<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zum Abtrennen von Amylose und Amylopektin aus einer Stärkelösung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen von Amylose und Amylopektin aus einer Stärke- lösung.
Gewöhnliche Stärke besteht bekanntlich aus zwei Arten von Glucosepolymerisaten, u. zw. wird das lineare Polymerisat als Amylose (oft auch als "Fraktion A") bezeichnet, während das verzweigtkettige
Polymerisat als Amylopektin (oft auch als "Fraktion B") bezeichnet wird. Die jeweiligen Mengenanteile
Von Amylose und Amylopektin sind je nach Herkunft der Stärke verschieden. Bezüglich der wesentlich verschiedenen Eigenschaften der beiden Fraktionen sei z. B. auf das Werk "Chemistry and Industry of
Starch", Academic Press [1950], verwiesen.
Die Trennung der Stärkefraktionen ist seit langem Gegenstand von Arbeiten und Versuchen gewesen, die in dem oben angegebenen Buch von Kerr, S. 181 ff. und in einem zusammenfassenden Aufsatz von
Schoch in Advances in Carbo-hydrate Chemistry l, 247-277 [1945] behandelt werden.
Gegenwärtig werden auch Versuche zum Züchten verschiedener Maissorten unternommen, deren
Stärke einen hohen Amylosegehalt aufweist. In den letzten 20 Jahren ist ferner eine beträchtliche Anzahl von Patenten erteilt worden, in denen chemische Verfahren zum Trennen der beiden Fraktionen vorgeschlagen werden.
Keines dieser Verfahren, das zur Herstellung von getrennten Stärkefraktionen verwendet wird, hat sich in wirtschaftlichem Sinne als wirklich erfolgreich erwiesen, und jedes dieser Verfahren weist Nachteile auf. Das aus wachsartigem Mais gewonnene Amylopektin ist wegen der beim Züchten und Behandeln dieser Bastardart erforderlichen Sorgfalt teuer. Auch bei den chemischen Verfahren zur Trennung wird ein chemischer Komplex der Fraktionen, und besonders der Amylose, erzeugt, oder ein fraktioniertes Aussalzverfahren verwendet, bei dem auch ein Komplexbildungsmittel verwendet werden kann. Sämtliche dieser chemischen Verfahren sind nicht zufriedenstellend, weil bei der Gewinnung, dem Abtrennen oder der Anwendung der verwendeten Materialien Schwierigkeiten auftreten.
So ist es beispielsweise schon bekannt, das Fraktionieren von Stärke in Gegenwart von wässerigen Salzlösungen, von organischen Substanzen bzw. von Wasser, das einen aliphatischen Alkohol enthält, durchzuführen. Derartige bekannte Verfahren (vgl. deutsche Patentschriften Nr. 927140, Nr. 946388, Nr. 946340, Nr. 928100 bzw. USA-Patentschrift Nr. 2, 515, 095) sind jedoch mit dem sehr wesentlichen Nachteil verbunden, dass sie solche Stärkefraktionen ergeben, die mit den zur Trennung der Fraktionen verwendeten Reagentien zwangsläufig verunreinigt sind. Dies erfordert ausgedehnte, gründliche Waschvorgänge zur Entfernung der beim Trennvorgang hinzugekommenen Verunreinigungen.
Dass keines dieser vorbekannten Verfahren völlig zufriedenstellend ist, ist ein Zeichen für die Schwierigkeit, ein wirtschaftlich vertretbares Verfahren zu entwickeln, bei dem sowohl Amylose als auch Amylopektin aus gewöhnlichen Naturstärken gewonnen werden.
Erfindungsgemäss wird nun ein wirtschaftliches Trennungsverfahren vorgeschlagen, bei dem Amylose und Amylopektin in hoher Reinheit und in guten Ausbeuten ohne Zugeben irgendeines Reaktionsteil-
<Desc/Clms Page number 2>
nehmers, ausser Wasser, erhalten werden. Da nach dem erfindungsgemässen Verfahren keine andern Re- agentien als reines Wasser verwendet werden, fallen im Gegensatz zu den bekannten Methoden auch keine verunreinigten Stärkefraktionen an. Auch stellen sich beim erfindungsgemässen Verfahren keinerlei
Probleme bezüglich der Wiedergewinnung, Abtrennung oder einer sonstigen weiteren Verwendung bzw.
Unschädlichmachung der benutzten Reagentien. Das erfindungsgemässe Verfahren stellt daher eine wesentliche Vereinfachung und Verbesserung gegenüber den bekannten Methoden dar.
Der Ausdruck "Stärke" wird nachfolgend in seiner allgemeinen Bedeutung als Bezeichnung einer
Stärke verwendet, die Amylose in einem beträchtlichen Mengenanteil enthält. Erfindungsgemäss kann jede Art von Stärke bzw. jedes Stärkegemisch verwendet werden, so z. B. Mais-, Reis-, Weizen-,
Tapioka-, Sago-, Sorghum-, Kartoffelstärke od. dgl., wobei jedoch bei einigen dieser Stärkearten die
Arbeitsbedingungen des Verfahrens etwas verändert werden müssen. Erfindungsgemäss kann auch eine
Stärke verwendet werden, die nach einem üblichen Verfahren vorgeliert und die walzen- oder sprühge- trocknet worden ist, d. h. es kann eine Stärke verwendet werden, die oft als kaltwasserquellende oder kaltwasserlösliche Stärke bezeichnet wird.
Bei diesem Verfahren kann die Stärke nach einem üblichen
Verfahren verkleistert werden, indem die Stärkeaufschlämmung auf eine Temperatur unterhalb des Siede- punktes dieser Aufschlämmung erhitzt wird, worauf die Paste ohne Abkühlung nach dem vorgeschlagenen
Verfahren verarbeitet wird. Da die aus wachsartigem Mais erhaltene Stärke von Amylose im wesentlichen frei ist, kann diese selbstverständlich zu dem erfindungsgemäss vorgeschlagenen Verfahren nicht ver- wendet werden. An Stelle von nativer Stärke kann auch etwas modifizierte oder etwas in Dextrine über- geführte Stärke oder Stärke, die unter Bildung eines Derivates mit einem geringeren Substitutionsgrad vor oder nach dem Gelieren umgesetzt worden ist, verwendet werden, vorausgesetzt, dass deren Verkleiste- rungsvermögen dem von nativer Stärke praktisch entspricht.
Solche Stärkeprodukte sind jedoch teuer, und ferner besitzen die Stärkefraktionen eine geringere Reinheit und/oder die Ausbeute bei der Trennung wird verringert, wenn der Umsetzungsgrad der Stärke erhöht wird.
Da kaltwasserquellende oder vorgelierte Stärke bei dem vorgeschlagenen Verfahren keinen Vorteil bietet (sondern vielmehr nachteilig ist, wenn ein hochmolekulares Produkt erzeugt werden soll), wird bei dem erfindungsgemäss vorgeschlagenen Verfahren vorzugsweise körnige native Stärke verwendet. Auf- schlämmungen von körniger nativer Stärke sind ferner leichter zu handhaben. Bei der Verwendung kör- niger nativer Stärke ist es jedoch sehr wichtig, dass das Molekulargewicht der Fraktionen ihren Maximal- wert hat, weil die Stärke zuvor nach keinem Verfahren behandelt worden ist, bei dem eine Erniedrigung des Molekulargewichtes eintreten könnte.
