DE69532146T2 - Thermisch inhibierte Stärken und Mehle und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

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Eleanor Bound Brook Schiermeyer
David J. Thomas
Manish B. Somerset Shah
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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Stärken und Mehle, die thermisch inhibiert sind, und auf ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Die thermisch inhibierten Stärken und Mehle können anstelle chemisch vernetzter Stärken und Mehle, die derzeit in Lebensmitteln und bei der Herstellung von Industrieprodukten verwendet werden, eingesetzt werden.
  • Der Stand der Technik hat gelehrt, dass Stärken zu verschiedenen Zwecken, z. B. zum Trocknen, zum Verdampfen von Off-Flavours, zur Verleihung eines Räuchergeschmacks oder zur Dextrinierung, erhitzt werden können, wie es durch die folgenden Referenzen beschrieben wird.
  • Das US-Patent Nr. 4,303,451, erteilt am 01. Dezember 1981, von Seidel et al., beschreibt Erhitzen von Wachsmaisstärke bei einer Temperatur innerhalb des Bereichs von 120°C bis 200°C bei ihrem natürlich vorkommenden pH, um Holzaromen zu entfernen und die Textur bei Vorgelatinierung zu modifizieren.
  • Die japanische Patentpublikation Nr. 61-254602 vom 11. Dezember 1986 beschreibt ein Erhitzen von Wachsmaisstärke und Wachsmaisstärkederivaten bei einer Temperatur von 100° bis 200°C unter Bereitstellung einer Stärke mit Emulgierungseigenschaften, um Gummiarabikum zu ersetzen. In diesem Verfahren wird die Stärke in Gegenwart von Feuchtigkeit, vorzugsweise unter sauren Bedingungen von pH 4,0 bis 5,0, erhitzt, um die Stärke zu hydrolysieren und um Emulgierungseigenschaften zu erreichen.
  • Das US-Patent Nr. 4,303,452 offenbart eine Rauchbehandlung von Wachsmaisstärke, um die Gelfestigkeit zu verbessern und einen Räuchergeschmack zu verleihen. Um der Azidität des Rauchs entgegenzuwirken und um ein Stärkeendprodukt mit einem pH von 4 bis 7 zu erhalten, wird der pH der Stärke vor dem Räuchern auf einen Bereich von 9 bis 11 erhöht. Der bevorzugte Wassergehalt der Stärke während des Räuchern ist 10 bis 20%.
  • US-A 3,490,917 offenbart ein Verfahren für die Behandlung von Mehl und Stärke, das behandelte Mehl und die behandelte Stärke, die dadurch erhalten werden, und Kuchen und Biskuitkuchen (sponges), die aus dem behandelten Mehl und der behandelten Stärke hergestellt sind. Dieses Dokument zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Kuchenmehls, das zur Verwendung in Kuchen und Hefeteig mit einem hohen Zucker-zu-Mehl-Verhältnis verwendet wird, das ein Erhitzen eines nicht-chlorierten Kuchenmehls, das einen Hauptanteil an Stärkekörner, die frei oder im wesentlichen frei von Glutenentwicklung sind, auf eine Temperatur von 100°C bis 140°C und Halten dieses Kuchenmehls bei einer Temperatur innerhalb dieses Bereichs für einen ausgewählten Zeitraum umfasst, wobei der Zeitraum am unteren Ende dieses Temperaturbereichs größer ist als am oberen Ende, der Mindestzeitraum bei einer Behandlungstemperatur von 100°C etwa 30 min ist und der maximale Zeitraum bei einer beliebigen Behandlungstemperatur in dem genannten Bereich so ist, dass keine Dextrinierung der Stärke auftritt.
  • Obgleich diese Literaturstellen offenbaren, dass Stärken zu verschiedenen Zwecken erhitzt werden, offenbaren sie die Anwendung von Hitze zur Herstellung einer inhibierten Stärke nicht und auch nicht, wie eine Stärke, die inhibiert ist, ohne Verwendung chemischer Reagenzien herzustellen ist.
  • Wenn native Stärkekörner in Wasser dispergiert und erwärmt werden, werden sie hydratisiert und quellen bei etwa 60°C und erreichen dann eine Spitzenviskosität innerhalb des Bereichs von 65° bis 95°C. Diese Erhöhung bei der Viskosität ist in vielen Lebensmittel- und Industrieanwendungen eine gewünschte Eigenschaft und resultiert aus der physikalischen Kraft oder Reibung zwischen den in hohem Maße gequollenen Körnern. Gequollene, hydratisierte Stärkekörner sind aber ziemlich brüchig. Wenn die Stärkeaufschlämmung bei Temperaturen von 92° bis 95°C gehalten wird, beginnen die Stärkekörner zu zerfallen und die Viskosität nimmt ab. Scherkraft oder Bedingungen eines extremen pHs führen leicht zu einem Zerbrechen und Zerfallen der Körner, so dass die Stärkepolymere dissoziieren und solubilisiert werden, was zu einem schnellen Zusammenbruch der ursprünglich hohen Viskosität führt.
  • Es war bekannt, dass sowohl das Quellen der Stärkekörner als auch das Zusammenbrechen der Viskosität inhibiert werden kann, indem die Stärke mit chemischen Reagenzien behandelt wird, die intermolekulare Brücken oder Vernetzungen zwischen den Stärkemolekülen einführen. Die Vernetzungen verstärken die assoziativen Wasserstoffbrückenbindungen, die die Körner zusammenhalten, beschränken das Quellen der Stärkekörner und inhibieren folglich ein Brechen und ein Zerfallen der Körner. Infolge dieser Inhibierung werden vernetzte Stärken auch inhibierte Stärken genannt.
  • Da chemisch-vernetzte Stärken in vielen Anwendungen eingesetzt werden, in denen eine Stärkepaste mit stabiler Viskosität benötigt wird, wäre es bezüglich Kosten, Zeit und bezüglich der Verringerung der Verwendung von Chemikalien von Vorteil, wenn native oder modifizierte Stärke inhibiert werden könnte, um dieselbe Leistungsfähigkeit wie chemisch-vernetzte Stärke, allerdings ohne Verwendung von Chemikalien, zu zeigen.
  • Die Stärken und Mehle der vorliegenden Erfindung werden in einem Verfahren thermisch inhibiert, das zu Stärke oder Mehl mit den Charakteristika einer chemisch-vernetzten Stärke führt, allerdings ohne Zusatz von chemischen Reagenzien. Wenn diese thermisch inhibierten Stärken und Mehle mit 5 bis 6,3% wasserfreien Feststoffen in Wasser mit 92° bis 95°C und pH 3 dispergiert werden, weisen sie die charakteristischen Eigenschaften einer inhibierten Stärke auf; diese sind: die Stärken und Mehle, die im wesentlichen vollständig inhibiert sind, werden sich einer Gelatinierung widersetzen, die Stärken und Mehle, die stark inhibiert sind, werden zu einem begrenzten Ausmaß gelatinieren und eine ständig steigende Viskosität zeigen, werden aber keine Spitzenviskosität erreichen; die Stärken und Mehle, die moderat inhibiert sind, werden im Vergleich zu derselben Stärke, die nicht-inhibiert ist, eine niedrigere Spitzenviskosität und ein niedrigeres prozentuales Zusammenbrechen der Viskosität aufweisen; und die Stärken und Mehle, die leicht inhibiert sind, werden im Vergleich zur Kontrollstärke eine leichte Zunahme der Spitzenviskosität und ein geringeres prozentuales Zusammenbrechen der Viskosität aufweisen.
  • Im allgemeinen umfasst das Verfahren einer thermischen Inhibierung die Schritte einer Dehydratisierung einer granularen Stärke oder eines granularen Mehls, bis dieses) wasserfrei oder im wesentlichen wasserfrei ist, was hier in diesem Zusammenhang bedeutet, dass sie/es weniger als 1 Gew.-% Feuchtigkeit enthält, und danach Hitzebehandlung der wasserfreien oder im wesentlichen wasserfreien Stärke oder des wasserfreien oder im wesentlichen wasserfreien Mehls bei einer Temperatur und für einen Zeitraum, die zur Bewirkung einer Inhibierung wirksam sind. Sowohl die Schritte der Dehydratisierung als auch der Wärmebehandlung werden unter solchen Bedingungen durchgeführt, dass ein Abbau oder eine Hydrolyse der Stärke oder des Mehls vermieden werden.
