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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf vorgelatinierte, nicht-granuläre Stärken und
Mehle, die inhibiert sind, und auf ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
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Native
Stärkekörner sind
in kaltem Wasser unlöslich.
Wenn native Körner
allerdings in Wasser dispergiert und erwärmt werden, werden sie hydratisiert
und quellen auf. Bei fortgesetztem Erwärmen, bei Scherung oder Bedingungen
eines extremen pH-Werts zerfallen die gelatinierten Körner und
die Stärkemoleküle werden im
Wasser dispergiert, d. h. solubilisiert.
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Vorgelatinierte
Stärken
(d. h. in kaltem Wasser lösliche
oder dispergierbare Stärken)
werden typischerweise durch thermische, chemische oder mechanische
Gelatinierung hergestellt. Der Ausdruck "gelatinierte bzw. verkleisterte" oder "gekochte" Stärke bezieht
sich auf gequollene Stärkekörner, die
ihre Polarisationskreuzstücke
verloren haben und die ihre granuläre Struktur verloren haben
können
oder nicht.
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Die
thermischen Verfahren, die im Allgemeinen zur Herstellung solcher
Stärken
verwendet werden, umfassen Chargenkochen, Autoklavieren und kontinuierliche
Kochprozesse in einem Wärmetauscher
oder einem Strahlkocher. Die thermische Dispersion einer granulären Stärke in Wasser
involviert einen komplexen Mechanismus. Siehe die Diskussion auf
S. 427–444
in Kapitel 12 von Kruger & Murray,
Rheology & Texture
in Food Quality, herausgegeben von T. M. DeMan, P. W. Voisey, V.
F. Rasper und D. W. Stanley (AVI Publishing, Westport, Conn. 1976),
auf S. 449–520
in Kapitel 21 von Starch: Chemistry & Technology, Band 2, herausgegeben
von R. Whistler (Academic Press, New York, N.Y. 1967) und auf S.
165–171
in Kapitel 4 von E. M. Osman, Food Theory and Applications, herausgegeben
von P. C. Paul und H. H. Palmer (John Wiley & Sons, Inc., New York, N.Y., 1972).
Der Prozess beginnt bei der Gelatinierungstemperatur, wenn Wasser
in die Stärkekörner absorbiert
wird, und setzt sich fort, wenn die hydratisierten Körner aufquellen
und in kleinere granuläre Fragmente
zerfallen, bis die Stärke
sich schließlich
einer molekularen Dispersion nähert.
Die Viskosität
der Kochung ändert
sich während
dieses Prozesses deutlich, sie nimmt zu, wenn die Körner hydratisieren
und aufquellen, und nimmt ab, wenn die granulären Fragmente in der Größe verringert
werden. Eine geeignete Menge an Scherung unterstützt ein Auseinanderbrechen
der gequollenen granulären
Fragmente unter Erhalt einer molekularen Dispersion ohne wesentlichen
molekularen Abbau.
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In
Abhängigkeit
von der Stärkegrundlage
wird die vorgelatinierte Stärke
spezifische Textur- und Viskositätscharakteristika
aufweisen, nachdem die Stärke
in Wasser dispergiert ist. Stärken,
die Amylose enthalten, werden eine gelartige, nicht-kohäsive Textur
aufweisen. Stärken,
die hohe Amylosekonzentrationen, z. B. über 40%, enthalten, werden
zu einem sehr festen Gel härten.
Nicht-modifizierte Amylose-enthaltende Stärken, die durch Trommeltrocknung
oder Extrusion vorgelatiniert wurden, haben häufig eine breiige Textur, wenn
sie in Wasser dispergiert werden. Stärken, die hauptsächlich Amylopektin
enthalten, d. h. Wachsstärken,
liefern nicht dieselben Gelcharakteristika wie Amylose-enthaltende
Stärken.
Die Dispersionen von unmodifizierten, vorgelatinierten, Amylopektin
enthaltenden Stärken
weisen eine kohäsive
und flüssige
Textur auf, wenn sie in Wasser dispergiert werden.
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Die
Textur kann verbessert werden, wenn die Wachsstärke vor einer Vorgelatinierung
chemisch vernetzt wird. Die Vernetzungen für Stärken verstärken die assoziativen Wasserstoffbindungen,
die die Körner
zusammenhalten, inhibieren das Quellen und die Hydratation der Stärkekörner während einer
Vorgelatinierung; folglich bleiben die vernetzten Stärkekörner intakt.
Wenn vorgelatinierte Pulver der chemisch vernetzten Stärken in
Wasser dispergiert werden, haben die Dispersionen eine nicht-kohäsive und
salbenartige Textur, die als schwer oder wenig bildsam beschrieben
wird.
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Für eine vorgelatinierte
Stärke
ist es wünschenswert,
dass sie ein blasses bzw. fades Aroma hat. Viele Stärken, z.
B. Mais, Sorghum und Weizen, enthalten geringe Mengen an ungesättigten
Fettsäuren.
Die Fettsäuren
können
infolge einer Luftoxidation ranzige Aromen entwickeln. Außerdem geben
die vorhandenen Proteine den Stärken
einen unerwünschten
Getreidegeschmack. Bestimmte Stärken,
z. B. Mais und Wachsmais, werden infolge eines "holzartigen" oder "Eis am Stiel"-Off-Flavor, das aus einer Vorgelatinierung
resultieret, in verdickten Lebensmittelzusammensetzungen nicht verwendet.
Siehe
US 4,303,451 (erteilt
am 1. Dezember 1991 an W. C. Seidel), die ein Verfahren zur Verhinderung
der Entwicklung "holzartiger" Off-Flavor in vorgelatinierten
Wachsmaisstärken
offenbart. Die Stärkekörner werden
vor der Gelatinierung für
0,1 bis 24 Stunden auf etwa 120 bis 200°C erwärmt. Die Erwärmungszeit
muss ungenügend
sein, um eine Dextrinierung zu bewirken, aber ausreichend sein,
um die Bildung von holzartigen Off-Flavors während einer Vorgelatinierung
zu verhindern. Die Textur und das Aroma von Mais, Weizen, Reis und
Sago wurden durch diese Wärmebehandlung
modifiziert, allerdings lieferten diese Stärke in Lebensmittelszusammensetzungen
widersprüchliche
und nicht reproduzierbare Resultate (siehe Spalte 2, Zeilen 14–18).
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In
einigen Anwendungen sind chemisch-modifizierte Stärken und
Mehle nicht akzeptabel oder unerwünscht. Somit besteht ein Bedarf
für unmodifizierte,
vorgelatinierte, nicht-granuläre
Stärken,
welche die Textureigenschaften von chemisch-vernetzten, vorgelatinierten,
nicht-granulären
Stärken
haben und die im wesentlichen von Fehlgeschmack frei sind.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt thermisch inhibierte, vorgelatinierte,
nicht-granuläre Stärken und
Mehle bereit. Diese Stärken
und Mehle werden unter Verwendung eines Verfahrens, das die Stärkekörner aufbricht,
vorgelatiniert. Die Stärken
und Mehle werden auch thermisch inhibiert, was bewirkt, dass die
Stärke oder
das Mehl die Viskosität
und die Texturcharakteristika einer chemisch-vernetzten Stärke haben,
allerdings ohne Verwendung chemischer Reagenzien. Die thermisch
inhibierten, vorgelatinierten, nicht-granulären Stärken oder Mehle sind in kaltem
Wasser dispergierbar und, wenn sie ausreichend inhibiert sind, besitzen
sie eine nicht-kohäsive,
salbenartige Textur, wenn die Stärke
eine Amylopektin-haltige Stärke
ist, oder eine gelartige Struktur, wenn die Stärke eine Amylose-haltige Stärke ist.
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Die
Stärken
und Mehle können
zuerst vorgelatiniert und anschließend thermisch inhibiert werden,
oder sie können
zuerst thermisch inhibiert und anschließend vorgelatiniert werden.