Die Ziele der Erfindung werden nach einem Verfahren erreicht, bei dem eine fliessfähige Lösung durch Erhitzen eines Gemisches, das nur aus Stärke, vorzugsweise Getreidestärke, und Wasser besteht, auf eine Temperatur von. mindestens etwa 1210 C, jedoch unterhalb einer Temperatur, bei der die Stärke wesentlich abgebaut werden würde, vorzugsweise unter 1770 C, behandelt wird. Dieses Verfahren ist da- durch gekennzeichnet, dass die vorgenannte Lösung auf eine Temperatur von etwa 49 bis 1000 C abge- kühlt wird, wobei die Konzentration der abgekühlten Lösung oberhalb von etwa 2, 5 Gew.- Stärke- trockensubstanz liegt, und dass die abgekühlte Lösung innerhalb des Temperaturbereiches von etwa 49 bis
1000 C für eine zum Stabilisieren und Abscheiden bzw.
Wachsenlassen einer amylosereichen Festsubstanz ausreichende, längere Zeit, vorzugsweise mehr als 8 h, gehalten wird, und eine feste Fraktion, in der die Amylose angereichert ist, und eine flüssige Fraktion, in der das Amylopektin angereichert ist, abge- trennt werden.
Vorteilhaft wird die Viskosität der Lösung während des Abkühlens unter dem Siedepunkt bei Normal- druck auf einem Wert unterhalb von 1500 cP gehalten. Es wurde auch beobachtet, dass eine wirksame
Trennung wesentlich erleichtert wird, wenn das Wachsen der amylosereichen Teilchen soweit fortge- schritten ist, dass mindestens 50 Gew. -0/0 davon einen Durchmesser von mehr als 20 bt aufweisen.
Die Zeichnungen dienen zur Erläuterung der Erfindung. In Fig. 1 wird das Fliessdiagramm des erfin- dungsgemässen Verfahrens gezeigt ; Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, in der die in einigen der folgenden Beispiele verwendeten Abkühlungsgeschwindigkeiten erläutert werden.
Nach dem oben kurz erläuterten Verfahren kann eine sich nicht verfestigende Stärkelösung hergestellt und Amylose als feste Phase daraus abgeschieden werden, die dann verhältnismässig leicht von der Lösung abgetrennt werden kann. Diese Ergebnisse werden allein durch einen sorgfältig geregelten, das Erwärmen und Abkühlen von Stärke und Wasser umfassenden Kreislauf erzielt.
Bei dem erfindungsgemäss vorgeschlagenen Verfahren wird die Aufschlämmung von Stärke in Wasser zunächst auf eine Temperatur oberhalb von 1210 C erhitzt. Wenn die Temperatur des Gemisches aus
Stärke und Wasser weiter erhöht wird, erfolgt anfangs eine sehr starke Erhöhung der Viskosität, so dass die
<Desc/Clms Page number 3>
Stärkepaste nur wenig fliessfähig wird. Dieser wenig fliessfähige Zustand besteht sogar oberhalb des Siedepunktes, bis die Temperatur auf einen bestimmten Wert erhöht worden ist, der von der Art der Stärke, der Erhitzungsgeschwivdigkeit u. dgl. bestimmt wird.
Bei einer Temperatur oberhalb etwa 1210 C erfolgt dann ziemlich plötzlich eine Veränderung zu einer fliessfähigen, beweglichen und gewöhnlich ziemlich klaren Flüssigkeit, die in der vorliegenden Beschreibung als "Lösung" bezeichnet wird, zum Unterschied von gewöhnlichem Stärkekleister, der durch Erhitzen einer wässerigen Stärkesuspension unterhalb des Siedepunktes bei Atmosphärendruck hergestellt wird. Es wurde beobachtet, dass eine Abtrennung der Amylose nicht möglich ist und dass sich diese Lösung beim Abkühlen meistens verfestigt.
Wenn die Lösung dann nach dem erfindungsgemässen Verfahren abgekühlt wird, ist sie stabilisiert und verfestigt sich selbst dann nicht, wenn sie schliesslich auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Die Viskositätseigenschaften sind in einem solchen Ausmass stabilisiert worden, dass die fliessfähige Lösung wiederholt erhitzt und abgekühlt werden kann, wobei bei einer Temperatur unterhalb des Siedepunktes bei Normaldruck deren Viskosität bei irgend einer bestimmten Temperatur im wesentlichen immer gleich ist und ein Stärkegel selbst dann nicht gebildet wird, wenn dies nach Art der verwendeten Stärke erwartet werden könnte.
Wenn anderseits die fliessfähige Lösung nicht auf einer Temperatur oberhalb von 490 C für die erforderliche Zeitdauer gehalten wird, wird diese Lösung, wie die üblichen Stärkepasten einer bestimmten Stärkeart, beim Abkühlen zurückverwandelt, d. h. sie bildet ein Gel. Die Verfestigung gibt sich anfangs durch eine Erhöhung der Viskosität zu erkennen ; im weiteren Verlauf erhöht sich dann die scheinbare Viskosität und die Lösung wird mehr und mehr getrübt. Das Material nimmt dann eine klümp- chenartige Beschaffenheit an, wird dann salbenartig und schliesslich starr. Dieser Verlauf ist nicht umkehrbar, d. h. das Gel kann durch erneutes Erhitzen auf eine Temperatur unterhalb von 1210 C nicht wieder fliessfähig gemacht werden.
Wenn erst einmal die Gelbildung begonnen hat, ist die Abtrennung der Amylose nicht mehr möglich.
Die Gelbildung oder Zurückverwandlung ist nicht einfach eine Viskositätserhöhung ; ein Gel dieser Art unterscheidet sich in seiner Art von den meisten viskosen Flüssigkeiten. Ein Stärkegel hat viele Eigenschaften, die mit denen einer festen Substanz vergleichbar sind. Es ist oft starr und kann eine bestimmte Form aufweisen. Diese besondere Eigenschaft von Stärkelösungen oder Stärkepasten ist auf die Bildung eines eingeflochtenen Netzwerkes von willkürlich orientierten linearen Molekülen zurückzuführen.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäss vorgeschlagenen Verfahrens wird die Stärkelösung derart verändert, dass sie sich nicht zurückverwandelt oder beim Abkühlen ein Gel bildet, wobei bei den gleichen Stufen das Wachstum der amylosereichen Abscheidung erhöht wird, so dass die Abtrennung erJeichtert wird.
Wenn bei dem vorgeschlagenen Verfahren von einer trockenen Stärke ausgegangen wird, wird die Stärke zunächst nach irgend einem geeigneten Verfahren zwecks Suspendierung mit Wasser vermischt. Diese Verfahrensstufe kann einfach in einem Behälter mit Hilfe eines Rührers erfolgen. wodurch die Stärke für die Verwendung gründlich suspendiert und gleichmässig verteilt wird.
Die Stärkesuspension wird zweckmässigerweise schnell auf eine Temperatur oberhalb von etwa 1210 C
EMI3.1
beschrieben wird. In dieser Vorrichtung wird Wasserdampf unter Überdruck ununterbrochen mit der Stärkesuspension in der Mündung einer Wasserdampfdüse vermischt. Nach diesem Verfahren wird die Suspension tatsächlich unmittelbar auf die gewünschte Temperatur gebracht, wobei die Stärke innerhalb weniger Sekunden zu einer fliessfähigen Lösung gekocht wird. In der Vorrichtung, die in der vorstehend angegebenen Erfindung beschrieben ist, fliesst die durch Wasserdampf erhitzte Suspension nach unten in und durch eine Verweilzone, in der die heisse Suspension während einer wählbaren Zeitdauer auf einer erhöhten Temperatur gehalten wird.
