DE69819169T2

DE69819169T2 - Verfahren zu herstellung eines kristallinen produkts

Info

Publication number: DE69819169T2
Application number: DE69819169T
Authority: DE
Inventors: R. Subraman CHERUKURI; F. Jose ZAMUDIO-TENA; K. Robert YANG; S. Andrea BLAKE; M. Paul CROUSHORN
Original assignee: Biovail Technologies Ltd
Current assignee: Valeant International Bermuda
Priority date: 1997-08-12
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2018-07-01
Also published as: US6132797A; ATE252649T1; DE69819169D1; EP1003918A1; ES2212317T3; CA2298546A1; JP2004517601A; WO1999007901A1; EP1003918B1; AU8378598A

Description

Diese Anmeldung wird am gleichen Tag wie die gleichzeitig anhängige Anmeldung "Mesomorpher Zucker und daraus gebildete Produkte" (Cherukuri et al.) eingereicht.
Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Zuckerprodukte und insbesondere eine neue strukturelle Form von Zucker und eine mit dieser Form von Zucker hergestellte verzehrbare Zusammensetzung.
Kristallisation ist eines der ältesten bekannten industriellen chemischen Transformationsverfahren. Große Mengen an kristallinen Substanzen werden für gewerbliche Zwecke erzeugt, d. h. mehr als 100 Millionen (10%) metrische Tonnen pro Jahr. Eines der am häufigsten durch Kristallisation hergestellten Produkte ist Zucker.
Die Kristallisation von Zucker stellt einen komplexen Vorgang dar. Das Kristallwachstum beinhaltet eine gleichzeitige Übertragung von Wärme und Masse in einem mehrphasigen Mehrkomponentensystem. Während das gleichzeitige Vorliegen dieser Bedingungen allein bereits komplizierte Steuerungsprobleme aufwirft, schaffen die Fluid- und Teilchenmechanik und die thermodynamische Instabilität weitere Komplikationen.
Gemäß allgemeiner Kenntnis auf dem Gebiet von Zuckern erfolgte eine Kristallisation durch Übersättigung. Eine Übersättigung erfordert die Entfernung von Wasser aus einer Lösung zur Erhöhung der Konzentration an gelösten Stoffen über die charakteristische Gleichgewichtskonzentration hinaus. Hierzu werden Abkühl-, Abdampf- und Fällungsvorgänge herangezogen. Die Herstellungsverfahren zur Kristallisation von Zucker sind wärme- und energieintensiv. Außerdem ist die Keimbildung von Zuckerkristallen während der Übersättigung relativ unkontrollierbar. Infolgedessen lassen sich über Größe und Gestalt der gebildeten Kristalle keine Vorhersagen machen.
Die Nachteile bekannter Zuckerherstellungsverfahren treten besonders bei der Herstellung von Zucker mit verringerter Kristallgröße in Erscheinung. Zuckerprodukte mit verminderter Kristallgröße werden hier als mikrokristalliner Zucker bezeichnet. Einzelne Teilchen von mikrokristallinen Produkten weisen typischerweise eine Größe von nicht mehr als 50 μm auf.
Die Klassifikation von in der Industrie bekannten Kristallbildnern folgt den Verfahren, durch die eine Übersättigung erreicht wird. Die technischen Aspekte von Verfahren, die zur Kristallisation von Zucker herangezogen werden, sind gut dokumentiert. Es handelt sich im allgemeinen um Verfahren mit einem hohen Energieaufwand.
Beispielsweise beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung von Zuckerkristallen von verringerter Größe das Mahlen und Sieben von kristallinem Zucker. Das Mahlen ist energieintensiv. Außerdem führt das Zerbrechen von Zucker zu einer breiten Verteilung der Größen der gemahlenen Zuckerkristalle. Die großen Kristalle müssen erneut gemahlen und gesiebt werden. Ein Großteil des Produkts geht als Feinanteil verloren. Somit erweist sich das Mahlen und Sieben als teuer und ineffizient.
Das US-Patent 3 981 739 (Dmitrovsky et al.) beschreibt die Herstellung von kristallinem Zucker aus einer Lösung durch (1) Einengen eines gelösten Stoffes in Gegenwart von zugesetzten Animpfkristallen und anschließend (2) Entfernen des Lösungsmittels durch Erwärmen und Eindampfen des aus der ersten Einengungsstufe kommenden Stroms. Bei diesen energieintensiven Verfahren entstehen Zuckerkristalle mit einer durchschnittlichen Größe im Bereich von 325–425 μm. Dmitrovsky et al. beschreiben im '739-Patent ein in Lösung ablaufendes Verfahren, das sich auf eine Kristallkeimbildung durch Zugabe von Animpfkristallen stützt, während ein Konzentrationsvorgang durch Eindampfen unter starker Wärmezufuhr und unter Vakuum vorgenommen wird. Das gleiche Verfahren wird im US-Patent 4 056 364 (Dmitrovsky et al.) beschrieben.
Das US-Patent 4 159 210 (Chen et al.) beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines kristallisierten Ahorn-Zuckerprodukts durch (1) Einengen von Ahornsirup auf einen Feststoffgehalt von etwa 93–98 Gew.-% in Gegenwart von Wärme und einem partiellen Vakuum und (2) durch Stoßerhitzen, bis eine Transformation und Kristallisation des Sirups erfolgt. Das Produkt kann anschließend abgekühlt und unter Bildung eines geeigneten Größenbereiches gemahlen und gesiebt werden. Das Verfahren des '210-Patents (Chen et al.) ist energieintensiv, stützt sich auf das "Schlagen" zur Einleitung der Keimbildung der Kristalle und macht einen anschließenden Mahlvorgang unter Bildung von Kristallen von verminderter Größe erforderlich.
Im US-Patent 4 362 757 (Chen et al.) werden ein kristallisiertes Zuckerprodukt und ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben. Das im '757-Patent (Chen et al.) beschriebene Verfahren umfaßt das Einengen von Zuckersirups auf einen Feststoffgehalt von etwa 95 bis etwa 98 Gew.-% unter Erwärmen auf eine Temperatur von etwa 124°C (255°F) bis etwa 149°C (300°F). Der erhaltene eingeengte Sirup wird bei einer Temperatur von etwa 116°C (240°F) gehalten, um eine vorzeitige Kristallisation zu verhindern. Ein Vorgemisch, das aus einem Wirkstoff (z. B. einem flüchtigen Aromastoff, einem Enzym, einer sauren Substanz, wie Ascorbinsäure, einem Fruchtsaftkonzentrat oder einer Substanz mit einem hohen Gehalt an Invertzucker) besteht, wird mit dem konzentrierten Zuckersirup vermischt. Die Kombination wird einem Schlagerwärmungsvorgang unterworfen, bis ein kristallisiertes Zuckerprodukt von Zuckerkristallen mit Fondantgröße und dem Wirkstoff entsteht, das einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 2,5 Gew.-% aufweist. Das Verfahren des '757-Patents (Chen et al.) benötigt einen wärmeintensiven Eineng- und Erwärmungsvorgang für die Kristallkeimbildung.
Das US-Patent 3 365 331 (Miller) und die US-Patente 4 338 350 und 4 362 757 beschreiben ein Verfahren zum Kristallisieren von Zucker, das ein Schlagen einer Zuckerlösung zur Erzielung einer Keimbildung beinhaltet. Das Verfahren beinhaltet die Zufuhr einer erheblichen Energiemenge und ist mit Problemen behaftet, die in direktem Zusammenhang mit der Temperatursteuerung stehen.
Zu weiteren Druckschriften gehören die britische Patentschrift 1 460 416 und das US-Patent 3 972 275 (Tate & Lyle Ltd.), die ein kontinuierliches Verfahren beschreiben, bei dem eine Siruplösung einer "katastrophischen" Keimbildung unterzogen und in eine Kristallisationszone ausgetragen wird. Eine katastrophische Kristallkeimbildung wird erreicht, indem man die Lösung einer Scherkraft aussetzt, die in einer Vorrichtung, wie einer Kolloidmühle oder einem Homogenisator, erreicht werden kann. Die Lösung wird auf ein sich bewegendes Band ausgetragen, auf dem Wasser durch Sieden entfernt werden muß, indem man das Material bei einer relativ hohen Temperatur hält. Ein verwandtes Verfahren ist in der britischen Patentschrift 2 070 015B und im US-Patent 4 342 603 beschrieben, das zur Kristallisation von Glucose herangezogen wird. In dem beschriebenen Verfahren wird eine übersättigte Lösung einer Scherkraft ausgesetzt und auf einem Band zur Kristallisation gebracht. Sowohl das Saccharoseverfahren als auch das Glucoseverfahren benötigen eine Verarbeitung in Lösung bei hohen Temperaturen und sind infolgedessen energieintensiv.
GB-2 155 934B (Shukla et al.) beschreibt ein Verfahren zur Kristallisation von Saccharose oder Glucose aus einer Lösung. Shukla et al. unterwerfen eine Zuckerlösung einem Eindampfvorgang unter Bildung einer übersättigten Zuckerlösung. Die übersättigte Lösung wird sodann in einem kontinuierlichen Schneckenextruder einer Scherkraft ausgesetzt, um eine Kristallkeimbildung einzuleiten. Die Verweilzeit des Sirups beträgt weniger als 25 Sekunden (durchschnittlich) bei einer Temperatur von 155 bis 145°C (239 bis 239°F) für Saccharose und 100 bis 135°C (215 bis 275°F) für Glucose. Nachdem der Sirup einer progressiven Kristallkeimbildung unterzogen worden ist, leiten Shukla et al. den Sirup auf ein sich bewegendes Band, um eine Kristallisation allmählich bei einer relativ hohen Temperatur ablaufen zu lassen. Das Verfahren gemäß Shukla et al. erfordert die Aufrechterhaltung der Lösung bei Temperaturen, die nicht unter den Siedepunkt von Wasser absinken.
Das US-Patent 3 615 671 (Shoaf) beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Nahrungsmittelprodukten, bei dem trockene teilchenförmige Nahrungsmittelteilchen in einem Gehäuse aus gesponnenen Zuckerfilamenten eingeschlossen werden. Um eine Verstärkung von (1) der Formgebung der Fasern und Teilchen und (2) der Tendenz der Fasern zur Haftung aneinander bei einem minimalen Druck zu erreichen, verwendet Shoaf ein Feuchthaltemittel im zu verspinnenden Zuckergemisch und kontrolliert die relative Feuchtigkeit der die Filamente umgebenden Gase während des Spinnvorgangs. Die folgenden Feuchthaltemittel werden als geeignet erwähnt: Invertsirup oder Maissirup und mehrwertige Alkohole, wie Sorbit, Glycerin und fünfwertige Alkohole, z. B. Xylit. Shoaf befaßt sich mit der Verhinderung der Kristallisation des gesponnenen Zuckers, um es dem Hersteller zu ermöglichen, trockene Nahrungsmittelteilchen durch Einwickeln und Verpressen von Filamenten des gesponnenen Zuckers um die Teilchen herum einzuschließen.
In neuerer Zeit beschreibt eine von der Fa. Domino Sugar Corporation, Industrial Products, vertriebene Broschüre mit der Bezeichnung "Co-Crystallization" (ohne Datum) ein Produkt, bei dem Kristalle von Mikrogröße Aggregate mit einem zweiten Bestandteil, der über die Oberfläche der einzelnen Aggregate hinweg angeordnet ist, bilden. Das Verfahren zur Herstellung dieses neuartigen Produkts macht es notwendig, daß sämtliche Ausgangsmaterialien in flüssigem Zustand vorliegen. Daher muß das Lösungsmittel unter Wärmeeinwirkung und/oder Vakuum ausgetrieben werden, um den Sirup zur Erzielung von Kristallwachstum einzuengen. Wie bei anderen, in Lösung ablaufenden Verfahren ist zur Umwandlung des Zuckers zu Kristallen von Mikrogröße Energiezufuhr erforderlich.