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Das
thermische Inhibierungsverfahren umfasst die folgenden Schritte:
(a) gegebenenfalls pH-Einstellung der granulären oder nicht-granulären Stärke oder
des Mehls auf einen pH von etwa 7,0 oder darüber; (b) Dehydratisieren der
Stärke
oder des Mehls, bis sie/es wasserfrei oder im wesentlichen wasserfrei
ist; und (c) Wärmebehandlung
der dehydratisierten Stärke
oder des dehydratisierten Mehls bei einer Temperatur und für eine Zeit,
die ausreichen, um die Stärke
oder das Mehl zu inhibieren und vorzugsweise es nicht-kohäsiv zu machen.
Der hierin verwendete Ausdruck "im
wesentlichen wasserfrei" bedeutet
einen Gehalt von weniger als 1 Gew.-% Feuchtigkeit.
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Wenn
die Vorgelatinierung zuerst durchgeführt wird, wird eine granuläre Stärke oder
ein Mehl in Wasser im Verhältnis
von 2,0 bis 2,5 Teilen Wasser pro 1,0 Teil Stärke aufgeschlämmt und
vorzugsweise wird der pH durch Zusatz einer Base auf neutral oder
höher eingestellt.
Der hierin verwendete Ausdruck "neutral" deckt den Bereich
von pH-Werten um pH 7 ab und bedeutet, dass die Werte von etwa 6,5
bis etwa 7,5 eingeschlossen sind. Die Aufschlämmung wird unter Anwendung
bekannter Vorgelatinierungsverfahren, die die granuläre Struktur
brechen, vorgelatiniert und dann auf etwa 2 bis 15% Feuchtigkeit
getrocknet. Die getrocknete, vorgelatinierte, nicht-granuläre Stärke oder
das getrocknete, vorgelatinierte, nicht-granuläre Mehl wird dann thermisch
inhibiert, indem die vorgelatinierte, nicht-granuläre Stärke oder
das Mehl auf einen wasserfreien oder im wesentlichen wasserfreien
Zustand dehydratisiert werden und die dehydratisierte, vorgelatinierte,
nicht-granuläre
Stärke
dann wärmebehandelt
wird.
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Wenn
alternativ die Stärke
oder das Mehl vor einer Vorgelatinierung thermisch inhibiert wird,
wird die granuläre
Stärke
oder das Mehl in Wasser aufgeschlämmt, gegebenenfalls wird der
pH durch Zusatz einer Base auf neutral oder höher eingestellt, und die Stärke oder
das Mehl wird auf etwa 2 bis 15% Feuchtigkeit getrocknet. Die getrocknete
granuläre
Stärke
oder das Mehl wird dann durch Dehydratisieren der Stärke oder des
Mehls zu einem wasserfreien oder im wesentlichen wasserfreien Zustand
thermisch inhibiert und dann wird die dehydratisierte Stärke wärmebehandelt.
Die resultierende granuläre,
thermisch inhibierte Stärke
wird dann unter Verwendung bekannter Vorgelatinierungsverfahren,
die die granuläre
Struktur brechen, vorgelatiniert.
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Die
Dehydratisierung kann eine thermische Dehydratisierung oder eine
nicht-thermische
Dehydratisierung sein. Die thermische Dehydratisierung wird durchgeführt, indem
die Stärke
in einem Umluftofen oder einem Mikrowellenofen oder einer anderen
Heizvorrichtung für
eine Zeit und bei einer Temperatur, die ausreichen, um den Feuchtigkeitsgehalt
auf weniger als 1%, vorzugsweise 0%, zu reduzieren, erwärmt wird.
Beispiele für
nicht-thermische Dehydratisierungsverfahren umfassen ein Extrahieren
des Wassers aus der granulären Stärke oder
der vorgelatinierten Stärke
unter Verwendung eines hydrophilen Lösungsmittels, z. B. ein Alkohol (beispielsweise
Ethanol), oder Gefriertrocknen der Stärke. Wie es nachfolgend gezeigt
werden wird, verbessert eine Dehydratisierung mit Ethanol den Geschmack
der thermisch inhibierten Stärken
im Vergleich zu den thermisch inhibierten Stärken, die durch direktes Erwärmen der
Stärke
zu ihrer Dehydratisierung hergestellt wurden. Es wird erwartet,
dass Gefriertrocknung ebenfalls einen Geschmacksvorteil liefern
wird.
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Der
bevorzugte pH ist mindestens 7, am vorteilhaftesten höher als
8, typischerweise pH 7,5 bis 10,5, vorzugsweise 8 bis 9,5. Bei einem
pH von über
12 wird eine Gelatinierung leichter auftreten; daher sind pH-Einstellungen
unter 12 wirksamer.
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Puffer,
z. B. Natriumphosphat, können
bei Bedarf zur Aufrechterhaltung des pHs verwendet werden. Ein alternatives
Verfahren zur Erhöhung
des pHs besteht darin, eine Lösung
einer Base auf eine granuläre oder
vorgelatinierte Stärke,
entweder während
oder vor den Schritten der thermischen Inhibierung zu sprühen, bis
die Stärke
den gewünschten
pH erreicht. Wenn die Stärke
in keinem Lebensmittel verwendet werden soll, können eine beliebige anorganische
oder organische Base eingesetzt werden, um den pH der Stärke zu erhöhen. Ein
anderes Verfahren besteht im Infundieren usw. Es sollte betont werden,
dass die Textur- und Viskositätsvorzüge des thermischen
Inhibierungsverfahrens verstärkt
werden können,
wenn der pH erhöht
wird, obgleich höhere
pHs die Tendenz zeigen, eine Bräunung
der Stärke
während
der Stufe der Wärmebehandlung zu
zeigen.
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Für Lebensmittelanwendungen
können
geeignete Basen mit Lebensmittelqualität zur Verwendung im Schritt
der pH-Einstellung Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, Tetranatriumpyrophosphat,
Ammoniumorthophosphat, Dinatriumorthophosphat, Trinatriumphosphat,
Calciumcarbonat, Calciumhydroxid, Kaliumcarbonat, Kaliumhydroxid
und jede andere Base, die zur Lebensmittelverwendung in den Lebensmittel-
und Arzneimittelgesetzen oder anderen Lebensmittelbestimmungen zugelassen
sind, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf diese. Die bevorzugte
Base mit Lebensmittelqualität
ist Natriumcarbonat. Basen, die nach diesen Bestimmungen nicht zur
Lebensmittelverwendung zugelassen sind, können auch verwendet werden,
vorausgesetzt, sie können
aus der Stärke
ausgewaschen werden, so dass das Endprodukt einer guten Herstellungspraxis
für die
angestrebte Verwendung entspricht.
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Indem
die Verfahrensbedingungen, einschließlich des Anfangs-pHs der Stärke oder
des Mehls, der Dehydratisierungsverfahren und -bedingungen und der
Wärmebehandlungstemperaturen
und -zeiten, variieren werden, kann der Inhibierungsgrad verändert werden,
um unterschiedliche Viskositätscharakteristika
in den fertigen, vorgelatinierten, nicht-granulären Stärken oder Mehlen bereitzustellen.
Insoweit wie die Dehydratisierungs- und Wärmebehandlungsparameter eine
Funktion der besonderen für
die Wärmebehandlung
eingesetzten Apparatur sein können,
wird die Wahl der Apparatur auch ein Faktor bei der Kontrolle des
Inhibierungsgrades sein.
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Diese
Stärken
sind in Lebensmitteln und in industriellen Anwendungen, bei denen
vorgelatinierte, chemisch vernetzte, nicht-granuläre Stärken bekanntermaßen einsetzbar
sind, nützlich.