  • Die Stärke oder das Mehl kann entweder bei ihrem/seinem natürlich vorkommenden pH, der typischerweise im Bereich von pH 5,0 bis pH 6,5 liegt, dehydratisiert und erhitzt werden oder der pH der Stärke oder des Mehls kann zunächst auf neutral oder höher erhöht werden. Der Ausdruck neutral, wie er hier verwendet wird, deckt den Bereich von pH-Werten um pH 7 ab und soll von etwa pH 6,5 bis etwa 7,5 einschließen.
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren die Schritte einer Erhöhung des pHs der Stärke auf neutral oder höher, Dehydratisieren der Stärke, bis sie wasserfrei oder im wesentlichen wasserfrei ist, und Hitzebehandlung der wasserfreien oder im wesentlichen wasserfreien Stärke bei einer Temperatur von 100°C oder höher für einen Zeitraum, der wirksam ist, um die inhibierte Stärke bereitzustellen.
  • Durch Veränderung der Verfahrensbedingungen, einschließlich des Anfangs-pHs der Stärke oder des Mehls, der Dehydratisierungs- und Wärmebehandlungstemperaturen und der Wärmebehandlungszeiten kann der Grad der Inhibierung unter Bereitstellung verschiedener Viskositätscharakteristika in der Stärke oder im Mehl variiert werden. Insoweit die Dehydratisierungs- und Wärmebehandlungsverfahrensparameter eine Funktion der besonderen Apparatur, die zur Dehydratisierung und Wärmebehandlung verwendet wird, sein können, wird auch die Wahl der Apparatur ein Faktor bei der Kontrolle des Inhibierungsgrads sein.
  • In einer Ausführungsform werden die Dehydratisierungs- und Wärmebehandlungsschritte simultan durchgeführt. Die Verfahrensschritte können als Teil eines kontinuierlichen Verfahrens, das die Extraktion der Stärke oder des Mehls aus einem Pflanzenmaterial beinhaltet, durchgeführt werden.
  • Die thermisch inhibierten Stärken und Mehle der vorliegenden Erfindung sind körnig (bzw. granular) und können aus einer beliebigen nativen Quelle stammen. Die native Stärke kann Banane, Mais, Erbse, Kartoffel, Süßkartoffel, Gerste, Weizen, Reis, Sago, Amaranth, Tapioka, Sorghum, Wachsmais, Wachsreis, Wachsgerste, Wachskartoffel, Wachssorghum, Stärke mit hohem Amylosegehalt und dergleichen sein. Die bevorzugten Stärken sind die Wachsstärken, einschließlich Wachsmais, Wachsreis, Wachskartoffel, Wachssorghum und Wachsgerste. Wenn nichts anderes spezifisch beschrieben ist, sind Bezugnahmen auf Stärke in der vorliegenden Beschreibung so zu verstehen, dass ihre entsprechenden Mehle eingeschlossen sind. Die Bezeichnung Stärke soll auch Stärke umfassen, die Protein enthält, wobei das Protein entweder endogenes Protein oder zugesetztes Protein aus einer Tier- oder Pflanzenquelle wie z. B. Zein, Albumin und Sojaprotein, ist.
  • Der Ausdruck "native Stärke", wie er hier verwendet wird, bezeichnet eine Stärke; wie sie in der Natur gefunden wird. Die Stärken können native Stärken sein oder die Stärken können durch Enzyme, Wärme- oder Säurekonversion, Oxidation, Phosphorylierung, Veretherung (insbesondere Hydroxyalkylierung), Veresterung und chemische Vernetzung modifiziert sein.
  • Im ersten Schritt des Verfahrens zur Erreichung einer thermischen Inhibierung wird die Stärke für eine Zeit und bei einer Temperatur, die ausreichen, um die Stärke wasserfrei oder im wesentlichen wasserfrei zu machen, dehydratisiert. Im zweiten Schritt wird die wasserfreie oder im wesentlichen wasserfreie Stärke für eine Zeit und eine Temperatur, die ausreichen, um die Stärke zu inhibieren, wärmebehandelt.
  • Wenn Stärken in Gegenwart von Wasser Wärme unterworfen werden, kann eine Säurehydrolyse oder -abbau der Stärke auftreten. Hydrolyse oder Abbau wird eine Inhibierung beeinträchtigen oder verhindern; daher müssen die Bedingungen für die Dehydratisierung der Stärke so gewählt werden, dass eine Inhibierung gegenüber Hydrolyse oder Abbau begünstigt ist. Obgleich beliebige Bedingungen, die diesen Kriterien genügen, verwendet werden können, bestehen geeignete Bedingungen in einer Dehydratisierung bei niedrigen Temperaturen oder einer Erhöhung des pHs der Stärke vor der Dehydratisierung. Die bevorzugten Bedingungen bestehen in einer Kombination aus niedriger Temperatur und neutralem bis basischem pH.
  • Vorzugsweise werden die Temperaturen zur Dehydratisierung der Stärke bei 125°C oder niedriger und bevorzugter bei Temperaturen oder einem Temperaturbereich zwischen 100° und 120°C gehalten. Die Dehydratisierungstemperatur kann niedriger als 100°C sein, allerdings wird eine Temperatur von mindestens 100°C bei der Entfernung von Feuchtigkeit wirksamer sein.
  • Der bevorzugte pH ist mindestens 7, typisch sind die Bereiche pH 7,5 bis 10,5, vorzugsweise 8 bis 9,5, und am vorteilhaftesten liegt der pH über pH B. Bei einem pH von über 12 kann leicht eine Gelatinierung auftreten; daher sind pH-Einstellungen unter 12 effektiver.
  • Um den pH einzustellen, wird die granuläre Stärke in Wasser oder anderem wässrigen Medium aufgeschlämmt, und zwar typischerweise in einem Verhältnis von 1,5 bis 2,0 Gew.-Teilen Wasser zu 1,0 Gew.-Teile Stärke, und der pH wird durch Zusatz einer geeigneten Base eingestellt. Puffer, z. B. Natriumphosphat, können bei Bedarf verwendet werden, um den pH aufrechtzuerhalten. Die Stärkeaufschlämmung wird dann entweder entwässert und getrocknet oder direkt getrocknet, vorzugsweise zu einem Feuchtigkeitsgehalt von 2 bis 6%. Diese Trocknungsverfahren sind von den Schritten des thermischen Inhibierungsverfahrens zu unterscheiden, bei dem die Stärke dehydratisiert wird, bis sie wasserfrei ist. Alternativ kann eine Lösung einer Base auf die pulverförmige Stärke aufgesprüht werden, bis die Stärke den gewünschten pH erreicht, oder es kann ein alkalisches Gas, z. B. NH3, in die Stärke eindiffundiert werden.
  • Für Lebensmittelanwendungen umfassen geeignete Basen mit Lebensmittelqualität zur Verwendung im Schritt der pH-Einstellung folgende, sind aber nicht auf diese beschränkt: Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, Tetranatriumpyrophosphat, Ammoniumorthophosphat, Dinatriumorthophosphat, Trinatriumphosphat, Calciumcarbonat, Calciumhydroxid, Kaliumcarbonat und Kaliumhydroxid, und können jede andere Base umfassen, die durch Food and Drug Administration laws oder andere Nahrungsmittelgesetze zugelassen ist. Basen, die zur Verwendung bei Lebensmitteln nach diesen Vorschriften nicht zugelassen sind, können ebenfalls verwendet werden, vorausgesetzt, sie können aus der Stärke ausgewaschen werden, so dass das Endprodukt den Herstellungspraktiken zur Verwendung bei Lebensmitteln entspricht. Die bevorzugte Base mit Lebensmittelqualität ist Natriumcarbonat. Es kann betont werden, dass die Textur- und Viskositäts-Vorzüge des thermischen Inhibierungsverfahrens leicht erhöht werden, wenn der pH erhöht wird, obgleich höhere pHs zu einer Erhöhung der Bräunung der Stärke während des Wärmebehandlungsschritts neigen können.
  • Wenn Stärke nicht zur Verwendung mit Lebensmitteln bestimmt ist, kann eine beliebige einsetzbare geeignete anorganische oder organische Base, die den pH der Stärke erhöhen kann, verwendet werden.
  • Nach ihrer Dehydratisierung wird die Stärke für eine Zeit und bei einer Temperatur oder einem Temperaturbereich behandelt, die wirksam sind, um die Stärke zu inhibieren. Für praktische Zwecke ist die Obergrenze der Wärmebehandlungstemperatur üblicherweise im Bereich von 200°C, wobei bei dieser Temperatur stark inhibierte Stärken erhalten werden können. Typischerweise wird die Wärmebehandlung bei 120 bis 180°C, vorzugsweise 140 bis 160°C, bevorzugter bei 160°C, durchgeführt. Das Zeit- und Temperaturprofil werden vom gewünschten Inhibierungsgrad abhängen.