Den vorstehend dargelegten Verfahren sowie anderen, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren liegt die technische Philosophie der Dehydratisierung zur Förderung der Kristallisation zugrunde. Eine Übersättigung, Pfannentrocknung und Kristallkeimbildung durch Bewegen oder chemische Reaktionen hängen vom Prinzip der Beseitigung von Wasser unter Bildung von Kristallen ab. Eine übliche Schwierigkeit bei der Kristallisation auf der Grundlage dieses technischen Vorgangs besteht in einer mangelnden Kontrolle des Kristallwachstums.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von mikrokristallinem Zucker ist in den US-Patenten 5 518 551 und 5 601 076 (Battist et al.) beschrieben. Dieses Verfahren erfordert die Zugabe von amorphem Zucker zu einem großen Volumenüberschuß einer Flüssigkeit, bei der es sich großenteils um eine Flüssigkeit handelt, in der Zucker nicht löslich ist. Diese Flüssigkeit enthält vorzugsweise ein Lösungsmittel für den Zucker, d. h. Wasser, das einen erheblichen Beitrag zur Bildung von Kristallen leisten soll. Das erhaltene Produkt ist deutlich sphäroidal, wobei kleinere Kristalle in einem "helikalen" Muster angeordnet sind. Dieses Verfahren liefert ein wertvolles Produkt mit kleinen Kristallen, wobei bei dem Verfahren eine relativ große Menge an organischen Flüssigkeiten, wie Ethanol oder Xylol, erforderlich ist, was bei der Handhabung in Bezug auf Entflammbarkeit und eine umweltfreundliche Entsorgung problematisch sein kann. Außerdem erfordert die Entfernung großer Mengen dieser organischen Flüssigkeiten einen erheblichen Zeit- und Energieaufwand und die Verwendung derartiger Flüssigkeiten trägt zu den Materialkosten dieses Verfahrens bei. Gelegentlich kann es auch trotz derartiger Anstrengungen schwierig sein, Spurenmengen der organischen Flüssigkeit zu entfernen, wobei Restmengen möglicherweise den Geschmack beeinträchtigen, wenn das Kristallprodukt in Nahrungsmitteln verwendet wird.
Somit würde es einen erheblichen Vorteil auf dem Gebiet der Kristallisation darstellen, wenn man einen Mechanismus zur Kristallbildung bereitstellen könnte, der von der herkömmlichen Dehydratisierung abgeht und eine energiesparende Maßnahme zur Herstellung eines kristallinen Zuckerprodukts bereitstellt.
Demzufolge besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, dem Fachmann die Herstellung eines Zuckerprodukts zu ermöglichen, das eine vorhersagbare und gleichmäßige Kristallgröße aufweist, ohne daß energieintensive Verfahrensschritte erforderlich sind. Weitere Ziele sowie eine überraschende, neue Zucker/Kristall-Technologie werden in der restlichen Beschreibung offenbart.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere in den beigefügten Ansprüchen 1 bis 3 definiert.
Die vorliegende Erfindung stellt eine neue strukturelle Form von Zucker bereit. Die neue "mesomorphe" Form von Zucker umfaßt eine im wesentlichen ungeordnete oder statistisch verteilte Makrostruktur und eine kristalline Mikrostruktur aus unzähligen Kristallitstrukturen. Die Kristallitstrukturen bestehen ihrerseits aus Zuckerkristalliten, die recht klein, d. h. in der Größenordnung von etwa 10⁵ Meter oder weniger, und recht einheitlich in ihrer Größe sind.
Die Polykristallitstrukturen der mesomorphen Struktur können desintegriert sein und die Kristallitkomponenten können ihrerseits monodispers sein. Um die Kristallite als ein getrenntes Produkt zu erhalten, die gemeinsam die Polykristallitstruktur bilden, werden die Polykristallite der mesomorphen Zuckerstruktur desintegriert. Dies wird erreicht, indem man das mesomorphe Material mit einer Zuckerlösung, vorzugsweise einer mit Zucker gesättigten Flüssigkeit, z. B. einer Lösung mit einem Gehalt an etwa 60–67 Gew.-% Zucker, wie Saccharose, in Kontakt bringt. Die erhaltenen monodispersen Kristallite sind bezüglich ihrer Abmessungen hochgradig gleichmäßig, wobei sie eine Teilchengröße in der Größenordnung von etwa 10^–5 Meter (10 μm) oder noch weniger aufweisen. Ein höherer oder geringerer prozentualer Anteil an Saccharose in der gesättigten Flüssigkeit kann auch dazu dienen, das monodisperse Polykristallitmaterial hervorzubringen. Der Fachmann kann den optimalen prozentualen Anteil bestimmen. Ferner stellt der Fachmann möglicherweise auch fest, daß andere Saccharidmaterialien und möglicherweise zusätzliche Materialien in einer gesättigten Flüssigkeit verwendet werden können, um die erfindungsgemäßen Polykristallite zu erhalten. Die Menge der in Bezug auf Saccharose gesättigten Flüssigkeit, die zur Freisetzung der Polykristallite erforderlich ist, variiert, liegt aber typischerweise im Bereich von etwa 20 Gew.-% oder mehr.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zur Herstellung eines Zuckerprodukts, das das Zusammenbringen von amorphem Zucker mit einem nicht-lösenden Kristallisationspromotor, welcher im wesentlichen kein zugesetztes Zucker-Lösungsmittel enthält, umfaßt, wobei der Kristallisationspromotor mit einer solchen Geschwindigkeit und in einer solchen Menge zugeführt wird, die einen mesomorphen Zucker mit einer statistisch verteilten Polykristallitstruktur ergeben.
Das Verfahren kann ferner zunächst das Bereitstellen des amorphen Zuckers durch eine Flash-Fließverarbeitung eines zuckerhaltigen Ausgangsmaterials oder durch Flüssigkeits-Flash-Konditionierung, die amorphe, jedoch sphäroidale Zuckerteilchen ergibt, umfassen. Beispielsweise kann die Flash-Fließverarbeitung das Einwirken einer durch Hochgeschwindigkeitsspinnen ("high-speed spinning") an einem Spinnkopf ("spinning head") erzeugten Scherwirkung auf einen Zuckerträger umfassen, wobei der Spinnkopf das Material nach außen gießt, wobei das Einsatzmaterial in diesem Kopf einer Erwärmungs- und Scherbehandlung unterzogen wird, die ausreicht, um einen Flash-Strom im Zuckerträger hervorzurufen. Diese Art von Flash-Fließverarbeitung wird als "Flash-Erwärmung" bezeichnet. Alternativ kann die Flash-Fließverarbeitung das Erwärmen eines nicht-solubilisierten Einsatzmaterials mit einem Zuckerträger in einem zur Bereitstellung eines internen Stroms im Zuckerträger ausreichenden Maße, das Ausstoßen des Einsatzmaterials, wobei sich der Zucker in diesem internen Fließzustand befindet, und das Behandeln des Einsatzmaterials mit einer aufbrechenden Fluid-Scherkraft unter Bildung von mehrfachen Massen des Trägers umfassen. Diese Art von Flash-Fließverarbeitung wird als "Flash-Schereinwirkung" bezeichnet.
Ferner kann der amorphe Zucker durch eine Technik, die als "Flüssigkeits-Flash-Verarbeitung" ("liquiflash processing") bezeichnet wird, erzeugt werden. Diese Technik wird in der erst vor kurzem erteilten US-Anmeldung SN 08/330,412 (Anmeldetag 28. Oktober 1994, Myers et al.) dargelegt und beansprucht. Kurz zusammengefaßt, umfaßt dieses Verfahren das Behandeln des Einsatzmaterials, wobei im wesentlichen kein lösendes Medium vorhanden ist, unter solchen Bedingungen in Bezug auf Zentrifugalkraft und Temperatur, die das Einsatzmaterial von einem Feststoff in eine Flüssigkeit und zurück zu einem Feststoff verwandeln, so daß ein im wesentlichen unbehinderter interner Strom des Einsatzmaterials, während dieses verflüssigt ist, gewährleistet wird. Die gesamte Umwandlung findet vorzugsweise in weniger als etwa 5 Sekunden und üblicherweise in einer wesentlich kürzeren Zeit statt. Während das Einsatzmaterial verflüssigt ist, wird eine Schwerkraft in einem Betrag angelegt, der ausreicht, um diskrete Teilchen des Einsatzmaterials durch natürliche Massentrennung zu trennen. Die Wirkung der Scherkraft auf die Teilchen erfolgt, während sich das verflüssigte Einsatzmaterial in einem unbehinderten Fließzustand befindet. Wenn die Flüssigkeit erstarrt, wird ein festes Mikrokügelchen gebildet.
Ferner fällt es unter den Umfang der Erfindung, amorphen Zucker zusätzlich zu den vorgenannten Quellen auch aus anderen Quellen zu verwenden.
Der amorphe Zucker kann ferner ein Additiv umfassen, wobei dieses Additiv anschließend als Folge des erfindungsgemäßen Verfahrens in den statistisch verteilten Polykristallitstrukturen kokristallisiert. Bei derartigen Additiven handelt es sich vorzugsweise um Materialien, die in den amorphen Zucker integriert werden können, ohne den amorphen Zustand des Zuckers zu verringern und ohne anschließend die statistisch verteilten Polykristallitstrukturen zu beeinträchtigen. Beispielsweise kann das Additiv aus folgender (nicht beschränkender) Gruppe ausgewählt werden: Aromastoffe, den biologischen Zustand beeinflussende Stoffe, Farbstoffe, Geruchsstoffe, Nahrungsmittelprodukte, Nahrungsbestandteile und andere verträgliche Substanzen. Der amorphe Zucker kann ferner ein oberflächenaktives Mittel enthalten.
Der amorphe Zucker wird dann ohne oder mit einem oder mehreren der vorstehenden Additive mit dem Kristallisationspromotor in Kontakt gebracht. Ein Zerhacken oder Zerkleinern des amorphen Zuckers entweder vor oder während des Kontakts mit dem Promotor stellt häufig eine wünschenswerte Maßnahme dar, um den Kristallisationsvorgang zu beschleunigen. Die Verwendung einer kleinen oder großen Meng- oder Mischvorrichtung kann das Aufbrechen der amorphen Zuckermasse unterstützen.
Bei diesem Verfahren kann der Kristallisationspromotor ferner ein Additiv umfassen, das zusammen mit dem amorphen Zucker unter Bildung der Polykristallite der mesomorphen Zuckerstruktur kokristallisiert. Auch hier wird das Additiv vorzugsweise aus der folgenden nicht-beschränkenden Gruppe ausgewählt: Aromastoffe, den biologischen Zustand beeinflussende Mittel, Farbstoffe, Geruchsstoffe, Nahrungsmittelprodukte, Nahrungsbestandteile und andere verträgliche Substanzen. Insbesondere handelt es sich beim Additiv um ein den biologischen Zustand beeinflussendes Mittel, das unter Inhalationsmitteln ausgewählt ist.
Das Verfahren kann zur Herstellung eines mesomorphen Produkts herangezogen werden, bei dem der durchschnittliche Durchmesser der statistisch verteilten Polykristallitstrukturen, die darin vorhanden sind, nicht mehr als etwa 200 μm beträgt.
Der Kristallisationspromotor wird vorzugsweise bei einer Temperatur von nicht unter etwa –20°C gehalten. Bei einem besonders bevorzugten Kristallisationspromotor handelt es sich um Ethanol. Zu weiteren geeigneten Promotoren gehören beispielsweise Xylol, Aceton, Benzol, andere Alkohole und Kohlenwasserstoffe, sowie Ester, Aldehyde, Ketone, Polyole und dergl. und beliebige Kombinationen der vorgenannten Substanzen. Auch Aromaöle, z. B. Pfefferminz- und Krauseminzöl sowie zahlreiche andere Aromaöle, die dem Nahrungsmittelfachmann zur Verfügung stehen, können als Kristallisationspromotoren verwendet werden. In einigen Fällen werden diese nicht-lösenden Kristallisationspromotoren mit einer Hydroxylgruppe (-OH-Gruppe) in vorteilhafter Weise im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt. Beim Kristallisationspromotor handelt es sich um ein Nichtlösungsmittel in dem Sinne, daß der Zucker sich darin nicht oder höchstens nur minimal löst, was nachstehend definiert ist. Der Promotor ist ferner vorzugsweise wasserfrei, d. h. im wesentlichen frei von bekannten Zucker-Lösungsmitteln, wie Wasser, die derzeit im Stand der Technik verwendet werden. Die Anwesenheit von Wasser im Kristallisationspromotor kann häufig zur Bildung von Kristallen führen, die größer als 50 μm sind. Ferner wurde jetzt festgestellt, daß die Verwendung von beliebigen der vorstehenden nicht-lösenden Kristallisationspromotoren in Gasform, z. B. als Dämpfe, wie wasserfreier Ethanoldampf, ebenfalls zur Kristallisation des amorphen Zucker-Einsatzmaterials unter Bildung des erfindungsgemäßen mesomorphen Produkts herangezogen werden kann.