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Eine
Entfernung verschiedener Proteine, Lipide und anderer Off-Flavor-Komponenten vor oder
nach der thermischen Inhibierung verbessert das Aroma (d. h. Geschmack
oder Aroma) der thermisch inhibierten Stärken. Eine Natriumchloritextraktion
des Proteins aus einer nicht-vorgelatinierten Stärke wird nachfolgend beispielhaft
beschrieben. Weitere Arbeitsgänge,
die zur Protein- und/oder Lipidentfernung eingesetzt werden können, umfassen
ein Waschen der Stärke
bei einem alkalischen pH (z. B. pH 11–12) und/oder Behandlung der
Stärke
mit Proteasen. Polare und nicht-polare Lösungsmittel, die Affinität für Proteine
und/oder Lipide haben, können
ebenfalls eingesetzt werden. Beispiele sind Alkohole (z. B. Ethanol),
Ketone (z. B. Aceton), Ether (z. B. Dioxan), aromatische Lösungsmittel
(z. B. Benzol oder Toluol) und dergleichen.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Die
Stärken
und Mehle können
aus einer beliebigen Quelle stammen, z. B. Mais, Erbsen, Kartoffeln, Süßkartoffeln,
Gerste, Weizen, Reis, Sago, Amaranth, Tapioka, Sorghum, Wachsmais,
Wachsreis, Wachsgerste, Wachskartoffeln, Wachssago, Wachssorghum,
und Stärken
oder Mehle mit einem Amylosegehalt von 40% oder größer.
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Der
Ausdruck eine "native" Stärke, wie
er hier verwendet wird, bezeichnet eine Stärke, wie sie in der Natur gefunden
wird. Die Stärken
können
unmodifiziert sein oder durch Umwandlung (d. h. enzymatische, Wärme- oder
Säure-Umwandlung), Oxidation,
Phosphorylierung, Veretherung, Veresterung und/oder chemische Vernetzung
modifiziert sein. Die Mehle können
durch Bleichen oder enzymatische Umwandlung modifiziert sein.
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Wenn
nichts Anderes spezifisch angegeben ist, sollen Bezugnahmen auf
Stärke
in dieser Beschreibung ihre entsprechenden Mehle beinhalten.
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Die
Stärken
kann nach einem der bekannten Vorgelatinierungsverfahren, die zum
Brechen der granulären
Struktur führen,
vorgelatiniert werden. Vorgelatinierte Stärken werden typischerweise
durch Trommeltrocknung, Extrusion oder Strahlkochen hergestellt.
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Geeignete
Verfahren sind in den folgenden Patenten offenbart.
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US 1,516,512 , erteilt am
25. November 1924 an R. W. G. Stutzke, beschreibt ein Verfahren,
in dem Stärkeaufschlämmungen
durch eine erwärmte
Rohrspirale und danach durch eine Sprühöffnung in eine Trocknungskammer
gepresst werden. Die Aufschlämmungen
werden mit übermäßig hohen
Drücken
(z. B. 1000 lbs.) gedrückt,
um zu verhindern, dass die Flüssigkeit
bei der Behandlung verdampft. Dampf wird bei 35 bis 100 Pfund Druck
gehalten. Die Temperatur der in die Trocknungskammer eingeführten Luft
ist etwa 121°C,
die auf etwa 96°C
am Verdampfungspunkt reduziert wird. Die resultierenden Stärken werden
hydrolysiert und sind zu etwa 15 bis 75% in kaltem Wasser löslich.
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US 3,630,775 (erteilt am
28. Dezember 1971 an A. A. Winkler) beschreibt einen Sprühtrocknungsprozess,
in dem eine Stärkeaufschlämmung während Erwärmen unter
Druck gehalten wird und durch die Atomisierungsstufe hindurch fortgesetzt
unter Druck gehalten wird. Der Druck hängt von der Viskosität, Temperatur und
der Apparatur ab. Der Druck, der für die Atomisierung notwendig
ist und über
dem liegt, der zur Verhinderung einer Wasserverdampfung in Aufschlämmung mit
hohem Feststoffgehalt bei erhöhten
Temperaturen notwendig ist. Die Erwärmungszeit ist so, dass sie
ausreichend ist, um eine im wesentlichen vollständige Gelatinierung und Solubilisierung
der Stärke,
wenn sie vorher nicht gelatiniert war, zu vervollständigen.
Typischerweise werden die Aufschlämmungen (10 bis 40% Feststoffe)
auf 54°C
bis 171°C
vorerwärmt,
unter einem Druck von 2.000 bis 6.800 psi durch einen kontinuierlichen
Rohrbündel-Wärmeaustauscher
gepumpt und auf 182 bis 304°C
erwärmt
(was zu Stärketemperaturen
von 163°C
bis 232°C
führt).
Die Verweilzeit der Stärke
im Kocher ist 1,0 bis 2,5 Minuten. Ein herkömmlicher Sprühtrockner
mit einer Atomisierdüse
vom Drucktyp wird verwendet. Die resultierenden Stärken sind
zu mehr als 50% in kaltem Wasser löslich.
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US 3,086,890 (erteilt am
23. April 1963 an A. Sarko et al.) beschreibt ein Verfahren zur
Herstellung eines vorgelatinierten isolierten Amylosepulvers. Es
involviert Autoklavieren einer Aufschlämmung einer isolierten Amylose
mit einer intrinsischen Viskosität
von 1,3 bis 2,9 bei 191°C
unter 5 bis 140 psig Druck für
1 bis 60 Minuten und bei 0,1 bis 25% Feststoffen, Kühlen der
Dispersion auf 90°C
und Trommeltrocknen an einer Oberfläche mit 110 bis 200°C. Die Retentionszeit
in der Trommel beträgt
40 bis 75 Sekunden, wobei ein Walzenspalt von 0,001 inch oder weniger
angewendet wird.
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US 3,137,592 (erteilt am
16. Juni 1964 an T. F. Protzman et al.) beschreibt die Extrusion
eines Stärke-Wasser-Gemisches
bei erhöhter
Temperatur und erhöhtem
Druck, wodurch die Gelatinierung der Stärke bewirkt wird; darauf erfolgt
eine Expansion während
des Verdampfens des Wassers nach Austritt aus dem Extruder. Die
Temperatur und der Druck werden durch mechanische Scherung zwischen
der sich drehenden Schnecke (Auger) und dem zylindrischen Gehäuse (Spritzgehäuse) des
Extruders erzeugt. Ein Kochen wird sowohl durch thermische als auch
mechanische Energie, wenn die Stärke
durch das System gepresst wird, erreicht. Dies führt typischerweise zu einer
hohen Viskosität
während
der Verarbeitung, und zwar infolge eines unvollständigen Kochens,
und die Endprodukte werden typischerweise verursacht durch übermäßige Scherung
des molekularen Zusammenbruchs entlüftet. Nach Redispergierung
können
die Pulver unerwünschte körnige Texturen
liefern, speziell wenn Stärken
mit niedriger Feuchtigkeit verarbeitet werden, und zwar infolge einer
unvollständigen
Dispersion während
des Kochens. Wenn Stärke
in Gegenwart von zusätzlichem
Wasser verarbeitet wird, ist ein weiterer Trocknungsschritt erforderlich,
nachdem das Extrudat aus dem Extruder ausgetreten ist. Diese ausgedehnte
Trocknungszeit verstärkt
die unerwünschten
Texturen nach Redispersion weiter.
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Vorgelatinierte
Stärken
können
durch ein herkömmliches
Zweistufen-Verfahren mit Strahlkochung und Sprühtrocknung hergestellt werden.
Modifikationen dieses herkömmlichen
Verfahrens werden in
US 2,314,459 (erteilt
am 23. März
1943 an A. A. Salzburg) und
US
3,332,785 (erteilt am 25. Juli 1967 an E. Kurchinke) beschrieben.