Diese Vorrichtung ist derart angeordnet und bemessen, dass in der Verweilzone praktisch kein Vermischen erfolgt, so dass die vom Boden der Verweilzone abgezogene Stärkelösung während eines gleichmässigen Zeitintervalles auf einer gleichbleibenden Temperatur gehalten werden kann. Es können auch andere Formen dieser Art von Vorrichtungen zum Erhitzen verwendet werden, wie die in den USA-Patentschriften Nr. 2, 871, 146, Nr. 2, 582, 198 und Nr. 2, 805, 966 beschriebenen Vorrichtungen.
Es können auch andere Verfahren zum Erhitzen des Gemisches aus Stärke und Wasser verwendet werden. Wie weiter unten beschrieben, kann erfindungsgemäss auch ein Gemisch aus Stärke und Wasser in einem Autoklaven erhitzt und dann durch einen Wärmeaustauscher gepumpt werden, der aus einem Schlangenrohr in einer Umgebung mit gleichbleibender Temperatur besteht, wobei bei einem solchen Erhitzungsverfahren die gleichen Ergebnisse erhalten werden.
Beim Erhitzen auf die angegebene Temperatur wird die Stärkesuspension vorzugsweise gerührt, damit
<Desc/Clms Page number 4>
ein gleichmässiges Erhitzen und eine schnelle Wärmeübertragung sichergestellt werden.
Die Endtemperatur oberhalb von 1210 C, auf die die Lösung erhitzt wird, und die Einwirkungszeit bei dieser Temperatur haben einen Einfluss auf die erhaltenen Ergebnisse. Innerhalb gewisser Grenzen haben verhältnismässig hohe Temperaturen und lange Zeiten offenbar eine vorteilhafte Wirkung auf die Viskosität und die Beständigkeit der Lösung nach dem Abkühlen sowie auf die Leichtigkeit der Trennung.
Je höher jedoch die Temperatur oder je länger die Zeit bei dieser Temperatur ist, um so grösser ist die
EMI4.1
samte Stärke gleichmässig umgewandelt worden ist. Wenn die Temperatur erhöht oder aber die Zeitdauer bei einer Temperatur oberhalb von 1210 C erhöht wird, sollte der jeweils andere Wert verringert werden.
Als Ausgleich zwischen einer leichten Trennung und der Lösungsbeständigkeit einerseits und dem Mole- kulargewicht der Fraktionen anderseits, können Temperaturen zwischen 121 und 1770 C verwendet wer- den, wenn die Suspension auf diese Temperatur in weniger als 5 min erhitzt und auf dieser Temperatur bis zu weiteren 30 min gehalten wird. Die besten Ergebnisse wurden erhalten, wenn das Gemisch aus
Stärke und Wasser auf Temperaturen zwischen etwa 138 und 1600 C praktisch sofort und in kontinuier- licher Weise erhitzt und diese Temperatur 0, 5-15 min lang gehalten worden ist. Temperaturen ober- halb von 1770 C sollten vermieden werden, weil bei dieser Temperatur der Abbau zu schnell erfolgt, wobei jedoch diese Temperaturgrenze je nach der verwendeten Stärkeart um etwa 6 - 110 C schwanken kann.
In der ersten Abkühlungsstufe von einer Temperatur von oberhalb etwa 1210 C herab kann die Lösung mit irgend einer geeigneten Geschwindigkeit auf den Siedepunkt bei Normaldruck abgekühlt werden. Die
Lösung wird vorzugsweise sehr schnell auf die Siedetemperatur bei Normaldruck abgekühlt, indem die
Lösung schnell auf Normaldruck in der Vorrichtung, die in der vorstehend angegebenen USA-Patentschrift beschrieben ist, entspannt wird oder indem sie abgeschreckt wird. Wenn auch die Lösungen langsam auf den Siedepunkt bei Normaldruck abgekühlt werden können, indem die Lösung und die diese Lösung enthaltende Vorrichtung ohne starkes Kühlen abkühlen gelassen werden, wird eine solche Arbeitsweise besser unterlassen, damit ein Abbau oder eine Hydrolyse der Stärke vermieden wird.
Beim schnellen Abkühlen auf den Siedepunkt der Lösung wird eine Amylose mit höherem Molekulargewicht erhalten, so dass diese Ausführungsform bevorzugt wird.
Der zweite Teil des Abkühlungsverfahrens ist wesentlich. Erfindungsgemäss ist festgestellt worden, dass zwecks Stabilisierung der Lösung und Bildung und Wachstum der Amyloseteilchen die Lösung eine Zeitlang zwischen einer Temperatur von 490 C und dem Siedepunkt unter Normaldruck gehalten werden muss. Vorzugsweise wird die Lösung zwischen diesen Temperaturen langsam abgekühlt.
Die zwei Grundarten von Stärke, u. zw. die Wurzel- oder Knotenstärke und die Getreidestärke, verhalten sich bei dieser Stufe des Verfahrens ziemlich verschieden. Die Wurzelstärken, wie Tapioka- und Kartoffelstärke, verfestigen sich nicht so leicht wie die Getreidestärken. Die letzteren, wie Mais-, Reisund Weizenstärke, neigen zu einem sehr schnellen Zurückverwandeln. Wenn bei dem erfindungsgemäss vorgeschlagenen Verfahren Tapioka- oder Kartoffelstärke verwendet wird, erfolgt selbst dann nur eine geringe Verfestigung, wenn die Lösung schnell von ihrem Siedepunkt auf Raumtemperatur, z. B. innerhalb von 1, 5 h, abgekühlt wird.
Wenn demgegenüber Mais-, Reis- oder Weizenstärke mit der gleichen Ge- schwindigkeit (oder selbst etwas langsamer) auf die gleiche Temperatur abgekühlt werden, wird die Lösung stets verfestigt und die Trennung unmöglich gemacht. Obwohl die Lösungen von Wurzelstärken beim schnellen Abkühlen nicht verfestigt werden, wachsen die Amyloseteilchen nicht bis zu einer Grösse, die eine Trennung erlaubt, wobei diese Teilchen in einer schnell abgekühlten Lösung von Wurzelstärke einen Durchmesser von etwa 5 fi im Durchschnitt nicht überschreiten.
Wenn jedoch die Lösungen von Wurzelstärken nach dem erfindungsgemäss vorgeschlagenen Verfahren in solcher Weise abgekühlt werden, wie dies erforderlich ist, um bei der Verwendung von Getreidestärken eine Verfestigung zu vermeiden, dann ist die erforderliche Zeitdauer, die die Wurzelstärkeamyloseteilchen zum Wachsen bis zu einer abtrennbaren Grösse benötigen, etwa gleich der Zeitdauer, die zum Wachsen der Getreidestärkeamyloseteilchen benötigt wird.
Es wurde gefunden, dass eine Getreidestärke von dem Siedepunkt bei Normaldruck auf eine Temperatur unterhalb von 490 C in weniger als 8 h nicht abgekühlt werden kann, wenn eine Verfestigung vermieden werden. soll. Unter diesen Mindestbedingungen erfolgt in gewissem Ausmass eine Bildung und ein Wachsen von amylosereichen Teilchen. Vorzugsweise wird jedoch zwecks weiterer Erhöhung der Teilchengrösse eine längere Zeitdauer verwendet. Zwecks wirksamer Abtrennung der Amyloseteilchen sollen diese wachsen gelassen werden, bis mindestens 50 Gew.-o einen Durchmesser von mehr als 20/l auf-
<Desc/Clms Page number 5>
weisen ; dies erfolgt in der oben angegebenen Mindestzeit, wenn Maisstärke verwendet wird und die Lösung langsam auf eine Temperatur von 490 C abgekühlt wird.
