • Die erfindungsgemäße feste Form kann dann ein im Wesentlichen trockenes erfindungsgemäßes Stärkehydrolysatprodukt mit niedrigem DE und/oder ein im Wesentlichen trockenes erfindungsgemäßes granuliertes Stärkehydrolysatprodukt mit niedrigem DE umfassen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die wässrige Zusammensetzung, die ein erfindungsgemäßes Stärkehydrolysat mit niedrigem DE umfasst, in ihrer nicht-hydrierten oder hydrierten oder derivstisierten Form, die hier beschrieben werden, ferner eine wirksame Konzentration mindestens eines weiteren Bestandteils enthalten, wodurch man eine feste Form mit mehreren Bestandteilen erhält.
  • Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung umfasst der Bestandteil vorzugsweise mindestens eine Komponente, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist; Nahrungsmittelbestandteile, Tierfutterbestandteile, Getränkebestandteile, kosmetische Bestandteile, pharmazeutische Bestandteile, pharmazeutische Nahrungsergänzungsbestandteile und industrielle Bestandteile. Weitere Bestandteile können in der erfindungsgemäßen festen Form vorliegen, z. B. spezielle Substanzen (z. B. Eisen(II)-fumarat, Vitamin C) und/oder Klassen von Substenzen (z. B. Vitamine, Mineralien). Der Bestandteil kann in reiner Form, in Kombination mit anderen Substanzen und mit oder ohne Träger vorliegen.
  • Der Anteil des der wässrigen Zusammensetzung einzuverleibenden Bestandteils kann je nach der angestrebten Festigkeit des Endprodukts variiert werden.
  • Erfindungsgemäß kann die feste Form zu Tabletten, Caplets, Pillen, Kapseln oder Pastillen geformt werden.
  • Feste Formen, die unter Verwendung eines nicht-hydrierten und/oder hydrierten und/oder derivstisierten Stärkehydrolysats mit niedrigem DE als Substrat zur Bindung eines Wirkstoffes und/oder zum Füllen einer festen Matrixform hergestellt worden waren, erwiesen sich in ihren Leistungsmerkmalen im Vergleich zu anderen Stärkehydrolysaten und polymeren Bindemitteln/Füllstoffen als überlegen oder ebenbürtig. Die erfindungsgemäßen festen Formen sind insbesondere den Formen überlegen, die unter Verwendung von pulverisierten Maltodextrinen, PVP und HPMC (je nach dem beteiligten Wirkstoff) oder von analogen Bindemitteln/Füllstoffen, die bisher auf den Gebieten der Nahrungsmittelindustrie, pharmazeutischen Industrie, Industrie der Nahrungsergänzungsmittelindustrie und der chemischen Industrie bekannt oder verwendet worden sind, hergestellt worden sind. Das erfindungsgemäße Produkt kann in einfacher Weise als Ersatz für andere Bindemittel und Füllstoffe in Zubereitungen, Zusammensetzungen und Verfahren verwendet werden, bei denen herkömmliche Cellulosen, Polymere, Gummi arabicum und Maltodextrine verwendet werden.
  • Die erfindungsgemäßen Stärkehydrolysate mit niedrigem DE besitzen eine gleichwertige oder überlegene Bindungsfähigkeit und eine hervorragende Plastifizierbarkeit bei erhöhter Zugfestigkeit, verringertem Capping-Druck und verringerter Tablettensprödigkeit, verglichen mit Cellulose-Bindemitteln und -Füllstoffen, polymeren herkömmlichen Maltodextrinen mit 18 DE und Gummi arabicum. Eine inerte Beschaffenheit und chemische Stabilität der Tablette bei der Alterung, die Komprimierbarkeit, die Fließfähigkeit, die Plastizität und Elastizität sind besondere Eigenschaften, die bei universellen Füllstoffen oder Bindemitteln besonders angestrebt werden. Diese physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften machen diese neuen Materialien zu wirtschaftlich wertvollen und in Bezug auf ihre Funktion attraktiven Bindemitteln und Füllstoffen für die Nahrungsmittelergänzungsindustrie, pharmazeutische Industrie, chemische Industrie und Nahrungsmittelindustrie.
  • Insbesondere ergibt die Verwendung der erfindungsgemäßen Stärkehydrolysate mit niedrigem DE einen breiten Bereich in Bezug auf akzeptable Härte und im Wesentlichen nicht-brüchige, chemisch stabile Tabletten, und zwar je nach der beteiligten aktiven Matrix. Diese Effekte werden bei der Agglomeration oder Granulation von Wirkstoffen mit derartigen Stärkehydrolysaten oder sogar beim bloßen Mischen der Wirkstoffe mit den Stärkehydrolysaten beobachtet, wobei das gesamte feste Pulvergemisch mit einem Gleitmittel vermischt und unter Anwendung herkömmlicher Verfahren tablettiert wird, z. B. mit einer Hochgeschwindigkeitskarussellpresse oder auch mit einer Carver-Presse.
  • Die erfindungsgemäßen Stärkehydrolysate mit niedrigem DE ergeben ferner bei der Verarbeitung als agglomeriertes, direkt komprimierbares Pulver harte, nicht-brüchige Tabletten.
  • Ferner ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer beschichteten festen Form abgestellt, wobei das Verfahren die Bildung eines erfindungsgemäßen wässrigen Stärkehydrolysats mit niedrigem DE und das Aufbringen der wässrigen Zusammensetzung auf eine feste Form, um eine beschichtete feste Form zu bilden, umfasst.
  • Insbesondere beinhaltet das erfindungsgemäße Verfahren einen ersten Schritt, der in der Bildung einer wässrigen Zusammensetzung besteht, die mindestens eine Komponente, die aus der Gruppe, bestehend aus Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE, die einen DE-Wert von weniger als 25 und einen Polydispersitätsindex von weniger als 5 aufweisen, chemisch derivatisierten Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE, die einen DE-Wert von weniger 25 und einen Polydispersitätsindex von weniger als 5 aufweisen, und hydrierten Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE, die einen DE-Wert von weniger als 25 und einen Polydispersitätsindex von weniger als 5 aufweisen, umfasst. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst diese wässrige Zusammensetzung ferner eine wirksame Konzentration mindestens eines Bestandteils, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus Zuckern, Zuckeralkoholen, Cellulosepolymeren, wie mikrokristalline Cellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Hydroxyethylcellulose; polymeren Bestandteilen, wie Polyvinylpyrrolidon (PVP) mit unterschiedlichen Molekulargewichten von 20 000 bis 2 000 000; Stärken (modifiziert und/oder vorgeliert), Materialien auf Proteinbasis, wie Gelatine, Lecithin und/oder Pectin, Konservierungsmitteln, Geschmacksstoffen und farbgebenden Mitteln. Ein Vermischen kann durch geeignete Maßnahmen, die herkömmlicherweise für einen derartigen Zweck eingesetzt werden, erreicht werden.
  • Der zweite Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Auftragen der wässrigen Zusammensetzung auf eine feste Form, um eine beschichtete feste Form zu bilden. Die zu beschichtende feste Form kann aus Tabletten, Caplets, Pillen, Kapseln, Samen oder Pastillen, Kügelchen, Granalien oder Teilchen bestehen.
  • Schließlich ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer im Wesentlichen trockenen, granulierten Stärkehydrolysatzusammensetzung mit niedrigem DE abgestellt, das die folgenden Schritte umfasst: Bilden einer wässrigen Zusammensetzung, die mindestens eine Komponente enthält, die aus der Gruppe, bestehend aus Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE, die einen DE-Wert von weniger als 25 und einen Polydispersitätsindex von weniger als 5 aufweisen, chemisch derivatisierten Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE, die einen DE-Wert von weniger als 25 und einen Polydispersitätsindex von weniger als 5 aufweisen, und hydrierten Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE, die einen DE-Wert von weniger als 25 und einen Polydispersitätsindex von weniger als 5 aufweisen; Trocknen dieser wässrigen Zusammensetzung auf einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 10%, um eine im Wesentlichen trockene Stärkehydrolysatzusammensetzung mit niedrigem DE zu erhalten; und Granulieren der Stärkehydrolysatzusammensetzung mit niedrigem DE, um ein im Wesentlichen trockenes, granuliertes Stärkehydrolysatprodukt mit niedrigem DE zu erhalten.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die wässrige Zusammensetzung ferner eine wirksame Konzentration mindestens eines weiteren Bestandteils. Vorzugsweise wird dieser weitere Bestandteil aus der Gruppe ausgewählt, die besteht aus Nahrungsmittelbestandteilen, Futtermittelbestandteilen, Getränkebestandteilen, kosmetischen Bestandteilen, pharmazeutischen Bestandteilen, Nahrungsergänzungsmitteln und industriellen Bestandteilen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann dieses im Wesentlichen trockene, granulierte Stärkehydrolysat ein direkt verpressbares, granuliertes Pulver umfassen.