Die vorstehend gebildeten Polykristallitstrukturen können unter Bildung von Kristalliten desintegriert werden. Vorzugsweise umfaßt die Desintegrationsstufe das Kontaktieren der Polykristallitstrukturen des mesomorphen Produkts mit einer im wesentlichen zuckergesättigten wäßrigen Flüssigkeit. Die erhaltenen Kristallite weisen einen durchschnittlichen Kristalldurchmesser von nicht mehr als etwa 10 μm und insbesondere von nicht mehr als etwa 5 μm oder sogar noch weniger auf.
Eine Fondantzusammensetzung, die ein mesomorphes Zuckerprodukt mit einer statistisch verteilten Polykristallitstruktur umfaßt, kann bereitgestellt werden. Die Fondantzusammensetzung umfaßt monodisperse Zuckerkristallite, die durch Desintegration eines mesomorphen Zuckerprodukts mit einer statistisch verteilten Polykristallitstruktur erhalten worden sind. Vorzugsweise umfaßt die Fondantzusammensetzung etwa 30 bis etwa 70 Gew.-% einer statistisch verteilten Polykristallitstruktur, etwa 20 bis etwa 70 Gew.-% Zuckerlösung und 0 bis etwa 10 Gew.-% insgesamt aus mindestens einem Bestandteil aus der Gruppe Gummen, Feuchthaltemittel, Fette, Aromastoffe und Kombinationen davon unter Bildung einer Zusammensetzung mit 100 Gew.-%. Vorzugsweise umfaßt die Fondantzusammensetzung 0 bis etwa 10 Gew.-% Gummi, 0 bis etwa 10 Gew.-% Feuchthaltemittel, 0 bis etwa 2 Gew.-% Aromastoff und 0 bis etwa 20 Gew.-% Fett.
Eine Fondantzusammensetzung wird hergestellt, indem man einen Bestandteil aus der Gruppe, die aus einem mesomorphen Zuckerprodukt mit einer statistisch verteilten Polykristallitstruktur, monodispersen Zuckerkristalliten, die durch Desintegration der statistisch verteilten Polykristallitstruktur unter Bildung des mesomorphen Zuckers und Kombinationen davon mit anderen Fondantbestandteilen besteht, wobei das Fondantprodukt bereitgestellt wird.
Außerdem wird eine verzehrbare Zusammensetzung zur Verwendung mit gebackenen, verzehrbaren Nahrungsmittelprodukten bereitgestellt, die monodisperse Zuckerkristallite und mindestens einen weiteren Bestandteil, der aus der Gruppe Gummen, Feuchthaltemittel, Fette, Aromastoffe und Kombinationen davon ausgewählt ist, bereitgestellt, wobei die monodispersen Zuckerkristallite bereitgestellt werden, indem man ein mesomorphes Zuckerprodukt mit einer statistisch verteilten kristallinen Struktur desintegriert. Beispielsweise wird ein gebackenes Nahrungsmittel bereitgestellt, das folgendes umfaßt:

A. einen gebackenen Teil; und
B. eine Zusammensetzung, die folgendes umfaßt:
(i) einen Zuckerteil, der aus der Gruppe, die aus einem mesomorphen Polykristallitzucker, monodispersen Zuckerkristalliten, die durch Desintegration des mesomorphen Polykristallitzuckers erhalten worden sind, und einer Kombination daraus besteht, ausgewählt ist; und
(ii) mindestens ein Bestandteil der aus der Gruppe Gummen, Feuchthaltemittel, Fette, Aromastoffe und Gemische davon ausgewählt ist.

Zu einem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird auf die Zeichnung, die folgende ausführliche Beschreibung und auf die nicht-beschränkenden Beispiele verwiesen. Der Umfang der Erfindung wird in den Ansprüchen, die sich an die ausführliche Beschreibung anschließen, beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des erfindungsgemäßen besonderen mesomorphen Zuckerprodukts unter Erläuterung der einen Bestandteil bildenden Polykristallite und von deren statistischer Verteilung in der mesomorphen Struktur.
2 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der durch Desintegration des in 1 dargestellten mesomorphen Zuckerprodukts erhaltenen monodispersen Zuckerkristallite.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Nachstehend wird auf die Zeichnung und insbesondere auf 1 Bezug genommen. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine strukturelle Form von Zucker, die eine mikrokristalline Nahbereichsstruktur als Teil einer statistisch verteilten Fernbereichsstruktur darstellt. Diese neue Struktur oder Morphologie wird als "mesomorphe" Struktur bezeichnet, die sich wesentlich von herkömmlichem kristallinem Zucker unterscheidet und sich ferner von amorphem Zucker unterscheidet. Unter "mesomorph" ist zu verstehen, daß die Struktur eine besondere Morphologie aufweist, die als ein Mittelding zwischen kristallin und amorph beschrieben werden kann, weswegen das Präfix "meso" gewählt wird. Insbesondere ist das erfindungsgemäße mesomorphe Material durch eine statistisch verteilte Fernbereichsmakrostruktur und eine kristalline Mikrostruktur gekennzeichnet. Die Makrostruktur umfaßt nicht-periodische Strukturen, die Größenordnungen von mehr als etwa 10^–5 m aufweisen, während die Mikrostruktur kristalline Strukturen umfaßt, die Abmessungen von etwa 10^–5 m oder weniger aufweisen. Diese Merkmale des erfindungsgemäßen mesomorphen Materials sind in 1 deutlich dargestellt. Bei dieser Figur handelt es sich um eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des erfindungsgemäß hergestellten mesomorphen Zuckers mit einer Vergrößerung von 3 000 X.
Zahlreiche makrostrukturellen Merkmale des erfindungsgemäßen Materials sind vollkommen willkürlich (statistisch verteilt), wobei es ihnen an jeglicher weitreichender Periodizität mangelt. Einige der Makrostrukturen können jedoch einer statistisch verteilten, trabekulären Struktur ähneln, die eine Ähnlichkeit mit nahtlos verbundenen Sparren mit willkürlichen Längen und Querschnitten aufweist und Hohlräume von willkürlichen Abmessungen und Orientierungen definiert. Derartige makrostrukturelle Merkmale sind z. B. in 1 dargestellt.
Das mesomorphe Material läßt sich ferner auf einem stärker mikroskopischen Niveau als eine Ansammlung von zahllosen Kristallitkörpern beschreiben, die jeweils individuell die periodischen Struktureigenschaften von Kristallen zeigen, die jedoch grob gesehen wesentlich kleiner als bei herkömmlichen raffinierten Zuckern sind. Diese Kristallitstrukturen können daher als mikrokristallin charakterisiert werden. Außerdem sind die Kristalliteinheiten in das mesomorphe Material integriert, jedoch im wesentlichen ohne festgelegte Ordnung. Dies bedeutet, daß im wesentlichen keine Interkristallit-Symmetrie oder -Periodizität besteht. Aufgrund der außerordentlich großen Anzahl an Mikrokristalliten im mesomorphen Material kann es als "Polykristallit" bezeichnet werden. Demzufolge soll der Ausdruck "mesomorph" sämtliche Polykristallitstrukturen, die eine statistisch verteilte Makrostruktur aufweisen, umfassen.
Das erfindungsgemäße mesomorphe Material unterscheidet sich von bisher bekannten Formen von Zucker. Herkömmlicherweise weist Zucker eine rein kristalline Form auf mit regelmäßiger Nahbereich- und Fernbereich-Periodizität und anderen physikalischen Kennzeichen kristalliner Materialien, wie ein diskreter Schmelzpunkt. von amorphem Zucker ist ferner bekannt, daß es ihm im wesentlichen an Kristallinität und im wesentlichen an Periodizität oder Regelmäßigkeit der Struktur fehlt. Amorpher Zucker kann als glasartiges Material charakterisiert werden; vgl. z. B. US-Patent 5 206 355 (Richards et al.). Weitere Formen von Zucker sind bekannt, z. B. sphäroidale Zuckerstrukturen in der kürzlich erteilten US-Patentanmeldung SN 08/330,412. Das erfindungsgemäße Produkt entspricht jedoch nicht den herkömmlichen strukturellen Kategorien.
Der Ausdruck Polykristallit soll zur Beschreibung des erfindungsgemäßen mesomorphen Materials insofern dienen, als es aus zahlreichen winzigen Kristalliten zusammengesetzt ist. Bei mikroskopischer Betrachtung der mesomorphen Strukturen lassen sich die einzelnen winzigen Kristallite feststellen, wobei hier wieder auf 1 Bezug genommen wird. Die Abmessungen dieser Kristallite liegen in der Größenordnung von 10^–5 m oder darunter, d. h. weniger als etwa 10 μm und vorzugsweise weniger als etwa 5 μm. (Das mesomorphe Polykristallit-Material kann wiederum unter Freisetzung der Kristallite zerfallen. Beispielsweise können Kristallite bei Kontakt mit einer gesättigten Zuckerlösung freigesetzt werden, wie nachstehend ausgeführt wird.)
Es wurde festgestellt, daß das mesomorphe Polykristallit-Produkt ideal zur Bildung zahlreicher eßbarer Produkte ist, z. B. für Fondants, wie Kuchenzuckerguß, Süßwarenfüllungen, beschichtete Süßigkeiten-Fondants (z. B. mit Schokolade beschichtet) und dgl. Die außerordentliche Feinheit der Kristallite sowie die rasche Dispergierbarkeit, ausgehend von der mesomorphen Form, ermöglicht eine einfache Herstellung von eßbaren Produkten mit ungewöhnlich hoher Glattheit. Dies steht im Gegensatz zur körnigen Struktur, die häufig selbst Produkte, die mit Konditorzucker (6X) hergestellt sind, und andere Produkte von ähnlicher Körnigkeit beeinträchtigt. Zusätzlich zur glatten Beschaffenheit, die den Produkten durch das mesomorphe Material verliehen wird, wirken sich die Eigenschaften des Polykristallitzuckers überraschenderweise insofern aus, als sie dem erhaltenen Produkt ein Mundgefühl verleihen, das normalerweise mit zugesetzten Fettbestandteilen verbunden wird. Da der Kaloriengehalt von Zucker wesentlich geringer als der von Fett ist, eignet sich das mesomorphe Produkt in idealer Weise zum Ersatz zumindest eines Teils (wenn nicht der Gesamtheit) von Fett in verzehrbaren Produkten, wie Zuckergüssen, Füllungen und dgl. Das organoleptische Empfinden, das durch Fett hervorgerufen wird, wird durch die Verwendung des vorliegenden Produktes eng nachgeahmt, ersetzt oder sogar übertroffen.
Wie vorstehend erläutert, führt kristalliner Zucker, der gemäß aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellt worden ist, zu einer Vielzahl von Kristallgrößen. Dies ist auf zahlreiche Faktoren zurückzuführen, die alle auf das grundlegende Fehlen einer Steuerung der Kristallkeimbildung und des Kristallwachstums zurückzuführen sind. Erfindungsgemäß werden dagegen die neuen mesomorphen Polykristallit-Strukturen so gezüchtet, daß sie individuelle Kristallite einer vorhersagbaren gleichmäßigen Größe umfassen.
