NO310407B1 - Vanillin- og/eller etylvanillinperler og fremgangsmåte for deres fremstilling - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører perler som omfatter vanillin- og/eller etylvanillin og isomerer derav. Oppfinnelsen angår også fremstilling av de nevnte perler.

Vanillin er et produkt som i stor utstrekning er anvendt innen mange områder som aroma eller parfyme.

Vanillin er også mye anvendt i matvareindustrien, men anvendes også på andre områder slik som f.eks. innen farmasi eller parfyme- og kosmetikk-fabrikasjon. Derav følger at dette er et produkt som det forbrukes mye av.

Vanillin er nå tilgjengelig på markedet i form av et krystallinsk pulver. Dette medfører ulemper som nærvær av støv, som igjen medfører problemer med støving under lagring og bearbeiding av det nevnte pulver. I tillegg får man ofte fenomenet med klumpdannelse under lang lagring.

For å avhjelpe de ovennevnte ulemper foreslår den foreliggende oppfinnelse en ny utforming av vanillin og etylvanillin og en fremgangsmåte for deres fremstilling.

Mere spesielt vedrører den foreliggende oppfinnelse vanillin-og/eller etylvanillinperler. Oppfinnelsen omfatter også isomerer av vanillin og etylvanillin, betegnet henholdsvis isovanillin og isoetylvanillin.

I beskrivelsen av den foreliggende oppfinnelse forstår man med perler faste partikler med god kuleform.

Det særegne ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen når det gjelder fremstilling av vanillin- og/eller etylvanillinperler er, om nødvendig, å smelte vanillin og/eller etylvanillin, og deretter dele opp den smeltede massen i dråper for så å bevirke størkning av de oppnådde dråpene i en avkjølings-gasstrøm av en slik type at de oppnådde dråper størkner i perler som deretter samles opp.

En foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen omfatter, om nødvendig, å smelte vanillin og/eller etylvanillin, og deretter la den smeltede massen passere gjennom en dyse for å danne dråper, for deretter å bevirke størkning av disse ved å la dem synke i et tårn i motstrøm med en kald gass og deretter samle opp de oppnådde perler.

Perlene som oppnås i samsvar med oppfinnelsen har fysisk-kjemiske egenskaper som er særegne for dem.

Definisjoner og fremgangsmåter for bestemmelse av egenskapene gitt nedenfor er presisert i eksemplene.

Vanillin- og/eller etylvanillinperlene er i form av hvite kuler. Partiklene er i hovedsak kuleformet, med en diameter som takket være fremstillingsmåten ifølge oppfinnelsen kan velges innenfor et stort område. Størrelsen til partiklene kan således fordeles mellom 200 ym og 3000 pm, men er foretrukket mellom 300 pm og 1000 pm. Bestemmelse av størrelse gjøres ved passering gjennom metall-sikter.

Partikkelstørrelsen uttrykt i middeldiameter (d50) varierer vanligvis mellom 500 pm og 2000 pm, og foretrukket mellom 500 pm og 1000 pm. Middeldiameteren defineres slik at 50 vekt% av partiklene har en diameter større eller mindre enn middeldiameteren .

Fig. 1 og 2 viser fotografier tatt med scanning elektronmikro-skop (med forstørrelse henholdsvis 20 og 50) som illustrerer morfologien til typen vanillinperler oppnådd ifølge oppfinnelsen. Det observeres en uniform kornfordeling for det oppnådde produkt.

Perlene har en mer eller mindre høy tetthet. Perlenes tilsynelatende tetthet (ikke kompakt) er foretrukket minst 0,7 og er mere foretrukket mellom 0,7 og 0,9. Det er god grunn til å merke seg at perlene i henhold til oppfinnelsen har en klart høyere tetthet enn den til det krystallinske pulver. Vanillin- og/eller etylvanillinperlene i samsvar med oppfinnelsen har en fysisk form som gjør det mulig for dem å motstå slitasje.

De har en kohesjon som gir gode flytegenskaper.