  • Beispiele
  • Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand der folgenden repräsentativen Beispiele naher erläutert.
  • Beispiel 1
  • Ein mit Säure umgewandelter Maissirup mit einem DE-Wert von etwa 42 und einem Gehalt an trockenen Feststoffen von etwa 23,7 Gew.-% wurde zur Fraktionierung durch eine Nanofiltrationsmembran gepumpt, wobei ein Verfahren mit einem einzigen Nanofiltrationsdurchgang angewandt wurde.
  • Das Retentat wurde in den Einsatzmaterialbehälter zurückgeführt, bis sich der DE-Wert auf 14,5 verringert hatte. Für Testansätze wurde eine Dünnschicht-Verbundnanofiltrationsmembran, nämlich ASP 40, Produkt der Fa. Advanced Membrane Technology, Inc., San Diego, Kalifornien, verwendet. Die ASP 40-Membran weist die folgenden Eigenschaften auf:
    Membranmaterial: Dünnschichtverbundstoff aus
    sulfoniertem Polysulfon auf
    Polysulfon mit einer
    Verstärkungsschicht aus
    Polyestervlies
    Konfiguration: Spiralwindung, 10,16 cm
    Durchmesser und 101,6 cm
    Länge
    Oberfläche: etwa 5,3 m2 (4 Zoll
    Durchmesser und 40 Zoll Länge)
    Betriebsdruck: bis zu 4,10 × 106 Pa (600 psi)
    Betriebstemperatur: bis zu 60°C
    Betriebs-pH-Bereich: 2–11
    Maximaler Chlorgehalt: 200 ppm
    Zurückweisungsspezifikation: NaCl = 30–40%, Lactose = 45–65%
  • Die Herstellung des Stärkehydrolysat-Ausgangsmaterials mit 42 DE wurde durch herkömmliche Säureumwandlungsverfahren durchgeführt. Das Umwandlungsverfahren wurde beendet, nachdem ein DE-Wert des umgewandelten Maisstärkematerials von 42 erreicht worden war. Das erhaltene, mit Säure umgewandelte Maisstärkematerial mit einem DE-Wert von 42 wurde unter Verwendung einer Zentrifuge geklärt, um restliches Öl und Protein zu entfernen. Anschließend wurden eine Kohlenstoffbehandlung und ein Ionenaustausch-Raffinationsverfahren durchgeführt, um das Material zu entfärben und zu entaschen. Schließlich wurde das Material auf einen Gehalt an trockenen Substanzen von etwa 70 Gew.-% eingedampft.
  • 57 Liter (15 Gallonen) des mit Säure umgewandelten Maissirups mit einem DE-Wert von 42 wurden in den Einsatzmaterialbehälter eingespeist, wie in 1 dargestellt ist, und auf einen Anteil an Trockensubstanz von etwa 23,7 Gew.-% verdünnt. Bei der Verarbeitungslinie handelte es sich um ein einstufiges System mit einem Nanofiltrationsmembranelement von 10,16 cm (4 Zoll) Durchmesser. Das Fraktionierungsverfahren wurde in Form eines absatzweisen Betriebs durchgeführt. Das Permeat wurde aus dem System entnommen und das Retentat wurde in den Einsatzmaterialbehälter zurückgeführt. Der DE-Wert wurde periodisch überwacht. Verdünnungswasser wurde periodisch in den Einsatzmaterialbehälter gegeben, um den Gehalt an Trockensubstanz unter etwa 50 Gew.-% zu halten. Die Rückführung des Retentats wurde beendet, nachdem ein DE-Wert des Retentats von 15 erreicht war. Anschließend wurde das Retentat entnommen und als Produkt in einem Lagerbehälter gesammelt. Das gesammelte Produkt wies ein Gesamtvolumen von 49 Liter (13 Gallonen) und einen Anteil an Trockensubstanz von etwa 50,5 Gew.-% auf.
  • Die Bearbeitungslinie wurde bei einem Druck von etwa 32,8 × 106 Pa (475 psi) und einer Temperatur von 50°C betrieben. Der Permeatfluss betrug zu Beginn 31,5 Liter/m2/h (20,3 GFD) und am Ende der Fraktionierung 2,5 Liter/m2/h (1,5 GFD). Das erhaltene Maltodextrin war im Wesentlichen frei von Konsistenzänderungen, wies einen DE-Wert von 14,5 auf und zeigte das nachstehend angegebene Kohlenhydratprofil.
    Komponente Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht
    Fructose 0,048
    Dextrose 0,760
    DP2 1,517
    DP3 3,557
    DP4 6,627
    DP5 8,359
    DP6 8,442
    DP7 7,960
    DP8 7,375
    DP9 6,759
    DP10 5,835
    DP11–21 32,226
    DP21+ 10,534
  • Das vorstehend beschriebene Maltodextrin wurde unter Verwendung eines Vakuumrotationsverdampfers für Laboratoriumszwecke weiter eingedampft, um ein Stärkehydrolysat mit niedrigem DE mit unterschiedlichen Feststoffanteilen zu erhalten. Die erhaltenen Stärkehydrolysatprodukte mit niedrigem DE wurden in einem dafür entwickelten Experiment bewertet, bei dem die folgenden Variablen und die entsprechenden Bereiche eingehalten wurden: Anteil an trockenen Feststoffen im Bereich von 65 bis 75 Gew.-%; Lagerungstemperatur im Bereich von 7 bis 49°C; Sorbinsäuregehalt im Bereich von 0 bis 0,15 Gew.-%; pH-Wert im Bereich von 2,8 bis 3,5. Farbe, Trübung (wiedergegeben durch Absorption bei 600 nm), direktes Zählergebnis in Bezug auf Bakterien, Hefen und Pilze wurden zu Beginn und jeweils nach 1 Monat Lagerung getestet. Nach 4-monatiger Lagerung waren alle 28 getesteten Proben noch klar und frei von Konsistenzänderungen.
  • Der Polydispersitätsindex des erhaltenen Maltodextrins betrug 1,59. Die Viskosität des erfindungsgemäß erhaltenen Maltodextrins betrug 65 500 mPa·s (cp) bei einem Gehalt an trockenen Feststoffen von 75,3% und 7 450 mPa·s (cp) bei einem Gehalt an trockenen Feststoffen von 70%, was unter den Werten eines auf herkömmliche Weise umgewandelten Maltodextrins gemäß den Angaben in Tabelle 1 von Beispiel 6 lag.
  • Beispiel 2
  • In diesem Beispiel wurde ein mit Säure umgewandelter Maissirup mit 36 DE als Ausgangsmaterial verwendet. Dieses Ausgangsmaterial wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Umwandlung beendet wurde, nachdem das mit Säure umgewandelte Maissirupmaterial einen DE-Wert von etwa 36 erreicht hatte. Das umgewandelte Material wurde nicht vollständig durch Ionenaustausch gereinigt.
  • Das gleiche Bearbeitungssystem und die gleiche Nanofiltrationsmembran wie in Beispiel 1 wurden in diesem Beispiel zur Herstellung der Probe verwendet. 113,5 Liter (30 Gallonen) Maissirup mit 36 DE und einem Anteil an trockenen Substanzen von etwa 80 Gew.-% wurde in den Einsatzmaterialbehälter eingespeist, wie in 1 dargestellt ist, und auf einen Anteil an trockenen Substanzen von etwa 32,6 Gew.-% verdünnt. Das Fraktionierungsverfahren wurde absatzweise durchgeführt. Das Permeat wurde dem Bearbeitungssystem entnommen und das Retentat wurde in den Einsatzmaterialbehälter zurückgeführt. Der DE-Wert wurde periodisch überwacht. Verdünnungswasser wurde periodisch in den Einsatzmaterialbehälter gegeben, um den Anteil an Trockensubstanz im Material unter etwa 50 Gew.-% zu halten. Die Rückführung des Retentats wurde beendet, nachdem das Retentat einen DE-Wert von etwa 18 erreicht hatte. Sodann wurde das Retentat entnommen und in einem Lagerbehälter als Produkt gesammelt. Das gesammelte Produkt wies ein Gesamtvolumen von etwa 87 Liter (23 Gallonen) und einen Anteil an trockenen Substanzen von etwa 51,3 Gew.-% auf.