Der hier verwendete Ausdruck "monodispers" bedeutet, daß mindestens etwa 60 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 80 Gew.-% und insbesondere mindestens 90 Gew.-% der Kristalle einen größten Durchmesser aufweisen, der innerhalb von 60% des durchschnittlichen Kristalldurchmessers liegt. Der Kristalldurchmesser ist die Abmessung, die die längste geradlinige Abmessung in der größten Ebene, die durch einen dreidimensionalen Kristall genommen wird, darstellt. Betrachtet man einen Kristall mit drei Abmessungen (x, y und z), so handelt es sich beim Kristalldurchmesser um die größte geradlinige Abmessung in der größten, durch den Kristall gehenden Ebene. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bedeutet der Ausdruck "Monodispersibilität", daß mindestens 60% der Kristalle innerhalb von 50% des durchschnittlichen Kristalldurchmessers und bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform innerhalb von 40% des durchschnittlichen Kristalldurchmessers liegen. Im Hinblick auf die Tatsache, daß ein derartiger erheblicher prozentualer Anteil der Kristalle innerhalb eines sehr gleichmäßigen Größenbereiches gezüchtet werden kann, werden bei der Verwendung des Produkts erhebliche Vorteile erzielt.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt insofern etwas besonderes dar, als die Verfahrensweise genau entgegengesetzt zur klassischen Lehre der Zuckertechnologie, die darin besteht, einen Kristall durch Konzentrieren und/oder Übersättigen von Zucker aus einer Lösung zu bilden, verläuft. Die vorliegende Erfindung bedient sich einer Vorgehensweise, die speziell jegliche Zugabe eines Zuckerlösungsmittels, wie Wasser, vermeidet. Die Anmelderin hat festgestellt, daß zugesetztes Wasser die besonderen mesomorphen Strukturen und das besondere Kristallitwachstum, wie es hier beschrieben wird, stören kann. Ferner bedient sich gemäß den hier gemachten Angaben das erfindungsgemäße Verfahren einer erheblich geringeren Menge an Kristallisationspromotor, als sie bisher für notwendig erachtet wurde. Dies führt wiederum dazu, daß zum Erhalt des besonderen erfindungsgemäßen Produkts weniger Kristallisationspromotor ausgetrieben werden muß. Ein geringerer Anteil an Kristallisationspromotor im Endprodukt bedeutet eine geringere Beeinträchtigung der organoleptischen Eigenschaften des Produkts.
Im Gegensatz zur Lehre auf dem Gebiet der Zuckerkristallisation wird das erfindungsgemäße Zuckerprodukt durch Zugabe eines fraktionellen Volumens eines Kristallisationspromotors, d. h. eines Nichtlösungsmittel-Dampfes, zum amorphen Zucker hergestellt. Unter dem Ausdruck "amorpher Zucker", der hier verwendet wird, ist ein Zuckerausgangsmaterial zu verstehen, das einen hohen prozentualen Anteil an amorpher Beschaffenheit aufweist, d. h. daß mehr als 50 Gew.-% und vorzugsweise mehr als 70 Gew.-% des Zuckerausgangsmaterials amorph sind.
Diese besondere Vorgehensweise der Erfindung umfaßt das Kontaktieren von amorphem Zucker mit einem Kristallisationspromotor, d. h. einem nicht-wäßrigen, Zucker nicht lösenden, gasförmigen Dampf, so daß der Kristallisationspromotor für den amorphen Zucker mit einer gesteuerten Rate und in einer Menge verfügbar gemacht wird, die ein Wachstum der Polykristallit-Strukturen, die das mesomorphe Zuckerprodukt umfassen, ermöglicht.
Der Kristallisationspromotor wird dem amorphen Zucker in einer relativ untergeordneten Menge zugesetzt. Wenn es sich beim Kristallisationspromotor um einen gasförmigen Nichtlösungsmittel-Dampf handelt, so ist es möglich, etwa 1–2 Gew.-% oder sogar weniger zu verwenden. Dies stellt einen erheblichen Vorteil auf dem einschlägigen Gebiet dar, auf dem ein äußerst großer Überschuß an Kristallisationspromotor, häufig in der Größenordnung des 10- bis 15-fachen und bis zum 100-fachen des Gewichts des Zuckers, als notwendig erachtet wurde.
Da ein derart geringer Anteil des vereinigten Gemisches aus Kristallisationspromotor/amorphem Zucker flüssig ist, bleibt das Gemisch während des Herstellungsvorgangs im wesentlichen fest. Die beiden Komponenten werden durch eine herkömmliche Mischvorrichtung vermischt, um die Komponenten zirkulieren zu lassen und sie in einen "Recycling"-Kontakt miteinander zu bringen. Der Ausdruck "Recycling" bezieht sich darauf, daß der Kristallisationspromotor durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht verbraucht wird, sondern als "Katalysator" zur Förderung der Bildung des mesomorphen Materials verwendet wird. Als "Katalysator" kann der Kristallisationspromotor kontinuierlich zurückgeführt werden, um an der Kristallitbildung an unterschiedlichen Stellen zu unterschiedlichen Zeitpunkten innerhalb der Masse des Gemisches während der Verarbeitung teilzunehmen. Es wird nicht angenommen, daß der Kristallisationspromotor irgendeine chemische Veränderung im gebildeten mesomorphen Material herbeiführt. Somit handelt es sich beim Kristallisationspromotor nicht um einen typischen Katalysator, vielmehr ermöglicht und erleichtert der Kristallisationspromotor den mesomorphen Umwandlungsvorgang und kann im Anschluß an das Verfahren sogar in unveränderter Weise zurückgewonnen werden.
Der Fachmann stellt ferner fest, daß man durch Hacken, Mahlen und/oder Zerkleinern des amorphen Zuckerausgangsmaterials entweder vor Kontakt mit dem Kristallisationspromotor oder während dieses Kontakts den Kristallisationsvorgang unterstützen kann. Die Verwendung einer Klinge, eines Mengers oder Mischers ist daher wünschenswert, um den amorphen Zucker weiter zu konditionieren. Ein Mischer mit hoher Scherkraft ist diesbezüglich besonders gut geeignet. Ein Rotor-Stator mit hoher Scherkraft, z. B. das Gerät IDA Ultra-Turrax T25 der Firma Janke & Kunkel kann die Herstellung von Zucker-Polykristalliten in sehr geringen Abmessungen verbessern. Der Rotor-Stator bewirkt ein Mahlen der amorphen Zuckermikropartikel (Mikrokügelchen mit einer Größe von etwa 300 μm bei Herstellung unter Liquiflash-Bedingungen), wodurch die Oberfläche vergrößert wird. Ferner bewirkt die Schereinwirkung eine Verstärkung des Feststoff-Flüssigkeits-Kontakts, so daß es zu einer Verkürzung der Kristallisationszeit und zu einer starken Vereinfachung des Kristallisationsvorgangs kommt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß praktisch der gesamte Kristallisationspromotor zurückgewonnen werden kann, typischerweise durch Verflüchtigung, wobei im wesentlichen kein Promotor mehr im fertigen mesomorphen Material zurückbleibt. Im Ergebnis weist das mesomorphe Material typischerweise einen Geschmack auf, der im wesentlichen durch die Promotorflüssigkeit oder durch gasförmigen Dampf nicht beeinträchtigt ist. Daher sind unter Verwendung des mesomorphen Materials hergestellte verzehrbare Produkte im wesentlichen frei von Beigeschmack, was den mesomorphen Zucker zu einer ungewöhnlichen feinen und erwünschten Komponente in derartigen Produkten macht.
Obgleich die vorliegende Erfindung vorwiegend Zucker gemäß der hier gegebenen Definition betrifft, soll auch die Verarbeitung (und die dadurch erhaltenen Produkte) beliebiger amorpher fester Formen einer Verbindung, die zur Bildung von Kristallen befähigt ist, umfaßt werden. Zu derartigen Verbindungen können Lactose, Dextrose, Polydextrose, Maltodextrine und dgl. z. B. andere Mono-, Di- und Oligosaccharide, gehören. Zu weiteren Beispielen für derartige Verbindungen gehören Inulin, Sorbit und "palantient", das unter der Warenbezeichnung Isomal vertrieben wird. Ferner können die intensiven Süßungsmittel, wie Aspartam, Alitan (Pfizer) und Sucrolose (Johnson & Johnson) Bestandteile des Materials darstellen, das unter Bildung des amorphen Ausgangsmaterials verarbeitet wird. Beliebige Gemische von zwei oder mehr der vorstehenden Verbindungen mit oder ohne Saccharose fallen ebenfalls unter den Gegenstand der Erfindung. Ferner kann bei einigen Ausführungsformen das zu kristallisierende, amorphe Ausgangsmaterial bis zu etwa 70 Gew.-% einer verzehrbaren Verbindung auf Säurebasis enthalten, wobei ein Gehalt bis zu etwa 50 Gew.-% bevorzugt, ein Gehalt von etwa 15– 35 Gew.-% besonders bevorzugt und ein Gehalt von etwa 20–25 Gew.-% ganz besonders bevorzugt ist. Derartige verzehrbare Säureverbindungen können beispielsweise aus der folgenden, nicht-beschränkenden Liste von Verbindungen ausgewählt werden: Citrate, Ascorbate, Lactate, Succinate, Tartrate, von Fumarsäure, Adipinsäure und Maleinsäure abgeleitete Verbindungen und dgl. Die Vorteile, die mit außerordentlich kleinen Kristalliten verbunden sind, wie leichte Dispergierbarkeit und geringe Restmengen des Kristallisationspromotors treten bei diesen alternativen, erfindungsgemäß verarbeiteten Materialien auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren bedient sich eines Kristallisationspromotors, in dem sich das amorphe Material nicht löst, d. h. eines "Nichtlösungsmittels". Unter einer "nicht-lösenden" Flüssigkeit ist eine Flüssigkeit zu verstehen, die im wesentlichen kein Wasser enthält, und in der sich das amorphe Material nicht löst, d. h. in 50 ml der Flüssigkeit löst sich weniger als 1 g des amorphen Materials. Eine derartige nicht-lösende Flüssigkeit ist Ethanol. Der nicht-lösende Kristallisationspromotor kann ein Gemisch aus zwei oder mehr beliebiger der hier aufgeführten Nichtlösungsmittel umfassen.
Der Fachmann erkennt, daß zahlreiche Flüssigkeiten, die in einem anderen Zusammenhang als "Lösungsmittel" angesehen werden, sich als Nichtlösungsmittel-Kristallisationspromotoren erweisen, wenn ihre Eigenschaften und die Eigenschaften der amorphen Materialien, mit denen sie verwendet werden, die hier definierte Verträglichkeit aufweisen. Somit kann der Fachmann verfügbare Ressourcen heranziehen, um eine Bewertung vorzunehmen, ob eine Flüssigkeit als Kristallisationspromotor statt als Lösungsmittel für das amorphe Material, das mesomorph gemacht werden soll, verwendet werden kann. Vorzugsweise handelt es sich beim Kristallisationspromotor für das hier beschriebene Verfahren und Produkt um Ethanol. Insbesondere im Zusammenhang mit Zucker ist jedoch zu erwarten, daß auch andere Materialien, wie andere Alkohole (z. B. Methanol, Propanol, Butanol, Pentanol, Benzylalkohol und dgl.), andere Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Aceton, Xylol und dgl., sowie Gemische der vorerwähnten Produkte verwendet werden können. Es ist bevorzugt, daß der Kristallisationspromotor bei diesen Anwendungen, die auf ein verzehrbares Produkt abgestellt sind, im wesentlichen nicht-toxisch ist. Ferner ist es in hohem Maße bevorzugt, daß der Nichtlösungsmittel-Kristallisationspromotor im wesentlichen frei von Feuchtigkeit ist. Obgleich Wasser den Kristallisationsvorgang beschleunigen kann, führt es häufig zur Bildung von Polykristalliten, die 50 μm übersteigen. Ferner kann es wünschenswert sein, Nichtlöungsmittel mit einer relativ hohen Dielektrizitätskonstanten zu verwenden. Typischerweise ist die Kristallisationsgeschwindigkeit um so höher, je höher diese Konstante ist. Nichtlösungsmittel mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten und ferner einer hohen Viskosität sind jedoch weniger bevorzugt, das das Arbeiten mit hochviskosen Flüssigkeiten etwas schwieriger ist.