Es ist zu beachten, dass nach dem langsamen
Abkühlen auf 49 C noch weiter Teilchen gebildet werden (wenn sie nicht vorher vollkommen abge- schieden worden sind) und dass diese selbst beim Abkühlen auf eine Temperatur unterhalb von 490 C weiterwachsen.
Weiters wurde gefunden, dass die Lösung von dem Siedepunkt auf irgend eine Temperatur bei oder oberhalb von etwa 490 C schnell abgekühlt und dort für eine Zeitdauer gehalten werden kann, die zum
Stabilisieren der Lösung und Bilden und Wachsen der Amyloseteilchen erforderlich ist. Aus unbekannten
Gründen ist jedoch die Geschwindigkeit, mit der dies bei einer gleichbleibenden Temperatur erfolgt, wesentlich geringer als die Geschwindigkeit, wenn die Lösung innerhalb des angegebenen Temperatur- bereiches langsam abgekühlt wird ; ausserdem sind die Teilchen kleiner und schwieriger abzutrennen.
Die erforderliche Zeit bei der Haltetemperatur, die zum Stabilisieren einer schnell auf 490 C abgekühlten und dort gehaltenen Lösung erforderlich ist, ist sehr verschieden ; die Zeitdauer ist geringer, wenn die Temperatur höher ist, wobei bei einer Temperatur von 490 C die erforderliche Zeit bei Maisstärke 48 h überschreiten kann. Ein grosser Anteil der Amyloseteilchen wächst anderseits offenbar nicht so schnell bei einer höheren Temperatur als bei einer niedrigeren Temperatur, wobei eine viel grössere Gefahr des Hydrolysierens der Stärke bei einer hohen Temperatur vorliegt. Aus diesen verschiedenen Gründen wird die Lösung zwischen dem Siedepunkt bei Normaldruck und der kritischen Temperatur bei 490 C vorzugsweise langsam, u. zw. mindestens in 8 h, abgekühlt.
Nachdem die Lösung durch ununterbrochen langsames Abkühlen (oder durch schnelles Abkühlen und durch anschliessendes Halten auf einer gleichbleibenden Temperatur) stabilisiert worden ist. kann sie gewünschtenfalls weiter abgekühlt werden.
Die Grösse der Amyloseteilchen, die in der gleichen Zeitdauer nach diesem Verfahren erhalten wird, ist nicht bei allen Stärkearten gleich. Aus nicht bekannten Gründen ist die Teilchengrösse je nach den verwendeten Stärkearten unter sonst gleichen Bedingungen verschieden. Zwecks Erreichung der gewünschten Teilchengrösse, u. zw. 50 Grew.-% der Teilchen mit einem Durchmesser oberhalb von 20 u, is. häufig eine längere Zeit als die Mindestdauer von 8 h erforderlich. Erfindungsgemäss kann eine bestimmte Teilchengrössenverteilung leicht erzielt werden, wie z B. für Maisstärke ein Durchmesser von durchschnittlich 25-30 li, wobei weniger als 20 Gel.-% der Teilchen einen Durchmesser unter 20 Jl haben.
Unter optimalen Bedingungen sind Maisamyloseteilchen mit einem Durchmesser in der Grössenordnung von 70 bis 80 li und darüber erhalten worden.
Während der Abkühlungsstufe soll die Lösung möglichst wenig gerührt werden, da Rühren zu der Bildung eines starren Gels oder zur Erzeugung von kleinen, schwierig trennbaren Teilchen oder zu beiden führen kann. Nachdem die Temperatur auf einen Wert unterhalb des Siedepunktes verringert worden ist, kann die Lösung mit Amylose, z. B. durch Zufügen einer wässerigen Suspension von Amylose, angeimpft werden.
Beim Erhitzen kann die Konzentration der Stärke in Wasser so gross sein, dass sie in der verwendeten Vorrichtung noch vorteilhaft gehandhabt werden kann. Für eine wirtschaftliche Arbeitsweise darf die Stärkekonzentration nicht weniger als etwa 2, 5 Gew.-lo Trockensubstanz sein. Während der Abkühlungszeit zwischen dem Siedepunkt bei Normaldruck und etwa 490 C ist die Konzentration von grösserer Bedeutung. Es ist gefunden worden, dass nach dem Abkühlen der Lösung auf den Siedepunkt bei Normaldruck die Lösungsviskosität, die bei diesem Verfahren zu einem beträchtlichen Ausmass von dem Festbestandteilgehalt der jeweils verwendeten Stärkeart bestimmt. wird, auf einen Wert unterhalb von 1500 cP gehalten werden soll.
Der Festbestandteilgehalt ist hier nach Massgabe der Viskosität angegeben worden, weil die Viskosität solcher Stärkelösungen nicht nur von dem Festbestandteilgehalt, sondern auch von der verwendeten Stärkeart, von der Vorbehandlung, von der Erhitzungsgeschwindigkeit, der Endtemperatur usw. bestimmt wird. Durch die Viskosität wird das Teilchenwachstum bestimmt, weil die Geschwindigkeit des Teilchenwachstums mindestens teilweise durch Diffusion geregelt wird und die Diffusion einer hochmolekularen Verbindung in einem viskosen Medium gewöhnlich gering ist. Es wurde beobachtet, dass z. B. während dieser Verfahrensstufe die praktische obere Grenze für handelsübliche native Maisstärke bei etwa 15 Grew.-% Stärketrockensubstanz liegt.
Die Erhitzungsstufe kann jedoch bei einer hohen Konzentration durchgeführt werden, worauf die Lösung nach dem Abkühlen auf eine Temperatur unterhalb des Siedepunktes bei Normaldruck mit Wasser zwecks Erzielung einer Viskosität unterhalb von 1500 cP verdünnt werden kann.
Da durch die Lösungsviskosität beim Abkühlen die Wachstumsgeschwindigkeit der Amyloseteilchen beeinflusst wird, wird die Viskosität vorzugsweise so gering wie möglich gehalten. Das zur Aufrechterhaltung einer geringen Viskosität zusätzlich erforderliche Wasser muss jedoch später sowohl aus der
<Desc/Clms Page number 6>
Amylose- als auch aus der Amylopektinfraktion entfernt werden, wobei das Trocknen der Amylopektin- fraktion verhältnismässig teuer ist.
Zum Ausgleich liegt der optimale Bereich daher zwischen etwa 7 und
13 Gew.-lo Stärketrockensubstanz. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren werden geringe Mengen von
Substanzen in den Stärkelösungen, die bei dem Verfahren nicht umgesetzt werden. nicht ausgeschlossen ; andere wirksame Bestandteile als Wasser und Stärke sind bei dem vorgeschlagenen Verfahren aber nicht erforderlich. Beispielsweise kann noch eine geringe Menge eines Schutzmittel, wie 0, 05 g Phenyl- quecksilberacetat je Liter. zugesetzt werden.
Die feste amylosereiche Phase kann in jeder geeigneten Weise abgetrennt werden. Beispielsweise kann man eine schnellaufende Zentrifuge jener Art verwenden, wie sie beim nassen Vermahlen von Maisstärke zwecks Trennung der körnigen Stärke von dem Gluten üblich sind. Die Art der zum Trennen verwendeten Vorrichtung wird selbstverständlich von der Teilchengrösse und der Viskosität der Flüssigkeit und von andern Bedingungen bestimmt. Wenn ein ausreichendes Teilchenwachstum erzielt worden ist, kann eine Schwerkrafttrennvorrichtung verwendet werden, die z. B. nach Art eines Dorr-Eindickers arbeitet. Nach dem Abtrennen wird der feuchte Amylosekuchen gewaschen. Dies kann durch Aufschlämmen des Kuchens in einer verhältnismässig geringen Wassermenge und Abtrennen der Festbestandteile aus dem Waschwasser durch Zentrifugieren erfolgen.