Im typischen Verfahren wird eine wässrige Aufschlämmung gekocht, üblicherweise
durch Kochen in einem Bottich bei Atmosphärendruck oder durch Kochen
in einem Wärmetauscher
oder durch Dampfinjektionsstrahlkochen, bei Atmosphärendruck
in einem Tank gehalten (in Chargenverfahren oft ein Kochtank oder ein
Aufnahmetank für
Kochprozesse unter Druck) und anschließend sprühgetrocknet. Die Nachkochungshaltezeit
ermöglicht
den chargenweisen Zusatz von Additiven, eine Temperaturregulierung
und/oder ein Kochen in Raten, die nicht mit der Sprühtrocknerkapazität übereinstimmen.
Beim Verlassen der Haltetanks kann die Temperatur der Beschickung
für den
Sprühtrockner
im Bereich von 38°C
bis 93°C
liegen. Eine Atomisierung wird durch eine einzelne Fluiddruckdüse, eine
Zentrifugationsvorrichtung oder eine pneumatische Düse erreicht.
Dieses Verfahren ist üblicherweise
auf "dünnkochende
Stärken", d. h. konvertierte
Stärken,
bei denen die Polymerstruktur durch Säurehydrolyse, enzymatischen
Abbau, Oxidation und/oder hohe Level mechanischer Scherung abgebaut
werden, begrenzt, da die Pasten eine niedrigere Viskosität haben
und atomisiert werden können.
Die Kochungen nicht-modifizierter Stärken sind wegen ihrer hohen
Viskosität
schwer zu atomisieren und werden daher, wenn sie sprühgetrocknet
werden, mit niedrigen Feststoffgehalten verarbeitet. Ein Strahlkochen
liefert geeignete Scherlevel und liefert leichter eine Dispersion,
die auf molekularem Level sich einer vollständigen Löslichkeit nähert (siehe
US 2,805,966 (erteilt am 10. September
1957 an O. R. Ethridge),
US 2,582,198 (erteilt
am 08. Januar 1957 an O. R. Ethridge);
US 2,919,214 (erteilt am 29. Dezember
1959 an O. R. Ethridge);
US 2,940,876 (erteilt
am 14. Juni 1960 an N. E. Elsas);
US
3,133,836 (erteilt am 19. Mai 1964 an U. L. Winfrey); und
US 3,234,046 , erteilt am
08. Februar 1966 an G. R. Etchison). Strahlkochen liefert niedrigere
Verfahrensviskositäten
ohne einen Abbau und ermöglicht
die Verwendung niedrigerer Koch- und Transporttemperaturen und -drücke, was
eine Verringerung des Abbaus weiter unterstützt.
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US 3,607,394 (erteilt am
21. September 1971 an F. J. Germino et al.) betrifft ein Verfahren
zur Herstellung einer vorgelatinierten, in kaltem Wasser dispergierbaren
Stärke
aus granulären
Stärken,
die wenigstens 50% Amylopektin enthalten, z. B. Mais, Weizen, Gerste,
Kartoffeln, Tapioka, Wachsmais, Wachsreis und Wachssorghum. Das
Verfahren beinhaltet ein Pastieren bei 149°C oder darüber und bis zu etwa 232°C. Die Stärkepaste
wird dann in einer geeigneten Apparatur, z. B. ein Trommeltrockner,
Sprühtrockner,
Bandtrockner, Schaummattentrockner oder dergleichen, sehr schnell
getrocknet, um eine Retrogradation oder Aggregation zu vermeiden.
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Ein
kontinuierliches, gekoppeltes Strahl-Koch/Sprüh-Trocknungs-Verfahren ist
in
US 5,131,953 (erteilt am
21. Juli 1992 an J. J. Kasica et al.) beschrieben. Das Verfahren
umfasst die Schritte:
- (a) Bilden einer Stärkeaufschlämmung oder
einer Stärkepaste
aus einer granulären
Stärke
und Wasser;
- (b) Strahl-Kochen der Stärkeaufschlämmung oder
der Stärkepaste
mit Dampf bei einer Temperatur, die ausreicht, um eine Stärkelösung oder
eine Stärkedispersion
zu bilden;
- (c) unverzügliches
Transportieren und Einführen
der strahlgekochten Stärkedispersion
oder der strahlgekochten Stärkelösung bei
erhöhter
Temperatur und erhöhtem
Druck in eine Düse
einer Sprühtrocknungskammer;
- (d) Atomisieren der strahlgekochten Stärkedispersion oder strahlgekochten
Stärkelösung durch
die Düse;
- (e) Trocknen des atomisierten Nebels in der Sprühtrocknerkammer
bei einer Temperatur, die ausreicht, um die dispergierte oder solubilisierte
Stärke
zu trocknen; und
- (f) Gewinnen der getrockneten Stärke als in kaltem Wasser dispergierbares
oder in kaltem Wasser lösliches Pulver.
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Für die thermische
Dehydratisierung geeignete Bedingungen sind niedrige Temperaturen
oder Erhöhung
des pHs der Stärke
vor der Dehydratisierung. Die bevorzugten Bedingungen bestehen in
einer Kombination aus einer niedrigen Temperatur und neutralem bis
basischem pH. Vorzugsweise sind die Temperaturen, die zum Dehydratisieren
der Stärke
verwendet werden, 125°C
oder niedriger, bevorzugter liegen sie zwischen 100 bis 120°C. Die Dehydratisierungstemperatur
kann niedriger als 100°C
sein, allerdings wird bei der Entfernung von Feuchtigkeit eine Temperatur
von wenigstens 100°C
wirksamer sein.
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Wenn
Stärken
in Gegenwart von Wasser Wärme
ausgesetzt werden, kann eine Hydrolyse oder ein Abbau der Stärke erfolgen.
Eine Hydrolyse oder ein Abbau wird die Viskosität verringern, wobei die Inhibierungswirkung
begrenzt wird; dies ist unerwünscht,
wenn ein Produkt hoher Viskosität
erwünscht
ist. Daher müssen
die Bedingungen zur Dehydratisierung der Stärke so gewählt werden, dass eine Inhibierung
begünstigt
ist, während
Hydrolyse und Abbau verringert werden. Es können beliebige Bedingungen
angewendet werden, die diesen Kriterien entsprechen. Eine Entfernung
des Wassers durch Lösungsmittelextraktion
oder Gefriertrocknung begünstigen
die Hydrolyse der Stärke
weniger als ein direktes Erhitzen der Stärke zum Abtreiben des Wassers.
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Für eine Dehydratisierung
im Labormaßstab
mit einem Lösungsmittel
wird die Stärke
oder das Mehl (etwa 4 bis 5% Feuchtigkeit) in eine Extraktionshülse nach
Soxhlet gegeben, welche dann in die Soxhlet-Apparatur gebracht wird.
In die Apparatur wird ein geeignetes Lösungsmittel gegeben, auf Rückflusstemperatur erwärmt und
für eine
Zeit, die zum Dehydratisieren der Stärke oder des Mehls ausreichend
ist, unter Rückfluss erhitzt.
Da das Lösungsmittel
während
des Rückflusses
auf der Stärke
oder dem Mehl kondensiert, wird die Stärke oder das Mehl einer Temperatur
unter der des Siedepunkts des Lösungsmittels
ausgesetzt. Beispielsweise beträgt
die Temperatur der Stärke
während
einer Ethanolextraktion (Siedepunkt etwa 78°C) nur etwa 30 bis 40°C. Wenn Ethanol
als das Lösungsmittel
verwendet wird, wird das Erhitzen unter Rückfluss für etwa 17 Stunden fortgesetzt.
Die dehydratisierte Stärke
oder das dehydratisierte Mehl wird aus der Hülse entfernt, auf einem Tablett
ausgebreitet und das überschüssige Lösungsmittel
wird schnell abdampfen gelassen. Bei Ethanol ist die Zeit, die zum
Abdampfen des Ethanols erforderlich ist, etwa 20 bis 30 Minuten.