Flytindeksen er således klart forbedret i forhold til det krystallinske pulver, noe som fremkommer i eksemplene.

Øyeblikksmålt flytindeks er alltid mye større enn 10, nærmest uendelig.

Den originale sammensetning av produktene ifølge oppfinnelsen oppnås takket være en godt tilpasset fremstillingsmåte.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen for fremstilling av vanillin- og/eller etylvanillinperler omfatter å gå ut fra

smeltet vanillin og/eller etylvanillin, og deretter å dele opp den smeltede massen i dråper, for så å bevirke størkning av de oppnådde dråpene i en'avkjølingsgasstrøm av en slik type at de oppnådde dråpene størkner til perler som deretter samles opp.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendes smeltet vanillin og/eller etylvanillin.

Det kan overveies å direkte tilføre den smeltede vanillin og/eller etylvanillin som kommer fra en produksjonslinje.

Det er også mulig å sørge for et fremstillingstrinn som omfatter å smelte vanillin og/eller etylvanillin hvis de er i pulverform. I den hensikt oppvarmes produktet til smeltetemperaturen. Foretrukket bringes produktet til en temperatur litt over smeltetemperaturen, foretrukket høyst 5°C over smeltepunktet. For vanillin er denne temperaturen valgt mellom 81 og 86°C. Når det gjelder etylvanillin er temperaturen valgt mellom 74 og 79°C.

Det er mulig å anvende vanillin tilsatt etylvanillin og motsatt. Foretrukket anvendes minst 40% og enda mere foretrukket minst 20% av den andre bestanddelen. Temperaturen blandingen må bringes til for at den skal smelte kan lett bestemmes av en fagmann på området ved enkle utførelses-metoder.

Det er ikke utenfor rammen av den foreliggende oppfinnelse å innføre tilsetninger som er oppløselige eller er i form av en fin suspensjon i vanillin og/eller etylvanillin.

Denne smelteprosessen av produktet eller produktene utføres vanligvis under omrøring. En foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen omfatter å gjennomføre denne prosessen under en atmosfære av inerte gasser som kan være en edelgass, men av økonomiske grunner er nitrogen foretrukket.

I et påfølgende trinn omformes den smeltede massen til dråper. Denne prosessen kan utføres ved hjelp av enhver oppdelings-innretning, f.eks. en flatbunnet dyse med sirkulære hull.

En foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen består av at dråpene dannes ved at den smeltede massen passerer gjennom en åpning og mer spesielt at den passerer gjennom en dyse.

Den etterfølgende prosess er å sikre størkning av dråpene til perler, ved kontakt med en kald gass der temperaturen er valgt mellom -50 og 0°C, og foretrukket mellom -30 og -10°C.

Den kalde gassen er en hvilken som helst gass så lenge den er inert vis-å-vis vanillin og/eller etylvanillin. Foretrukket velges nitrogen eller oksygenfattig luft (f.eks. 10%).

På en foretrukket måte sendes den kalde gasstrømmen i motstrøm med materialstrømmen.

Oppholdstiden, som er varigheten mellom dannelsen av dråpen ved utgangen av dysen og dens ankomst til utvinningssystemet er med fordel mellom 1 og 10 sekunder og mere foretrukket mellom 3 og 5 sekunder.

Den ønskede oppholdstid kan oppnås ved å la dråpene synke i et tårn i motstrøm med den kalde gassen slik som tidligere nevnt.

Ved slutten av reaksjonen samles perlene ved enhver kjent måte, f.eks. ved tyngdekraft i en oppsamlingsbeholder eller ifølge teknikken med fluidisert sjikt.

Når det gjelder apparaturen anvendt for å gjennomføre fremstillingsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter den to enheter, en første enhet for dannelse av perlene og en andre enhet for oppsamling av perlene.