  • Für die meisten industriellen Anwendungen werden die Dehydratisierungs- und Wärmebehandlungsschritte kontinuierlich sein und durch Anwendung von Wärme auf die Stärke, beginnend bei Umgebungstemperatur, erreicht. In den meisten Fällen wird die Feuchtigkeit ausgetrieben und die Stärke wird wasserfrei oder im wesentlichen wasserfrei sein, bevor die Temperatur etwa 125°C erreicht. Nach Erreichen des wasserfreien oder im wesentlichen wasserfreien Zustands und nach Fortsetzung des Erwärmens wird gleichzeitig oder noch vor Erreichen der Wärmebehandlungsendtemperatur ein gewisser Inhibierungsgrad erreicht. Üblicherweise sind bei diesen anfänglichen Inhibierungsgraden die Peakviskositäten höher als bei Inhibierungsgraden, die bei längeren Wärmebehandlungszeiten erreicht werden, obgleich ein stärkeres Zusammenbrechen der Viskosität von der Spitzenviskosität aus auftreten wird. Mit fortgesetzter Wärmebehandlung werden die Peakviskositäten niedriger, allerdings wird das Zusammenbrechen bei der Viskosität auch geringer.
  • Wenn während des Wärmebehandlungsschritts Feuchtigkeit vorhanden ist und insbesondere wenn der Wärmebehandlungsschritt bei erhöhten Temperaturen durchgeführt wird, wird der pH zur Erreichung einer Inhibierung auf höher als 8 eingestellt.
  • Die Quelle für die Stärke, die Dehydratisierungsbedingungen, die Erwärmungszeit und -temperatur, der Anfangs-pH und ob während der Verfahrensschritte Feuchtigkeit vorliegt oder nicht, sind alles Variablen, die den Inhibierungsgrad beeinträchtigen, der erzielt werden kann. Alle diese Faktoren stehen in Beziehung zueinander und eine Untersuchung der Beispiele wird die Wirkung zeigen, die die verschiedenen Variablen auf die Steuerung des Inhibierungsgrads und die Texturund Viskositätscharakteristika der inhibierten Produkte haben.
  • Die Stärken können individuell inhibiert werden oder es kann mehr als eine Stärke gleichzeitig inhibiert werden. Die Stärken können in Gegenwart von anderen Materialien oder Ingredienzien, die mit dem thermischen Inhibierungsverfahren nicht wechselwirken oder die Eigenschaften des Stärkeproduktes nicht stören, inhibiert werden.
  • Die Verfahrensschritte können bei Normaldruck, unter Vakuum oder unter Druck durchgeführt werden und können unter Verwendung beliebiger Mittel, die dem Praktiker bekannt sind, durchgeführt werden, obgleich das bevorzugte Verfahren die Anwendung von trockener Wärme in Luft oder in einer Inertgasumgebung ist.
  • Nach dem Wärmebehandlungsschritt kann die Stärke gesiebt werden, um eine erwünschte Partikelgröße auszuwählen, in Wasser aufgeschlämmt und gewaschen werden, filtriert und getrocknet werden oder in anderer Weise raffiniert werden. Der pH kann eingestellt werden, wie es gewünscht ist. Der pH kann insbesondere wieder auf den natürlich auftretenden pH der Stärke eingestellt werden. Die thermisch inhibierten Stärken können auch vorgelatiniert werden, um die Körner nach den Schritten der thermischen Inhibierung zu brechen.
  • Das Verfahren der thermischen Inhibierung kann in Verbindung mit anderen Stärkereaktionen eingesetzt werden, die verwendet werden, um Stärke für kommerzielle Anwendungen zu modifizieren, z. B. Wärme- oder Säureumwandlung, Oxidation, Phosphorylierung, Veretherung (insbesondere Hydroxyalkylierung), Veresterung und chemische Vernetzung. Diese Modifikationen werden üblicherweise durchgeführt, bevor die Stärke thermisch inhibiert wird, sie können aber auch danach durchgeführt werden.
  • Die Dehydratisierungs- und Wärmebehandlungsvorrichtung kann irgendein Industrieofen sein, z. B. herkömmliche Öfen, Mikrowellenöfen, Dextrinierungsvorrichtungen, Fließbettreaktoren und -trockner,- Mixer und Mischer, die mit Heizvorrichtungen ausgestattet sind, und andere Heizvorrichtungstypen, vorausgesetzt die Apparatur ist mit einer Austrittsöffnung in die Atmosphäre ausgestattet, so dass sich die Feuchtigkeit nicht ansammelt und auf der Stärke präzipitiert. Vorzugsweise ist die Apparatur mit einem Mittel zur Entfernung von Wasserdampf aus der Apparatur ausgestattet, z. B. mit einer Vakuum- oder Gebläsevorrichtung, um Luft aus dem Kopfraum der Apparatur oder ein Wirbelgas abzusaugen. Der Wärmebehandlungsschritt kann in derselben Apparatur durchgeführt werden, in der der Dehydratisierungsschritt erfolgt, und am zweckdienlichsten wird er kontinuierlich mit dem Dehydratisierungsschritt durchgeführt. Wenn der Dehydratisierungsschritt kontinuierlich mit dem Wärmebehandlungsschritt erfolgt und insbesondere wenn die Dehydratisierungsund Wärmebehandlungsapparatur ein Wirbelbettreaktor oder -trockner ist, erfolgt der Dehydratisierungsschritt gleichzeitig mit dem Vorgang, mit dem die Vorrichtung auf die Wärmebehandlungsendtemperatur gebracht wird.
  • Ausgezeichnete thermisch inhibierte Stärken mit hohen Viskositäten ohne prozentuales Zusammenbrechen oder mit niedrigem prozentualen Zusammenbrechen der Viskosität werden in dem Flussbettreaktor in kürzeren Zeiten erreicht als unter Verwendung herkömmlicher Heizöfen. Geeignete fluidisierende Gase sind Luft und Stickstoff. Aus Sicherheitsgründen ist es bevorzugt, ein Gas zu verwenden, das weniger als 12% Sauerstoff enthält.
  • Herkömmliche Öfen können verwendet werden, um gute thermisch inhibierte Produkte zu erhalten, die für eine weitere Vielzahl von Verwendungen annehmbar sind. Die Temperatur der Apparatur sollte auf zwischen 120° und 180°C, vorzugsweise 140 bis 160°C und am bevorzugtesten auf etwa 160°C eingestellt werden, um das thermisch inhibierte Stärkeprodukt zu erhalten. Bei einer Temperatur von 160°C wird der Erwärmungsschritt vorzugsweise für 3,5 bis 4,5 h durchgeführt. In Abhängigkeit von der genauen ausgewählten Temperatur, der Chargengröße, dem pH, der Auswahl der Stärke oder des Mehls, die verwendet werden, und von anderen Faktoren kann das Erwärmungsverfahren für etwa 1 bis 20 h durchgeführt werden.
  • In einer spezifischen Ausführungsform kann eine nicht-kohäsive, wärmestabile Stärke durch ein Verfahren hergestellt werden, bei dem eine native granulare Stärke mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 0 bis 12 Gew.-% auf einen pH von höher als 8,0 eingestellt wird, indem eine Base zugesetzt wird, und dann für 1 bis 20 h auf 120 bis 180°C erwärmt wird. Wie vorher diskutiert wurde, wird die Feuchtigkeit während dieses Erwärmens ausgetrieben, und der Schritt der Wärmebehandlung wird an einer wasserfreien oder im wesentlichen wasserfreien Stärke oder einem wasserfreien oder im wesentlichen wasserfreien Mehl durchgeführt. Im industriellen Maßstab unter Verwendung eines herkömmlichen Ofens kann ein Erwärmen für 4 bis 5 h erforderlich sein, um die Stärketemperatur vor Durchführung des Erwärmungsschrittes auf 160°C zu äquilibrieren.
  • Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung auf die folgenden Ausführungsformen gerichtet:
    • 1. Thermische inhibierte, nicht-vorgelatinierte granulare Stärke oder thermisch inhibiertes, nicht-vorgelatiniertes granulares Mehl, hergestellt durch:
    • a) Dehydratisierung einer nicht-vorgelatinierten granularen Stärke oder eines nicht-vorgelatinierten Mehls auf einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 1 Gew.-%, um die Stärke im wesentlichen wasserfrei oder wasserfrei zu machen; und
    • b) Wärmebehandlung der im wesentlichen wasserfreien oder wasserfreien Stärke oder des im wesentlichen wasserfreien oder wasserfreien Mehls bei einer Temperatur von 100°C oder darüber für eine Zeitdauer, die hinreichend ist, um die Stärke oder das Mehl zu inhibieren.
    • 2. Stärke oder Mehl nach Anspruch 1, wobei die Stärke oder das Mehl vor den Dehydratisierungs- und Wärmebehandlungsschritten auf einen neutralen oder alkalischen pH eingestellt wird.
    • 3. Stärke oder Mehl nach Anspruch 2, wobei der pH-Wert 7,5 bis 10,5 ist, wobei die Wärmebehandlungstemperatur 120 bis 180°C beträgt und wobei die Erwärmungszeit bis zu 20 h beträgt.
    • 4. Stärke nach Mehl nach Anspruch 3, wobei der pH 8 bis 9,5 ist, wobei die Erwärmungstemperatur 140 bis 160°C beträgt und wobei die Erwärmungszeit 3,5 bis 4,5 h beträgt.
    • 5. Stärke oder Mehl nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei die Dehydratisierungs- und Wärmebehandlungsschritte simultan in einem Fließbett durchgeführt werden.
    • 6. Stärke oder Mehl nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, wobei die Stärke oder das Mehl eine) Getreide-, Wurzel-, Wurzelknollen-, Leguminosen- oder Fruchtstärke oder -mehl ist.
    • 7. Stärke nach Anspruch 6, wobei die Stärke aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Banane, Mais, Erbse, Kartoffel, Süßkartoffel, Gerste, Weizen, Reis, Sago, Amaranth, Tapioka, Sorghum, einer Wachsstärke, und einer Stärke, die mehr als 40% Amylose enthält, besteht.
    • 8. Stärke nach Anspruch 7, wobei die Wachsstärke Wachsmais, V.O.-Hybridwachsmais, Wachsreis, Wachsgerste, Wachskartoffel oder Wachssorghum ist.
    • 9. Stärke nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei die Stärke eine modifizierte Stärke ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer konvertierten Stärke, derivatisierten Stärke und einer chemisch-vernetzten Stärke besteht.
    • 10. Verfahren zur Herstellung einer thermisch inhibierten, nichtvorgelatinierten granularen Stärke oder eines thermisch-inhibierten, nichtvorgelatinierten Mehls, umfassend die Schritte:
    • (a) Dehydratisierung einer nicht-vorgelatinierten granularen Stärke oder eines nicht vorgelatinierten Mehls auf einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 1 Gew.-%, um die Stärke im wesentlichen wasserfrei zu machen; und
    • (b) Wärmebehandlung der im wesentlichen wasserfreien oder wasserfreien Stärke oder des im wesentlichen wasserfreien oder wasserfreien Mehls bei einer Temperatur von 100°C oder darüber für eine Zeitdauer, die ausreichend ist, um die Stärke oder das Mehl zu inhibieren.
    • 11. Verfahren nach Anspruch 10, das außerdem den Schritt des Erhöhens des pHs der nicht-gelatinierten granularen Stärke oder des nicht-gelatinierten Mehls vor den Dehydratisierungs- und Wärmebehandlungsschritten auf einen neutralen oder alkalischen pH umfasst.
    • 12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der pH 7,5 bis 10,5 beträgt, wobei die Erwärmungstemperatur 120 bis 180°C beträgt und wobei der Zeitraum der Erwärmung bis zu 20 h beträgt.
    • 13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der pH 8 bis 9,5 ist, wobei die Erwärmungstemperatur 140 bis 160°C beträgt und wobei die Zeitdauer des Erwärmens 3,5 bis 4,5 h beträgt.
    • 14. Verfahren gemäß Anspruch 10, 11, 12 oder 13, wobei die Dehydratisierungs- und Wärmebehandlungsschritte simultan durchgeführt werden.
    • 15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die simultanen Dehydratisierungs- und Wärmebehandlungsschritte in einem Fließbett durchgeführt werden.
    • 16. Verfahren nach Anspruch 10, 11, 12 oder 13, wobei die Stärke oder das Mehl eine) Getreide-, Wurzel-, Wurzelknollen-, Leguminosen- oder Fruchtstärke oder -mehl ist.
    • 17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Stärke aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Banane, Mais, Erbse, Kartoffel, Süßkartoffel, Gerste, Weizen, Reis, Sago, Amaranth, Tapioka, Sorghum, einer Wachsstärke, und einer Stärke, die mehr als 40% Amylose enthält, besteht.
    • 18. Stärke nach Anspruch 17, wobei die Wachsstärke Wachsmais, V.O.-Hybridwachsmais, Wachsreis, Wachsgerste, Wachskartoffel oder Wachssorghum ist.
    • 19. Verfahren nach Anspruch 10, 11, 12 oder 13, wobei die Stärke eine modifizierte Stärke ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer konvertierten Stärke, einer derivatisierten Stärke und einer chemischvernetzten Stärke besteht.
  • Inhibierungscharakterisierung durch Textur
  • Stärken oder Mehle mit einem niedrigen bis moderaten Inhibierungsgrad werden bestimmte Texturcharakteristika aufweisen, wenn sie in einem wässrigen Medium dispergiert werden und zur Gelatinierung erwärmt werden. In den folgenden Beispielen wurde festgelegt, dass sie inhibiert sind, wenn eine erwärmte gelatinierte Aufschlämmung der Probe eine nicht-kohäsive, glatte Textur aufwies.
  • Inhibierungscharakterisierung durch Brabender-Daten
  • Eine Charakterisierung einer thermisch inhibierten Stärke wird schlüssiger unter Bezugnahme auf eine Messung ihrer Viskosität, nachdem sie in Wasser dispergiert und gelatiniert worden war, durchgeführt. Das zur Messung der Viskosität verwendete Instrument ist ein Brabender-VISCO\Amylo\GRAPH (hergestellt von C. W. Brabender Instruments, Inc., Hackensack, NJ). Der VISCO\Amylo\GRAPH zeichnet das Drehmoment auf, das erforderlich ist, um die Viskosität auszugleichen, die sich entwickelt, wenn eine Stärkeaufschlämmung einem programmierten Erwärmungszyklus unterworfen wird. Für nicht-inhibierte Stärken geht der Zyklus über die Initiierung der Viskosität, üblicherweise bei etwa 60° bis 70°C, die Entwicklung einer Peakviskosität im Bereich von 65° bis 95°C und ein Zusammenbrechen der Viskosität, wenn die Stärke bei der erhöhten Temperatur, üblicherweise 92° bis 95°C, gehalten wird. Die Aufzeichnung besteht aus einer Kurve, die die Viskosität durch den Erwärmungszyklus in willkürlichen Messeinheiten, Brabender-Einheiten (Brabender Units = BU) aufzeichnet.
  • Inhibierte Stärken werden eine Brabender-Kurve zeigen, die sich von der Kurve derselben Stärke, die nicht inhibiert worden ist (im Nachfolgenden die Kontrollstärke), unterscheiden. Bei niedrigen Inhibierungsgraden wird eine inhibierte Stärke eine Peakviskosität erreichen, die etwas höher ist als die Peakviskosität der Kontrolle, und sie kann im Vergleich zur Kontrolle keine Abnahme beim prozentualen Zusammenbrechen der Viskosität aufweisen. Wenn der Inhibierungsgrad ansteigt, werden die Peakviskosität und das Zusammenbrechen bei der Viskosität abnehmen. Bei hohen Inhibierungsgraden nehmen die Geschwindigkeit der Gelatinierung und des Quellens der Körner ab, die Peakviskosität verschwindet und beim längeren Kochen wird die Brabender-Aufzeichnung eine ansteigende Kurve, die eine langsam ansteigende Viskosität anzeigt. Bei sehr hohen Inhibierungsgraden gelatinieren Stärkekörner nicht länger und die Brabender-Kurve bleibt flach.
  • Probenherstellung
  • Alle Stärken und Mehle, die verwendet wurden, waren granular und wurden von National Starch and Chemical Company, Bridge-water, New Jersey, bereitgestellt, außer es ist etwas Anderes angegeben.
  • Die Kontrollen für die Testproben waren aus den selben nativen Quellen wie die Testproben, waren nicht modifiziert oder modifiziert wie die Testproben und hatten denselben pH, außer wenn etwas Anderes angegeben ist.