  • Die Betriebsbedingungen umfassten einen Druck von etwa 3,3 × 106 Pa (480 psi) und eine Temperatur von etwa 50°C. Der Permeatfluss betrug zu Beginn 13,9 Liter/m2/h (8,2 GFD) und 2,5 Liter/m2/h (1,5 GFD) am Ende der Fraktionierung. Das erhaltene Maltodextrin wies einen DE-Wert von 17,2 auf und zeigte das folgende Kohlenhydratprofil.
    Komponente Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht
    Fructose 0,147
    Dextrose 1,996
    DP2 3,038
    DP3 5,803
    DP4 6,884
    DP5 9,032
    DP6 10,626
    DP7 7,789
    DP8 5,272
    DP9 4,218
    DP10 4,059
    DP11–21 31,794
    DP21+ 9,342
  • Das gewonnene Maltodextrinprodukt wurde ferner unter Verwendung eines Vakuumrotationsverdampfers für Laboratoriumszwecke auf einen Gehalt an trockenen Feststoffen von 70,2 und 75,5 Gew.-% eingedampft.
  • Proben des Maltodextrinprodukts mit jeweils diesen Anteilen an trockenen Feststoffen wurden 2 Monate bei Raumtemperatur gelagert und analysiert. Beide Proben blieben klar und frei von Konsistenzänderungen.
  • Der Polydispersitätsindex des erhaltenen Maltodextrins betrug 2,45. Die Viskosität des erfindungsgemäß erhaltenen Maltodextrins betrug 6 930 mPa·s (cp) bei einem Gehalt an trockenen Feststoffen von 70 Gew.-% und einer Temperatur von 25°C.
  • Beispiel 3
  • Ein mit Säure umgewandelter Maissirup mit einem DE-Wert von etwa 42 und einem Gehalt an trockenen Feststoffen von 43,5 Gew.-% wurde zur Fraktionierung durch eine Nanofiltrationsmembran unter Verwendung einer Nanofiltrationspilotanlage mit einem einzigen Durchgang gemäß der Darstellung in der Figur gepumpt. Das Retentat wurde in den Einsatzmaterialbehälter zurückgeführt, bis der DE-Wert auf 14,9 verringert war. Die zur Herstellung von Probeprodukten verwendete Pilotanlage stammte von der Fa. Niro, Inc., Hudson, Wisconsin. Eine Dünnschicht-Verbund-Polyamidmembran, nämlich GH, wurde für die Testansätze verwendet. Die von der Fa. Desalination System, Inc., Vista, Kalifornien, hergestellte GH-Membran wies die folgenden Eigenschaften auf:
    Membranmaterial: Dünnschicht-Verbund-Polyamid
    Konfiguration: Spiralwindung, 10,16 cm
    Durchmesser und 101,6 cm Länge
    Oberfläche: etwa 5,3 m2 (4 Zoll Durchmesser
    und 40 Zoll Länge)
    Betriebsdruck: bis zu 4,10 × 106 Pa (600 psi)
    Betriebstemperatur: bis zu 50°C
    Betriebs-pH-Bereich: 2–11
    Maximaler Chlorgehalt: 20–50 ppm Tag
    Zurückweisungsspezifikation: 50% MgSO4 bei 1,0 × 106 Pa
    (150 psi) 25°C
  • Das mit Säure umgewandelte Maissirup-Einsatzmaterial mit 42 DE in diesem Beispiel stammte aus Maisstärke.
  • Maisstärke mit einem Gehalt an Trockensubstanz im Bereich von etwa 34 bis 40 Gew.-% wurde unter Verwendung von Salzsäure beim pH-Wert von 1,8 und bei einer Temperatur von etwa 128°C hydrolysiert. Das Umwandlungsverfahren wurde beendet, nachdem das umgewandelte Maissirupmaterial einen DE-Wert von etwa 42 erreicht hatte. Das erhaltene, mit Säure umgewandelte Maissirupmaterial mit einem DE-Wert von 42 wurde unter Verwendung einer Zentrifuge geklärt, um restliches Öl und Protein zu entfernen. Anschließend wurden eine Kohlenstoffbehandlung und eine Ionenaustauschraffination zur Entfärbung und zur Entaschung des Materials durchgeführt. Schließlich wurde das Material auf einen Gehalt an Trockensubstanz von etwa 80 Gew.-% eingedampft.
  • 38 Liter (10 Gallonen) des mit Säure umgewandelten Maissirups mit einem DE-Wert von 42 wurden in den Einsatzmaterialbehälter, wie er beispielsweise in 1 dargestellt ist, eingespeist und auf einen Gehalt an Trockensubstanz von etwa 43,5 Gew.-% verdünnt. Beim Verfahren handelte es sich um ein Einstufensystem mit einem einzigen Nanofiltrationsmembranelement mit einem Durchmesser von 10,16 cm (4 Zoll). Das Fraktionierungsverfahren wurde absatzweise durchgeführt.
  • Das Permeat wurde aus dem System entnommen und das Retentat wurde in den Einsatzmaterialbehälter zurückgeführt.
  • Verdünnungswasser wurde periodisch in den Einsatzmaterialbehälter gegeben, um das Material auf einen Gehalt an Trockensubstanz unter etwa 50 Gew.-% zu halten.
  • Die Rückführung des Retentats wurde beendet, nachdem das Retentat einen DE-Wert von etwa 15 erreicht hatte. Das gesammelte Produkt wies ein Volumen von 30 Liter (8 Gallonen) und einen Anteil an Trockensubstanz von etwa 52,55 Gew.-% auf.
  • Das Verfahren wurde bei einem Druck von etwa 3,3 × 106 Pa (485 psi) und einer Temperatur von etwa 50°C durchgeführt. Der Permeatfluss betrug 14,3 Liter/m2/h (8,43 GFD) zu Beginn und 2,8 Liter/m2/h (1,66 GFD) am Ende der Fraktionierung. Das erhaltene Maltodextrin wies einen DE-Wert von 14,9 und das folgende Kohlenhydratprofil auf:
    Komponente Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht
    Fructose 0,021
    Dextrose 0,616
    DP2 1,185
    DP3 3,649
    DP4 7,623
    DP5 10,302
    DP6 10,011
    DP7 6,839
    DP8 7,762
    DP9 6,679
    DP10 5,695
    DP11–21 31,900
    DP21+ 7,719
  • Das vorstehende Maltodextrin wurde ferner unter Verwendung eines Rotationsvakuumverdampfers für Laboratoriumszwecke auf einen Gehalt an trockenen Feststoffen von 70 Gew.-% zur Durchführung von Lagerstabilitätstests eingedampft. Zwei Proben, von denen eine keiner Einstellung des pH-Werts (pH-Wert etwa 4,5) und eine einer Einstellung des pH-Werts unter Verwendung von 7% HCl auf 3,0 unterzogen worden war, wurden für Lagerungstests hergestellt. Nach 4-monatiger Lagerung bei Raumtemperatur waren beide Proben noch so klar wie zu Beginn und zeigten keine Konsistenzänderungen. Es trat auch kein mikrobielles Wachstum auf.
  • Der Polydispersitätsindex des erhaltenen Maltodextrins betrug 1,54. Die Viskosität des Maltodextrins dieses Beispiels betrug 7 116 mPa·s (cp) bei einem Anteil an trockenen Feststoffen von 70 Gew.-% und bei Raumtemperatur.
  • Beispiel 4
  • Beim Ausgangsmaterial für die Nanofiltrationsmembran-Fraktionierung in diesem Beispiel handelte es sich um einen Maisstärkesirup mit 23 DE, der durch Enzym-Enzym-Umwandlung folgendermaßen hergestellt worden war: erster Schritt: Verflüssigung von Maisstärke auf 14 DE unter Verwendung von bakteriellem alpha-Amylase-Enzym (Thermamyl T-120, Produkt der Fa. Novo Nordisk); und zweiter Schritt: Verzuckerung des erhaltenen verflüssigten Materials mit einem Gehalt an trockenen Feststoffen von etwa 30 Gew.-% und bei einer Temperatur von etwa 65°C unter Verwendung von bakteriellem alpha-Amylase-Enzym (Thermamyl T-120-Enzym, Novo Nordisk). Das Umwandlungsverfahren wurde beendet, nachdem das umgewandelte Material einen DE-Wert von etwa 23 erreicht hatte. Das durch Enzym-Enzym-Umwandlung erhaltene Maisstärkehydrolysat wurde unter Verwendung einer Ultrafiltrationsmembran geklärt, um Öl und Protein zu entfernen.