Den første enheten omfatter en lagringsbeholder foretrukket med omrøring som når vanillin og/eller etylvanillin kommer fra en produksjonslinje eller også en smeltedigel gjør det mulig å smelte vanillin og/eller etylvanillin, og en lukket beholder som vanligvis er et tårn, som i det øvre partiet omfatter en innretning for oppdeling i dråper, foretrukket en dyse, og i det nedre partiet er utstyrt med en eller flere tilførsler av en kald gasstrøm som således omformer den nedre del av tårnet til et kjøletårn.

Høyden på tårnet kan variere stort, f.eks. mellom 6 og 30 meter, i overensstemmelse med installasjonsstørrelsen. Det bemerkes at det øvre grensenivå ikke er av kritisk karakter.

Vanillin og/eller etylvanillin innføres ved en dobbeltvirkende trakt i en smeltedigel som er en reaktor utstyrt med et system som tillater å regulere temperaturen, f.eks. en dobbeltkappe for å opprettholde vanillin og/eller etylvanillin i smeltet tilstand.

Den anvendte dysen kan være en dyse med et enkelt hull eller en dyse med flere hull, idet antall hull kan variere mellom 1 og 3000 hull, og foretrukket mellom 1 og 100 hull.

Det kan anvendes et system som omfatter flere dyser, f.eks. to foretrukket utskiftbare dyser i parallell.

Diameteren på hullene i dysen avhenger av størrelsen på de ønskede perlene. Den kan være fra 50 til 2000 pm, men er foretrukket valgt mellom 200 pm og 600 pm.

Størrelsen på hullet er alltid mindre enn størrelsen på den oppnådde perle. Således kan man anvende en dyse som har hull på ca. 200 pm for å oppnå perler som har en middeldiameter på 500 pm.

Den anvendte dysen kan være en statisk dyse, men det er mulig å anvende en dyse som er underlagt et høyfrekvens elektrisk vibrasjonssystem, f.eks. på 100 til 10000 hertz. Denne innretningen muliggjør oppnåelse av dråper med en utmerket kalibrert størrelse.

Den smeltede massen ankommer foretrukket dysen ved et overtrykk som oppnås med en gasstrøm, foretrukket en nitrogen-strøm. Overtrykket i forhold til atmosfæretrykket er 5 til 500% .

Dysen holdes ved produktets smeltetemperatur.

Med hensyn til dysen er det mulig, men ikke nødvendig, å etablere en gasstrøm, foretrukket nitrogen i medstrøm med strålen som forlater dysen. Denne gasstrømmen har foretrukket en temperatur mellom omgivelsestemperaturen og 80°C. Nærværet av denne medstrømsgassen gjør det mulig å oppnå en bedre regelmessighet av dimensjonen til perlene og å unngå koale-scens av dråpene.

I den øvre delen av tårnet kan det på de indre platene være ledeplater og gitter som muliggjør en homogen fordeling av gasstrømmen.

Nederst i tårnet innføres en kald gasstrøm, foretrukket nitrogen eller oksygenfattig luft. Denne kalde gasstrømmen sørger for størkning av dråpene til perler. Den har foretrukket en temperatur mellom -50 og 0°C, foretrukket mellom -30 og -10°C.

Den kalde gasstrømmen forlater foretrukket tårnet under dysen i en avstand på ca. en tidel av den totale høyden av kj ølesonen.

Oppsamlingssystemet for perlene i bunnen av tårnet er ikke av avgjørende betydning. Det kan dreie seg om en oppsamlingsbeholder eller også en innretning som kan sørge for en fluidi-sering av partikkelsjiktet. Den består av en beholder, som i den indre delen har et gitter som det sendes en gasstrøm gjennom, foretrukket nitrogen eller oksygenfattig luft. Gasstrømmen, som er avhengig av partikkelstørrelsen, bør være slik at den holder partiklene i suspensjon. Som eksempel presiseres det at den er 5 til 30 m<3>/t for en fluidisert sjikt diameter på 80 mm.

I denne delen av apparaturen kan kjølingen, hvis nødvendig, opprettholdes.

Fluidiseringsinnretningen har et utløp som muliggjør utstrømning av perlene.