  • Alle Stärken und Mehle, sowohl Testproben wie auch Kontrollproben, wurden einzeln hergestellt und getestet.
  • Der pH der Proben wurde erhöht, indem die Stärke oder das Mehl mit einem Feststoffgehalt von 30 bis 40% in Wasser aufgeschlämmt wurde und eine ausreichende Menge einer 5%igen Natriumcarbonatlösung zugegeben wurde, bis der gewünschte pH erreicht war.
  • Alle Proben wurden sprühgetrocknet oder flash-getrocknet, wie es auf dem Gebiet üblich ist (ohne Gelatinierung), und zwar bis etwa 2 bis 15% Feuchtigkeit.
  • Kontrollproben wurden nicht weiter dehydratisiert oder wärmebehandelt.
  • Messungen des pHs, entweder an Proben vor oder nach den Schritten der thermischen Inhibierung, wurden an Proben durchgeführt, die aus einem Teil wasserfreier Stärke oder Mehl und vier Teilen Wasser bestanden.
  • Außer wenn ein herkömmlicher Ofen oder eine Dextriniervorrichtung spezifiziert ist, wurden die Testproben in einem Wirbelbettreaktor, Modell Nr. FDR-100, hergestellt von Procedyne Corporation, New Brunswick, New Jersey, dehydratisiert und wärmebehandelt. Die Querschnittsfläche des Wirbelbettreaktors war 0,05 m2. Die Ausgangsbetthöhe war 0,3 bis 0,8 m, üblicherweise aber 0,77 m. Das Wirbelgas war Luft, ausgenommen es ist etwas Anderes angegeben, und wurde mit einer Geschwindigkeit von 5 bis 15 m/min verwendet. Die Seitenwände des Reaktors wurden mit heißem Öl erwärmt und das Wirbelgas wurde mit einer elektrischen Heizvorrichtung erwärmt. Die Proben wurden in den Reaktor eingeführt und dann wurde fluidisierendes Gas eingeleitet oder sie wurden eingeführt, während das fluidisierende Gas eingeleitet wurde. Bei den Proben wurde kein Unterschied bezüglich der Reihenfolge der Beschickung festgestellt. Die Proben wurden von Umgebungstemperatur auf 125°C gebracht, bis die Proben wasserfrei wurden und sie wurden bis zu den spezifizierten Wärmebehandlungstemperaturen weiter erwärmt. Als die Wärmebehandlungstemperatur 160°C war, war die Zeit, bis diese Temperatur erreicht war, weniger als 3 h.
  • Der Feuchtigkeitsgehalt der Proben bei der Erwärmungsendtemperatur war 0%, außer es ist etwas Anderes angegeben. Teile der Proben wurden entfernt und bei den in den Tabellen angegebenen Temperaturen und Zeiten auf Inhibierung getestet.
  • Diese Proben wurden unter Anwendung des folgenden Brabender-Verfahrens auf Inhibierung getestet.
  • Brabender-Verfahren
  • Wenn nichts Anderes angegeben ist, wurde das folgende Brabender-Verfahren verwendet. Alle Proben, ausgenommen Mais-, Tapioka- und Wachsreismehl, wurden in einer ausreichenden Menge an destilliertem Wasser, um eine Stärkeaufschlämmung mit 5% wasserfreien Feststoffen zu erhalten, aufgeschlämmt. Mais-, Tapioka- und Wachsreismehl wurden mit 6,3% wasserfreien Feststoffen aufgeschlämmt. Der pH wurde mit Natriumcitrat, Zitronensäure-Puffer auf pH 3,0 eingestellt und die Aufschlämmung wurde in den Probenbecher eines Brabender-VISCO\Amylo\GRAPH eingeführt, der mit einer 350 cm/g-Kartusche ausgestattet war. Die Stärkeaufschlämmung wurde rasch auf 92°C erwärmt und für 10 min bei dieser Temperatur gehalten. Die Peakviskosität und die Viskosität 10 min nach Peakviskosität wurden in Brabender-Einheiten (Brabender Units = BU) aufgezeichnet. Das prozentuale Zusammenbrechen der Viskosität wurde nach der folgenden Formel errechnet:
    Figure 00160001
    worin "Peak" die Peakviskosität in Brabender-Einheiten ist und "(Peak + 10')" die Viskosität in Brabender-Einheiten 10 min nach der Peakviskosität ist.
  • Wenn keine Peakviskosität erreicht wurde, d.h. die Daten zeigen eine ansteigende oder eine flache Kurve an, wurden die Viskosität bei 92°C und die Viskosität 30 min nach Erreichen von 92°C aufgezeichnet.
  • Unter Verwendung von Daten aus Brabenderkurven wurde bestimmt, ob eine Inhibierung vorlag, wenn bei Dispersion mit 5 bis 6,3% Feststoffen in Wasser mit 92° bis 95°C und einem pH von 3 während des ßrabender-Erwärmungszyklus die Brabender-Daten folgendes anzeigen: (i) keine oder fast keine Viskosität, was anzeigt, dass die so inhibierte Stärke nicht gelatiniert oder sich einer Gelatinierung stark widersetzt; (ii) ein kontinuierliches Ansteigen der Viskosität ohne Peakviskosität, was anzeigt, das die Stärke stark inhibiert war und zu einem gewissen Grad gelatinierte; (iii) eine niedrigere Peakviskosität und ein niedrigeres prozentuales Zusammenbrechen der Viskosität, ausgehend von der Peakviskosität, verglichen mit einer Kontrolle, was einen moderaten Inhibierungsgrad anzeigt; oder (iv) ein leichter Anstieg bei der Peakviskosität und ein geringeres prozentuales Zusammenbrechen im Vergleich zu einer Kontrolle, was einen niedrigen Inhibierungsgrad anzeigt.
  • In den ersten drei Beispielen, die folgen, ist die angegebene Feuchtigkeit die Feuchtigkeit in der Stärke vor den Dehydratisierungs- und Wärmebehandlungsschritten. Wie oben angegeben wurde, werden die Stärken wasserfrei oder im wesentlichen wasserfrei, wenn sie von Umgebungstemperatur auf die Erwärmungstemperatur gebracht werden.
  • Beispiel 1
  • Dieses Beispiel erläutert die Herstellung der erfindungsgemäßen Stärken aus einer handelsüblichen granularen Stärke auf Wachsmaisbasis durch das erfindungsgemäße Wärmebehandlungsverfahren.
  • Die Verfahrensbedingungen und ihre Effekte auf die Viskosität und Textur der Wachsmaisstärke sind in den unten folgenden Tabellen I und II angegeben.
  • Um ein wärmestabiles, nicht-kohäsives Verdickungsmittel zu erhalten, wurden Proben granularer Stärke in 1,5 Teilen Wasser aufgeschlämmt; der pH der Aufschlämmung wurde durch Zusatz einer 5%igen Na2CO3-Lösung eingestellt und die Aufschlämmung wurde für 1 h gerührt, dann filtriert, getrocknet und vermahlen. Die trockenen Stärkeproben (150 g) wurden in eine Schale aus Aluminiumfolie (4'' × 5'' × 1–1/2'') gegeben und in einem herkömmlichen Ofen unter den in Tabellen I und II beschriebenen Bedingungen erwärmt. Brabender-Viskositätsmessungen bewiesen, dass die meisten wärmestabilen Stärken erhalten wurden, wenn bei 160°C und einem pH von mindestens 8,0 für etwa 3,5 bis 6,0 h erwärmt wurde.
  • Tabelle I
    Figure 00180001
  • Tabelle II Brabender-Beurteilung von granularer Wachsmaisstärke
    Figure 00190001
  • Beispiel 2
  • Dieses Beispiel veranschaulicht, dass eine Vielzahl von Stärken durch das erfindungsgemäße Verfahren verarbeitet werden kann, um ein nicht-kohäsives Verdickungsmittel mit Eigenschaften bereitzustellen, die denen chemisch vernetzter Stärke entsprechen.
  • Verarbeitungsbedingungen und ihre Effekte auf Viskosität und Textur von Wachsgerste-, Tapioka-, V.O.-Hybrid- und Wachsreisstärke sind in den folgenden Tabellen III und IV angegeben.
  • Tabelle III
    Figure 00200001
  • Tabelle IV
    Figure 00210001
  • Die Resultate der Viskositäts- und Texturbeurteilung zeigen, dass ein nicht-kohäsives, wärmestabiles Stärkeverdickungsmittel aus Wachsgerste-, V.O.-Hybrid-, Tapioka- und Wachsreisstärken durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden kann. Der Inhibierungsgrad (nicht kohäsiver, verdickender Charakter in gekochter wässriger Dispersion) nahm mit der Zeit der Wärmebehandlung zu.