Ferner wurde nunmehr festgestellt, daß beliebige der vorerwähnten Nichtlösungsmittel in Dampfform ebenfalls als Kristallisationspromotoren verwendet werden können. Diesbezüglich kann es beim Kristallisationsverfahren in besonderer Weise erwünscht sein, wasserfreien Ethanoldampf über den amorphen Zucker zu leiten. Andere Nichtlösungsmittel (vorstehend als Flüssigkeiten erwähnt) oder Kombinationen von zwei oder mehr Nichtlösungsmitteln in Form von gasförmigen Dämpfen können ebenfalls verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet die Verwendung von Umgebungssystemen, die einen gasförmigen Nichtlösungsmittel-Dampf umfassen. In sämtlichen Fällen besitzen die Komponenten ihre herausragenden Eigenschaften, d. h. ihre nicht-lösenden Eigenschaften, bei Raumtemperatur, z. B. etwa 28 bis 32°C.
Amorpher Zucker, der sich zur Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren eignet, kann durch eine scherartige Verarbeitung eines zuckerhaltigen Ausgangsmaterial bereitgestellt werden. Bei einem erfindungsgemäßen scherartigen Verfahren handelt es sich um ein Verfahren, bei dem ein Ausgangsmaterial gleichzeitig einer Scherkraft und einer Wärmeeinwirkung unterworfen wird, um ein sehr rasches Fließen zu erreichen. Bei einem scherartigen Verfahren wird ein Zucker enthaltendes Ausgangsmaterial durch Hochgeschwindigkeitsspinnen an einem Spinnkopf einer Scherkraft unterworfen. Der Spinnkopf gießt das Material nach außen, wobei das Ausgangsmaterial sehr rasch zum Fließen gebracht wird. Das rasche Fließen ergibt sich als Folge der gleichzeitigen Einwirkung von Wärme und Scherkraft. Ein alternatives scherartiges Verfahren umfaßt das Erwärmen eines nicht in Lösung gebrachten Ausgangsmaterials mit einem Zuckerträger in der Weise, daß ein inneres Fließen erreicht wird. Während der Zucker den Zustand des inneren Fließens erreicht, wird das Ausgangsmaterial ausgestoßen und sodann einer aufbrechenden Fluidscherkraft unterworfen, um mehrfache Massen des Trägers zu bilden. Weitere Verfahren kommen in Betracht, die für die gleichen kritischen Bedingungen in bezug auf Wärme und Scherkraft sorgen, so daß ein im wesentlichen festes Ausgangsmaterial, das Zucker enthält, physikalisch und/oder chemisch von einer festen Struktur in eine im wesentlichen amorphe feste Struktur umgewandelt werden kann. Zu weiteren derartigen Verfahren gehören beispielsweise das Liquiflash-Konditionieren gemäß US-A-5 683 720.
Dem amorphen Zucker kann ein Additiv zugesetzt werden, das Bestandteil der erhaltenen mesomorphen Strukturen und der Kristallite selbst werden kann. Dies wird hier als "Kokristallisation" bezeichnet. Wenn ein derartiges Additiv bereitgestellt wird, so wird es so zugesetzt, daß es den amorphen Zustand des Zuckers nicht verringert und die erhaltenen Polykristallite, die die mesomorphen Strukturen bilden, nicht beeinträchtigt. Als Additive kommen hier (ohne Beschränkung hierauf) Geschmacksstoffe, biologisch wirkende Mittel (z. B. Arzneistoffe), Farbstoffe, Duftstoffe, Nahrungsmittelprodukte, Nahrungsmittelbestandteile und andere verträgliche Mittel in Frage. Zu Aromastoffen gehören erfindungsgemäß Süßungsmittel sämtlicher Typen, und zwar natürlicher und synthetischer Herkunft.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Kokristallisation unter Verwendung eines Additivs, insbesondere eines biologisch wirkenden Mittels, z. B. eines Nukleisierungsmittels, vorgenommen werden. Dies stellt eine weitere Art der Kokristallisation dar, da das Nichtzuckeradditiv während der Kristallisation und nicht während der Bildung des amorphen Zuckers zugesetzt wird. Das biologisch wirkende Mittel wird im verwendeten Kristallisationspromotor (z. B. Ethanol) verfügbar gemacht, um das bekannte Wachstum von Zuckerkristalliten aus amorphem Zucker zu fördern. Infolgedessen kann das biologisch wirkende Mittel tatsächlich als Nukleisierungsmittel dienen. Alternativ kann das Additiv im Kristallisationspromotor gelöst werden, wobei es sich im oder auf dem erhaltenen mesomorphen Material in gesteuerter Weise abscheidet und immer noch. die Entfernung des Kristallisationspromotors ermöglicht wird.
Als eine weitere Modifikation der vorliegenden Erfindung kann der amorphe Zucker so bearbeitet werden, daß er ein oberflächenaktives Mittel enthält, z. B. kann ein oberflächenaktives Mittel dem zur Herstellung des amorphen Zuckers verwendeten Ausgangsmaterial zugesetzt werden. Die Verwendung eines oberflächenaktiven Mittels im Ausgangsmaterial ermöglicht es dem Anwender, eine stärkerere Kontrolle über die Kristallbildung auszuüben. Es wurde festgestellt, daß dadurch eine höhere Gleichmäßigkeit der Kristallgröße erreicht wird. Durch Verwendung eines oberflächenaktiven Mittels läßt sich ein gleichmäßiges, winziges Kristallprodukt mit einem hohem Grad der Vorhersagbarkeit herstellen. Ferner wird die Bildung von Aggregaten durch Verwendung eines oberflächenaktiven Mittels gehemmt. Derzeit wird Lecithin als oberflächenaktives Mittel bevorzugt. Lecithin oder eine andere oberflächenaktive Zusammensetzung kann dem Ausgangsmaterial in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 5,0 Gew.-% zugesetzt werden. Es ist zu erwarten, daß andere oberflächenaktive Mittel festgestellt werden, die das Verfahren und das Produkt der Erfindung fördern. Derartige weitere oberflächenaktive Mittel sollen unter den Umfang der beanspruchten Erfindung fallen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der amorphe Zucker durch eine Verarbeitung eines Zucker enthaltenden Ausgangsmaterials durch sehr rasches Fließen ("flash-flow processing") bereitgestellt. Erfindungsgemäß wird amorpher Zucker aus "Zuckern" gebildet. Bei "Zuckern" handelt es sich um Substanzen, die auf einfachen kristallinen Mono- und Disaccharid-Strukturen beruhen, d. h. auf C₅ (Pentose)- und C₆ (Hexose)-Zuckerstrukturen. "Zucker" umfassen Saccharose, Fructose, Lactose, Maltose und Zuckeralkohole, wie Sorbit, Mannit, Maltit und dgl. Der erfindungsgemäß bevorzugte Zucker ist Saccharose. Wie vorstehend ausgeführt, können weitere Zucker und andere Verbindungen ebenfalls einen Teil des Ausgangsmaterials darstellen, einschließlich beispielsweise verzehrbare Säuren.
Bei einem scherartigen Zuckerprodukt handelt es sich um einen im wesentlichen amorphen Zucker, der dadurch entsteht, daß Zucker in ausreichendem Maße einer Wärme- und Schereinwirkung unterworfen wird, um kristallinen Zucker ohne Verwendung einer Lösung in amorphen Zucker umzuwandeln. Somit wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein scherartiges Zuckerprodukt als ein Zuckerprodukt charakterisiert, das aus einem nicht-solubilisierten Zucker entsteht. Es kann das Ausgangsmaterial zur Bildung des erfindungsgemäßen besonderen mesomorphen Polykristallit-Produkts darstellen. Es können beliebige amorphe Zucker verwendet werden, z. B. Zucker, die durch Liquiflash-Konditionierung abgeleitet worden sind.
Dieses gesamte Konzept steht in direktem Gegensatz zum Stand der Technik, der dem Fachmann speziell die Lehre vermittelt, Zucker zu kristallisieren, indem man das Lösungsmittel beseitigt oder dehydratisiert, indem man es unter Einwirkung von Wärme und/oder Vakuum austreibt.
Nachstehend findet sich eine nicht-beschränkende Auflistung von biologisch wirksamen Mitteln: Antitussiva, Antihistaminika, Dekongestionsmittel, Alkaloide, mineralische Ergänzungsmittel, Laxative, Vitamine, Antacida, Ionenaustauscherharze, Anticholesterinmittel, Antilipidmittel, Antiarrhythmika, Antipyretika, Analgetika, Appetitzügler, Expektorantien, angstlösende Mittel, Antiulkusmittel, entzündungshemmende Substanzen, Koronardilatatoren, Zerebraldilatatoren, periphere Vasodilatatoren, antiinfektiöse Mittel, psychotrope Mittel, antimanische Mittel, Stimulantien, gastrointestinale Mittel, Sedativa, Mittel gegen Durchfall, Antianginamittel, Vasodilatatoren, blutdrucksenkende Mittel, Vasokonstriktoren, Migränemittel, Antibiotika, Tranquilizer, Antipsychotika, Antitumormittel, Antikoagulantien, antithrombotische Arzneistoffe, Hypnotika, Antiemetika, Mittel gegen Übelkeit, Mittel gegen Krämpfe, neuromuskuläre Arzneistoffe, hyper- und hypoglykämische Mittel, Thyroid- und Antithyroid-Präparate, Diuretika, krampflösende Mittel, Uterus-Relaxantien, Mineral- und Nährstoffadditive, Mittel gegen Fettleibigkeit, anabolische Arzneistoffe, erythropoietische Arzneistoffe, Antiasthmatika, Mittel zur Unterdrückung von Husten, schleimlösende Mittel, antiurämische Arzneistoffe und Gemische davon.
Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere zur Bereitstellung eines neuartigen Abgabesystems für Inhalationsmittel. Inhalationsmittel müssen aus winzigen Teilchen gebildet werden, die rasch vom Patienten resorbiert werden. Da sich der Zucker bei Körpertemperatur rasch löst, lassen sich Inhalationsmittel, die mit dem besonderen, winzigen, hochgradig gleichmäßigen Produkt der Erfindung kokristallisiert worden sind, leicht als winzige teilchenförmige Produkte, die rasch vom Körper resorbiert werden, abgeben.
Es können beliebige amorphe Zucker verwendet werden, wobei aber die derzeit bevorzugten Ausführungsformen die Verwendung eines amorphen, scherartigen Produkts umfassen. Das erfindungsgemäße scherartige Produkt kann unter Verwendung von Maschinen, wie sie in den US-Patenten 5,427,811 und 5,447,423 beschrieben sind, hergestellt werden. Bei diesen Maschinen wird Zucker einem Spinnkopf zugeführt, worin er einer Wärmeeinwirkung und einer durch Zentrifugalkräfte des Spinnkopfes erzeugten Scherwirkung ausgesetzt wird. Weitere Druckschriften, die sich mit dem Spinnen von Substanzen befassen sind die US-Patente 4,855,326, 4,873,085, 5,034,421, 4,997,856 und 5,028,632. Die in den vorerwähnten US-Patenten aufgeführten Beispiele beschreiben die Verarbeitung von Ausgangsmaterial, indem man es einem Hochgeschwindigkeitsspinnvorgang an einem Spinnkopf unterwirft, indem die Substanz ferner durch ein Heizelement erwärmt wird.
Ein neueres Verfahren, das aus dem US-Patent 5,380,473 der gleichen Anmelderin mit der Bezeichnung "Verfahren zur Herstellung einer scherartigen Matrix" bekannt ist, betrifft die Herstellung einer scherartigen Matrix, indem man ein nicht-solubilisiertes Ausgangsmaterial ausreichend erwärmt, um ein inneres Fließen herbeizuführen, einen Strom des Ausgangsmaterials, der sich im inneren Fließzustand befindet, ausstößt und diesen anschließend einer disruptiven Fluidscherkraft unterwirft, wodurch sich eine Auftrennung in Teilchen oder Massen mit einer umgewandelten Morphologie ergibt. Das Produkt ist amorph. Weitere Bestandteile könnten dem Material zugesetzt werden, so daß bei dessen Verwendung in der vorliegenden Erfindung eine Kokristallisation erfolgt.
Der amorphe Zucker mit oder ohne Additiv wird sodann mit einer fraktionierenden Menge eines nicht-wäßrigen, Zucker nicht-lösenden Produkts in Form eines gasförmigen Dampfes in Kontakt gebracht. Dies ermöglicht es, eine geringe Menge von etwa 1 Gew.-% oder weniger an Kristallisationspromotor zur Kristallisation des amorphen Zuckerausgangsmaterials zu verwenden.