En praktisk utførelsesform av oppfinnelsen illustreres ved tegningen vedlagt i form av fig. 3.

Fig. 3 viser skjematisk en apparatur sett fra siden som er egnet for utførelse av oppfinnelsen.

Den anvendte apparaturen omfatter to deler: den øvre delen eller prillingtårnet (A) og den nedre delen som skjematisk viser en fluidiseringsinnretning (B) .

Vanillinpulveret (og/eller etylvanillin) innføres i beholderen (1) hvor det smeltes før det føres mot dysen (2). Nitrogen

(3) innføres ved overtrykk i beholderen (1).

Tårnet som har en høyde på 8 meter omfatter, i den øvre delen, en dyse (2) som er koblet til en vibrator (4) og er i den nedre delen utstyrt med en tilførsel av en kald oksygenfattig luftstrøm (5).

Kjøleluften som innføres i (5) forlater tårnet ved punkt (6) nedenfor dysen (2).

I den øvre delen av tårnet sørger ledeplatene (7) og et ring-formet gitter (8) for en homogen spredning av gasstrømmen i tårnet. En varm nitrogenstrøm (9) med en temperatur mellom 20 og 80°C, foretrukket mellom 60 og 80°C, distribueres i med-strøm rundt dysen (2).

I den nedre delen av tårnet gjør et gitter med form som en avskåret kjegle (10) det mulig å samle opp de størknede perlene i en fluidiseringsinnretning som omfatter en nitrogentilførsel (11) og et utløp (12) som muliggjør konti-nuerlig fjerning av de oppnådde perler.

Nedenfor gis eksempler på en praktisk anvendelse av oppfinnelsen .

Før eksemplene beskrives nærmere, skal de fremgangsmåtene som anvendes for bestemmelse av de forskjellige særtrekk ved de oppnådde produkter presiseres nærmere.

Tilsynelatende tetthet, kompakt og ikke- kompakt:

- Målingen utføres på en apparatur som vist i fig. 4.

- Først veies det tomme reagensrøret (2).

- Pulveret som skal måles innføres i reagensrøret (2) ved hjelp av en trakt (1), slik at øverste del av pulverlaget kommer på nivå med toppen av reagensrøret med justert volum på 250 cm<3> (nivå A). - Massen av pulveret bestemmes ved å veie det fulle reagensrøret. - Reagensrøret holdes på underlaget (3) ved hjelp av klyper (4) . - Måleapparatet (8) som teller opp antall støt mot bunnen av reagensrøret nullstilles. - Reagensrøret utsettes for vertikale støt mot bunnen ved hjelp av en hammer (5) som drives av en motor (6) via en kam (7). Operasjonen stanses når det oppnådde volum er konstant

(nivå B) .

- Utviklingen av det tilsynelatende volum avlest på grade-ringene på reagensrøret plottes som funksjon av antall slag

påført ved hjelp av hammeren.

- En eksperimentell sammenpressingskurve oppnås.

- Tilsynelatende volum = f (antall støt) som omdannes til en tilsynelatende tetthetskurve = f (antall støt).

Den tilsynelatende tetthet bestemmes i overensstemmelse med forholdet:

Flytindeks:

Flytegenskapene til produktene ifølge oppfinnelsen er målt med en Jenike-celle, ifølge fremgangsmåten formulert av L. Svarosvsky i Power Testing Guide: Methods of measuring the physical properties of bulk powders - Elsevier Applied Science s. 49-52 (1987).

Det bemerkes at et pulver flyter mye lettere jo høyere flytindeksen er, og at et pulver anses svært kohesivt når det har en flytindeks på 2 og ikke på langt nær så kohesivt med en indeks mindre enn 4. Et pulver anses å flyte bra fra og med en indeks lik 4.