  • Zur Herstellung des Maltodextrins dieses Beispiels wurden das gleiche Bearbeitungssystem und die gleiche Nanofiltrationsmembran wie in Beispiel 1 verwendet. 78 Liter (20 Gallonen) Maissirup mit 23 DE und einem Gehalt an trockenen Feststoffen von etwa 30 Gew.-% wurden in den Einsatzmaterialbehälter, wie er beispielsweise in 1 dargestellt ist, eingespeist. Das Fraktionierungsverfahren wurde absatzweise durchgeführt. Das Permeat wurde dem Bearbeitungssystem entnommen und das Retentat wurde in den Einsatzmaterialbehälter zurückgeführt. Der DE-Wert wurde periodisch überwacht. Verdünnungswasser wurde periodisch zugesetzt, um den Anteil an trockenen Feststoffen des Materials im Einsatzmaterialbehälter auf weniger als etwa 40 Gew.-% zu halten. Die Rückführung des Retentats wurde beendet, nachdem ein DE-Wert des Retentats von etwa 17 erreicht war. Das Retentat wurde entnommen. Anschließend wurden eine Behandlung mit Kohlenstoff und ein Innenaustausch-Raffinationsverfahren zur Entfärbung und Entaschung des Retentats durchgeführt. Sodann wurde das Retentat als Produkt in einem Vorratsbehälter gesammelt. Das gesammelte Produkt wies ein Volumen von 26,5 Liter (7 Gallonen) und einen Anteil an Trockensubstanz von etwa 47 Gew.-% auf.
  • Die Betriebsbedingungen umfassten einen Druck von etwa 3,45 × 106 Pa (500 psi) und eine Temperatur von etwa 45°C. Der Permeatfluss betrug 21,1 Liter/m2/h (12,4 GFD) zu Beginn und 7,8 Liter/m2/h (4,6 GFD) am Ende der Fraktionierung. Das erhaltene Maltodextrin wies einen DE-Wert von 16,7 und das folgende Kohlenhydratprofil auf:
    Komponente Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht
    Fructose 0,01
    Dextrose 0,08
    DP2 1,71
    DP3 7,38
    DP4 4,33
    DP5 20,9
    DP6 20,58
    DP7 1,49
    DP8 1,49
    DP9 1,93
    DP10 2,2
    DP11–21 13,26
    DP21+ 24,64
  • Das gesammelte Maltodextrinprodukt wurde ferner unter Verwendung eines Vakuumrotationsverdampfers für Laboratoriumszwecke auf einen Anteil an trockenen Feststoffen von 67 Gew.-% eingedampft. Das Maltodextrinprodukt wurde 2,5 Monate bei Raumtemperatur aufbewahrt und sodann analysiert. Das Maltodextrinprodukt blieb klar und frei von Konsistenzänderungen.
  • Der Polydispersitätsindex des erhaltenen Maltodextrins betrug 4,3. Die Viskosität des erfindungsgemäßen Maltodextrins betrug 8 330 mPa·s (cp) bei 25°C und einem Anteil an trockenen Feststoffen von 70 Gew.-%, was unter dem Wert des auf herkömmliche Weise umgewandelten Maltodextrins, das in Tabelle 3 von Beispiel 6 aufgeführt ist, liegt.
  • Beispiel 5
  • 113,5 Liter (30 Gallonen) eines mit Säure umgewandelten Maissirups mit 42 DE wurden in ein einstufiges Nanofiltrationsmembran-Bearbeitungssystem, wie es beispielsweise in 1 dargestellt ist (NIRO Hudson, WI), mit einer spiralförmigen 10,16 cm (4 Zoll)-Nanomembran (ASP40 der Fa. Advanced Membrane Technology, CA) eingespeist. Es wurden 49,2 Liter (13 Gallonen) eines klaren flüssigen Retentats mit einem DE-Wert von 13,5 erhalten. Das Verfahren wurde bei 3,45 × 106 Pa (500 psi) und 45°C durchgeführt. Die Membran bestand aus polysulfoniertem Polysulfon mit einer Molekulargewichts-Trenngrenze von etwa 1 000 Dalton. Während des Verfahrens wurde Permeatstrom aus dem System entnommen und der Retentatstrom wurde in den Einsatzmaterialbehälter zurückgeführt. Der Test wurde fortgesetzt, bis das Retentat einen DE-Wert von etwa 14 erreicht hatte. Im erhaltenen Produkt betrug der Anteil an trockenen Feststoffen etwa 50 Gew.-%. Unter Verwendung eines Rotationsvakuumverdampfers für Laboratoriumszwecke wurde eine weitere Eindampfung auf einen Anteil an trockenen Feststoffen von etwa 70 Gew.-% vorgenommen. Das erhaltene Produkt wurde unter Verwendung eines Brookfield-Viskosimeters und durch HPLC analysiert. Die Viskosität des analysierten Produkts betrug nur etwa die Hälfte der Viskosität des auf herkömmliche Weise hergestellten Materials mit einem ähnlichen DE-Wert. Das Kohlenhydratprofil war insofern einzigartig, als nur 2,2% Mono- und Disaccharide und 11,6 Gew.-% Oligosaccharide bei einem DP-Wert von > 21 enthalten waren. Das analysierte Produkt mit einem Anteil an Trockensubstanz von 71 Gew.-% wurde bei Raumbedingungen gelagert und blieb mehr als 4 Monate klar.
  • Beispiel 6
  • Der Vorteil des erfindungsgemäßen Produkts in Bezug auf die Viskosität gegenüber auf herkömmliche Weise erzeugten Maltodextrinen ist in Tabelle 1 dargestellt. In diesem Beispiel werden die in den Beispielen 1, 2, 3 und 4 erzeugten Proben analysiert und mit Glucidex 19, einem herkömmlichen, handelsüblichen Maltodextrin der Fa. ROQUETTE FRERES, und mit MaltrinR M180, einem herkömmlichen, handelsüblichen Maltodextrin der Fa. Grain Processing Co., in Bezug auf die Viskosität verglichen. Tabelle 1 Viskosität der Maltodextrine in mPa·s (cp) bei 25°C
    Produkt DE 65% DS 70% DS 75% DS
    Erfindungsgemäßes Produkt mit einem Einsatzmaterial von 42 DE (Beispiel 1) 14,5 1650 7450 65500
    Erfindungsgemäßes Produkt mit einem Einsatzmaterial von 36 DE (Beispiel 2) 17,2 1560 6930 7950
    Erfindungsgemäßes Produkt mit einem Einsatzmaterial von 42 DE (Beispiel 3) 14,9 - 7115 -
    Erfindungsgemäßes Produkt mit einem Einsatzmaterial von 23 DE (Beispiel 4) 16,7 - 8330 -
    Herkömmliches Maltodextrin (MaltrinR M180, Handelsprodukt der Fa. Grain Processing Co.) 19,4 - 21560 -
    Herkömmliches Maltodextrin (Glucidex 19, Handelsprodukt der Fa. Roquette Freres) 18,0 5240 18900 345000
  • Ohne Festlegung auf eine spezielle Theorie wird angenommen, dass der erfindungsgemäß erzielte Vorteil gegenüber herkömmlichen Maltodextrinen auf die enge Verteilung des Kohlenhydratprofils zurückzuführen ist.
  • Beispiel 7
  • Auf entsprechende Weise wie in Beispiel 6 weist das erfindungsgemäße Kohlenhydratprofil, belegt durch die Beispiele 1, 2, 3 und 4, weniger DP1 und DP2 sowie weniger DP21+ auf, verglichen mit handelsüblichen Maltodextrinen mit ähnlichem DE-Wert, wie in Tabelle 2 dargelegt ist.
  • Erneut wurden in diesem Beispiel die in den Beispielen 1, 2, 3 und 4 hergestellten Proben analysiert und mit Glucidex 19 und MaltrinR M180 (wie in Beispiel 6) verglichen, um die entsprechenden Kohlenhydratprofile und die Polydispersität (Mw/Mn) zu vergleichen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt. Tabelle 2 Kohlenhydratprofil aufgrund von HPLC und Polydispersität (Mw/Mn) aufgrund von GPC
    Erfindung (Beispiel 1) Erfindung (Beispiel 2) Erfindung (Beispiel 3) Erfindung (Beispiel 4) Glucidex 19, (Roquette Freres) MaltrinR M180, Grain Processing Co.)