  • Beispiel 3
  • Dieses Beispiel erläutert die Effekte von Temperatur und pH und Stärkefeuchtigkeitsgehalt auf die Viskosität und Textur der behandelten Stärke.
  • Teil A:
  • Eine Wachsmaisstärke-Probe (100 g), die 20,4% Feuchtigkeit enthielt, wurde in einem dicht verschlossenen Gasgefäß in einem Ofen bei 100°C für 16 h erwärmt. Eine zweite Probe wurde für 4 h und eine dritte Probe wurde für 7 h, jeweils unter denselben Bedingungen erwärmt. Die Produktviskosität und -textur wurden mit einer Kontrollprobe aus granularer Wachsmaisstärke mit 12,1% Feuchtigkeit verglichen, wobei das Kochbeurteilungsverfahren von Beispiel 1, Tabelle I, angewendet wurde. Die Resultate sind in der folgenden Tabelle V angegeben.
  • Tabelle V Effekt der Verfahrensfeuchtigkeit
    Figure 00220001
  • Die Resultate beweisen, dass während des Verfahrens zugesetzte Feuchtigkeit ein Produkt liefert, das kohäsiv und ungünstig ist, wie es die Kontrollstärke nicht war.
  • Teil B:
  • Proben (900 g) einer handelsüblichen granularen Wachsmaisstärke .(erhalten von National Starch and Chemical Company, Bridgewater, New Jersey) wurden in eine 10'' × 15'' × 0,75''-Aluminiumschale gegeben und in einem Ofen bei 180°C für 15, 30, 45 und 60 min erwärmt. Der pH der Stärke wurde nicht eingestellt und blieb während des Erwärmungsprozesses bei etwa 5,2. Probenviskosität und -textur wurden durch das Verfahren von Beispiel 1 beurteilt.
  • Wie in der folgenden Tabelle VI angegeben ist, waren die pH 5,2-Proben durch eine unerwünschte, kohäsive Textur ähnlich der einer Wachsmaisstärke-Kontrolle, die nicht wärmebehandelt worden war, charakterisiert.
  • Tabelle VI Effekt von saurem Verfahrens-pH
    Figure 00230001
  • Auf diese Weise bestimmt eine Kombination ausgewählter Faktoren, einschließlich pH, Feuchtigkeitsgehalt und Typ der nativen Stärke, ob ein erwünschtes, nichtkohäsives, wärmestabiles Stärkeverdickungsmittel durch das erfindungsgemäße Verfahren produziert wird.
  • Die thermisch inhibierten Stärken und Kontrollen in den folgenden Beispielen wurden wie oben beschrieben hergestellt und werden durch Texturcharakteristika oder bezüglich Daten, die aus Brabender-Kurven entnommen werden, definiert, wobei das oben beschriebene Verfahren angewendet wird.
  • Beispiel 4
  • Tapioka-, Wachsmais- und Wachreismehl: Charakterisierung der Inhibierung durch das Brabender-Verfahren
  • Proben von Tapiokastärke, Wachsmaisstärke und Wachsreismehl mit pH 9,4 bis 9,6 wurden bei einer Temperatur unter 125°C auf weniger als 1% Feuchtigkeit dehydratisiert, bis 160°C äquillibriert und dann in einem Wärmereaktor (ein horizontaler, doppelt-ummantelter Behälter) bei 160°C erwärmt. Die Wärmebehandlungszeit für die Proben reichte von 3 bis 6 Stunden.
  • Die Proben wurden nach dem obigen Brabender-Verfahren auf Inhibierung beurteilt und die Resultate sind in der folgenden Tabelle angegeben. Die dehydratisierten und erwärmten Stärken und Mehle wiesen eine Viskosität auf, die im Vergleich zu den Kontrollen, welche nicht dehydratisiert und erwärmt worden waren, gegenüber einem Zusammenbrechen inhibiert war. Diese Inhibierung korrelierte mit einer kurzen, nicht-kohäsiven Textur im gekühlten Produkt.
  • Figure 00250001
  • Beispiel 5
  • Wachsmais: Effekte des Anfangs-pHs und Erwärmungszeit
  • Um die Effekte des Anfangs-pHs und der Wärmebehandlungszeit auf den Inhibierungsgrad von Proben aus Wachsmaisstärke bei natürlich vorkommendem pH (6,0) und bei pH 7,5, pH 8,5 und pH 9,5 wurden beurteilt, und die Daten sind in der folgenden Tabelle angegeben. Die Daten zeigen, dass Stärken mit variierenden Inhibierungsgraden, wie sie durch Schwankungen beim prozentualen Zusammenbrechen der Viskosität wiedergespiegelt werden, bei verschiedenen Erwärmungszeiten und verschiedenen Anfangs-pHs erhalten werden können und dass ein höherer Inhibierungsgrad bei höheren pH-Werten und längeren Erwärmungszeiten erreicht werden kann. Darüber hinaus lässt ein Vergleich der kürzesten Erwärmungsbehandlungszeiten in diesem Beispiel, in dem der Fließbettreaktor verwendet wurde, mit den Wärmebehandlungszeiten in Stunden in den Beispielen 4 und 5 erkennen, dass inhibierte Stärken mit höheren Peakviskositäten bei viel kürzeren Zeiten erhalten werden können, wenn das Fließbett verwendet wird, als dies mit Standardwärmereaktoren oder Öfen möglich ist.
  • Wachsmais, wärmebehandlt bei 160°C, Effekte von Anfangs-pH und Erwärmungszeit
    Figure 00260001
  • Beispiel 6
  • Wachsmais: Effekte der Erwärmungstemperatur und -zeit
  • Die Effekte der Wärmebehandlungstemperaturen und -zeiten auf den Inhibierungsgrad der Wachsmaisstärke mit pH 9,5 wurden beurteilt und die Resultate sind in der folgenden Tabelle angegeben. Die Daten zeigen, dass inhibierte Proben bei Wärmebehandlungstemperaturen zwischen 100° und 200°C erhalten werden können, wobei eine stärkere Inhibierung bei höheren Temperaturen oder längeren Zeiten bei niedrigeren Temperaturen erreicht wird. Die bei 200°C erwärmten Stärkeproben waren stark inhibiert (ansteigende Kurven) oder vollständig inhibiert (keine Gelatinierung).
  • Wachsmais, pH 9,5 Effekte von Erwärmungszeit und -temperatur
    Figure 00270001
  • Beispiel 7
  • Wachsmais: Effekt von Feuchtigkeit und pH
  • Wachsmaisstärke mit einem Anfangs-pN von 9,5 wurde auf Inhibierung in Gegenwart zwischen 1–2 Gew.-% Feuchtigkeit der Probe untersucht, indem gesättigte Luft in die Kammern des Wirbelbettreaktors injiziert wurde. Die Resultate sind in den folgenden Tabellen angegeben und zeigen, dass eine höhere Inhibierung erreicht werden kann, wenn die Stärke bei wasserfreien oder im wesentlichen wasserfreien Bedingungen behandelt wird, als im Fall der Wärmebehandlung in Gegenwart von Feuchtigkeit (beachte das geringere prozentuale Zusammenbrechen der Viskosität bei den wasserfreien Proben).
  • Figure 00270002
  • Figure 00280001
  • Beispiel 8
  • Maisstärke: Effekt von pH und Erwärmungszeit bei 160°C
  • Die Effekte eines Anfangs-pHs und der Wärmebehandlungszeiten bei 160°C auf den Inhibierungsgrad bei Proben aus Maisstärke bei ihrem natürlich vorkommenden pH und bei einem Anfangs-pH von 9,5 wurden beurteilt und die Resultate wurden in den folgenden Tabellen angegeben. Die Daten zeigen, dass sehr hohe Inhibierungsgrade bei basischem pH (beachte ansteigende Viskosität) im Vergleich zu natürlichem pH erzielt werden können und dass eine stärke Inhibierung bei längeren Wärmebehandlungszeiten erreicht wird.
  • Figure 00290001
  • Beispiel 9
  • Kartoffelstärke: Effekt des pHs
  • Der Effekt des Anfangs-pHs auf den Inhibierungsgrad bei Proben von Kartoffelstärke mit natürlich vorkommenden pH und einem Anfangs-pN von 9,5 wurde beurteilt und die Resultate wurden in den folgenden Tabellen angegeben.