Der erhaltene Kuchen wird dann z. B. durch Sprühtrocknen. Walzentrocknen, Trocknen im Vakuum oder nach andern Methoden zum schnellen Entfernen von Wasser getrocknet. Beim langsamen Trocknen der feuchten Amylose an der Luft wird diese hart und hornartig und verhältnismässig schwierig zu vermahlen. Sie kann jedoch verhältnismässig langsam an Luft getrocknet werden, wenn die Eigenschaften der getrockneten Amyloseteilchen von geringer Bedeutung sind. Die Amylopektinfraktion kann nach den gleichen Verfahren getrocknet werden.
Die Abtrennung der festen Fraktion kann bei Raumtemperatur (etwa 300 C) bei Viskositäten im Bereich von 400 bis 600 cP zufriedenstellend erfolgen, doch können solche Trennungen mit einer schnelllaufenden Zentrifuge auch bei Viskositäten von etwa 1500 cP vorgenommen. werden. Da jedoch die Viskosität bei ansteigender Temperatur geringer wird und die Viskositätseigenschaften der Lösung nach dem erfindungsgemässen Verfahren stabilisiert worden sind, kann die Abtrennung der festen Fraktion erleichtert werden, wenn die Lösung im heissen Zustand zentrifugiert wird.
Die hier angegebenen Viskositätswerte sind mit einem Brookfield-Viskosimeter bei einer Spindelgeschwindigkeit von 20 UpM gemessen worden. Die Spindel Nr. l ist für Viskositäten bis zu 500 cP und die Spindel Nr. 2 ist für Viskositäten oberhalb von 500 cP verwendet worden.
Nach einem sehr einfachen Versuch kann bestimmt werden, ob die erfindungsgemäss hergestellte Lösung beständig ist und ob die Amylose daraus abgetrennt werden kann. Eine Probe der Lösung wird schnell unter Rühren in einem Eisbad auf eine Temperatur von 300 C oder auf eine beliebige andere Temperatur nahe der Raumtemperatur abgekühlt. Die Viskosität wird dann sofort mit dem BrookfieldViskosimeter gemessen. Die Lösung wird dabei auf einer gleichbleibenden Temperatur gehalten, wobei die Messungen für eine Zeit von mindestens 5 h in regelmässigen Abständen wiederholt werden. Wenn. die Lösung beständig ist, wird bei der Messung praktisch keine Erhöhung der Viskosität festgestellt werden.
EMI6.1
zufriedenstellender Reinheit und Ausbeute nicht möglich.
Bei Getreidestärken kann durch diesen Versuch die Mindestzeitdauer bestimmt werden, während welcher die Lösung zwischen einer Temperatur von etwa 490 C und dem. Siedepunkt gehalten werden muss. Bei Wurzelstärken, bei denen die Lösungsbeständigkeit keine so grosse Schwierigkeit darstellt, wird die Mindestzeit besser nach dem Ausmass bestimmt, in dem die Teilchen wachsen. Zwecks Erzielung einer wirksamen Trennung sollte das Teilchenwachstum so gross sein, dass mindestens 50 Gew. -0/0 grösser als 20/l sind..
Die abgetrennte Amylose kann aus der Lösung durch Giessen in die Form eines Filmes gebracht werden, der zum Verpacken, besonders von Nahrungsmitteln (wie Wursthüllen), geeignet ist, da Amylose vom Menschen verdaut werden kann. Amylose, die in ihrem Aufbau der Cellulose ähnlich ist, und ebenso viele ihrer Derivate sind thermoplastisch. Amylose und ihre Derivate (wie die Acetate) sind daher zur Herstellung von Fasern und geformten Produkten nach der Art von Celluloseprodukten brauchbar. Die Amylopektinfraktion kann in gleicher Weise wie jene Stärke verwendet werden, die aus der wachsartigen Maisart von Mais erhalten wird. Amylopektin wird zur Herstellung von Klebemitteln, zum Bedrucken und Veredeln von Gewebe, zum Verdicken und Stabilisieren von Tortenfüllungen, Salattunken und Dosennahrungsmitteln verwendet.
<Desc/Clms Page number 7>
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren erzielten Ergebnisse sind besonders bei der Verwendung von Stärke aus gewöhnlichem Mais aussergewöhnlich. Von allen Stärkearten neigt besonders Maisstärke zu einem Zurückverwandeln beim Abkühlen nach dem Erhitzen in Wasser auf eine Temperatur bei oder oberhalb der Verkleisterungstemperatur. Wenn eine Lösung von Maisstärke in Wasser erfindungsgemäss mindestens 8 h auf einer Temperatur oberhalb von 490 C gehalten wird, wird das Zurückverwandeln ver- mieden. Dies ist besonders deswegen vorteilhaft, weil Stärke vorwiegend aus Mais erzeugt wird.
In Fig. l ist das erfindungsgemässe Verfahren veranschaulicht. Mit 10 ist ein offener Mischtank bezeichnet, in dem Wasser und körnige Stärke zwecks Erzeugung einer Suspension mit Hilfe eines
Rührers 12 vermischt werden. Der Tank ist von gebräuchlicher Bauart und besitzt einen konischen Un- terteil mit einer Auslassleitung 14 an der Kegelspitze und einem Auslassventil 15 zum Regeln der
Fliessgeschwindigkeit. Die Leitung 14 ist mit dem Einlass einer Pumpe 16 verbunden, die zum För- dern durch die Aufschlämmungsbeschickungsleitung 18 dient. Die Leitung 18 ist mit einer Erhit- zungsvorrichtung 20 für die Aufschlämmung verbunden, die in der weiter oben angegebenen USA-Pa- tentschrift Nr. 3, 101, 284 näher beschrieben ist.
Die Hochtemperaturerhitzungsvorrichtung 20 für die Stärkeaufschlämmung besteht aus einer Was- serdampfdüse 22, die auf einem Druckgefäss 26, das als "Haltetank" bezeichnet wird, befestigt ist. Die Wasserdampfdüse 22 ist mit einer Wasserdampfleitung 24 und der Pumpenförderleitung 18 verbunden. In die Düse tritt die Stärkeaufschlämmung unter Druck in axialer Richtung ein, während der
Wasserdampf in den Hals der Düse aus im Kreisumfang angebrachten Düsen eintritt, so dass eine gründ- liche und schnelle Erhitzung der Stärkeaufschlämmung auf eine Temperatur erfolgt, die durch den
Wasserdampfdruck und die Fliessgeschwindigkeit leicht geregelt wird. Wie in der oben angegebenen
USA-Patentschrift beschrieben, fördert die Wasserdampfdüse 22 direkt in den Haltetank 26.
Der
Haltetank ist mit einer Ablassleitung 28 mit einem Druckregelventil 30 versehen, wodurch der
Druck in dem Haltetank geregelt werden kann. Weiterer Wasserdampf kann in den leeren Zwischenraum oberhalb der Flüssigkeit in den Haltetank gebracht werden, um Wärmeverluste auszugleichen. Am Unterteil des Haltetanks 26 ist eine Auslassleitung 32 für die Stärkepaste angebracht, wobei die Leitung 32 mit einem Ventil 33 zum Regeln der Verweilzeit in dem Haltetank ausgerüstet ist. Die Auslassleitung 32 ist mit einem Abscheidungsgefäss 34 verbunden, das einfach ein Tank unter Normaldruck sein kann. Das Abscheidungsgefäss besitzt einen Mantel 36, durch den Heiz- oder Kühlflüssigkeit mit Hilfe der Leitungen 38 und 40 umgepumpt werden können, wodurch die Abkühlungsgeschwindigkeit der Stärkelösung geregelt werden kann.