    DP 1% 0,808 2,120 0,64 0,09 1,81 2,21
    DP 2% 1,517 3,038 1,18 1,71 5,95 7,02
    DP 3% 3,557 5,803 3,65 7,38 8,27 9,20
    DP 4% 6,627 6,884 7,62 4,33 6,78 7,57
    DP 5% 8,359 9,032 10,30 20,9 7,14 7,25
    DP 6% 8,442 10,626 10,00 20,58 7,74 11,66
    DP 7% 7,960 7,789 6,80 1,49 5,80 8,49
    DP 8–21% 52,195 45,343 52,00 18,88 23,08 17,50
    DP 21+ 10,534 9,434 7,70 24,64 33,44 29,10
    Mw/Mn 1,59 2,45 1,54 4,3 7,07 5,65
  • Beispiel 8
  • Mehrere Zusammensetzungen wurden erfindungsgemäß hergestellt und die entsprechenden Angaben sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefasst.
  • LDESH bedeutet "Stärkehydrolysat mit geringem DE".
    Bezeichnung des erfindungsgemäßen Produkts Allgemeine Beschreibung des Produkts und dessen Herleitung
    LSH1 flüssiges, nicht-hydriertes LDESH mit einem DE-Wert von 17,7 und einer Polydispersität von 1,5, gebildet durch Nanofiltration eines mit Säure umgewandelten Maissirups mit 42 DE
    LSH2 flüssiges, nicht-hydriertes LDESH mit einem DE-Wert von 13,0 und einer Polydispersität von 2,0, gebildet durch Nanofiltration eines mit Säure umgewandelten Maissirups mit 28 DE
    LSH3 flüssiges, nicht-hydriertes LDESH mit einem DE-Wert von 18,7 und einer Polydispersität von 2,0, gebildet durch Nanofiltration eines mit Säure umgewandelten Maissirups mit 28 DE
    LSH4 flüssiges, nicht-hydriertes LDESH mit einem DE-Wert von 10,9 und einer Polydispersität von 3,3, hergestellt durch Nanofiltration von LDESH mit einem DE-Wert von 19 und einer Polydispersität von 3,2, wobei sich das LDESH durch Nanofiltration eines Enzym-Enzymumgewandelten Maissirups mit 28 DE ergibt
    LHSH1 flüssiges, hydriertes LDESH, hergestellt durch Hydrieren eines Einsatzmaterials von 3 LDESH-Ansätzen: 1: DE = 18,7, Polydispersität = 2,8 2: DE = 19,3, Polydispersität = 2,4 3: DE = 18,9, Polydispersität = 2,4, wobei sich die 3 Ansätze durch Nanofiltration von mit Säure umgewandeltem Maissirup mit 42 DE ergeben
    SDSH1 sprühgetrocknetes, nicht-hydriertes LDESH, hergestellt durch Sprühtrocknung eines LDESH, das folgende LDESH-Ansätze umfasst: 1: DE = 17,7, Polydispersität = 1,5 2: DE = 18,5, Polydispersität = 1,6 3: DE = 18,5, Polydispersität = 1,6 4: DE = 16,9, Polydispersität = 1,5 5: DE = 18,5, Polydispersität = 1,6, wobei sich die 5 Ansätze durch Nanofiltration eines mit Säure abgeleiteten Maissirups mit 42 DE ergeben
    SDSH2 sprühgetrocknetes, nicht-hydriertes LDESH, hergestellt durch Sprühtrocknung eines LDESH mit einem DE-Wert von 19,0 und einer Polydispersität von 3,2, wobei sich das LDESH durch Nanofiltration eines Enzym-Enzymumgewandelten Maissirups mit 28 DE (gleiches Produkt wie LSH4) ergibt
    SDHSH1 sprühgetrocknetes, hydriertes LDESH, hergestellt durch Sprühtrocknung eines hydrierten Einsatzmaterials aus LDESH-Ansätzen: 1: DE = 19,3, Polydispersität = 1,5 2: DE = 20,0, Polydispersität = 1,5, wobei die 2 Ansätze sich durch Nanofiltration eines mit Säure umgewandelten Maissirups mit 42 DE ergeben
    SDHSH2 Sprühgetrocknetes, hydriertes LDESH, hergestellt durch Sprühtrocknung des LDESH-Ansatzes von SDSH2 (DE = 19,0, Polydispersität = 3,2)
  • Beispiel 9
  • Im ersten Schritt wurden agglomerierende Lösungen von 10–50% LHSH1, LSH1, SDSH2 und SDHSH2 von Beispiel 8 so hergestellt, dass die endgültige Viskosität der Lösungen bei Raumtemperatur etwa 10–50 mPa·s (cp) betrug. Einen Tag früher wurden 3–5%ige Cellulose- und Polymerlösungen hergestellt und über Nacht der Hydratisierung überlassen.
  • Da das Molekulargewicht des letztgenannten Produkts entscheidend höher ist (50 000–1 000 000) als das der Stärkehydrolysate mit niedrigem DE in den beiden Formen (nicht-hydriert und hydriert), war die Viskosität geringfügig höher und variierte von 10 bis 400 mPa·s (cp).
  • Die Viskosität wurde mit einem Brookfield-Viskosimeter unter Verwendung der Spindel Nr. 3 mit 100 U/min gemessen.
  • Im zweiten Schritt wurde die agglomerierende Lösung über eine Schlauchpumpe einer binären Düse des Wirbelschichtgranulators Aeromatic Strea-1 zugeführt. Die Betriebsbedingungen und Parameter sind in Tabelle 1 aufgeführt. 1 000 g Ascorbinsäure (USP) oder 1 000 g Eisen(II)-fumarat (USP) wurden in die Fließbettkammer gegeben. Zunächst wurde die Fluidisierung durch Anschalten des Ventilators des Kompressors eingeleitet und die Teilchenfluidisierung wurde durch Einstellen des Knopfes für die Luftstromgeschwindigkeit erreicht. Die Granulationstemperatur, die Versuchsdauer und der Zerstäubungsdruck wurden auf den gewünschten Wert gemäß Bestimmung in einer früheren Phase des Experiments eingestellt. Sobald ein stationärer Zustand erreicht war, d. h. konstante Temperatur und konstante Luftstromgeschwindigkeit, wurde die Speisepumpe (agglomerierende Flüssigkeit) angeschaltet und ein Strahl der zerstäubten Flüssigkeit wurde auf das fluidisierte Pulver von Vitamin C oder Eisen(II)-fumarat gesprüht. Die Experimente wurden so lange durchgeführt, bis die Agglomerationsflüssigkeit vollständig verbraucht war. Nach der Agglomeration wurde das Experiment weitere 2–3 Minuten fortgeführt, um das agglomerierte Wirkstoffpulver zu trocknen.
  • Im dritten Schritt wurde das agglomerierte aktive Material einer eingehenden Analyse unterzogen, um die Größenverteilung des granulierten Ansatzes zu bestimmen. Dies erfolgte durch Lichtstreuungstechnik und Teilchenklassierung unter Siebanalyse, wodurch man den Ansatz genau bestimmen konnte. Die Gewichtsfraktionen wurden auf US-Standardsieben mit 841, 420, 230, 177, 149 und 105 μm (20, 40, 60, 80, 100 und 140 mesh) zurückgehalten. Die Schüttdichte und die Rütteldichte der agglomerierten Pulver wurden sofort nach der Granulation gemessen, um das Granalienwachstum und den Komprimierbarkeitsindex zu bestimmen. Tabelle 1
    Betriebsparameter Einstellung
    Vitamin C Eisen(II)-fumarat
    1 Einlasstemperatur der Luft (°C) 60 50
    2 Auslasstemperatur der Luft (°C) ≈ 35 ≈ 25
    3 Strömungsgeschwindigkeit der Luft (m3/h) 75–100 80–90
    4 Zerstäubungsdruck (bar) 1 1
    5 Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Einsatzmaterials (g/min) 13,5–14 13,5–14
    6 Strömungsgeschwindigkeit der Zerstäubungsluft (g/min) 50 50
    7 Masseverhältnis (Flüssigkeit/Luft) 0,28 0,28
  • Im vierten Schritt wurde das granulierte aktive Material in einem Ro-Tap-Gerät klassiert und die zwischen 297 und 1 190 μm (50 und 16 mesh) zurückgehaltene Fraktion wurde für die Tablettierung gewonnen. Diese Fraktion wurde mit 1% Magnesiumstearat-Gleitmittel in einem Planetenmischer 1 Minute vermischt. Das Gemisch wurde in den Trichter der Karussellpresse gegossen. Die Werte stellen ein Maß für die Festigkeit der Tabletten und ihre Fähigkeit zur Beibehaltung ihres physikalischen Zusammenhalts dar, angegeben als "Strong Cobb Units, Newtons und Kilopond". Durchschnittlich 10 Tabletten oder mehr wurden für die Härtebestimmung in einem Härtetestgerät gemäß Dr. Schleuniger gemessen. Der Mittelwert dieser Ablesungen ist hier angegeben.