  • Die Brabender-Daten bei natürlich auftretendem pH zeigen, dass bei der durchgeführten Wärmebehandlung eher ein Stärkeabbau als eine Stärkeinhibierung auftrat. Dieses Beispiel erläutert, dass eine thermische Inhibierung sowohl eine Funktion des pHs als auch der Ausgangsstärke sein kann. In diesem Fall scheint die thermische Inhibierung von Kartoffelstärke im Vergleich zu anderen Stärken (z. B. Wachmais) stärker pH-abhängig zu sein. Daher sind die Bedingungen, die zur Dehydratisierung und erfolgreichen thermischen Inhibierung von Kartoffelstärke erforderlich sind, strikter, um eine Hydrolyse und einen Abbau zu vermeiden.
  • Dehydratisierung und Wärmebehandlung im basischen pH-Wert lieferten allerdings inhibierte Stärken, die hohe Viskositäten beibehielten, und bei Wärmebehandlungszeiten über 90 min lieferten sie in hohem Maße inhibierte Stärken, wie es durch eine kontinuierlich ansteigende Viskosität angezeigt wird.
  • Figure 00300001
  • Figure 00310001
  • Beispiel 10
  • Wachsmais mit endogenem Protein: Effekt von Protein, Zeit und Temperatur
  • Die Effekte des Vorliegens von Protein und Wärmebehandlungszeiten und -temperaturen auf einer Inhibierung bei Wachsmaisproben, die 3,95% endogenes Protein enthalten, deren pH auf 8,5 und 9,5 eingestellt ist, und bei Proben, die 1,52% endogenes Protein enthalten und deren pH auf 7,5 und 9,5 eingestellt ist, wurden beurteilt und die Resultate wurden in den folgenden Tabellen angegeben. Die Daten zeigen, dass das Vorliegen von Protein zu höheren Inhibierungsgraden führt als sie in Proben ohne Protein erzielt werden. Die Resultate zeigen auch, dass der Proteinlevel, der pH und die Zeit und die Temperatur zur Wärmebehandlung alle eine unabhängige und eine kumulative Wirkung auf den Inhibierungsgrad haben, so dass die Inhibierung zunimmt, wenn das Protein, der pH, die Zeit und die Temperatur zunehmen.
  • Figure 00320001
  • Figure 00330001
  • Beispiel 11
  • Wachsmais, substituiert mit Propylenoxid: Effekt der Veretherung und des pHs.
  • Wachsmaisproben, die mit 7 Gew.-% und 3 Gew.-% Propylenoxid bei natürlich vorkommendem pH und bei pH 9,5 umgesetzt worden waren, wurden bezüglich der Inhibierung beurteilt, und die Resultate sind in den folgenden Tabellen angegeben.
  • Die Daten zeigen, dass substituierte Stärken, in diesem Fall veretherte Stärken, durch dieses Verfahren thermisch inhibiert werden können und dass bei höherem pH eine höhere Inhibierung erreicht werden kann.
  • Zusätzlich zu Propylenoxid können andere geeignete Veretherungsmittel, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, verwendet werden, um Stärken vor oder nach der thermischen Inhibierung zu verethern. Beispiele für Veretherungsmittel sind Acrolein; Epichlorhydrin und Kombinationen aus Epichlorhydrin und Propylenoxid.
  • Figure 00340001
  • Figure 00350001
  • Figure 00360001
  • Beispiel 12
  • Wachsmais, substituiert mit Acetylgruppen: Effekt der Veresterung und des pHs
  • Wachsmais-Proben mit natürlich vorkommendem pH und mit pH 8,5, umgesetzt mit 1 Gew.-% Essigsäureanhydrid, wurden auf Inhibierung beurteilt und die Resultate wurden in den folgenden Tabellen angegeben.
  • Die Daten zeigen, dass substituierte Stärken, in diesem Fall veresterte Stärken, zu variierenden Graden inhibiert werden können und dass eine höhere Inhibierung bei höherem pH erreicht werden kann.
  • Zusätzlich zu Essigsäureanhydrid können andere gängige Veresterungsmittel, die bekannt sind und auf dem Fachgebiet eingesetzt werden, verwendet werden, um Stärken vor oder nach thermischer Inhibierung zu verestern. Beispiele für Veresterungsmittel sind Essigsäureanhydrid, eine Kombination von Essigsäureanhydrid und Adipinsäureanhydrid, Mononatriumorthophosphat, 1-Octylbernsteinsäureanhydrid, eine Kombination aus 1-Octylbernsteinsäureanhydrid und Aluminiumsulfat, Phosphoroxychlorid, eine Kombination aus Phosphoroxychlorid und entweder Essigsäureanhydrid oder Vinylacetat, Natriumtrimetaphosphat, eine Kombination aus Natriumtrimetaphosphat und Natriumtripolyphosphat, Bernsteinsäureanhydrid und Vinylacetat.
  • Figure 00360002
  • Figure 00370001
  • Beispiel 13
  • Wachsmais, vernetzt mit POCl3: Effekt einer Vernetzung und des pHs
  • Wachsmaisproben, vernetzt mit POCl3 mit 0,02 Gew.-% bei natürlich vorkommendem pH und bei pH 9,5 wurden auf Inhibierung beurteilt und die Resultate sind in den folgenden Tabellen angegeben. Die Daten zeigen eine abnehmende Viskosität und fast kein Zusammenbrechen der Viskosität bei längeren Erwärmungszeiten, was anzeigt, dass vernetzte Stärke durch dieses Verfahren sogar noch stärker inhibiert werden kann. Die Daten zeigen auch, dass ein steigender pH die Inhibierung weiter erhöht.
  • Figure 00380001
  • Beispiel 14
  • Wachsmais: Einstellung des pHs der Stärke im Fließbett durch Einsprühen von NH3 in fluidisierendes Gas N2
  • Wachsmaisproben mit einem Anfangsfeuchtigkeitsgehalt von 10,9% wurden in einen Wirbelbettreaktor mit Stickstoff als fluidisierendem Gas, das Ammoniak in den in den Tabellen spezifizierten Konzentrationen enthielt, eingeführt. Die Proben wurden bezüglich der Wirkung des Ammoniakgases auf den Inhibierungsgrad beurteilt. Ein Vergleich der Resultate mit denen, die in Beispiel 5 bei pH 9,5 erhalten wurden, zeigt, dass Ammoniakgas zur Erhöhung des pHs der Stärke und zur Verhinderung einer Hydrolyse wirksam ist, aber zur direkten pH-Einstellung der Stärke bei der Verhinderung der Hydrolyse und Begünstigung der Inhibierung nicht so wirksam ist.
  • Figure 00390001
  • Beispiel 15
  • Wachmais: Einstellung des pHs im Wirbelbett durch Aufsprühen von Na2CO3.
  • Wachsmaisproben wurden in einen Wirbelbettreaktor eingeführt und mit einer 25%igen Natriumcarbonatlösung besprüht, während das Wirbelgas eingeleitet wurde, um so den pH zu erhöhen. Die Proben wurden dann in weniger als 3 h von Umgebungstemperatur auf 160°C gebracht und für die in der Tabelle spezifizierten Zeiten bei 160°C gehalten.
  • Die Proben wurden auf Inhibierung beurteilt. Die Daten zeigen, dass diese Technik zu Erhöhung des pHs der Proben erfolgreich ist, um so eine Säurehydrolyse zu verhindern und eine Inhibierung zu begünstigen.
  • Figure 00400001
  • Beispiel 16:
  • Wachsmais: Effekt von fluidisierendem Gas
  • Der Effekt des fluidisierenden Gases auf den Grad der Inhibierung wurde an Wachsmaisproben bei pH 9,5, fluidisiert mit Stickstoffgas und mit Luft, beurteilt. Die Proben wurden auf Inhibierung getestet und die Daten zeigen, dass ein höherer Inhibierungsgrad erreicht wird, wenn Luft als fluidisierendes Gas verwendet wird, wenn man Vergleiche zu Stickstoff anstellt.
  • Figure 00410001
  • Beispiel 17
  • Effekt eines hohen Amylosegehaltes
  • Proben von Stärke mit hohem Amylosegehalt (Hylon V) mit natürlichem pH und pH 9,5 wurden bezüglich der Wirkung eines hohen Amylosegehalts auf die Inhibierung beurteilt. Infolge der hohen Amylosegehalte war es notwendig, einen Druck-Visco/Amylo/Graph (C. W. Brabender, Nackensack, NJ) zu verwenden, um Brabender-Kurven zu erhalten. Proben wurden mit einem Stärkefeststoffgehalt von 10% aufgeschlämmt, auf 120°C erwärmt und für 30 min bei dieser Temperatur gehalten. Die Daten zeigen, dass nur bei der Probe mit hohem pH eine Inhibierung erreicht wurde.