Das Gefäss 34 hat am Boden eine Auslassleitung 42, die mit dem Einlassstutzen einer Zentrifuge 44 verbunden ist. In die Leitung 42 kann eine Pumpe geschaltet werden, oder die Vorrichtung kann derart angeordnet werden, dass die Flüssigkeit unter der Schwerkraft abfliesst. In der Zentrifuge wird eine wässerige, amylopektinreiche Lösung und ein feuchter, fester, amylosereicher Kuchen erzeugt. Die Amylopektinlösung wird durch Leitung 46 zu einer Sprühtrockenvorrichtung 48 zwecks Erzeugung eines trockenen, mit Amylopektin angereicherten Produktes geleitet. In dieser Trockenvorrichtung wird die Flüssigkeit in einen aufsteigenden Heissluftstrom gesprüht, so dass das sprühgetrocknete Produkt nach dem Trocknen nach unten fällt, wobei jedoch auch andere Arten von Trockenvorrichtungen verwendet werden können, die bei der Stärkeherstellung üblich sind.
Zwecks Verringerung der Belastung der Trockenvorrichtung kann die Amylopektinlösung vor dem Trocknen in einer üblichen Verdampfungsanlage konzentriert werden.
Der beim Zentrifugieren erhaltene feuchte Kuchen wird dann gewaschen. Die zum Waschen verwendete Vorrichtung besteht aus einem einfachen Mischtank 52 mit einem Rührer 54 und einem Wassereinlass 56. Der in den Zeichnungen gezeigte Tank 52 ist durch eine Leitung 50 mit der Zentrifuge 44 verbunden. Die Methode der Beförderung des feuchten, festen Kuchens zu der Waschvorrichtung wird jedoch von dem Flüssigkeitsgehalt der Festsubstanzen bestimmt. In einigen Fällen kann es zweckmässig sein, die Festsubstanzen aus der Zentrifuge herauszuwaschen oder die Zentrifuge derart zu betreiben, dass eine noch pumpbare feste Phase erhalten wird. Bei jeder Ausführungsform wird die feste Phase in dem Tank 52 mit Wasser vermischt und anschliessend in einer zweiten Zentrifuge 60 teilweise entwässert.
Der Mischtank 52 ist durch die Leitung 58 mit dem Beschickungseinlass der zweiten Zentrifuge 60 verbunden.
Die Zentrifuge 60 ist durch die Leitung 62 mit dem Mischtank 10 verbunden, so dass das Waschwasser zwecks Vermeidung eines Verlustes von in dem Waschwasser enthaltenen feinen Amyloseteilchen oder von Amylopektin zurückgeleitet werden kann. Der feuchte Festkuchen aus der Zentrifuge 60 wird dann getrocknet, wozu die Zentrifuge durch eine Leitung 64 mit einer Trockenvor-
<Desc/Clms Page number 8>
richtung 66 verbunden ist. Zum Befördern des Kuchens aus der Zentrifuge zu der Trockenvorrichtung kann wieder jedes geeignete Verfahren verwendet werden.
Die Trockenvorrichtung kann aus einem
Sprühtrockner oder bei einer andern Ausführungsform aus einer Reihe von Tanks und Filtern und schliess- lich aus dem eigentlichen Trockner bestehen, wobei die Amylose entwässert oder durch Behandeln mit
Methanol (oder einem andern organischen Lösungsmittel) zwecks Verdrängung des Wassers getrocknet wird.
Bei der zuletzt angegebenen Ausführungsform wird das organische Lösungsmittel nach üblichen und ein- facheren Trockenverfahren entfernt. Das organische Lösungsmittel kann zwecks weiterer Verwendung nach bekannten Verfahren zurückgewonnen werden.
In den folgenden Beispielen wird das erfindungsgemäss vorgeschlagene Verfahren erläutert, ohne dass durch die dort angegebenen Einzelheiten und Ausführungsformen der Erfindungsbereich beschränkt werden soll. In den Beispielen sind nur handelsübliche Sorten von Stärke verwendet worden.
In den Beispielen ist der"Blauwert"der getrennten Fraktionen angegeben worden. Der"Blauwert"ist eine analytische Bestimmung, die eine Unterscheidung zwischen Amylose und Amylopektin ermöglicht.
Amylose hat einen hohen Blauwert, wobei handelsübliche Maisamylose einen Blauwert über 0,7 hat.
Werte von sogar 1,34 sind für hochmolekulare Kartoffelamylose angegeben worden. Für entfettete Mais- stärke ist ein Blauwert von 0, 37 angegeben worden. Amylopektin hat einen Blauwert von 0, 20 oder darunter. Der Blauwert von Amylose hängt gewöhnlich von ihrem Molekulargewicht ab, wobei dieser
Wert mit fallendem Molekulargewicht kleiner wird, obwohl nicht unbedingt in direktem Verhältnis. Bei
Maisstärke und ihren Fraktionen wird der Blauwert beim Entfetten um etwa 10 oder 15% erhöht. Die in der folgenden Beschreibung angegebenen Blauwerte wurden wie folgt bestimmt : Eine Probe von 0, 1 g (auf 0. 1 mg genau abgewogen) wird in einen 100 ml fassenden Messkolben gebracht. Diese Probe wird mit 1 ml Äthanol, 10 ml Wasser und 2 ml lOigem Natriumhydroxyd vermischt.
Die Probe wird dann bis zur klaren Lösung erhitzt, abgekühlt und mit Wasser auf das Volumen von 100 ml aufgefüllt. 5 ml dieser Lösung werden dann in einen 500 ml fassenden Kolben gebracht, in den dann 100 ml Wasser und schliesslich 3 Tropfen 6n-Salzsäure gegeben werden. Nach dem Vermischen durch Schütteln werden 5 ml Jodlösung (0, 2% Jod und 2% Kaliumjodid) zugesetzt, worauf auf 500 ml aufgefüllt wird. Die optische Dichte dieser Lösung wird dann bei einer Wellenlänge von 680 mp. in einem Beckmann-Spektrophotometer in einer 2-cm-Zelle im Vergleich zu einer Blindprobe bestimmt, die in gleicher Weise, jedoch ohne das Kohlenhydrat hergestellt worden ist.
Durch Multiplizieren der gemessenen optischen Dichte mit 0, 2 und Dividieren durch das Gewicht der Probe wird dann der Blauwert erhalten. Nach einer andern Ausführungsform wird die Probe statt in einem Äthanol-Natriumhydroxyd-Gemisch ohne Erwärmen in 5 ml In-Na- triumhydroxydiösung gelöst.
Da der Blauwert sowohl von dem Molekulargewicht der Amylose als auch von dem Amylosegehalt abhängt und ferner von dem Fettsäuregehalt der Stärke beeinflusst wird, ist in einigen Fällen die Strukturviskosität der getrennten Fraktionen als Mass für das Molekulargewicht bestimmt worden. Diese Messungen erfolgten, wie auf S. 675 des eingangs genannten Buches von Kerr beschrieben, bei einer Temperatur von 350 C in einer In-Natriumhydroxydlösung als Lösungsmittel.