  • Ein Maß für die Tendenz zur Zerbröckelung und Staubentwicklung der Tabletten wird als prozentualer Gewichtsverlust bei Bestimmung durch den "Roche"-Test angegeben. Dieser Test wurde durch Entnahme von 20 Tabletten aus jedem Ansatz, Staubfreimachen der Tabletten und Wiegen durchgeführt. Anschließend wurden die Tabletten einem Brüchigkeitstest im Vankel-Brüchigkeitsmessgerät gemäß USP-Standard, d. h. 20 U/min für 4 Minuten, unterworfen. Man ließ die Tabletten 4 Minuten rollen und fallen. Anschließend wurden sie erneut sorgfältig von Staub befreit und gewogen. Der Gewichtsverlust wurde als prozentualer Verlust gegenüber dem ursprünglichen Gewicht angegeben.
  • Ein Maß für die kontrollierte Freisetzung einer Tablette besteht in der Fähigkeit der Tablette, ihren Wirkstoff freizusetzen oder in einem bestimmten Bereich des menschlichen Körpers, wie Magen oder Darm, abzugeben. In einem USP-zertifizierten Instrument wurde ein Simulationsexperiment an Vitamin C- und Eisen(II)-fumarat-Tabletten in einer Vorrichtung mit 6 Kammern durchgeführt, wobei ein Rührvorgang mit 100 U/min bei 37°C in 900 ml Wasser bzw. 0,1 N Schwefelsäurelösung durchgeführt wurde.
  • Das Verhalten der Bindemittel/Füllstoffe LSH 1; LSH2; LSH3 und LHSH1 lässt sich in drei Kategorien einteilen: (1) Pulver; (2) Tablette; (3) Bearbeitung.
  • 1.1. Pulver
  • Das granulierte Pulver von Vitamin C und Eisen(II)-fumarat zeigte die folgenden hervorragenden physikalischen Eigenschaften:
    • • enge, gut definierte Teilchengrößenverteilung, unabhängig vom verwendeten Wirkstoff;
    • • 2- bis 5-fache Zunahme der durchschnittlichen Teilchengröße;
    • • geringere oder gleiche Schüttdichte, verglichen mit anderen polymeren und celluloseartigen Bindemitteln;
    • • relativ niedriger Komprimierbarkeitsindex;
    • • fließfähiges, staubfreies und direkt verpressbares granuliertes Pulver.
  • 2.1. Tablette
  • Das Abgabesystem im endgültigen festen Zustand, d. h. Tablette unter Verwendung des vorstehenden granulierten Pulvers mit den vorerwähnten Bindemitteln, d. h. LSH1, LSH2, LSH3 und LHSH1 (nicht-hydrierte bzw. hydrierte Stärkehydrolysate), zeigte die folgenden hervorragenden Eigenschaften:
    • • Höhere, akzeptable Tablettenhärte von direkt komprimierbaren Nahrungsergänzungs-, Arzneimittel-, Nahrungsmittel- und chemischen Zusammensetzungen. Es wurde festgestellt, dass eine derartige Tablette bei niedrigem Bindemittelanteil und geringer Kompression akzeptabel ist.
    • • Geringere oder gleichwertige Tablettenbrüchigkeit, die als "im Wesentlichen nicht-brüchig" definiert wird. Mit anderen Worten, der gewichtsprozentuale Verlust der Tabletten aufgrund der Taumel- und Fallvorgänge bei Bestimmung durch den "Roche"-Test beträgt weniger als etwa 1% des ursprünglichen Gewichts. Eine derartige Tablette wurde mit einer minimalen Menge an Bindemittel, d. h. 5–10%, und einer relativ geringen Kompression von 907,2 kg (2 000 lbs) hergestellt.
    • • Gleichwertige oder geringfügig langsamere Geschwindigkeit der Freisetzung des Wirkstoffes, gemessen gemäß USP-Vorschriften.
    • • Höhere chemische Stabilität von Tabletten, insbesondere bei Verwendung von LHSH1, wobei innerhalb von 8 Monaten keine Verblassung, Verfärbung und Reaktivität mit anderen Wirkstoffen festgestellt wurde, verglichen mit Cellulosematerialien, herkömmlichen Stärkehydrolysaten, Gummi arabicum oder auch vorgelierten Stärken.
    • • Wesentlich besserer Geschmack, geruchsfreie, nicht-reizende und nicht-laxative Beschaffenheit der Tabletten im Vergleich zu Tabletten, die mit Cellulose-Bindemitteln/Füllstoffen hergestellt worden sind.
    • • Stark glänzende, polierte Oberflächen und hochwertiges ästhetisches Erscheinungsbild der Tabletten im Vergleich zu Tabletten aus anderen polymeren und celluloseartigen Materialien.
  • 3.1 Verarbeitung
  • Bei den übrigen, nicht weniger wichtigen Parametern handelt es sich um die Verarbeitung und Handhabung der vorerwähnten Bindemittel und Füllstoffe.
    • • Betriebskosteneinsparungen beim Erwärmen, Vermischen und Dosieren des Pulvers aus dem polymeren Cellulosematerial zur Herstellung der wässrigen Agglomerationsflüssigkeit.
    • • 3- bis 15-fach geringere Viskosität der Agglomerationsflüssigkeit;
    • • Weglassen von schaumverhindernden Mitteln bei der Verwendung und Wegfall der Hydratisierungszeit.
    • • Energieeinsparungen und leichte Handhabung der Flüssigkeit aufgrund einer relativ geringen Viskosität von LSH1, LSH3, LSH2 und LHSH1, verglichen mit wässrigen Lösungen, die mit Cellulosematerialien, Gummi arabicum, Polymeren und Stärken hergestellt worden sind, wobei sich ein geringerer Druckabfall ergibt.
    • • Kosteneffektivität bei anderen Zubereitungen, bei denen teurere Bestandteile, wie HPMC, PVP und Gummi arabicum, ganz oder teilweise ersetzt werden können.
    • • 5- bis 10-fach höherer Anteil an trockenen Feststoffen des Einsatzmaterials;
    • • Kürzere Granulationszeit.
    Tabelle 2 Klassifizierung von LDESH-Produkten entsprechend ihrer Funktionalität
    LHSH1 LSH1 LSH2 LSH3
    Bindemittel Füllstoff Bindemittel Füllstoff Bindemittel Füllstoff Bindemittel Füllstoff
    Vitamin C +++ +++ – +++ – +++ – +++
    Eisen(II)-fumarat +++ +++ ++ +++ ++ +++ ++ +++
    • hervorragend = +++
    • gut = ++
    • angemessen = +/–
    • schlecht = –
  • Die wässrige Agglomerationsflüssigkeit der vorstehend beschriebenen nicht-hydrierten und insbesondere hydrierten Stärkehydrolysate mit niedrigem DE, die durch LSH1, LSH2, LSH3 und LHSH1 repräsentiert werden, erweisen sich in Bezug auf Zusammensetzung und Kohlenhydratprofil als ein besonderes Produkt. Die nicht-hydrierten flüssigen Maltodextrine LSH1, LSH3 und LSH2 zeigten ein gleichwertiges oder besseres Verhalten als das herkömmliche Maltodextrin mit 18 DE. Jedoch zeigte LHSH1 ein besonders herausragendes Verhalten, verglichen mit sämtlichen LDESH-Produkten, mit herkömmlichem Maltodextrin mit 18 DE und mit dem polymeren Povidon PVP K30 und den Cellulosematerialien HPMC E5 und MC-A15 LV. LHSH1 kann mit einem Feststoff-Dosierungssystem bei geringem Bindemittelanteil und relativ niedriger Kompression abgegeben werden. Der hohe Grad an plastischer Deformation und der geringe Elastizitätsmodul des Produkts stellen zwei wichtige Eigenschaften dar, die in einem Produkt verwirklicht werden. Die Filmbildung, die Kohäsivität und die Adhäsivität stellen weitere Merkmale dar, die bei einem Bindemittel vorliegen sollen. Dies ist bei LHSH1 klar der Fall. Obgleich herkömmliche Maltodextrin häufiger als Bindemittel und Füllstoffe verwendet werden und die Anzahl der einschlägigen Patentschriften groß ist, ist das Verhalten von LSH1, LSH2, LSH3 und insbesondere von LHSH1 besonders hervorragend. Es zeichnet sich durch seine besonderen Eigenschaften und durch seine universelle Verwendbarkeit aus.