  • Figure 00410002
  • Beispiel 18
  • Wachsmais und Tapioka: Säure-konvertiert
  • Proben von Wachsmais- und Tapiokastärke wurden in 1,5 Teilen Wasser aufgeschlämmt. Die Aufschlämmungen wurden in ein Wasserbad mit 52°C unter Rühren gegeben und für 1 h äquilibrieren gelassen. Konzentrierte Salzsäure wurde mit 0,8%, bezogen auf das Gewicht der Proben, zugesetzt. Die Proben wurden 1 h lang bei 52°C konvertieren gelassen. Dann wurde der pH mit Natriumcarbonat auf 5,5 eingestellt, danach mit Natriumhydroxid auf pH 8,5. Die Proben wurden durch Filtrieren und Lufttrocknen (etwa 11% Feuchtigkeit) isoliert. Die Stärken wurden in Mengen von 50 g in eine Aluminiumschale gegeben, zugedeckt und für 5,5 h in einen Umluftofen mit 140°C gestellt. Die Stärken wurden bezüglich der Inhibierung beurteilt und die Resultate sind in der folgenden Tabelle angegeben und zeigen, dass konvertierte Stärken durch dieses Verfahren thermisch inhibiert werden können.
  • Figure 00420001
  • Beispiel 18
  • Verwendung von thermisch inhibiertem Wachsmais, natürlicher pH, in Lebensmittel
  • Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung einer Barbecue-Sauce, die eine thermisch inhibierte Wachsmaisstärke bei ihrem natürlichen pH (pH 6), bei 160°C für 150 min wärmebehandelt (T-I-Stärke) enthält. Die Ingredienzien, in Gew.-%, sind wie folgt:
    T-I-Stärke 2, 5%
    Zucker 3,0
    Salz 0,3
    Paprika 0,2
    Chillipulver 0,2
    Zimt 0,2
    gemahlene Nelken 0,2
    Tomatenpuree 47,4
    geschnittene Zwiebel 5,3
    Worcestershire Sauce 6,6
    Wasser 26,2
    Essig 7,9
    Summe 100,0
  • Die Sauce wird auf 85°C erwärmt, für 15 min bei dieser Temperatur gehalten und über Nacht bei Raumtemperatur gekühlt. Die Sauce wird eine glatte, nichtkohäsive Textur haben.
  • Angaben über die Verwrendbarkeit
  • Die granularen, thermisch inhibierten Stärken, die durch dieses Verfahren hergestellt werden, können in Lebensmittelprodukten oder in Industrieprodukten, wo immer chemisch vernetzte Stärken eingesetzt werden, verwendet werden. Der Hauptvorteil dieser Stärken besteht darin, dass sie die inhibierten Charakteristika chemisch vernetzter Stärken ohne Verwendung chemischer Reagenzien aufweisen. Ein weiterer Vorteil ist der, dass diese thermisch inhibierten Stärken und Mehle durch den thermischen Inhibierungsprozess im wesentlichen sterilisiert werden und steril bleiben, wenn sie in geeigneter Weise gelagert werden. Es ist auch ein Vorteil, dass, wenn eine Stärke mit natürlich auftretender Gefrier-Tau-Stabilität thermisch durch dieses Verfahren inhibiert wird, diese thermisch inhibierte Stärke ihre Gefrier-Tau-Stabilität beibehält.

Claims (16)

  1. Thermisch inhibierte, nicht-vorgelatinisierte granulare Stärke oder thermisch inhibiertes, nicht-vorgelatinisiertes granulares Mehl, wobei die Stärke oder das Mehl keine Wachsstärke oder kein Wachsmehl ist, hergestellt durch (a) Dehydratisieren einer nicht-vorgelatinisierten granularen Stärke oder eines nichtvorgelatinisierten granularen Mehls auf einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 1 Gew.-%, um die Stärke im Wesentlichen wasserfrei oder wasserfrei zu machen; und (b) Wärmebehandlung der im Wesentlichen wasserfreien oder wasserfreien Stärke oder des im Wesentlichen wasserfreien oder wasserfreien Mehls bei einer Temperatur von 100°C oder darüber für eine Zeitdauer, die hinreichend ist, um die Stärke oder das Mehl zu inhibieren.
  2. Stärke oder Mehl nach Anspruch 1, wobei die Stärke oder das Mehl vor den Dehydratisierungs- und Wärmebehandlungsschritten auf einen neutralen oder alkalischen pH-Wert eingestellt wird.
  3. Stärke oder Mehl nach Anspruch 2, wobei der pN-Wert 7,5–10,5 ist, wobei die Temperatur 120–180°C beträgt und wobei die Erwärmungszeit bis zu 20 Stunden beträgt.
  4. Stärke oder Mehl nach Anspruch 3, wobei der pH-Wert 8–9,5 ist, wobei die Erwärmungstemperatur 140–160°C beträgt, und wobei die Erwärmungszeit 3,5–4,5 Stunden beträgt.
  5. Stärke oder Mehl nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, wobei die Dehydratisierungs- und Wärmebehandlungsschritte simultan in einem Flußbett durchgeführt werden.
  6. Stärke oder Mehl nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4 oder 5, wobei die Stärke oder das Mehl eine) Getreide-, Wurzel-, Wurzelknollen-, Leguminosen- oder Fruchtstärke oder- mehl ist.
  7. Stärke nach Anspruch 6, wobei die Stärke aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Banane, Mais, Erbse, Kartoffel, Süßkartoffel, Gerste, Weizen, Reis, Sago, Amaranth, Tapioka, Sorghum und einer Stärke mit mehr als 40% Amylose besteht.
  8. Stärke nach Anspruch 1, 2, 3, 4, oder 5, wobei die Stärke eine modifizierte Stärke ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer konvertierten Stärke, einer derivatisierten Stärke und einer chemisch vernetzten Stärke besteht.
  9. Lebensmittel, enthaltend eine thermisch inhibierte Wachsstärke oder ein thermisch inhibiertes Wachsmehl, hergestellt durch (a) Dehydratisierung einer nicht-vorgelatinisierten granularen Stärke oder eines nichtvorgelatinisierten granularen Mehls auf einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 1 Gew.-%, um die Stärke im Wesentlichen wasserfrei oder wasserfrei zu machen; und (b) Wärmebehandlung der im Wesentlichen wasserfreien oder wasserfreien Stärke oder des im Wesentlichen wasserfreien oder wasserfreien Mehls bei einer Temperatur von 100°C oder darüber für eine Zeitraum, der hinreichend ist, um die Stärke oder das Mehl zu inhibieren.
  10. Lebensmittel, enthaltend eine thermisch inhibierte Wachsstärke nach Anspruch 9, wobei die Stärke oder das Mehl vor den Dehydratisierungs- und Wärmebehandlungsschritten auf einen neutralen oder alkalischen pH-Wert eingestellt wird.
  11. Lebensmittel gemäß Anspruch 10, wobei der pN-Wert 7,5–10,5 beträgt, wobei die Erwärmungstemperatur 120–180°C beträgt, und wobei der Zeitraum der Erwärmung bis zu 20 Stunden beträgt.
  12. Lebensmittel gemäß Anspruch 11, wobei der pN-Wert 8–9,5 ist, wobei die Erwärmungstemperatur 140–160°C beträgt, und wobei die Zeitdauer der Erhitzung 3,5–4,5 Stunden beträgt.
  13. Lebensmittel gemäß Anspruch 9, 10, 11, oder 12, wobei die Dehydratisierungs- und Wärmebehandlungsschritte simultan in einem Flußbett durchgeführt werden.
  14. Lebensmittel nach Anspruch 9, 10, 11, oder 12, wobei die Wachsstärke aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Wachsmais und Wachsgerste besteht.
  15. Lebensmittel nach Anspruch 9, wobei die Wachsstärke eine modifizierte Stärke ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer konvertierten Stärke, einer derivatisierten Stärke und einer chemisch vernetzen Stärke besteht.
  16. Lebensmittel nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Stärke eine Kartoffelstärke, eine Tapiokastärke, eine Maisstärke oder eine Stärke mit mehr als 40% Amylose ist.
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