Fondant-Zusammensetzungen, die die mesomorphen Polykristallite und/oder Kristallite enthalten, werden als cremeartige Zentren für Süßigkeiten, Überzüge und dgl., z. B. für Speiseeis und Füllungen und/oder Überzüge für Backwaren, verwendet. Zusätzliche Bestandteile, die im allgemeinen die organoleptischen Eigenschaften der Zusammensetzungen bewahren, können Gummen, Feuchthaltemittel, Fette und Geschmacksstoffe (einschließlich Süßungsmittel) umfassen. Es können auch weitere Bestandteile verwendet werden. Die vorliegende Erfindung umfaßt alle derartigen Zusammensetzungen, in denen das mesomorphe Zuckermaterial und/oder die Kristallite enthalten sind.
Gummen gelten im allgemeinen als Kohlenhydrat-Polymere von hohem Molekulargewicht. Hierzu gehören sowohl natürliche Gummen und Schleimstoffe, wie Gummi arabicum, Agar, Alginsäure, Carrageenan, Guarmehl, Guaiakgummi, Karayagummi, Traganthgummi, Xanthangummi, Johannisbrot-Kernmehl und Alginate, wie Calciumalginat, Kaliumalginat und Natriumalginat. Gummen beziehen sich auch auf Cellulosegummen, die beispielsweise Hydroxypropylmethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Methylcellulose, Carboxymethylcellulose und Hydroxymethylcellulose umfassen.
Als Feuchthaltemittel werden Mittel angesehen, die Feuchtigkeit in Nahrungsmitteln zurückhalten oder diesen Vorgang unterstützen, z. B. Glycerin, Kaliumpolymetaphosphat, Propylenglykol, Polyethylenglykol, Natriumchlorid, Sorbit, Invertzucker, Glycerintriacetat (Triacetin), Maissirup und Maissirup-Feststoffe.
Fette stellen eine weitere Klasse von Bestandteilen dar, die in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen verwendet werden können. Hierzu gehören im allgemeinen Mono-, Di- und Triglycerylester von längerkettigen Fettsäuren, wie Stearinsäure und Palmitinsäure oder Gemische davon. Es kann sich um Feststoffe oder Flüssigkeiten handeln. Fette können sich von pflanzlichen oder tierischen Quellen ableiten oder sie können nach synthetischen Verfahren erzeugt werden.
Was Aromastoffe betrifft, so können die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen (ohne Beschränkung hierauf) natürliche oder synthetische Aromastoffe auf Öl- und Wasserbasis enthalten, z. B. Gewürze, nicht-saure Aromastoffe, essentielle Öle, Ölharze, Essenzen und Extraktionsstoffe. Die Geschmacksstoffe umfassen auch Süßungsmittel.
Geschmacksstoffe werden in Mengen, die den Geschmack beeinflussen, zugesetzt, z. B. bis etwa 2 Gew.-%. Zu nicht-beschränkenden Beispielen für Geschmacksstoffe gehören natürliche oder synthetische Geschmacksstoffe, wie Schokolade oder Vanille, Fruchtaromen, wie Himbeere, Erdbeere, Kirsche, Apfel, Birne, Pflaume, Pfirsich, Aprikose, Zitrusaromen, wie Orange, Zitrone und Limette, Pfefferminzaromen, wie Pfefferminze, Krauseminze und Wintergrünöl, Eukalyptus, Gewürzaromen, wie Nelke, Muskat, Zimt, Anis und Ingwer, Nußöle, wie Mandelöl, und andere Geschmacksstoffe, wie Erdnuß, Kaffee und Liköraromen.
Süßungsmittel können natürlichen oder synthetischen Ursprungs sein. Sie umfassen Disaccharide, Monosaccharide und deren Abbauprodukte, einschließlich Saccharose, Maltodextrine, Lactose, Fructose, Maltose, Dextrose (Glucose), Invertzucker (Gemische aus Glucose und Fructose), Maissirups, andere Siruparten, wie Zuckerrohrsirup, Melassen, Ahornsirup, Fruchtsirups (z. B. aus Apfel, Pfirsich, Birne, Zitrusfrüchten und Trauben), Honig, kalorienarme Süßungsmittel, wie Sorbit oder andere mehrwertige Alkohole, Saccharin, Aspartam, Acesulfam-K, Thaumatin und Neohespiridin-Dihydrochalcon.
Alkalisiertes oder nicht-alkalisiertes Kakaopulver kann zugesetzt werden, um für Farbe und/oder Aroma zu sorgen.
Erfindungsgemäß ergibt sich eine vollkommen neue physikalische oder strukturelle Form für Zucker. Es hat sich herausgestellt, daß sich diese mesomorphe Form als äußerst wertvoll in Produkten erweist, bei denen ein gleichmäßiges kristallines Zuckerprodukt benötigt wird. Beispielsweise läßt sich ein Fondant herstellen, das aus im wesentlichen mesomorphen Polykristallit-Strukturen besteht. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel läßt sich ein Fondantprodukt herstellen, das sich monodisperser Zuckerkristallite bedient. Das erhaltene Produkt ist überaus glatt und fließfähig und weist im Vergleich zu allen bekannten Fondant-Produkten eine vollkommen unterschiedliche mikroskopische Zusammensetzung auf.
Fondant läßt sich allgemein als eine Masse von sehr kleinen Zuckerkristallen, die von Sirup umgeben sind, beschreiben. Ein beispielhafter Fondant-Typ sind weiche, cremeartige Süßigkeiten, die aus Zucker hergestellt sind, der normalerweise als Füllung für andere Süßigkeiten verwendet wird.
Der erfindungsgemäße mesomorphe Zucker weist die wirklich einzigartige Fähigkeit zum Aufbau der Viskosität einer Fondant-Zusammensetzung bei einer relativ niedrigen Zuckerkonzentration auf. Beispielsweise ist es normalerweise erforderlich, 67 Gew.-% eines handelsüblichen Fondant-Zuckers zuzusetzen, um in einem Fondant die richtige Viskosität zu erreichen, während nur etwa 37 Gew.-% (oder etwa die Hälfte der Menge des handelsüblichen Fondant-Zuckers) des mesomorphen Zuckers für den gleichen Zweck erforderlich sind. Hierbei handelt es sich um einen wirklich bemerkenswerten Effekt, der in den Beispielen näher beschrieben wird.
Eine Fondant-Zusammensetzung wird hergestellt, indem man mesomorphen Zucker, vorzugsweise in einer Menge von etwa 30 bis etwa 70 Gew.-% und insbesondere von etwa 40 bis etwa 60 Gew.-%, Zuckersirup, vorzugsweise in einer Menge von etwa 20 bis etwa 70 Gew.-% und insbesondere von etwa 30 bis etwa 60 Gew.-%, Gummi, vorzugsweise in einer Menge von Null bis etwa 10 Gew.-% und insbesondere von etwa 2 bis 6 Gew.-%, ein Feuchthaltemittel, vorzugsweise in einer Menge von Null bis etwa 10 Gew.-% und insbesondere von etwa 2 bis etwa 6 Gew.-%, und Geschmacksstoffe, einschließlich Aromastoffe und Süßungsmittel, in geschmacksbildenden und süßenden Mengen, z. B. Geschmacksstoffe bis zu etwa 2 Gew.-%, vereinigt. Beliebige der vorstehend aufgeführten Zuckersirups, Gummen, Feuchthaltemittel und Geschmacksstoffe können vom Fachmann ausgewählt werden. Diese Zubereitung wird vorteilhafterweise bei der Herstellung von Cremefüllungen (z. B. Himbeere) für Schokoladen oder andere Süßigkeiten verwendet.
Nachstehend wird auf 2 Bezug genommen. Der vorstehend hergestellte mesomorphe Zucker kann sodann durch Dispersion zu Kristalliten zerkleinert werden, indem man ihn mit einer Kohlenhydrat- oder Zuckerlösung vermischt. Diese Maßnahme ergibt die in 2 dargestellten monodispersen Kristallite. Bei der Kohlenhydrat- oder Zuckerlösung handelt es sich vorzugsweise um eine gesättigte Lösung mit einem Gehalt an Saccharose in einer Menge von etwa 60 bis etwa 67 Gew.-%. Ein Teil oder die Gesamtheit der Saccharose kann durch andere Zucker, wie Dextrose und/oder Fructose ersetzt werden. Es kann "Bob-Sirup" verwendet werden. Besonders erwünscht ist eine Maissirup-Lösung mit hohem Fructose-Gehalt, wie sie beispielsweise unter der Warenbezeichnung Isoclear 55 vertrieben wird. Eine kombinierte Lösung aus Saccharose und einem Maissirup mit hohem Fructose-Gehalt ist sehr erwünscht. Die Zuckersättigung der Lösung kann zur Verwendung in Produkten, wie Fondants, variiert werden, wodurch man eine weichere oder festerere Konsistenz erzielt. Beispielsweise ergibt die Verwendung einer 60 gew.-%igen Zuckerlösung ein weiches Fondant-Produkt, das sich für Speiseeis-Überzüge eignet. Die Verwendung einer 67 gew.-%igen Zuckerlösung ergibt ein festeres Fondant-Produkt, das sich zur Füllung von Keksen eignet. Die weichere oder festere Konsistenz des Fondants kann ferner variiert werden, indem man eine größere oder geringere Menge an Zuckerlösung im Verhältnis zur Menge der zugesetzten Polykristallite verwendet. Die optimalen Verhältnisse für die einzelnen Produkte lassen sich leicht vom Fachmann ermitteln. Die Erfindung soll derartige Verhältnisse umfassen.
Eine Fondant-Zusammensetzung läßt sich folgendermaßen herstellen: Gegebenenfalls wird ein Gummi dem Wasser für die Zuckerlösung, die sich vorzugsweise auf einer leicht erhöhten Temperatur, z. B. bei etwa 80°C, befindet, zugesetzt. Zucker wird zur Bildung der Zuckerlösung zugesetzt. Der mesomorphe Zucker, der die Polykristallite enthält, und die restlichen Bestandteile werden mit der Zuckerlösung vermischt. Der Geschmacksstoff kann zuletzt zugegeben werden, um dessen Stabilität zu gewährleisten. Ferner kann ein Feuchthaltemittel, wie Glycerin, zugesetzt werden, um die Lagerstabilität aufrechtzuerhalten und einen Abbau des erhaltenen Fondants zu verhindern. Die Fondant-Zusammensetzung kann sodann abgepackt oder in Süßwaren verwendet werden.
Eine weitere bevorzugte Fondant-Zusammensetzung (mit monodispersen Polykristalliten) enthält somit etwa 40 bis 70 Gew.-% und vorzugsweise etwa 50 bis 60 Gew.-% des kristallisierten mesomorphen Zuckerprodukts in Kombination mit etwa 15 bis 30% Zuckerlösung (2 : 1-Gemisch aus Maissirup mit hohem Fructose-Gehalt und einer 60 bis 67 gew.-%igen Saccharose-Lösung, gegebenenfalls mit einer Speisefarbe), Feuchthaltemittel im Bereich von etwa 0 bis 30 Gew.-% und Geschmacksstoffe im Bereich von etwa 0 bis 10 Gew.-%. Zu bevorzugten Geschmacksstoffen gehören Himbeere oder eine Kombination aus Schokolade und Kakaopulver mit geringem Fettanteil. Das erhaltene Gemisch eignet sich beispielsweise sehr gut als zentrales Produkt einer Creme oder als Füllung für Schokolade, wobei sich der Geschmack und das Mundgefühl einer Zusammensetzung mit hohem Fettanteil ergeben.