  • Beispiel 10
  • Das Filmbildungspotential unter Verwendung von LSH1, LHSH1, SDSH2 und SDHSH2 (SDSH2 und SDHSH2 stellen die Pulverform von LSH1 bzw. LHSH1 dar), von herkömmlichem Maltodextrin mit 18 DE und von HPMC E5 (Dow Chemical) wurden auf zwei Wegen untersucht.
    • 1. Gießen eines Films aus einer Lösung mit einem Gehalt an dem Filmsubstrat auf einen Glasobjektträger;
    • 2. Auftragen eines Films zur Beschichtung von diskreten Teilchen, wie Tabletten und landwirtschaftlichem Saatgut, um die Eignung der vorerwähnten Produkte in der Filmbeschichtungstechnik nachzuweisen.
  • Vorgehensweise
  • Das Verfahren beruhte auf der Auflösung einer entsprechenden Menge an SDSH2 oder SDHSH2 (etwa 10 bis 70% festes Pulver in Wasser) oder auf der entsprechenden Verdünnung des flüssigen Produkts LHSH1 oder LSH1 und der Erwärmung der Lösung für eine kurze Zeitspanne, wonach der Film gegossen wurde.
  • Der Film wurde der Rasterelektronenmikroskopie und einer klassischen optischen mikroskopischen Analyse unterzogen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Tabelle 1 Ergebnisse der physikalischen Prüfung des auf ein dünnes Glas gegossenen Films
    Produkt Brüchigkeit und Rissbildung Farbe Morphologie des Films Bemerkungen
    SDHSH2 Brüchiger Film ohne Risse, nach nur 6–8 Tagen durchsichtig • glasartiger, nicht-poröser Film • mäßige Plastizität • starke adhäsive Eigenschaften • starke Klebrigkeit und Kohäsivität • glänzender Film Der Film trocknet sehr langsam und hält Feuchtigkeit zurück, wenn man ihn bei Raumtemperatur trocknen lässt.
    SDSH2 Brüchiger und rissiger Film. Risse sind unmittelbar bei der Trocknung zu erkennen. durchsichtig • glasartige, amorphe, nicht-poröse Morphologie, •keine Plastizität • mäßige Adhäsivität • Klebrigkeit • Glanz Der Film trocknet rascher als Lab 9101 mit klaren mikroskopischen Rissen.
    M 180 Brüchiger Film, Risse ergeben sich sofort beim Trocknen. durchsichtig • glasartiger Film, nicht-poröse Morphologie mit intensiver Rissbildung • keine Plastizität • mäßige Adhäsivität • Klebrigkeit • Glanz Der Film trocknet wie LMD unter sofortiger Rissbildung aufgrund der durch interne Spannungen verursachten Kontraktion des Films.
    LSH4 Brüchiger Film, Risse treten beim Trocknen auf. durchsichtig • glasartiger Film, mit nicht-poröser Morphologie • keine Plastizität • Adhäsivität • Klebrigkeit • Glanz Gute Filmbildungseigenschaften. Der Film trocknet wie andere LMD-Produkte mit ersichtlicher Rissbildung.
    HPMC E5 Endloser Kunststofffilm ohne Risse unklarer, verschwommener, bernsteinartiger Film • plastische Filmeigenschaften, nicht-poröse Morphologie • hohe Plastizität • geringe bis keine Adhäsivität • wenig Rissbildung • undurchsichtig • Gute Filmeigenschaften. • Der Film trocknet sehr rasch. • Der Film hält keine Feuchtigkeit zurück. • Plastisches Filmverhalten ohne Rissbildung beim Biegen
  • Filmbildung bei Tabletten und landwirtschaftlichem Saatgut im Wurster-Bett
  • Das Verfahren zur Filmbildung beruhte auf der Aufbringung eines Überzugs auf diskrete Teilchen, z. B.
  • Tabletten, Caplets, Pillen, landwirtschaftliches Saatgut, Teilchen für Nahrungsmittelergänzungszwecke, wie Eisen(II)-fumarat und bittere Vitamine aus der Gruppe Vitamin B. Das Verfahren wurde in einem Wurster-Bett der Fa. UniGlatt, einer Anlage im Laboratoriumsmaßstab, durchgeführt. Das Verfahren beruhte auf der Fluidisierung von Tabletten und dem Aufsprühen eines Beschichtungssubstrats mit einem Gehalt an anderen Bestandteilen auf die Tabletten, die Samen und die Teilchen. Die Betriebsbedingungen sind in Tabelle 2 zusammengestellt. Tabelle 2 Betriebsbedingungen für das Wurster-Bett
    Betriebsparameter Kern
    Tabletten Samen
    1 Einlasstemperatur der Luft (°C) 55–60 55–65
    2 Auslasstemperatur der Luft (°C) 35–45 40–50
    3 Fließgeschwindigkeit der Luft (m3/h) 75–100 75–100
    4 Zerstäubungsdruck 105 Pa (bar) 1–2 1–2
    5 Fließgeschwindigkeit des flüssigen Einsatzmaterials (g/min) 5–8 5–8
    6 Fließgeschwindigkeit der Zerstäubungsluft (g/min) 50 50
  • Vorgehensweise
  • 300–500 g Tabletten oder Samen wurden in die Wurster-Bettkammer geschüttet, die vor Zugabe von Samen, Tabletten oder Pulver auf 50°C vorerwärmt worden war. Eine Lösung des Beschichtungsmaterials, z. B. SDHSH2, LHSH1 oder LSH4, wurde als primäres Filmsubstrat in einer Menge im Bereich von 50 bis 90 Gew.-% des gesamten Beschichtungsgemisches und insbesondere von 68 bis 86 Gew.-% des Beschichtungsgemisches verwendet. Zusätzlich zum primären Filmbildner oder Substrat kann ein sekundärer Filmbildner (optional) zugesetzt werden, um dem LSH, SDHSH2 oder LHSH1 zusätzliche Festigkeit und Plastizität zu verleihen. Geeignete sekundäre Filmbildner sind Propylenglykolalginat und Natriumalginat im Bereich von 2 bis 20 Gew.-% des Beschichtungsgemisches. 5–10 Gew.-% werden besonders bevorzugt. Je nach der Verwendung sollte ein Weichmacher zugesetzt werden, um die Filmeigenschaften zu verbessern und eine zusätzliche Plastizität zu verleihen sowie die Rissbildung zu vermeiden. Zu den eingesetzten Weichmachern gehören Sorbit, Lycasin (hydriertes Glucose-Polymeres), mehrwertige Alkohole, wie Glycerin, Polyethylenglykol 300 und 400.
  • Aufgrund ihrer molekularen Struktur weisen LHSH1 und SDSH2 sowie herkömmliche Maltodextrine adhäsive und kohäsive Eigenschaften auf, was insbesondere für SDHSH2 und SDSH2 gilt. Um diesen Einfluss zu minimieren, können Antiklebemittel, wie hochmolekulare Polymere aus der Gruppe Polyethylenglykol, z. B. PEG 3350 und 8000 zugesetzt werden. Die Antiklebemittel werden in einer Menge von 5 bis 25% und insbesondere von etwa 12% verwendet.
  • Gleichermaßen wird eine zusätzliche Komponente verwendet, die jedoch bei der Filmbildung optional ist, z. B. Pigmente und Lacke (Lakes). Bestimmte zugelassene lösliche Farbstoffe können für diesen Zweck verwendet werden, z. B. FD & C Yellow #5. Ein Trübungsmittel kann gleichermaßen zugesetzt werden, z. B. Titanoxid oder -dioxid.