Oppløselighetshastigheten i forskjellige miljøer:

I et reagensrør innføres, ved 25°C og under omrøring (200 om-dreininger/min.) , x g av perler i en liter av en væske som presiseres nedenfor. Utviklingen av løsningens absorbans følges ved UV-stråling (spektrofotometer) som funksjon av tiden. Oppløselighetstiden uttrykt i sekunder oppnås når absorbansen stabiliserer seg på sin sluttverdi.

De etterfølgende eksempler skal illustrere oppfinnelsen.

EKSEMPLER

Nedenfor defineres fremstillingsmåten som gjentas i de etter-følgende eksempler. - Vanillinperlene fremstilles i en apparatur slik som vist i fig. 3. - Dysen, som er underlagt vibrasjoner, har særtrekk som presisert i de følgende eksempler.

- Utgangspunktet er 500 g krystallinsk vanillin.

- Vanillinpulveret innføres i beholder (1). Overtrykket av nitrogen (3) varierer ifølge eksemplene: det er omtrent

0,1 bar.

- Vanillin smeltes i smeltedigelen under oppvarming ved hjelp av varmt vann som sirkulerer i dobbel kappe. Produkttemperaturen er 84°C ved (1) og temperaturen ved (2), ved utgang av dysen, gis i oversiktstabellen for hvert eksempel. Produktstrømmen ved utgangen av dysen (2) gis

likeledes i den nevnte tabell.

- I (5) innføres kjøleluft med en strømning på 850 m<3>/t, dvs. en hastighet i tårnet på 0,6 m/s. Luften kommer ut igjen i (6) . - Temperaturene definert nedenfor er også presisert i oversiktstabellen angitt i hvert eksempel:

- lufttemperatur ved inngangen til tårnet (5),

- lufttemperatur ved utgangen av tårnet (6),

- fluidiserings-lufttemperatur ved (11) .

De oppnådde perler samles opp ved (10) og fjernes ved (12).

Eksempel 1

Vanillinperlene fremstilles i en apparatur slik som vist i fig. 3, som omfatter en dyse med et hull, med en hulldiameter

på 400 um. Forholdet L/D er 3; hvor L er lengden av åpningen og D er diameteren av åpningen.

Fremgangsmåten som anvendes er slik som beskrevet ovenfor, og driftsforholdene presiseres i den følgende tabell I:

Etter 31 minutters drift samles 500 g perler opp med en middeldiameter (d50) på 900 um.

Eksempel 2

Vanillinperlene fremstilles i en apparatur slik som vist i fig. 3, som omfatter en dyse med 1 hull, med en hulldiameter på 250 pm. Forholdet L/D er 3; hvor L er lengden av åpningen og D er diameteren av åpningen.

Fremgangsmåten som anvendes er slik som beskrevet ovenfor og driftsforholdene presiseres i den følgende tabell II:

500 g perler med en middeldiameter (d50) på 500 pm samles opp.

Eksempel 3:

Vanillinperlene fremstilles i en apparatur slik som vist i fig. 3, som omfatter en dyse med 1 hull, med en hulldiameter på 250 um. Forholdet L/D er 3; hvor L er lengden av åpningen og D er diameteren av åpningen.

Fremgangsmåten som anvendes er slik som beskrevet ovenfor og driftsforholdene presiseres i den følgende tabell III:

500 g perler med en middeldiameter (d50) pa 640 um samles opp.

Eksempel 4

Vanillinperlene fremstilles i en apparatur slik som vist i fig. 3, som omfatter en dyse med 1 hull, med en hulldiameter på 200 pm. Forholdet L/D er 3; hvor L er lengden av åpningen og D er diameteren av åpningen.

Fremgangsmåten som anvendes er slik som beskrevet ovenfor og driftsforholdene presiseres i den følgende tabell IV:

500 g perler med en middeldiameter (d50) på 520 pm samles opp.

Eksempel 5

1 - Vanillinperlene fremstilles i en apparatur slik som vist i fig. 3, som omfatter en dyse med 7 hull, med en hulldiameter på 350 um. Forholdet L/D er 5; hvor L er lengden av åpningen og D er diameteren av åpningen.