Die Stärke
oder das Mehl wird unverzüglich
in eine geeignete Erwärmungsapparatur
für die
Wärmebehandlung
gegeben. Für
eine Dehydratisierung im handelsüblichen Maßstab kann
eine beliebige kontinuierliche Extraktionsapparatur verwendet werden.
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Zur
Dehydratisierung durch Gefriertrocknung wird die Stärke oder
das Mehl (4 bis 5% Feuchtigkeit) auf eine Trockenhorde gelegt und
in einen Gefriertrockner gestellt. Ein geeigneter Hordengefriertrockner
für Massen
ist von FTS Systems, Stone Ridge, New York, unter der Handelsbezeichnung
Dura-Tap verfügbar. Der Gefriertrockner
wird mit einem programmierten Zyklus zur Entfernung der Feuchtigkeit
aus der Stärke
oder dem Mehl laufen gelassen. Die Stärke- oder Mehltemperatur wird
bei etwa 20°C
konstant gehalten und es wird ein Vakuum bis etwa 50 milliTorr (mT)
angelegt. Die Zeit, die zum Dehydratisieren der Stärke oder
des Mehls erforderlich. ist, ist etwa 3 Tage. Die Stärke oder
das Mehl wird aus dem Gefriertrockner entfernt und unverzüglich in
eine geeignete Heizapparatur zur Wärmebehandlung gebracht.
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Nachdem
die Stärke
dehydratisiert worden ist, wird sie für eine Zeit und bei einer Temperatur
oder in einem Temperaturbereich, die ausreichen, um die Stärke zu inhibieren,
wärmebehandelt.
Die bevorzugten Erwärmungstemperaturen
liegen über
100°C. Für praktische
Zwecke ist die Obergrenze der Wärmebehandlungstemperatur üblicherweise
200°C, wobei
bei dieser Temperatur in hohem Maße inhibierte Stärken erhalten werden
können.
Typischerweise wird die Wärmebehandlung
bei 120 bis 180°C,
vorzugsweise 140 bis 160°C, bevorzugter
bei 160°C
durchgeführt.
Der Inhibierungsgrad ist vom pH und der Erwärmungstemperatur und -zeit
abhängig.
Wenn beispielsweise die Stärke
oder das Mehl auf pH 8 eingestellt wird und die Ofentemperatur 160°C ist, wird
leicht inhibierte Stärke
oder Mehl etwa 3 bis 4 Stunden Erwärmen benötigen, eine moderat inhibierte
Stärke
oder ein moderat inhibiertes Mehl werden etwa 4 bis 5 Stunden Erwärmen erfordern
und eine in hohem Maße
inhibierte Stärke
oder ein in hohem Maße
inhibiertes Mehl wird 4 bis 6 Stunden Erwärmen erfordern. Für tiefere
Temperaturen sind längere
Erwärmungszeiten
erforderlich. Wenn die Stärke
oder das Mehl einen niedrigeren pH hat, wie es bei nativer Stärke der
Fall ist, die einen pH von etwa 5,0 bis 6,5 hat, wird das Erwärmen eine
geringere Inhibierung bereitstellen.
-
Für Mehle
sind niedrigere Temperaturen und/oder kürzere Erwärmungszeiten im Vergleich zu
der entsprechenden Stärke
notwendig, um denselben Inhibierungslevel zu erreichen.
-
Wenn
die Stärke
thermisch dehydratisiert wird, können
die Dehydratisierungs- und
Wärmebehandlungsschritte
kontinuierlich sein und können
durch Anwendung von Wärme
auf die Stärke,
beginnend bei Umgebungstemperatur, erreicht werden. Wenn ein Wirbelbett
verwendet wird, wird die Feuchtigkeit ausgetrieben werden und die
Stärke
wird wasserfrei sein, bevor die Temperatur etwa 125°C erreicht.
Nachdem die Stärke oder
das Mehl wasserfrei oder im Wesentlichen wasserfrei ist und während das
Erwärmen
fortgesetzt wird, wird ein gewisser Inhibierungslevel erreicht sein,
bevor, gleichzeitig oder sogar nach Erreichen der Endwärmebehandlungstemperatur
erzielt sein.
-
Die
Stärken
oder Mehle können
einzeln inhibiert werden oder mehr als eines bzw. mehr als eine
können
gleichzeitig inhibiert werden. Sie können auch in Gegenwart anderer
Materialien oder Ingredienzien, die den thermischen Inhibierungsprozess
nicht stören
oder die Eigenschaften der thermisch inhibierten, vorgelatinierten,
nicht-granulären
Stärken
oder Mehle nicht verändern,
inhibiert werden.
-
Die
Schritte des thermischen Dehydratisierens und des Wärmebehandelns
können
bei Normaldrücken,
unter Vakuum oder unter Druck durchgeführt werden und können unter
Verwendung eines beliebigen, auf dem Fachgebiet bekannten Mittels
erreicht werden. Das bevorzugte Verfahren ist durch Anwendung von trockener
Wärme in
Luft oder in einer inerten gasförmigen
Umgebung.
-
Die
Apparatur zum thermischen Dehydratisieren und zum Wärmebehandeln
kann ein beliebiger Industrieofen sein, z. B. herkömmliche
Ofen, Mikrowellenöfen,
Dextriniervorrichtungen, Wirbelbettreaktoren und Trockner, Mischer
und Mixer, die mit Heizvorrichtungen ausgestattet sind, und andere
Heizvorrichtungstypen, vorausgesetzt, dass die Apparatur mit einer
Auslassöffnung
in die Atmosphäre
ausgestattet ist, so dass sich Feuchtigkeit nicht akkumuliert und
auf der Stärke
oder dem Mehl niederschlägt.
Die Apparatur ist vorzugsweise mit einem Mittel zur Entfernung von
Wasserdampf aus der Apparatur, z. B. einem Vakuum oder einem Gebläse, ausgestattet,
um Luft aus dem Kopfraum der Apparatur zu entfernen; oder es wird
Wirbelgas entfernt. Der Wärmebehandlungsschritt
kann in derselben Apparatur durchgeführt werden, in der der Schritt
des thermischen Dehydratisierens erfolgt und am zweckdienlichsten
erfolgt er kontinuierlich mit dem Schritt des thermischen Dehydratisierens.
Wenn der Schritt des thermischen Dehydratisierens kontinuierlich
mit dem Schritt der Wärmebehandlung
erfolgt und insbesondere wenn die verwendete Apparatur ein Wirbelbettreaktor
oder Trockner ist, erfolgt der Schritt des Dehydratisierens, während die
Vorrichtung zu der Endwärmebehandlungstemperatur
gebracht wird.
-
Thermisch
inhibierte Stärken,
die hohe Viskositäten
bei geringen prozentualen Zusammenbrüchen der Viskosität haben,
werden in einem Wirbelbettreaktor in kürzeren Zeiten als in herkömmlichen
Heizöfen
erhalten. Geeignete Wirbelgase sind Luft und Stickstoff. Aus Sicherheitsgründen ist
es vorteilhaft, ein Gas zu verwenden, das weniger als 12% Sauerstoff
hat.
-
Ein
geeigneter Wirbelbettreaktor wird von Procedyne Corporation, New
Brunswick, New Jersey, hergestellt. Die Querschnittsfläche des
Wirbelbettreaktors ist 0,05 m2. Die Ausgangsbetthöhe ist 0,77
m. Das fluidisierende Gas ist Luft, das mit einer Geschwindigkeit
von 5 bis 21 m/min verwendet wird. Die Seitenwandverkleidungen werden
mit heißem Öl erwärmt, und
das fluidisierende Gas wird mit einer elektrischen Heizvorrichtung
erwärmt.
Die Proben werden in den Reaktor gefüllt und dann wird fluidisierendes
Gas eingeleitet oder die Proben werden eingefüllt, während das fluidisierende Gas
eingeleitet wird. Die Proben werden von Umgebungstemperatur auf
125°C gebracht,
bis die Proben wasserfrei werden und werden weiter zu der gewünschten
Wärmebehandlungstemperatur
erwärmt.