Beispiel l : Eine Suspension von körniger, nativer Maisstärke in Wasser mit einer Dichte von 5, 60 Bé und einem pH-Wert von 6,5 wurde durch Erhitzen in einer Vorrichtung, die in der bereits genannten USA-Patentschrift Nr. 3, 101, 284 beschrieben ist, in eine fliessfähige Lösung umgewandelt. Die Probe wurde in dem Haltetank 6 min lang gehalten. Der Wasserdampfdruck in der Düsenmischvorrichtung betrug 5, 4 kg/cm2, wobei die Stärkesuspension in die Düsenmischvorrichtung unter einem Druck von 6, 65 kg/cm2 eingeführt wurde. In dem Haltetank wurde der Wasserdampfdruck auf einem Wert von 3,9 kg/cm2 gehalten, während die in dem Tank gemessene Temperatur 1470 C betrug.
Beim Entfernen der Stärkelösung aus dem Haltetank hatte diese das Aussehen einer klaren Lösung.
Beim Entspannen auf Normaldruck fiel die Temperatur der Probe auf einen Wert unter dem Siedepunkt von Wasser (auf etwa 980 C). Die mit einem Brookfield-Viskosimeter gemessene Viskosität hatte bei einer Temperatur von 97, 80 C einen Wert von 102 cP, während eine bei 96, 70 C gemessene Probe einen Viskositätswert von 105 cP hatte. Der pH-Wert der Lösung betrug 6, 7.
Die Probe wurde zwecks Abkühlung mit verschiedenen Geschwindigkeiten in drei Anteile geteilt. Die Geschwindigkeiten sind in Fig. 2 graphisch dargestellt. Zur Erzielung der unterschiedlichen Abkühlungsgeschwindigkeiten wurden diese drei Anteile in drei verschieden isolierten Behältern abkühlen gelassen.
Als Behälter wurden ein Becher aus rostfreiem Stahl ohne Isolierung, ein mit einer faserartigen Isolierung isolierter Campingbehälter bzw. ein Dewar-Gefäss verwendet.
Die durch die Wärmeabgabe an die umgebende Luft erhaltenen Abkühlungsgeschwindigkeiten sind in Fig. 2 mit 1, 2 und 3 bezeichnet. Aus dem Diagramm ist zu ersehen, dass die mit der Geschwindig-
<Desc/Clms Page number 9>
keit 1 abgekühlte Lösung in etwas mehr als 4 h eine Temperatur unterhalb von 490 C angenommen hatte. Bei den Geschwindigkeiten 2 und 3 wurde diese Temperatur in 11 bzw. 32 h erreicht. Dabei wurde gefunden, dass die nach der ersten Abkühlungskurve abgekühlte Lösung ein starres Gel bildete, während die beiden andern, nach den Kurven 2 und 3 abgekühlten Proben beständig blieben. Bei jedem Versuch hatte sich aus der Lösung eine feste, teilchenförmige Phase abgeschieden, die dann von der Lösung durch Zentrifugieren mit 9000 relativer Zentrifugalkraft entfernt wurde.
Das (in dem Becher aus rostfreiem Stahl entstandene) starre Gel musste mittels eines schnellaufenden Mischers in Wasser zerkleinert werden, bevor die feste Substanz gewonnen werden konnte. Die bei jedem Versuch erhaltene Festsubstanz wurde unter kräftigem Rühren in Wasser dispergiert und nochmals zentrifugiert, worauf dieser Waschgang wiederholt wurde.
Die gewaschene feste Phase wurde dann entwässert, indem sie in Methanol gerührt und dann zweimal in Methanol und zweimal in Aceton gewaschen wurde. Die entwässerte feste Substanz wurde schliesslich durch Erhitzen auf 1100 C gründlich getrocknet. Das Produkt war ein weisses Pulver. Sodann wurden die in der nachfolgenden Tabelle 1 angegebenen Blauwerte bestimmt. Trotz des gründlichen Waschens enthielt die aus dem starren Gel abgetrennte Festsubstanz (Abkühlungsgeschwindigkeit 1) eine grosse Menge von Amylopektin, welches Ergebnis jedesmal erhalten wurde.
Tabelle 1
EMI9.1
<tb>
<tb> Abkühlungsge-Amylosefraktion <SEP> Amylopektinfraktion
<tb> schwindigkeit <SEP> Blauwert <SEP> Blauwert
<tb> 2 <SEP> 1, <SEP> 000+ <SEP> 0, <SEP> 122++ <SEP>
<tb> 3 <SEP> 0, <SEP> 896 <SEP> 0, <SEP> 320 <SEP>
<tb>
+ Strukturviskosität = 1, 45 ++ Strukturviskosität = 1, 47
EMI9.2
kurve 1 in Fig. 2 abgekühlte Lösung bildete wieder ein starres Gel, während die andem Lösungen beständig blieben. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben. Die Viskosität der Lösung betrug 80 cP bei einer Temperatur von 97, 8 C, wobei eine zweite Probe einen Wert von 90 cP bei einer Temperatur von 96, 70 C ergab. Der PH-Wert der Lösung betrug 6, 7.
Tabelle 2
EMI9.3
<tb>
<tb> Abkühlungsge-Amylosefraktion <SEP> Amylopektinfraktion
<tb> schwindigkeit <SEP> Blauwert <SEP> Blauwert
<tb> 2 <SEP> 1, <SEP> 020+ <SEP> 0, <SEP> 140++ <SEP>
<tb> 3 <SEP> 0, <SEP> 944 <SEP> 0, <SEP> 314 <SEP>
<tb>
EMI9.4
<Desc/Clms Page number 10>
46Tabelle 3
EMI10.1
<tb>
<tb> Lösungsvis- <SEP> % <SEP> Ausbeute <SEP> Blauwert <SEP> der <SEP> Blauwert <SEP> der
<tb> kosität <SEP> cp <SEP> Amylose- <SEP> Amylose- <SEP> Amylopektin- <SEP>
<tb> Stärkeart <SEP> bei <SEP> 96, <SEP> 7 <SEP> C <SEP> fraktion <SEP> fraktion <SEP> fraktion
<tb> Kartoffel <SEP> 157 <SEP> 18, <SEP> 5 <SEP> 1, <SEP> 38 <SEP> 0, <SEP> 111 <SEP>
<tb> Tapioka <SEP> 87 <SEP> 16, <SEP> 3 <SEP> 1, <SEP> 38 <SEP> 0, <SEP> 026 <SEP>
<tb> Sago <SEP> 82 <SEP> 27, <SEP> 7 <SEP> 1, <SEP> 13 <SEP> 0, <SEP> 056 <SEP>
<tb> Reis <SEP> 103 <SEP> 20, <SEP> 0 <SEP> 1,
<SEP> 13 <SEP> 0, <SEP> 117 <SEP>
<tb> Weizen <SEP> 119 <SEP> 32, <SEP> 2+ <SEP> 1, <SEP> 05 <SEP>
<tb> Pfeilwurzel <SEP> 162 <SEP> 17, <SEP> 2 <SEP> 1, <SEP> 20 <SEP>
<tb>
Dieser Wert ist wesentlich höher als der angegebene Amylosegehalt von Weizenstärke ; dennoch gibt der Blauwert an, dass die Amylosefraktion eine hohe Reinheit hat.
Beispiel 4 : Ein Gemisch aus nativer körniger Maisstärke und Kartoffelstärke im Verhältnis von 3 : 1 wurde nach der in Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweise in Wasser erhitzt und 8, 5 min auf der dort angegebenen Temperatur gehalten. Die Aufschlämmung hatte einen pH-Wert von 6, 0. Beim Abkühlen nach der in Fig. 2 angegebenen Abkühlungskurve wurde eine beständige Lösung erhalten, aus der 21, 8 g Amylose je 100 g Stärke abgetrennt wurden. Die Amylose hatte einen Blauwert von über 1, 1. Ähnliche Ergebnisse wurden mit Gemischen aus Mais- und Kartoffelstärke im Verhältnis von 1 : 1. 7 : 1 und 1 : 9 erhalten.