  • Das vorstehend beschriebene Gemisch kann zur Bildung der endgültigen Beschichtungslösung verwendet werden. Die früher vorgeschlagene trockene Zubereitung kann verdünnt werden, um die günstigsten Ergebnisse bei der Filmbildung zu erreichen. Beispielsweise können 15–25 g des Gemisches zu 75–85 g Wasser gegeben werden. Diese DS-Lösung wird als Beschichtungslösung verwendet, wodurch man die günstigsten Ergebnisse erzielt. Je nach der Massezunahme der Tabletten, Samen und Teilchen ist man beim Experimentieren in der Lage, die Menge des erforderlichen Beschichtungsmaterials zu ermitteln, um für Tabletten eine etwa 3–5 gew.-%ige Massezunahme und für Teilchen eine etwa 10–20 gew.-%ige Massezunahme zu erreichen. Ein Beispiel für eine derartige Zubereitung ergibt sich aus Tabelle 3. Tabelle 3 Experimentelle Zubereitung für die Beschichtung von Tabletten, Samen und Teilchen
    Komponente Zusammensetzung (%) Bemerkungen
    1 SDSH2; oder SDHSH2; oder HPMC E5; oder LSH4 68–86,0 Filmbildner
    2 Polyethylenglykol 300/400 Sorbit und/oder Lycasin und/oder Glycerin 5,0–10,0 Weichmacher
    3 Polyethylenglykol 3350, PEG 8000 oder klare Gumme C001 5,0–25,0 Antiklebemittel
    4 Propylenglykolalginat oder Natriumalginat 2,0–20,0 Sekundärer Filmbildner
    5 Titandioxid 5,0–8,0 Trübungsmittel
    6 FD & C Yellow #5-Aluminiumlack 1,5–3,0 Färbemittel/gelbe Farbe
  • Der experimentelle Ansatz begann mit dem Einschalten der Speisepumpe zur Einführung des flüssigen Beschichtungsmaterials in die Düse, wo eine Zerstäubung in sehr feine Tröpfchen erfolgte, um die fluidisierten Teilchen oder Tabletten zu beschichten. Diesbezüglich wird empfohlen, die Betriebsbedingungen für jedes zu beschichtende System zu optimieren, bevor eine endgültige Entscheidung getroffen wird, ob ein Bedarf an einer solchen Menge an Weichmacher und Antiklebemittel besteht.
  • Nachdem die Beschichtungslösung verbraucht ist, ist eine zusätzliche 5- bis 10-minütige Trocknung der Kerne erforderlich, um bessere Ergebnisse zu erzielen. Offensichtlich kann dies den unversehrten Bestand des Films und dessen Kontinuität beeinträchtigen. Beim Experimentieren ist man in der Lage, die Trocknungszeit für jedes System einzustellen. Das getrocknete Material (beschichtete Tabletten, Caplets, Samen) wird sodann zur Kühlung auf einem Metalltablett verteilt.
    • • Zu den positiven Aspekten von Filmen, die mit SDHSH2 hergestellt worden sind, gehören die Tatsache, dass sie klar und durchsichtig sind, und dass derartige Filme für die Nahrungsergänzungsmittelindustrie und die pharmazeutische Industrie erwünscht sind.
    • • SDHSH2-Filme sind im Vergleich zu HPMC-Filmen härter und zeigen eine Tendenz zu einer höheren Zugfestigkeit.
    • • SDHSH2-Filme sind nicht undurchsichtig und zeigen einen charakteristischen starken Glanz.
    • • Im Fall von SDHSH2 oder LHSH1 besteht ein zusätzlicher Vorteil in der Plastifizierwirkung aufgrund der chemischen Struktur des Moleküls selbst. Daher ist kein zusätzlicher Weichmacher erforderlich.
    • • Die meisten wässrigen Farbstoffe und Lacke sind in LHSH1- oder SDHSH2-Lösungen löslich und auch Pigmente sind darin dispergierbar.
    • • SDHSH2, LHSH1 und LSH4 sind mit Celluloseprodukten und anderen Polymeren, wie Polyvinylpyrrolidon verträglich, was die zusätzliche Möglichkeit eröffnet, ein Beschichtungsmaterial zuzubereiten, das sich für Beschichtungszubereitungen mit kontrollierter Freisetzung eignet.

Claims (16)

  1. Verfahren zum Herstellen einer festen geformten Form, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Tabletten, Filmtabletten, Pillen, Kapseln und Pastillen, das die Schritte umfasst: (1) Bilden einer wässrigen Zusammensetzung, die mindestens eine Komponente umfasst, die aus der Gruppe, bestehend aus Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE, die ein DE unter 25 und einen Polydispersitätsindex von weniger als 5 aufweisen, chemisch derivatisierten Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE, die ein DE unter 25 und einen Polydispersitätsindex von weniger als 5 aufweisen, und hydrierten Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE, die ein DE unter 25 und einen Polydispersitätsindex von weniger als 5 aufweisen, ausgewählt ist, und (2) Trocknen der wässrigen Zusammensetzung zu einem Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 10%, um eine im Wesentlichen trockene Stärkehydrolysatzusammensetzung mit niedrigem DE zu ergeben, (3) Formen der trockenen Stärkehydrolysatzusammensetzung mit niedrigem DE, um eine feste geformte Form, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Tabletten, Filmtabletten, Pillen, Kapseln und Pastillen, zu ergeben.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, das einen Schritt der Granulierung der im Wesentlichen trockenen Stärkehydrolysatzusammensetzung mit niedrigem DE umfasst, um eine körnige, im Wesentlichen trockene Stärkehydrolysatzusammensetzung mit niedrigem DE zu ergeben.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Trocknen eine Komponente, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Sprühtrocknen, Wirbelschichttrocknen, Flash-Flow-Technologie, Granulierung mit rotierendem Teller, umfasst.
  4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die wässrige Zusammensetzung ferner eine wirksame Konzentration mindestens eines anderen Bestandteils umfasst.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei der Bestandteil ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lebensmittelbestandteilen, Tierfutterbestandteilen, Getränkebestandteilen, kosmetischen Bestandteilen, pharmazeutischen Bestandteilen, nutrazeutischen Bestandteilen und industriellen Bestandteilen.
  6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die im Wesentlichen trockene körnige Stärkehydrolysatzusammensetzung ein direkt komprimierbares körniges Pulver umfasst.
  7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die wässrige Zusammensetzung einen Gehalt an trockenen Feststoffen zwischen 10 und 50% aufweist.
  8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Stärkehydrolysat mit niedrigem DE ein DE zwischen 10,9 und 20 und einen Polydispersitätsindex zwischen 1,5 und 3,3 aufweist.
  9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die feste geformte Form eine Tablette ist.
  10. Verfahren zum Herstellen einer beschichteten festen Form, das die Schritte umfasst: (1) Bilden einer wässrigen Zusammensetzung, die mindestens eine Komponente umfasst, die aus der Gruppe, bestehend aus Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE, die ein DE unter 25 und einen Polydispersitätsindex von weniger als 5 aufweisen, chemisch derivatisierten Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE, die ein DE unter 25 und einen Polydispersitätsindex von weniger als 5 aufweisen, und hydrierten Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE, die ein DE unter 25 und einen Polydispersitätsindex von weniger als 5 aufweisen, ausgewählt ist, und (2) Aufbringen der wässrigen Zusammensetzung auf die feste Form, um eine beschichtete feste Form zu bilden.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei die feste Form eine geformte Form ist, die aus der Gruppe, bestehend aus Tabletten, Filmtabletten, Pillen, Kapseln, Samen, Pastillen, Kügelchen, Körnchen oder Partikeln, ausgewählt ist.
  12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die wässrige Zusammensetzung ferner eine wirksame Konzentration mindestens eines Bestandteils, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zuckern, Zuckeralkoholen, mikrokristalliner Cellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Polyvinylpyrrolidon, Gelatine, Lecithin, Konservierungsmitteln, Geschmackstoffen, Farbstoffen, umfasst.
  13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die wässrige Zusammensetzung einen Gehalt an trockenen Feststoffen zwischen 10 und 70% aufweist.
  14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Stärkehydrolysat mit niedrigem DE ein DE zwischen 10,9 und 20 und einen Polydispersitätsindex zwischen 1,5 und 3,3 aufweist.
  15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die beschichtete feste Form eine beschichtete Tablette ist.
  16. Verwendung einer wässrigen Zusammensetzung, die mindestens eine Komponente umfasst, die aus der Gruppe, bestehend aus Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE, die ein DE unter 25 und einen Polydispersitätsindex von weniger als 5 aufweisen, chemisch derivatisierten Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE, die ein DE unter 25 und einen Polydispersitätsindex von weniger als 5 aufweisen, und hydrierten Stärkehydrolysaten mit niedrigem DE, die ein DE unter 25 und einen Polydispersitätsindex von weniger als 5 aufweisen, ausgewählt ist, für die Herstellung einer festen geformten Form, die aus der Gruppe, bestehend aus Tabletten, Filmtabletten, Pillen, Kapseln und Pastillen ausgewählt ist, oder die Herstellung einer beschichteten festen Form.
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