Fremgangsmåten som anvendes er slik som beskrevet ovenfor og driftsforholdene presiseres i den følgende tabell V:

Etter 30 minutters drift samles 2400 g perler opp med en middeldiameter på (d50) på 710 pm.

2 - De fysisk-kjemiske egenskaper for de oppnådde perlene er

som følger:

Den ikke-kompakte tilsynelatende tetthet er 0,78 og den kompakte tilsynelatende tetthet er 0,81.

Flytindeksen målt ved en Jenike-celle er uendelig en kort stund, og 3 etter en dags lagring under konsolidering. Til sammenligning presiseres det at verdiene er henholdsvis 3 og 0,6 for et krystallinsk vanillinpulver i handelen.

De målte oppløsningshastighetene ifølge forsøket nevnt ovenfor, i forskjellige miljøer, presiseres i den følgende tabell VI:

Claims (14)

1. Perler, karakterisert ved at de omfatter vanillin-og/eller etylvanillin og isomerer derav.

2. Perler som angitt i krav 1, karakterisert ved at de har en størrelse som fordeler seg mellom 200 um og 3000 um, men som foretrukket er mellom 300 pm og 1000 pm.

3. Perler som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at de har en størrelse uttrykt ved middeldiameteren (d50) som varierer mellom 500 pm og 2000 pm, og foretrukket mellom 500 pm og 1000 pm.

4. Perler som angitt i ett eller flere av kravene 1 til 3, karakterisert ved at de har en tilsynelatende tetthet (ikke kompakt) på minst 0,7, og mere foretrukket mellom 0,7 og 0,9.

5. Perler som angitt i ett eller flere av kravene 1 til 4, karakterisert ved at de har en øyeblikks-flytindeks større enn 10, eller til og med uendelig.

6. Fremgangsmåte for fremstilling av perler av vanillin-og/eller etylvanillin og isomerer som angitt i ett eller flere av kravene 1 til 5, karakterisert ved at den omfatter å smelte, om nødvendig, vanillin og/eller etylvanillin, og deretter dele opp den smeltede massen i dråper for deretter å bevirke størkning av de oppnådde dråpene i en avkjølingsgasstrøm av en slik type at de oppnådde dråpene størkner til perler som deretter samles opp.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6, karakterisert ved at den omfatter å la den smeltede massen av vanillin og/eller etylvanillin passere gjennom en dyse for å danne dråper, for deretter å bevirke størkning av disse sistnevnte ved å la dem synke i et tårn i motstrøm med en kald gass, og deretter samle opp de oppnådde perlene.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 6 eller 7, karakterisert ved at vanillin og/eller etylvanillin smeltes ved smeltetemperaturen, foretrukket ved en temperatur høyst 5°C høyere enn smeltepunktet.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ved at den anvendte dysen er en dyse med ett enkelt hull eller en flerhullsdyse, idet antall hull varierer mellom 1 og 3000 hull, foretrukket mellom 1 og 100 hull.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ved at den anvendte dysen har hull der diameteren varierer mellom 50 og 2000 pm, og er foretrukket mellom 200 og 600 pm.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 9 eller 10, karakterisert ved at den anvendte dysen er en statisk dyse, men foretrukket en dyse underlagt et høy-frekvens elektrisk vibrasjonssystem, foretrukket fra 100 til 10000 hertz.

12. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av kravene 6 til 11, karakterisert ved at dråpene bringes i kontakt med en kald gass, foretrukket nitrogen eller oksygenfattig luft, hvor temperaturen er valgt mellom -50°C og 0°C, og foretrukket mellom -30°C og -10°C.

13. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av kravene 6 til 12, karakterisert ved at dråpens oppholdstid fra dysens utgang og til dens ankomst i oppsamlingssystemet foretrukket er mellom 1 og 10 sekunder, og mere foretrukket mellom 3 og 5 sekunder.

14. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av kravene 6 til 13, karakterisert ved at perlene samles opp ved enhver kjent metode, foretrukket ifølge teknikken med fluidisert sjikt.