Obwohl bei allen vorstehenden Beispielen das Erhitzen mit Hilfe einer Wasserdampfdüse erfolgte, kann die Erhitzungsstufe auch nach einem andern Verfahren durchgeführt werden. In den folgenden Beispielen werden die Ergebnisse beschrieben, die beim Erhitzen unter Verwendung einer andern Vorrichtungstype erhalten werden.
Beispiel 5 : Eine Aufschlämmung aus körniger nativer Maisstärke mit einem Festbestandteilgehalt von etwa 9, 5'7o wurde bei Raumtemperatur mit gleichbleibender Geschwindigkeit durch ein Schlangenrohr gepumpt, das in ein stets auf 148. 90 C erhitztes Heizbad eintauchte. Die Pumpgeschwindigkeit wurde derart bemessen, dass die Stärke und das Wasser 2 min in dem Bad verblieben. Die unter diesen Bedingungen gebildete Lösung wurde unter Normaldruck in einen isolierten Behälter gebracht, in dem die Lösung mit einer etwas langsameren Abkühlungsgeschwindigkeit als der von Kurve 2 in Fig. 2 abgekühlt werden konnte. Nach dem Abkühlen auf eine Temperatur unterhalb von 490 C erhielt man eine beständige Lösung, aus der dann 27, 7 g Amylose mit einem Blauwert von 0, 96 je 100 g der Stärkebeschickung gewonnen werden konnten.
Dieses Verfahren wurde mit allmählich ansteigenden Temperaturen wiederholt. Oberhalb etwa 1770 C war der Abbau der Stärke derart schnell, dass die verringerte
EMI10.2
ringert wurde.
Beispiel 6 : In diesem Beispiel wird die Verwendung eines Autoklaven für das erfindungsgemässe Verfahren erläutert. 200 g Maisstärke wurden in 2 1 Wasser suspendiert. Das Gemisch wurde 45 min mit Hilfe eines Wasserdampfbades und einer Eintauchheizvorrichtung unter Rühren erhitzt. Die Temperatur betrug 96. 10 C. obwohl an der Oberfläche des Tauchheizkörpers ein geringes Sieden erfolgte.
Etwa 1. 5 1 der gebildeten klaren Stärkepaste wurden in einen Autoklaven gegossen, worauf der Autoklav verschlossen und elektrisch erhitzt wurde. Nach etwa einer halben Stunde war die Temperatur auf etwa 152. 20 C "gestiegen. wonach der Autoklav abkühlen gelassen wurde. Nach weiteren 65 min, nachdem die Temperatur auf etwa den Siedepunkt bei Normaldruck gefallen war, wurde der Autoklav ge- öffnet. Ein Anteil der Stärkelösung wurde dann zwecks Abkühlung in einen lose verschlossenen DewarKolben gegossen. Die Lösung erreichte nach etwa 2 Tagen Raumtemperatur und blieb dabei stabil. Bei der mikroskopischen Untersuchung der Lösung wurde gefunden, dass grosse amylosereiche Teilchen vorlagen.
Ein wesentlicher Anteil dieser Amyloseteilchen hatte einen Durchmesser von etwa 50 bis 75 r Das amylosreiche Material konnte durch Zentrifugieren von der amylopektinreichen flüssigen Phase leicht abgetrennt werden.
Ein weiterer Anteil der in dem Autoklaven behandelten Lösung wurde in einem nichtisolierten Becher abgekühlt, wobei sich die Lösung innerhalb von 24 h zu einem sehr starren, undurchsichtigen Gel verfestigte. In diesem starren Gel wurden einige Teilchen beobachtet, die jedoch nur einen Durchmesser
<Desc/Clms Page number 11>
von etwa 5 p hatten, d. h. wesentlich kleiner als die durchschnittliche Grösse von Maisstärkekörnchen beträgt. Dies ist typisch für die bei einer Rückbildung (Retrogradation) der Stärkepaste gebildeten Teil- chen.
Beispiel 7: Nach der in Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweise, jedoch mit einer Haltezeit von
10 min, wurde eine grosse Menge Maisstärkelösung hergestellt, wobei während des Abkühlens vom Siede- punkt an die Amylosefraktion sorgfältig abgetrennt wurde. Die Abkühlungsgeschwindigkeit wurde derart bemessen, dass etwa 36 h zum Erreichen einer Temperatur von 490 C benötigt wurden. Während des Ab- kühlens der Lösung wurden kleine Proben abgenommen. Jede Probe wurde unter den gleichen Bedingungen zentrifugiert, worauf das Verhältnis des Volumens des festen Kuchens zu dem Volumen der Flüssigkeit be- stimmt wurde. Etwa 1/3 der amylosereichen Festsubstanzen hatte sich in den ersten 10 h (bei etwa 690 C) abgeschieden.
Beim Erreichen einer Temperatur von 490 C erfolgte eine plötzliche und starke Erhöhung der amylosereichen festen Phase, bis sich mehr als 25% der Stärkefestbestandteile als Amylose abge- schieden hatten.
Beispiel 8 : Eine Maisstärkelösung wurde nach der im Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweise her- gestellt und dann in 7 Teile geteilt. 6 Anteile, die sich in bedeckten Behältern befanden, wurden dann sofort in getrennte Öfen gebracht, die auf einer konstanten Temperatur von 70,60, 55,49, 4, 47, 2 bzw.-37, 80 C gehalten wurden. Der siebente Anteil wurde von selbst auf Raumtemperatur abkühlen ge- lassen. Beim Stehenlassen über Nacht hatten sich die auf 47, 2. 37, 80 C und die auf Raumtemperatur abgekühlten Proben verfestigt. Beim Stehenlassen über Nacht der auf 700 C gehaltenen Probe und nach 48stündigem Stehenlassen aller andern Proben enthielten diese Amyloseteilchen, die durch Zentrifugieren leicht abgetrennt werden konnten.
Die verfestigten Proben enthielten kleine Amyloseteilchen von abtrennbarer Grösse.
In der vorstehenden Beschreibung sind die angegebenen Temperaturen angenäherte Werte. Es wurde beobachtet, dass viele Erscheinungen nicht bei scharf bestimmten Temperaturen erfolgen. Ferner sind solche Erscheinungen, wie der Beginn und die Vervollständigung der Abtrennung der festen Fraktion, schwierig zu beobachten.
Obwohl in der Beschreibung Ausführungsformen und Einzelheiten beschrieben worden sind, können zahlreiche naheliegende Änderungen vorgenommen werden, ohne dass der Erfindungsbereich verlassen wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Abtrennen von Amylose und Amylopektin aus einer Stärkelösung, die durch Erhitzen eines Gemisches, das nur aus Stärke, vorzugsweise Getreidestärke, und Wasser besteht, auf eine Temperatur von mindestens 1210 C und vorzugsweise unter 1770 C hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass diese Lösung auf eine Temperatur von etwa 49 bis 1000 C abgekühlt und innerhalb dieses Temperaturbereiches längere Zeit, vorzugsweise mehr als 8 h gehalten wird, wobei die Konzentration der Stärketrockensubstanz in dieser abgekühlten Lösung mehr als etwa 2, 5 Gew.- beträgt, worauf der dabei entstandene Amyloseniederschlag von der das Amylopektin enthaltenden Lösung abgetrennt wird.