Somit wird erfindungsgemäß ein neuer, fettmimetischer (die Eigenschaften von Fett nachahmender) Bestandteil zur Verwendung in Nahrungsmitteln, wie Fondants, Glasuren, Füllstoffen für Backwaren und insbesondere für Schokolade-Cremefüllungen, Keksfüllungen und dgl., bereitgestellt. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht in einer verzehrbaren Zusammensetzung, z. B. eines Fondants, das als Cremefüllung für Schokoladen oder andere Süßigkeiten, als Überzug, z.B: für Speiseeis, Pudding und Eiercreme, und als Überzug oder Füllstoff für Backwaren verwendet werden kann. Die hier verwendeten Ausdrücke "Überzüge" und "Füllstoffe" bezeichnen den nicht-gebackenen Teil eines verzehrbaren Produkts, z. B. Keksfüllungen, Kuchenfüllungen (z. B. Füllungen für TWINKIES^®, und dgl.), Zuckergüsse und andere Überzüge. Diese verzehrbaren Zusammensetzungen umfassen das mesomorphe Polykristallitmaterial und/oder die Kristallite und gegebenenfalls weitere Bestandteile, die einer Aufrechterhaltung der organoleptischen Eigenschaften, z. B. Struktur, Feuchtigkeitsgehalt, Verhinderung von Kristallisation und dgl., dienen. Zu weiteren Bestandteilen, die zur Aufrechterhaltung oder Einstellung von Eigenschaften der verzehrbaren Zusammensetzungen verwendet werden, gehören (ohne Beschränkung hierauf) Gummen, Feuchthaltemittel, Fette und Geschmacksstoffe (einschließlich Süßungsmittel). Die vorliegende Erfindung umfaßt diese Zusammensetzungen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der vorstehend beschriebenen Fondant-Zusammensetzung Kakaopulver zugesetzt. Die Menge des Kakaopulvers beträgt vorzugsweise etwa 3 bis etwa 20 Gew.-% und insbesondere etwa 5 bis etwa 14 Gew.-%. Ein emulgierendes Fett wird gegebenenfalls in einer Menge von etwa 0 bis 30 Gew.-% zugesetzt. Diese Zubereitung wird vorteilhafterweise verwendet, um ein fettfreies Schokolade-Ersatzprodukt mit verringertem Kaloriengehalt auf Wasserbasis zu erhalten. Man erhält beispielsweise ein besonders günstiges Schokoladeprodukt durch einen Zusatz von bis zu 30 Gew.-% Kakaobutter.
Ferner kann dem erfindungsgemäßen Fondant Nußbutter zugesetzt werden. Eine bevorzugte Nußbutter ist Erdnußbutter, jedoch können auch andere Butterarten verwendet werden, z. B. auf der Basis von Mandeln, Kastanien, Kokosnüssen, Pecannüssen, Pistazien und Walnüssen. Im allgemeinen enthält Erdnußbutter mindestens 90 Gew.-% Erdnußanteil, wobei die restlichen 10 Gew.-% oder weniger aus Salz, Süßungsmitteln (Zucker oder Melassen) und/oder einem Emulgator, z. B. partiell hydriertem pflanzlichen Öl, bestehen können. Jedoch kann Erdnußbutter mit verringertem Fett- und Kalorienanteil hergestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird Nußbutter, vorzugsweise in einer Menge von etwa 15 bis etwa 60 Gew.-% und insbesondere von etwa 25 bis etwa 45 Gew.-% der vorstehend beschriebenen Fondant-Zusammensetzung zugesetzt. Die Fondant-Zusammensetzung wird vorzugsweise in einem Anteil von etwa 40 bis etwa 85 Gew.-% und insbesondere von etwa 55 bis etwa 75 Gew.-% mit Nußbutter vermischt. Gegebenenfalls wird Salz zugesetzt, vorzugsweise in einer Menge von Null bis etwa 3 Gew.-% und insbesondere von 0,5 bis etwa 1,5 Gew.-%. Eine bevorzugte Nußbutter ist Erdnußbutter.
Ferner wird ein äußerst wirksamer Tablettierträgerstoff bereitgestellt. Ein Wirkstoff kann dem mesomorphen Produkt einverleibt werden, und das mesomorphe Produkt (mit oder ohne Wirkstoff) kann als Trägerstoff verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung nützt in besonderer Weise das natürliche Bestreben von Produkten, einen niedrigeren Energiezustand anzustreben und diesen aufrechtzuerhalten, für die Schaffung eines Verfahrens zur Erzielung eines gesteuerten Kristallwachstums sowie für ein sich daraus ergebendes neues Produkt aus. Material mit einer natürlichen kristallinen Struktur im niedrigsten Entropiezustand wird in einen höheren Entropiezustand umgewandelt, wenn es amorph gemacht wird. Im amorphen Zustand besitzt das Material eine natürliche Tendenz sich in einen Zustand von niedrigerer Energie, d. h. in die kristalline Form des Materials, umzuwandeln. Die Erfinder haben diese natürliche Tendenz von Materialien ausgenützt, um den Kristallisationsvorgang mit hervorragender Kontrolle und Präzision anzutreiben. Dies wird durch die Bereitstellung eines im wesentlichen nicht-lösenden Systems erreicht, in dem eine Teilmenge eines Kristallisationspromotors verfügbar gemacht wird, um eine kontrollierte Kristallisation in den mesomorphen Zustand herbeizuführen. Durch Ausnutzung dieser Tendenz von natürlichen Systemen, ihren niedrigsten Energiezustand anzustreben, ergibt sich eine große Vielzahl von Verfahren und Produkten. Die vorliegende Erfindung umfaßt beliebige Maßnahmen, die sich der vorstehend dargelegten Prinzipien bedienen.
Beispiele
In den folgenden Beispielen wird amorpher Zucker bereitgestellt, indem man granulierte Saccharose in einer bei etwa 205–225°C und einer Drehzahl von etwa 3600 U/min betriebenen Spinnvorrichtung spinnt. Das Produkt weist die Form einer Zuckerwatte auf. Das Volumen der Watte wird sodann verringert, indem man eine Bearbeitung in einem Hochgeschwindigkeitsmischer durchführt, um die Fasern zu kleineren Stücken aufzubrechen.
Vergleichsbeispiel 1
100 g Saccharose in Form einer scherartigen Matrixwatte (amorpher Zucker) wird mit 10 g (~10 ml) absolutem Ethanol in Kontakt gebracht, indem man das Ethanol zu der Watte in einer Mischschüssel tropft, wobei man etwa 10 Minuten mit einem Rührer mit langsamer Drehzahl rührt. Es entsteht ein mesomorphes Polykristallit-Zuckerprodukt unter erheblicher Wärmeentwicklung. Während des Mischvorgangs wird der Großteil des Ethanols ausgetrieben, wobei der Rest durch etwa 30-minütiges Erwärmen in einem Trockenschrank auf etwa 50°C entfernt wird.
Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel)
Ein sphäroidales Zuckerprodukt wird gemäß dem Verfahren von US-Patent 5,518,551 durch Zugabe von 10 g Zuckerwatte zu 150 ml eines Ethanol/Wasser-Gemisches hergestellt. Das Produkt wird erhalten, indem man überschüssiges Ethanol und Wasser dekantiert, wonach man das Produkt durch 6-stündiges Erwärmen in einem Trockenschrank auf 50°C trocknet.
Beispiel 3 (Vergleichsbeispiel)
Ein mesomorphes Produkt gemäß der Beschreibung in Beispiel 1 und ein sphäroidales Produkt gemäß der Beschreibung in Beispiel 2 werden zur Herstellung von getrennten Fondant-Zusammensetzungen unter Einhaltung der gleichen Rezeptur verwendet. Die erhaltenen Fondant-Produkte werden durch ein Gremium von geübten Geschmacksprüfern in Bezug auf Geschmack und Struktur verglichen. Das aus dem mesomorphen Zuckerprodukt hergestellte Fondant weist einen süßeren Geschmack mit erheblich weniger Nebengeschmacksnoten, die typischerweise mit organischen Lösungsmitteln verbunden sind, auf.
Beispiel 4
100 g Saccharose in Form einer scherartigen Matrixwatte (amorpher Zucker) werden mit 10 g (~10 ml) Aceton in Kontakt gebracht, wobei man das Aceton in einer Mischschüssel zutropft, während etwa 10 Minuten mit einem Mischer mit niedriger Drehzahl gerührt wird. Man erhält ein mesomorphes Polykristallit-Zuckerprodukt unter erheblicher Wärmeentwicklung. Der Großteil des Acetons wird während des Mischvorgangs ausgetrieben, wobei der Rest durch etwa 30-minütiges Erwärmen des Produkts in einem Trockenschrank auf etwa 50°C entfernt wird.
Beispiel 5 (Vergleichsbeispiel)
100 g Saccharose in Form einer scherartigen Watte (amorpher Zucker) werden mit 10 g (~10 ml) Benzol in Kontakt gebracht, indem das Benzol in einer Mischschüssel zu der Watte unter etwa 10-minütigem Rühren mit einem Mischer mit niedriger Drehzahl getropft wird. Es entsteht ein mesomorphes Polykristallit-Zuckerprodukt unter erheblicher Wärmeentwicklung. Der Großteil des Benzols wird während des Mischvorgangs ausgetrieben, wobei der Rest durch etwa 30-minütiges Erwärmen des Produkts in einem Trockenschrank auf etwa 50°C entfernt wird. Auch hier kommt es zu einer besonderen Kristallisation, wobei aber die Geschwindigkeit verglichen mit dem Fall, bei dem Ethanol als Kristallisationspromotor verwendet wird, etwas langsamer ist. Es dauert etwa 3 (#) Wochen bis zur Erzielung einer maximalen Kristallisation.
Beispiel 6 (Vergleichsbeispiel)
Es wird ein weiterer Versuch durchgeführt, bei dem 0,5 Gew.-% eines oberflächenaktiven Mittels (Lecithin) als Bestandteil des Zuckerausgangsmaterials, das zur Bildung des amorphen Zuckerausgangsmaterials verarbeitet worden ist, verwendet wird. Das Material wird unter Verwendung einer Hochgeschwindigkeitsspinnvorrichtung bei einer Temperatur von etwa 205 bis 225°C und einer Drehzahl von etwa 3600 U/min verarbeitet. Das durch das vorstehend geschilderte Flash-Flow-Verfahren erhaltene Produkt weist das Erscheinungsbild einer watteartigen Süßigkeit auf.
100 g Watte werden mit 10 g Ethanol bei Raumtemperatur in Kontakt gebracht und etwa 10 Minuten gemischt. Das Produkt zeigt eine mesomorphe Polykristallit-Struktur und neigt nicht zur Aggregation. Die Polykristallite liegen in der Größenordnung von etwa 10 μm. Die Tendenz zu einer Aggregation ist bei einem Wachstum von Zuckerkristallen von Natur aus gegeben. Durch Verwendung eines oberflächenaktiven Mittels wird die Tendenz zur Aggregation verringert.
Beispiel 7 (Vergleichsbeispiel)
Zur Herstellung von Kristalliten aus den gemäß den vorstehenden Beispielen hergestellten mesomorphen Polykristallit-Strukturen wird Wasser, das vorher im wesentlichen mit Saccharose gesättigt worden ist, mit den mesomorphen Polykristallit-Strukturen in Kontakt gebracht. In einem Fall wird Wasser mit einem Saccharose-Gehalt von etwa 67 Gew.-% bereitgestellt. Wasser mit einem Gehalt an 67 Gew.-% Saccharose ist im wesentlichen mit Zucker gesättigt. Als Folge des Kontakts der gesättigten wäßrigen Lösung mit dem Polykristallit-Produkt zerfällt der Polykristallit und verteilt sich in der Lösung in Form von Kristalliten. Die Kristallite stehen in der Lösung als ein monodisperses Kristallitprodukt bereit und verleihen verzehrbaren Produkten, denen sie einverleibt werden, ein glattes, fettartiges Mundgefühl.
Beispiel 8
Ein weiterer Versuch wird durchgeführt, wobei ein Polykristallit--Produkt zu 8,5 Gew.-% Wasser gegeben wird. Die Polykristallit-Strukturen zerfallen und setzen Kristallite in der Zusammensetzung frei. Ein unter Verwendung der erfindungsgemäßen Kristallite hergestelltes Fondant-Produkt weist eine erheblich glattere Konsistenz als ein mit einem herkömmlichen Fondant-Zucker hergestelltes Fondant auf. Die Glattheit und die Feinheit des Produkts, die mit den Kristalliten aus dem mesomorphen Produkt erzielt werden, sind unmittelbar wahrnehmbar und werden zur Erzielung einer glatten und fließfähigen Beschaffenheit in einer Fondant-Zusammensetzung stark bevorzugt.