Wenn die Wärmebehandlungstemperatur
160°C ist,
wird die Zeit zur Erreichung dieser Temperatur weniger als 3 Stunden
sein.
-
Probenherstellung bzw.
-vorbereitung
-
Alle
verwendeten Stärken
und Mehle wurden von der National Starch and Chemical Company, Bridgewater,
New Jersey, bereitgestellt. Die Kontrollen für die Testproben stammten aus
denselben nativen Quellen wie die Testproben, waren nicht-modifiziert
oder in der gleichen Weise modifiziert wie die Testproben und hatten
denselben pH, es sei denn, es sind andere Angaben gemacht. Alle
Stärken
und Mehle, sowohl Test- wie auch Kontrollproben, wurden einzeln
hergestellt und getestet.
-
Für die Proben,
die durch Trommeltrocknung vorgelatiniert waren, wurde der pH durch
Aufschlämmen der
Stärke
oder des Mehls in Wasser bei 30 bis 40% Feststoffen erhöht, und
es wurde eine ausreichende Menge an 5%iger Natriumcarbonatlösung zugegeben,
bis der gewünschte
pH erreicht war. Zur Trommeltrocknung wurde eine einzelne Dampf-beheizte
Stahltrommel mit etwa 142 bis 145°C
verwendet.
-
Für die Proben,
die durch ein kontinuierliches, gekoppeltes Strahlkoch/Sprühtrocknungs-Verfahren gemäß
US 5,131,953 oder durch
das duale Atomisierungs/Sprühtrocknungs-Verfahren
gemäß
US 4,280,851 vorgelatiniert
worden waren, wurde die Stärke
oder das Mehl mit 6 bis 10% Feststoffen in Wasser aufgeschlämmt und
der pH wurde auf den gewünschten
pH eingestellt, indem eine ausreichende Menge an 5%iger Natriumcarbonatlösung zugegeben
wurde, bis der gewünschte
pH erreicht war.
-
Wenn
nichts Anderes spezifiziert ist, wurde ein herkömmlicher Ofen oder eine Dextriniervorrichtung
für die
thermische Dehydratisierung und die Wärmebehandlung verwendet. Der
Feuchtigkeitslevel der thermisch dehydratisierten und nicht-thermisch
dehydratisierten Proben war bei der Enderwärmungstemperatur etwa 0%.
-
Die
Proben wurden unter Anwendung des folgenden Brabender-Verfahrens
auf Inhibierung getestet.
-
Brabender-Verfahren
-
Die
thermisch inhibierte, vorgelatinierte, nicht-granuläre Stärke, die
zu untersuchen war, wurde in einer ausreichenden Menge destillierten
Wassers unter Erhalt einer Stärkeaufschlämmung mit
4,6% wasserfreien Feststoffen und einem pH von 3 wie folgt aufgeschlämmt: 132,75
g Saccharose, 26,55 g Stärke,
50 g Natriumcitrat/Citronensäure-Puffer
(pH 3) und 366,7 g Wasser wurden für 3 min in einem Standard-Haushaltsmischer Mixmaster
bei der Einstellung Nr. 1 vermischt. Die Aufschlämmung wurde dann in den Probenbecher
eines Brabender VISCO\Amylo\GRAPH (hergestellt von C. W. Brabender
Instruments, Inc., Hackensak, NJ), der mit einer 350 cm/g-Kartusche ausgestattet
war, eingeführt
und die Viskosität
wurde gemessen, als die Aufschlämmung
auf 30°C
erwärmt
war und dort für
10 min gehalten wurde. Die Viskosität bei 30°C und 10 min (10') nach Halten bei
30°C wurden
aufgezeichnet. Das Erwärmen
wurde bis zu 95°C
fortgesetzt und für
10 min (10') bei dieser
Temperatur gehalten.
-
Die
Peakviskosität
und die Viskosität
10 min (10') nach
95°C wurden
in Brabender-Einheiten (BU) aufgezeichnet und verwendet, um den
prozentualen Zusammenbruch der Viskosität nach der folgenden Formel zu
errechnen:
worin "Peak" die Peakviskosität bzw. Spitzenviskosität in Brabender-Einheiten
ist und "(95° + 10 min)" die Viskosität in Brabender-Einheiten
bei 10 min nach 95°C
ist. Wenn keine Peak-Viskosität
erreicht wurde, d. h. die angegebenen Viskositätsdaten eine ansteigende Kurve
oder eine flache Kurve angeben, wurde die Viskosität bei 95°C und die
Viskosität
bei 10 min nach Erreichen von 95°C
aufgezeichnet.
-
Der
VISCO\Amylo\GRAPH zeichnet das Drehmoment auf, das erforderlich
ist, um die Viskosität
auszugleichen, die sich entwickelt, wenn eine Stärkeaufschlämmung einem programmierten
Heizzyklus unterworfen wird. Die Genauigkeit ist ±2%.
-
Charakterisierung
der Inhibierung durch Brabender-Kurven
-
Die
resultierenden Brabender-Kurven werden wie folgt sein: für eine stark
inhibierte Stärke
wird die Kurve flach sein, was anzeigt, dass die Stärke so inhibiert
wird, dass sie gegenüber
einer weiteren Gelatinierung resistent ist, oder die Kurve wird
eine ansteigende Kurve sein, was anzeigt, dass eine weitere Gelatinierung
mit langsamer Geschwindigkeit und zu einem begrenzten Ausmaß auftritt;
für eine
weniger inhibierte Stärke
wird die Kurve eine abfallende Kurve zeigen, allerdings wird das
gesamte Zusammenbrechen der Viskosität ab der Peakviskosität geringer
sein als das für
eine nicht-inhibierte Kontrolle.
-
Charakterisierung
der Inhibierung durch Kochungen
-
Eine
trockene Mischung aus 7 g Stärke
oder Mehl (wasserfreie Basis) und 14 g Zucker wurden zu 91 ml Wasser
in einem Waning-Mischerbecher mit niedriger Geschwindigkeit gegeben,
danach in einen Aufkochbecher überführt, für 10 min
stehen gelassen und dann bezüglich
Viskosität,
Farbe, Klarheit und Textur beurteilt.
-
Beispiel 1
-
Proben
von Wachsmais-, Tapioka- und Kartoffelstärken mit einem pH von 6, 8
und 10 wurden durch Trommeltrocknung vorgelatiniert. Die Proben
wurden in einen 140°C-Ofen
gestellt und bis zum wasserfreien Zustand dehydratisiert und für die angegebenen
Zeiten bei 140°C
wärmebehandelt.
-
Die
Viskosität
und die Texturcharakteristika der thermischen inhibierten (T-I)
Stärken
sind nachfolgend angegeben.
- N.B.
- nicht bestimmt
-
Brabender-Bestimmungen
wurden an einigen der obigen Stärken
durchgeführt.
Die Resultate sind unten angegeben.
-
-
Die
Resultate zeigen, dass längere
Erwärmungszeiten
und/oder höhere
pH-Werte erforderlich
sind, um nicht-kohäsive
Stärken
bei 140°C
herzustellen. Es wird erwartet, dass ein Erwärmen bei 160°C, vorzugsweise
in einem Wirbelbett, nicht-kohäsive
Stärken
bereitstellen wird.
-
Vorzugsweise
werden verschiedene Lipide, Proteine und andere Off-Flavor-Komponenten nach
der Wärmebehandlung
aus der Stärke
extrahiert, wobei das in Beispiel 7 verwendete Verfahren verwendet
wird oder die Stärke
mit Ethanol in einem Soxhlet-Extraktor unter Rückfluss erwärmt wird. Dies wird das Aroma
verbessern.