Beispiel 9
Beispiele für Fondant-Cremes wurden hergestellt, indem man Wasser zu dem erfindungsgemäß hergestellten besonderen Polykristallitzucker zusetzte und einen Vergleich mit aus handelsüblichen Zucker (AMERFOND^®-Zucker) hergestellten Fondant-Cremes durchführte. Beide Fondant-Cremes wurden unter Verwendung weiterer Fondant-Bestandteile gemäß der Aufstellung in der nachstehenden Tabelle hergestellt.
Tabelle 1
Wasser wurde zugesetzt, um die richtige Viskosität zur Herstellung von Fondant enthaltenden Süßigkeiten, d. h. mit Schokolade überzogene Fondant-Süßigkeiten zu erhalten.
Überraschenderweise wurde festgestellt, daß die Menge des erfindungsgemäßen Zuckers, die zur Erzielung der richtigen Viskosität erforderlich war, nur etwa 50% der Menge von handelsüblichem Zucker betrug, die zur Erzielung der gleichen Viskosität notwendig war. Es wurde insbesondere festgestellt, daß nur etwa 37 g erfindungsgemäßer Zucker erforderlich waren, um eine Viskosität von etwa 1,8 Centipoise zu erreichen, während zur Erzielung der gleichen Viskosität etwa 67 g handelsüblicher Zucker notwendig waren.
Die Zusammensetzungen wurden durch trockenes Vermischen der Bestandteile und durch anschließende Zugabe von Wasser unter Vermischen hergestellt. Wasser wurde zugesetzt, bis die Konsistenz der Zusammensetzung einen cremigen glatten Zustand erreicht hatte. Man ließ die Fondantzusammensetzung erstarren, bevor sie gerollt und verfestigt wurde.
Ein weiteres interessantes und ungewöhnliches Ergebnis bestand in dem Befund, daß die mit dem erfindungsgemäßen Zucker hergestellte Creme nur 15 Minuten benötigte, bis sie zu einer für die Handhabung ausreichenden Festigkeit erstarrte, während eine mit handelsüblichem Zucker hergestellte Fondant-Creme 30 Minuten benötigte, bis sie für die Handhabung und den Tauchvorgang in ausreichendem Maße erstarrte.
Die Cremes wurden sodann durch Eintauchen in Schokolade verarbeitet. Die mit dem erfindungsgemäßen Zuckerprodukt hergestellten Cremes behielten ihre Gestalt während des Tauchvorgangs besser bei. Außerdem wiesen unmittelbar nach der Herstellung die erfindungsgemäßen Cremes eine glattere Struktur auf, die über einen Zeitraum von mindestens 5 Tagen erhalten blieb.
Die Ergebnisse der Fondant-Versuche waren insofern erstaunlich, als es sowohl in bezug auf die erforderliche Zuckermenge als auch auf das Produkt selbst durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Polykristallitzuckers zu einer erheblichen Verbesserung kam.
Beispiel 10
Weitere Fondants wurden unter Verwendung der in der nachstehenden Tabelle 2 aufgeführten Bestandteile hergestellt.
Tabelle 2
Die Zusammensetzungen wurden hergestellt, indem man den Farbstoff in der Saccharose-Lösung (leicht erwärmt) löste und sodann die restlichen Bestandteile unter Mischen zusetzte. Das gemäß Tabelle 3 hergestellte Fondant enthielt zusätzliche Polykristallite. Man ließ die Fondant-Zusammensetzungen vor der Rollbehandlung erstarren.
Beispiel 11
Eine weitere Zusammensetzung wurde unter Verwendung der in der nachstehenden Tabelle 4 angegebenen Bestandteile hergestellt.
Tabelle 4
Die Zusammensetzung von Tabelle 4 stellt ein fettfreies Schokolade-Ersatzprodukt dar, das in Süßigkeiten verwendet werden kann. Die Verwendung der Polykristallite führt zu einem fettartigen Mundgefühl, wobei aber die Verwendung von Fett vermieden wird.
Beispiel 11A
Eine weitere Zusammensetzung wurde unter Verwendung der in der nachstehenden Tabelle 5 angegebenen Bestandteile hergestellt.
Tabelle 5
Beispiel 11B
Dieses Beispiel ist identisch mit dem vorstehenden Beispiel 11A, mit der Ausnahme, daß Maissirup mit hohem Fructose-Gehalt anstelle der Saccharose-Lösung verwendet wurde.
Beispiel 11C
Dieses Beispiel war identisch mit dem vorstehenden Beispiel 11B, mit der Ausnahme, daß der Schokoladegeschmack durch Himbeergeschmack ersetzt wurde und Kakaopulver mit niedrigem Fettgehalt etwa 4% des fertigen Fondants bei entsprechender Verringerung der Menge des verwendeten Maissirups mit hohem Fructose-Gehalt verwendet wurde.
Beispiel 12
Fettmimetische Beispiele
Zum Test der Wirkung des Polykristallitzuckers in einer Füllmasse für Süßigkeiten, die sich auf Fett als Medium für die organoleptische Qualität des Produkts stützt, wurden beispielhafte Produkte hergestellt. Insbesondere enthalten typische Keksfüllungen Fett, um eine Beschaffenheit in Bezug auf Struktur, Festigkeit, Qualität und Mundgefühl, wie sie für eine genießbare und vermarktungsfähige Keksfüllung erforderlich ist, bereitzustellen.
Zum Test einer erfindungsgemäß hergestellten Keksfüllung wurde eine Zubereitung hergestellt, die insgesamt 84,94 Gew.-% Saccharose enthielt. Zur Herstellung dieser Zusammensetzung wurden 35 g des mesomorphen Polykristallit-Produkts mit 29,4 g einer gesättigten Saccharose-Lösung vereinigt. Die gesättigte Saccharose-Lösung enthielt 30,59 g Saccharose und 15,06 g Wasser, d. h. 67 Gew.-% Saccharose.
Proben von jeweils 4,8 g wurden zur Bereitstellung einer Füllung zwischen zwei Hälften von OREO^®-Keks verwendet. Die erfindungsgemäß hergestellten Kekse wurden von einem Geschmacksprüfergremium verkostet. Es ergab sich, daß die mit den erfindungsgemäßen Polykristalliten hergestellten Kekse ein erheblich einwandfreieres Mundgefühl aufwiesen und glatter und cremiger als die normale OREO^®-Keksfüllung waren. Die handelsübliche OREO^®-Keksfüllung enthält einen großen Anteil an Fett. Die vorliegende Zusammensetzung enthält kein Fett.
Infolgedessen lassen sich süße Füllungen für Produkte unter Verwendung der erfindungsgemäßen neuartigen Kristalle herstellen, wodurch in derartigen Füllungen Fett beseitigt oder ersetzt werden kann. Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind für den Fachmann ersichtlich.
Beispiel 13
Es wurden weitere Versuche durchgeführt, um mit dem erfindungsgemäßen mesomorphen Polykristallitzucker hergestellte Kuchengüsse mit handelsüblichen Gußmassen zu vergleichen. Die Kuchengußmassen wurden gemäß der Rezeptur in der nachstehenden Tabelle hergestellt.
Die Zucker wurden in getrennte Mischgefäße gegeben und mit Agar vermischt, wonach der Maissirup zugesetzt wurde. Die einfachen Zuckerlösungen wurden sodann bis zur Erzielung der angestrebten Konsistenz zugesetzt. Wie vorstehend erwähnt, benötigten die mit dem erfindungsgemäßen Polykristallit hergestellten Zusammensetzungen zusätzlichen einfachen Sirup, was auf das Vermögen des Polykristallits zur Aufnahme von mehr Wasser zurückzuführen ist. Die Ausbeute an Gußmasse war bei Verwendung des erfindungsgemäßen Polykristallitzuckers um mindestens 7% höher. Somit ist bei Anwendung der vorliegenden Erfindung erheblich weniger Zucker nötig.
Das unter Verwendung des erfindungsgemäßen Polykristallitzuckers erhaltene Produkt war weißer, wies einen reineren Geschmack und eine glattere Beschaffenheit auf und führt zu hohen Ausbeuten, verglichen mit dem gewerblichen Vergleichsprodukt. Es wurde festgestellt, daß sich hochwertiges Fondant und hochwertige Fondant-Produkte herstellen lassen, ohne daß die Herstellung eines Fondants unter Verwendung einer herkömmlichen Koch-, Abkühl- und Zugvorrichtung erforderlich ist. Ein bloßes Vermischen in den richtigen Anteilen hat sich bei Anwendung der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines hochwertigen Produkts als ausreichend erwiesen.
Beispiel 14
Um die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung in verschiedenen verzehrbaren Ausführungsformen darzulegen, wurden Versuche durchgeführt, die die Eignung beim Tablettieren belegen sollten. Insbesondere werden 500 mg-Proben des mesomorphen Polykristallit-Zuckerprodukts in eine Tablettenpresse gegeben und unter einem Druck von 1,5 Tonnen verpreßt.
Tabletten werden direkt aus dem mesomorphen Polykristallit-Produkt geformt, ohne daß ein zusätzlicher Träger oder beliebige andere Hilfsmittel oder Zusatzstoffe zum Tablettieren erforderlich sind.
Die gebildeten Tabletten sind glänzend und hart. Bei der Einnahme lösen sich die harten Tabletten jedoch rasch in der Mundhöhle.
Offensichtlich läßt sich das erfindungsgemäß hergestellte Polykristallit-Produkt direkt tablettieren, ohne daß ein Tablettierhilfsmittel erforderlich ist. Außerdem erfordert die Tablettierung mit dem neuen Produkt weder eine Naß- oder Trockengranulation oder eine Agglomeration. Somit läßt sich das mesomorphe Polykristallit-Produkt direkt zur Bereitstellung von Tabletten oder als Träger zur Herstellung von Tabletten zusammen mit anderen Materialien verwenden.
Die Fähigkeit, in der Mundhöhle bereitwillig in Lösung zu gehen, ist vermutlich auf die besondere und außerordentlich kleine Polykristallit-Struktur zurückzuführen. Jedoch soll die vorliegende Erfindung in keiner Weise durch die vorstehend angestellten Vermutungen beschränkt werden.
Schließlich fällt es gemäß einer weiteren Ausführungsform unter den Umfang der Erfindung, daß der amorphe Zucker in Gegenwart eines nicht- lösenden Kristallisationspromotors gemäß den vorstehenden Ausführungen kristallisiert wird, jedoch nur in einem teilweisen Umfang. Mit anderen Worten, es ist möglich, daß nur eine partielle Umwandlung des amorphen Saccharid-Materials in die mesomorphe kristalline Struktur stattfindet, bevor die partiell kristallisierte Masse einer Tablettierpresse oder einer anderen bekannten Vorrichtung zugeführt wird und sodann zu einer Tablette verformt wird. Die Kristallisation kann an dieser Stelle weiter ablaufen, wobei aber die erhaltene Tablette typischerweise eine amorphe und mesomorphe Morphologie in der Struktur in ihrer fertigen Tablettenform aufweist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Materials, das eine ungeordnete oder statistisch verteilte Makrostruktur und eine kristalline Mikrostruktur aus einer unzähligen Anzahl Kristallitstrukturen enthält, wobei man bei dem Verfahren eine amorphe feste Form eines kristallisierbaren Materials mit einem nicht-lösenden Kristallisationspromotor zusammenbringt, welcher im wesentlichen kein Wasser enthält und wobei sich in 50 ml des flüssigen Promotors weniger als 1 g des amorphen Materials auflösen, wobei der Kristallisationspromotor ein gasförmiger Dampf ist, der dem amorphen kristallisierbaren Material in einer Menge von etwa 1 bis 2 Gew.-% des kristallisierbaren Materials zugeführt wird, wobei die Menge ausreicht, um die Struktur zu bilden, und wobei das kristallisierbare Material ferner wenigstens ein Mitglied aus der Gruppe aus Monosacchariden, Disacchariden, Oligosacchariden, Sorbitol, Isomalt und, gegebenenfalls als Teil des Materials, intensiven Süßungsstoffen ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der gasförmige Dampf wasserfreies Ethanol ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der nicht-lösende gasförmige Dampf dem amorphen kristallinen Material in einer Menge von unter etwa 1% zugeführt wird.