-
Beispiel 2
-
Eine
granuläre
Stärke
mit hohem Amylosegehalt (50% Amylose) wurde strahlgekocht und sprühgetrocknet,
wobei das kontinuierliche gekoppelte Strahl-Koch/Sprühtrocknungs-Verfahren
verwendet wurde, das in
US 5,131,953 beschrieben
ist, danach wurde die Stärke
thermisch inhibiert. Die angewendeten Strahlkoch/Sprühtrocknungs-Bedingungen
waren wie folgt:
| Aufschlämmung | pH
8,5 bis 9,0 |
| Kochungsfeststoffe | 10% |
| Moyono-Einstellung | etwa
1,5 |
| Kochtemperatur | etwa
145°C |
| überschüssiger Dampf | 20% |
| Boilerdruck | etwa
85 psi |
| Rückdruck | 65
psi |
| Sprühtrockner | Niro-Trockner |
| Einlasstemperatur | 245°C |
| Auslasstemperatur | 115°C |
| Atomisator | Zentrifugenrad |
-
Die
im thermischen Inhibierungsprozess angewendeten Bedingungen (Ofendehydratisierung
und Wärmebehandlung)
und die Charakteristika der resultierenden thermisch inhibierten
T-I-Stärken
sind unten angegeben.
-
-
Die
Resultate zeigen, dass sogar eine Stärke mit hohem Amylosegehalt
inhibiert werden kann. Es gab weniger Zusammenbruch für die thermisch
inhibierte Stärke,
und die Gesamtviskosität
war höher.
-
Beispiel 3
-
Eine
Wachsmaisstärke,
die leicht mit 0,04% Phosphoroxychlorid vernetzt worden war, wurde
thermisch inhibiert. Die granuläre
Stärke
wurde strahlgekocht und sprühgetrocknet,
wobei das gekoppelte, kontinuierliche Strahlkoch/Sprühtrocknungsverfahren
und die in Beispiel 2 beschriebenen Bedingungen angewendet wurden.
Die im thermischen Inhibierungsverfahren verwendeten Bedingungen
(Bedingungen, die für
den thermischen Inhibierungsprozess verwendet wurden (Ofendehydratisierung
und Wärmebehandlung)).
-
Nachfolgend
sind die Brabender-Resultate und die Viskosität und die Texturcharakteristika
der resultierenden thermisch inhibierten Stärke angegeben.
-
Brabender-Beurteilung
von vernetztem Wachsmais – pH
8,7
-
Kochbeurteilung
von vernetztem Wachsmais – pH
8,7
-
Die
Resultate zeigen, dass die vernetzte Stärke nach den Schritten der
Dehydratisierung und der Wärmebehandlung
sehr stark inhibiert war.
-
Beispiel 4
-
Thermisch-inhibierte
Wachsmaisstärken
wurden durch Trommeltrocknung der Stärken vor thermischer Inhibierung
hergestellt. Die resultierenden thermisch-inhibierten Stärken werden mit thermisch-inhibierten
Wachsmaisstärken,
welche durch ein kontinuierliches, gekoppeltes Strahlkoch- und Sprühtrocknungs-Verfahren,
das in Beispiel 2 angewendet wurde, unter durch das duale Atomisierungs/Sprühtrocknungsverfahren, das
in
US 4,280,251 beschrieben
ist, hergestellt worden waren, verglichen.
-
Die
Bedingungen, die zur Ofendehydratisierung und zur Wärmebehandlung
eingesetzt wurden und die Charakterisierung der resultierenden thermisch-inhibierten (T-I)-Stärken sind
nachfolgend angegeben.
-
Trommel-getrockneter/thermisch-inhibierter
Wachsmais – pH
8
-
Strahlgekochter/sprühgetrockneter/thermisch-inhibierter
Wachsmais – pH
8
-
Dampfatomisierter/sprühgetrockner/thermisch-inhibierter
Wachsmais – pH
8 (Vergleichsbeispiel)
-
Die
Resultate zeigen, dass alle Stärken
nach 8 Stunden Wärmebehandlung
bei 140°C
ein viel geringeren Zusammenbruch zeigten. Die Resultate zeigen
auch, dass ein höherer
Inhibierungsgrad zusammen mit einer höheren Peakviskosität erhalten
werden kann, wenn die Stärkekörner vollständig zerbrochen
werden, wie z. B. durch Trommeltrocknung oder Strahlkochung.
-
Beispiel 5
-
Dieses
Beispiel zeigt, dass anders als im Verfahren gemäß
US 4,391,836 (erteilt am 05. Juli
1983 an C. W. Chiu) die Reihenfolge, in der die Trommeltrocknung
und die Wärmebehandlung
durchgeführt
werden, nicht mit dem thermischen Inhibierungsprozess interferiert.
Das '836-Patent
lehrt, dass sofort gelierende Tabioka- und Kartoffelstärken nur
hergestellt werden können,
wenn die Trommeltrocknung zuerst durchgeführt wird (siehe Vergleichsbeispiel
VII des '836-Patents).
-
Wachsmais-,
Tapioka- und Kartoffelstärke
wurden auf pH 8 eingestellt und trommelgetrocknet (DD), bevor und
nachdem sie durch Dehydratisieren und Wärmebehandlung bei 140°C für 8 Stunden
thermisch inhibiert (T-I) wurden.
-
Die
Brabender-Resultate sind nachfolgend gezeigt.
-
-
DD/TI
bedeutet, dass die Trommeltrocknung vor der thermischen Inhibierung
(Dehydratisierung und Wärmebehandlung
bei 140°C
für 8 h)
durchgeführt
wurde.
-
TI/DD
bedeutet, dass die thermische Inhibierung (Dehydratisierung und
Wärmebehandlung
bei 140°C für 8 h) vor
der Trommeltrocknung durchgeführt
wurde.
-
Die
Resultate zeigen, dass thermisch-inhibierte Stärken hergestellt werden können, wenn
die Trommeltrocknung nach der thermischen Inhibierung durchgeführt wurde.
-
Beispiel 6
-
Dieses
Beispiel vergleicht eine vorgelatinierte, nicht-granuläre Stärke, die
durch Ethanolextraktion dehydratisiert worden war, mit einer vorgelatinierten,
nicht-granulären
Stärke,
die in einem Ofen dehydratisiert worden war. Beide Stärken wurden
unter denselben Bedingungen wärmebehandelt.
-
Eine
Wachsmaisstärke
wurde auf pH 9,5 eingestellt und dann unter Verwendung der vorher
beschriebenen Verfahren trommelgetrocknet. Die Probe wurde dann
in einen Soxhlet-Extraktor gegeben und für etwa 16 h mit Ethanol unter
Rückfluss
erhitzt. Die Stärke
wurde dann aus der Soxhlet-Hülse
entfernt, zum Trocknen von überschüssigem Ethanol
(etwa 20 bis 30 min) ausgelegt und in einen Umluftofen gelegt und
für 6 h
bei 140°C
erwärmt.
-
-
Die
Resultate zeigen, dass beide Stärken
in hohem Maße
inhibiert waren. Die mit Ethanol extrahierte Stärke hatte eine höhere Viskosität.
-
Beispiel 7
-
Dieses
Beispiel zeigt, dass eine Dehydratisierung durch Alkoholextraktion
einen besseren Geschmack für
thermisch-inhibierte Stärken
bereitstellt.
-
Der
Test wurde als "Dreiecksgeschmackstest" durchgeführt, der
drei codierte Proben, von denen zwei identisch und eine anders ist,
die gleichzeitig präsentiert
werden, verwendet. Keine der Proben ist als Standard identifiziert.
Kontrolle und experimentelle Behandlungen wurden systematisch verändert, so
dass jede in verschiedenen und identischen Probenpositionen eine
gleiche Anzahl von Malen präsentiert
wurde. Die Testpersonen bestimmten, welche der drei Proben sich
von den anderen zwei unterschied. Es wurde zu einer Auswahl gedrängt. Eine
statistische Analyse wurde verwendet, um zu bestimmen, ob es eine
signifikante Differenz zwischen Behandlungen gab. Die Wahrscheinlichkeit,
die andere Probe zu wählen,
war 1 : 3. Sobald die ungerade Probe gewählt war, wurden die Testpersonen
gefragt, warum die Proben unterschiedlich waren und welche sie bevorzugten.
-
Die
getesteten Stärken
waren Maisstärken,
die auf pH 9,5 eingestellt worden waren und für 7 h bei 140°C wärmebehandelt
worden waren, aber eine Probe war vor der Wärmebehandlung durch Ethanolextraktion
dehydratisiert worden und die andere Probe war thermisch dehydratisiert
worden.
-
Die
thermisch-inhibierten Stärken
wurden durch Aufschlämmung
der granulären
Stärke
mit 1,5 Teilen Wasser, Mischen für
10 min auf einer Rührplatte,
Vakuumfiltration der Aufschlämmung
und Waschen des Stärkekuchens
2 Mal mit 50 ml destilliertem Wasser gewaschen. Dann wurde ausreichend
Wasser zugesetzt, um die Aufschlämmung
zu einem Feststoffgehalt von 3% zu bringen. Der pH wurde auf 6,0
bis 6,5 eingestellt.
-
Die
Aufschlämmung
wurde 20 min in einem siedenden Wasserbad gekocht, auf etwa über Raumtemperatur
abgekühlt
und beurteilt.
-
Den
Testpersonen wurden 20 ml-Proben zum Geschmackstest gegeben. Sie
beobachteten einen signifikanten Unterschied zwischen den im Ofen
dehydratisierten und den mit Ethanol dehydratisierten Stärken. Neun
der zwölf
Testpersonen wählten
die eine unterschiedliche Probe. Alle neun Testpersonen, die die
unterschiedliche Probe bestimmen konnten, bevorzugten die Probe,
die mit Ethanol extrahiert war. Attribute, die verwendet wurden,
um die mit Ethanol extrahierte Stärkeprobe im Vergleich zu der
im Ofen dehydratisierten Stärkeprobe
zu beschreiben, umfassten rein, nicht bitter und glatt.
-
Beispiel 8
-
Dieses
Beispiel zeigt, dass eine Alkoholextraktion einer thermisch-inhibierten
vorgelatinierten, nicht-granulären
Stärke
eine besser-schmeckende Stärke
liefert.
-
Ein
thermisch-inhibierter, vorgelatinierter, nicht-granulärer Wachsmais
(auf pH 9,5 eingestellt, trommelgetrocknet und für 180 min in einem Wirbelbett
bei 160°C
wärmebehandelt)
wurde in einen Soxhlet-Extraktor gegeben und über Nacht unter Rückfluss
gehalten (etwa 17 h), wobei Ethanol als Lösungsmittel verwendet wurde
(Siedepunkt 78°C).
Die extrahierte Stärke
wurde dann auf Papier gelegt, um überschüssiges Ethanol abdampfen zu
lassen. Die Stärke
wurde zu 3% Feststoffen aufgeschlämmt, indem die trockene Stärke zu dem Wasser
in einem Waring-Mischerbecher bei niedriger Geschwindigkeit zugegeben
wurde. Die Proben wurden für
10 min stehen gelassen und auf ihren Geschmack beurteilt. Die thermisch-inhibierte,
nicht mit Ethanol extrahierte Grundlage wurde als Vergleichsprobe
bei der Geschmacksbeurteilung verwendet.
-
Der
Geschmackstest war ein "gepaarter
Präferenz-Test". Zwei Proben werden
gleichzeitig oder nacheinander präsentiert. Die Testperson wird
gefragt, auf der Basis eines spezifischen Attributs, hier ein reinerer Geschmack,
eine Präferenz
auszudrücken.
Resultate wurden für
die relative Wahlhäufigkeit
der zwei Proben, wie sie für
alle Teilnehmer gesammelt wurden, erhalten. Die vier geübten Testpersonen
identifizierten die mit Ethanol extrahierte Probe als eine mit einem
milderen, reineren Aroma und mit weniger Nachgeschmack.
-
Beispiel 9
-
Dieses
Beispiel beschreibt den Effekt einer Entfernung verschiedener Proteine,
Lipide und anderer Off-Flavor-Komponenten auf das Aroma (d. h. Geschmack
und Geruch) eines thermisch-inhibierten Wachsmais.
-
Entweder
vor dem Vorgelatinierungsverfahren oder dem thermischen Inhibierungsverfahren
(d. h. Dehydratisieren und Wärmebehandlung)
wird das Protein wie folgt aus einer Wachsmaisstärke extrahiert. Die Stärke wird
mit W = 1,5 (50 lbs Stärke
auf 50 lbs Wasser) aufgeschlämmt,
und der pH wird mit Schwefelsäure auf
3 bis 3,5 eingestellt. Natriumchlorid wird zugesetzt, so dass 2%,
bezogen auf das Gewicht der Stärke,
erhalten werden. Die Stärke
wird über
Nacht bei Raumtemperatur eingeweicht. Der pH wird unter Verwendung einer
3%igen Natriumhydroxidlösung
auf etwa 9,5 erhöht,
und es wird vor einer Trocknung gut gewaschen. Der Proteinlevel
der Stärke
sollte auf etwa 0,1% reduziert werden. Der Proteinlevel des unbehandelten
Wachmais ist etwa 0,3%.
-
Die
Behandlung sollte das Aroma der thermisch-inhibierten, vorgelatinierten,
nicht-granulären
Stärke verbessern,
da dieselbe Behandlung eines thermisch-inhibierten, granulären Wachsmais das Aroma verbesserte,
wie es unten beschrieben wird. Es wird erwartet, dass eine Entfernung
von Proteinen, Lipiden und anderen Off-Flavor-Komponenten das Aroma
aller Stärkegrundlagen
und -mehle verbessert.
-
Unter
Verwendung eines einseitigen, gerichteten Differenzgeschmacks-Testverfahrens, wie
es von "Sensory
Evaluation Techniques" von
M. Meilgaard et al., S. 47–111
(CRC Press Inc., Boca Raton, Florida 1987) beschrieben ist, wurde
ein im Proteingehalt reduzierter, thermisch-inhibierter Wachsmais
(pH eingestellt auf 9,5 und dehydratisiert und wärmebehandelt für 90 min
bei 160°C)
mit einem thermisch-inhibierten Wachsmais (pH auf 9,5 eingestellt
und dehydratisiert und wärmebehandelt
für 90
min bei 160°C),
der vor dem thermischen Inhibierungsverfahren im Proteingehalt reduziert
worden war, verglichen.
-
Für den Geschmackstest
wurden 3%ige Stärkekochungen
(Proben für
15 min auf 100°C
erwärmt)
hergestellt, und Testpersonen wurden gebeten, auszuwählen, welche
Probe im Aroma "reiner" war. Alle Tests
wurden in einem Raum für
sensorische Beurteilungen unter Rotlicht durchgeführt, um
Farbdifferenzen, die zwischen Proben vorliegen können, auszuschließen. Die
Resultate werden nachfolgend gezeigt:
-
-
Die
obigen Resultate zeigen, dass eine Proteinentfernung vor der Wärmebehandlung
eine Verbesserung des Aromas der thermisch-inhibierten, nicht-vorgelatinierten,
granulären
Wachsmaisstärke
unterstützte.
-
Nachdem
die bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung im Detail beschrieben wurden, werden dem Fachmann
Modifikationen und Verbesserungen daran einfallen. Dementsprechend
sollen Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung nur durch die
beigefügten
Ansprüche
und nicht durch die vorangehende Beschreibung beschränkt werden.
-
Weitere
Ausführungsformen
der Erfindung werden in den folgenden Punkten genannt:
