ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ЖЕЛАТИНИЗИРОВАННЫЕ КРАХМАЛЫ В КАЧЕСТВЕ НОСИТЕЛЕЙ ЖИДКИХ КОМПОНЕНТОВ Российский патент 2013 года по МПК C08B30/14 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение касается порошкообразного, нагруженного жидкостью крахмального материала, содержащего твердый носитель, состоящий из предварительно желатинизированного, негранулированного крахмального материала, состоящего из хлопьеобразных частиц крахмала, и один или более жидких компонентов, адсорбированных в и/или на упомянутом твердом носителе. Настоящее изобретение дополнительно касается способов приготовления упомянутого порошкообразного, нагруженного жидкостью крахмального материала. Кроме того, настоящее изобретение касается применения упомянутого порошкообразного, нагруженного жидкостью крахмального материала в пищевых продуктах и животном корме, фармацевтических продуктах, нутрицевтиках, агрохимикатах и косметических продуктах и предметах личной гигиены.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Крахмал является полисахаридом, который образуется в виде гранул в большинстве растительных клеток. Такие крахмальные гранулы состоят из высоко упорядоченных, кристаллических областей и менее упорядоченных, аморфных областей. Когда крахмал присутствует в таком зернистом состоянии, его называют "природный крахмал". Природные крахмалы из различных растительных источников широко варьируют по структуре и композиции, но все гранулы состоят из двух типов полисахаридов, амилозы (обычно 20-30%) и амилопектина (обычно 70-80%), оба из которых являются полимерами α-D-глюкозы. Природные крахмалы, однако, имеют присущие им недостатки, которые делают их неподходящими для многих применений. Поэтому были разработаны способы химической или физической модификации, которые превращают эти нежелательные свойства в желательные свойства.

Широко применяемой физической модификацией является предварительная желатинизация крахмала, которая представляет собой разрушение или распад молекулярного порядка в крахмальных гранулах, проявляющийся в необратимых изменениях таких свойств, как набухание гранул (проникновение воды, которое вызывает увеличенную случайность в зернистой структуре), плавление природных кристаллитов (уменьшение кристаллических областей в крахмальных гранулах из-за проникновения воды), потеря двойного лучепреломления и растворение крахмала. Такие предварительно желатинизированные крахмалы существенно растворимы (набухают) в холодной воде без варки и сразу увеличивают вязкость (моментальные крахмалы) в противоположность природным крахмалам.

Предварительно желатинизированные крахмалы обычно получают термическими, химическими или механическими способами. Конкретный применяемый способ сильно воздействует на физические свойства предварительно желатинизированных крахмалов, в частности, смачиваемость, дисперсность и пиковую вязкость в холодной воде. Термические способы широко используют, так как тепло вызывает превращение кристаллических областей в аморфную область, тем самым способствуя проникновению воды и набуханию гранул. Типичные термические способы, вызывающие желатинизацию, включают распылительную сушку, вальцовую сушку или барабанную сушку, экструзию и другие способы нагрева/сушки.

В зависимости от используемого способа и конкретных параметров применяемого способа полученные предварительно желатинизированные крахмалы могут терять или сохранять их зернистую структуру. Негранулированные, предварительно желатинизированные крахмалы, обычно получаемые с использованием вальцовой сушки, барабанной сушки, экструзии и, в некоторых случаях, распылительной сушки, широко используют в различных технических областях (смотри, например, патенты США №3607394 и 5131953). Для некоторых применений, однако, предпочтительно используют гранулированные предварительно желатинизированные крахмалы, так как неповрежденная зернистая структура придает определенные свойства, такие как улучшенная текстура. Эти гранулированные предварительно желатинизированные крахмалы могут быть приготовлены с помощью, например, особых способов распылительной сушки, которые вызывают набухание и желатинизацию, в то же время предотвращают разрушение формы гранул, или нагрева в водных органических растворителях, таких как водно-спиртовые смеси, с последующей сушкой (смотри, например, патенты США №4465702 и 5037929).

Предварительно желатинизированные крахмалы широко используют в различных областях техники для изменения вязкости или текстуры данного продукта без необходимости нагрева. По этой причине, например, многие пищевые продукты содержат предварительно желатинизированные крахмалы. Другой важной областью применения является фармацевтическая промышленность, где предварительно желатинизированные крахмалы традиционно используют в качестве связующего, наполнителя или разрыхлителя, и для увеличения устойчивости лекарственных препаратов и контроля скоростей высвобождения в дозирующих формах с модифицированной доставкой.

Недавно поступило сообщение, что предварительно желатинизированные крахмалы обладают потенциалом действия в качестве носителей для удерживания и защиты летучих ароматических соединений (Boutboul et al., Carbohydrate Polymers 47 (2002):73-82). Boutboul et al. изучали физические характеристики (размер частиц, удельная площадь поверхности и форма частиц) разных крахмалов, включая предварительно желатинизированные крахмалы, и провели корреляцию этих физических характеристик со способностью частиц крахмала удерживать летучие ароматические соединения. Два разных предварительно желатинизированных крахмала использовали в этом исследовании, предварительно желатинизированный стандартный кукурузный крахмал и предварительно желатинизированный (низко-амилозный) восковидный кукурузный крахмал, оба полученные из соответствующих природных крахмалов путем барабанной сушки, которые имели негранулированные, неоднородные формы и размеры частиц 11-69 мкм и 10-64 мкм, и удельные площади поверхности 0,51 м²/г и 0,54 м²/г соответственно. Boutboul et al. обнаружили, что принципиальным фактором, влияющим на удерживание ароматических соединений, является удельная площадь поверхности, которая зависит от формы и размера частиц крахмала, причем способность удерживания увеличивается, когда увеличивается удельная поверхность. Патент США 4810517 касается бобового предварительно желатинизированного крахмального компонента холодного набухания.

Хотя существуют различные материалы на основе крахмала, доступные в данной области техники, которые используют как носители или инкапсулирующие материалы для жидкостей, твердых веществ и летучих веществ, в промышленности все еще присутствует необходимость в дополнительном крахмальном материале, имеющем высокую несущую способность для жидких компонентов, который может быть приготовлен простым и экономичным образом.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение обеспечивает порошкообразный, нагруженный жидкостью, крахмальный материал, содержащий твердый носитель, состоящий из предварительно желатинизированного, негранулированного крахмального материала, состоящего из хлопьеобразных частиц крахмала, который имеет распределение размеров в диапазоне от 100 мкм до 375 мкм, предпочтительно в диапазоне от 125 мкм до 350 мкм, для по меньшей мере 50 вес.%, предпочтительно 80 вес.% частиц крахмала и удельную поверхность по БЭТ, меньшую или равную 0,5 м²/г, предпочтительно меньшую или равную 0,4 м²/г, и один или более жидких компонентов, адсорбированных в и/или на упомянутом твердом носителе.

Данный порошкообразный, нагруженный жидкостью, крахмальный материал готовят путем нанесения жидкого компонента на данный предварительно желатинизированный, негранулированный крахмальный материал, где данное нанесение выполняют путем нанесения, в частности распыления, одного или более жидких компонентов на крахмальный материал при перемешивании.

Кроме того, настоящее изобретение касается применения порошкообразного, нагруженного жидкостью, крахмального материала, заданного здесь, в пищевых продуктах и животном корме, фармацевтических продуктах, нутрицевтиках, агрохимикатах и косметических продуктах и предметах личной гигиены.

Настоящее изобретение будет теперь дополнительно описано со ссылкой на последующее подробное описание настоящего изобретение и примеры.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Настоящее изобретение основано на неожиданном обнаружении того, что предварительно желатинизированный, негранулированный крахмальный материал, состоящий из хлопьеобразных частиц крахмала, имеющих размер частиц от 100 мкм до 375 мкм для по меньшей мере 50 вес.% хлопьеобразных частиц крахмала, имеет новые и улучшенные функции, т.е. прекрасную способность к загрузке жидких компонентов, по сравнению с традиционными предварительно желатинизированными крахмалами распылительной сушки, и при этом обеспечивает порошкообразный, нагруженный жидкостью крахмальный материал. Известно, что маленькие размеры частиц и/или неправильные формы частиц соответствуют высокой удельной площади поверхности, которая, в свою очередь, соответствует высокой несущей способность. По этой причине маленькие частицы с высокой удельной площадью поверхности обычно и предпочтительно используют в целях захвата или инкапсулирования летучих или жидких веществ. Хлопьеобразные крахмальные частицы являются относительно большими частицами, и их удельная площадь поверхности довольно низкая, 0,5 м²/г или меньше, или 0,4 м²/г или меньше, или даже меньше чем 0,3 м²/г. Поэтому было неожиданно обнаружить, что предварительно желатинизированный, негранулированный крахмальный материал демонстрирует высокую несущую способность для жидких компонентов, подобных маслам, и дает порошкообразный, нагруженный жидкостью крахмальный материал.

Термин "предварительно желатинизированный крахмал", применяемый здесь, означает крахмал, который химически и/или механически и/или термически обработали в присутствии воды, чтобы уменьшить количество и размер кристаллических областей и увеличить случайность в общей структуре, и затем высушили. Обычно структурные изменения, вызванные желатинизацией, выражаются в потере двойного лучепреломления и/или мальтийских крестов в поляризованном свете. Предварительно желатинизированные крахмалы могут иметь или не иметь потерю их зернистой структуры и существенно растворимы в холодной воде без варки. Согласно настоящему изобретению "предварительно желатинизированные крахмалы" могут быть также химически модифицированы, чтобы придать желаемые свойства, такие как текучесть, гидрофобность и подобные. Предпочтительно, предварительно желатинизированный крахмал, используемый в настоящем изобретении, не является химически модифицированным. Кроме того, термин "предварительно желатинизированный крахмал" может также включать частично желатинизированный крахмал (ЧЖК), который содержит растворимую (желатинизированную) и нерастворимую фракции. Предпочтительно, предварительно желатинизированный крахмал, используемый в настоящем изобретении, полностью или преимущественно желатинизирован, т.е. с менее чем 10%, предпочтительно менее чем 5%, в особенности менее чем 2 или 1%, по весу, кристаллических областей.

В настоящем изобретении термин "химически модифицированный" или "химическая модификация" включает сшитые крахмалы, крахмалы, модифицированные блокирующими группами, чтобы ингибировать ретроградацию, крахмалы, модифицированные добавлением липофильных групп, ацетилированные крахмалы, гидроксиэтилированные и гидроксипропилированные крахмалы, неорганически этерифицированные крахмалы, катионные, анионные и окисленные крахмалы, амфотерные крахмалы, крахмалы, модифицированные энзимами, и их комбинации, но не ограничиваются ими.

Подходящие предварительно желатинизированные крахмалы для использования здесь могут быть получены из любого природного источника, где "природный" относится к тому факту, что упомянутый крахмал обнаруживается в природе. Типичными источниками крахмалов являются злаки, клубни, корни, бобы, фруктовые крахмалы и гибридные крахмалы. Подходящие источники включают кукурузу, горох, картофель, сладкий картофель, сорго, бананы, ячмень, пшеницу, рис, саго, амарант, тапиоку, аррорут, канну и их низко амилозные (содержащие не более чем приблизительно 10 вес.% амилозы, предпочтительно не более чем 5%) или высоко амилозные (содержащие по меньшей мере приблизительно 40 вес.% амилозы) вариации, но не ограничиваются ими. Также подходящими являются крахмалы, полученные из генетически модифицированных крахмальных культур. Предпочтительный крахмал для использования здесь имеет содержание амилозы ниже 40%, включая восковидный кукурузный крахмал с содержанием амилозы менее чем 1%. Особенно предпочтительные крахмалы включают рисовый, пшеничный, тапиоковый, кукурузный и картофельный крахмалы, в особенности кукурузный (маисовый) крахмал.

Используемый здесь термин "негранулированный крахмальный материал" относится к крахмальному материалу, состоящему из частиц, которые не имеют зернистой формы. "Зернистая форма" означает приблизительно сферическую или эллиптическую форму и включает сферические частицы, которые имеют выемки в их одной или более частях, такие как сферические крахмальные частицы, полученные обычным способом распылительной сушки. "Хлопьеобразная" крахмальная частица означает здесь частицу, которая потеряла свою зернистую структуру и имеет неоднородную форму в виде плоской или толстой пластинки неправильной формы. Обычно, такие хлопьеобразные крахмальные частицы получаются при вальцовой или барабанной сушке.

Предварительно желатинизированный, негранулированный крахмальный материал отличается таким распределением размеров хлопьеобразных частиц крахмала, что по меньшей мере 50 вес.% частиц крахмала имеют размер частицы от 100 мкм до 375 мкм, определенный с помощью ситового анализа. Предпочтительно по меньшей мере 80%, более предпочтительно по меньшей мере 90%, еще более предпочтительно по меньшей мере 95% и наиболее предпочтительно 100%, по весу, частиц крахмала имеют размер частиц от 100 мкм до 375 мкм. Кроме того, предпочтительно, размер частиц для по меньшей мере 80, 90, 95 или 100 вес.% частиц крахмала составляет от 125 мкм до 350 мкм, более предпочтительно от 125 мкм до 325 мкм и наиболее предпочтительно от 125 мкм до 300 мкм.

Удельная площадь поверхности по БЭТ предварительно желатинизированного, негранулированного крахмального материала составляет обычно не более 0,5 м²/г, предпочтительно 0,4 м²/г или менее, и еще предпочтительнее 0,3 м²/г или менее. Особенно предпочтительный предварительно желатинизированный, негранулированный крахмальный материал имеет размер частиц от 100 мкм до 375 мкм для по меньшей мере 50 вес.%, предпочтительно 80 вес.% частиц крахмала и удельную площадь поверхности по БЭТ, составляющую 0,5 м²/г или менее, предпочтительно 0,4 м²/г или менее.

Согласно настоящему изобретению предварительно желатинизированный, негранулированный крахмальный материал может включать незначительные количества одной или более добавок, предпочтительно в полном количестве не больше чем 10%, более предпочтительно не больше чем 5 вес.%, наиболее предпочтительно от 0 вес.% до 1 вес.% от общего веса частиц крахмала.

Эти возможно присутствующие добавки добавляют в исходную крахмальную суспензию или пасту, применяемую для приготовления предварительно желатинизированного, негранулированного крахмального материала по изобретению. Примеры добавки включают технологические добавки, такие как агенты для усиления формирования пузырьков, поверхностно-активные вещества и эмульгаторы, и другие ингредиенты, такие как соли, сахара, жир, смолы и гидроколлоиды, но не ограничиваются ими. Хотя и не предпочтительные, добавки, включенные в предварительно желатинизированный, негранулированный крахмальный материал, могут также представлять собой вещества, которые добавлены к полученному предварительно желатинизированному, негранулированному крахмальному материалу, чтобы обеспечить его желаемыми свойствами. Их примером является модифицирующий поверхность агент, который изменяет поглотительные свойства крахмала, улучшая, например, адсорбирование гидрофобных ингредиентов, таких как масла и жиры.

Предпочтительно предварительно желатинизированный, негранулированный крахмальный материал, состоящий из хлопьеобразных частиц крахмала, описанный выше, получают с помощью способа вальцовой сушки или барабанной сушки. Вальцовая сушка, а также барабанная сушка включают нагрев водной крахмальной суспензии или пасты, чтобы желатинизировать крахмал и мгновенно удалять влагу. Водная крахмальная суспензия или паста может сначала нагреваться и затем сушиться или, более предпочтительно, крахмал может одновременно желатинизироваться путем нагрева и сушиться с использованием коммерчески доступного аппарата вальцовой сушки или барабанной сушки. Используемый здесь термин "вальцовая сушка" относится к способу, где водная крахмальная суспензия или паста варится или частично варится и поступает на нагретые валки (иногда также называемые "барабаны") для сушки или, предпочтительно, способ, где водная крахмальная суспензия или паста одновременно варится и сушится на нагретых валках. Термин "барабанная сушка" означает способ, очень похожий на способ вальцовой сушки за исключением того, что на нагретые барабаны наносят более толстое покрытие из крахмальной суспензии или пасты.

Предпочтительный способ приготовления предварительно желатинизированного, негранулированного крахмального материала, описанного выше, начинается со смешивания крахмала (обычно в форме крахмального порошка) и воды с приготовлением водной крахмальной суспензии или пасты, имеющей определенное содержание твердого вещества. "Крахмальная суспензия или паста" может также включать препараты высоковязкого крахмала, такие как влажный осадок на фильтре. Подходящие крахмалы определены выше. Содержание крахмала обычно составляет от 20 до 45 вес.%, в особенности от 25 до 40 вес.%, и особенно от 32 до 40 вес.%.

Приготовленную водную крахмальную суспензию или массу затем наносят на нагретые вращающиеся валки или барабаны вальцовой сушилки или барабанной сушилки удобным образом посредством наносящих барабанов или подающих вальцов, чтобы одновременно желатинизировать и сушить водную крахмальную суспензию или пасту. После одного оборота полученная высушенная крахмальная пленка удаляется с вальцов или барабанов с помощью сдирающего механизма, такого как лезвие ножа, с получением крахмального материала, который затем подвергается размолу, например, в роторной лопастной мельнице или режущей мельнице. Наконец, размолотый крахмальный материал просеивают, используя одно или более сит разного размера сетки, как известно в данной области техники, получая желаемую отсеянную фракцию предварительно желатинизированного, негранулированного крахмального материала.

Подходящие вальцовые сушилки и барабанные сушилки для получения предварительно желатинизированного, негранулированного крахмального материала по изобретению коммерчески доступны, например, от GMF-Gouda (Нидерланды). Обычно они сконструированы в виде сушилок с косвенным нагревом, где тепло переносится сжатым потоком на внутреннюю (металлическую) стенку барабана, которая, в свою очередь, переносит тепло к водной крахмальной суспензии или пасте на другую сторону стенки. Хотя базовая конструкция относительно простая, существуют многочисленные, коммерчески доступные конфигурации, которые отличаются в расположении и количестве барабанов и подающих вальцов, типе сдирающего механизма и т.д.

Такие факторы, как композиция водной суспензии или пасты, температура вала или барабана и скорость барабана или вала (которая определяет время пребывания), будут иметь влияние на физические и химические свойства конечного предварительно желатинизированного, негранулированного крахмального материала. Специалист в области вальцовой сушки или барабанной сушки хорошо осведомлен об этих параметрах и знает, как установить или подстраивать эти параметры, чтобы получить предварительно желатинизированный крахмальный материал, имеющий желаемые свойства. Например, известно, что различные типы крахмалов имеют разные температуры желатинизации, и, таким образом, один или более из вышеуказанных параметров могут подстраиваться или оптимизироваться, чтобы достичь удовлетворительного результата. Такие оптимизации находятся среди обычных возможностей специалиста в области вальцовой сушки или барабанной сушки предварительно желатинизированных крахмалов.

Валы или барабаны обычно нагревают так, чтобы иметь температуру поверхности в диапазоне от 120 до 200°С, в особенности в диапазоне от 140 до 190°С и особенно в диапазоне от 150 до 180°С. Валы или барабаны обычно работают при скорости вращения от 5 до 18 об/мин, предпочтительно от 5 до 15 об/мин и более предпочтительно от 8 до 13 об/мин.

Одна или более дополнительных составляющих (добавок) может быть подмешана к водной крахмальной суспензии или пасте, включая технологические добавки, такие как агенты для формирования пузырьков, поверхностно-активные вещества и эмульгаторы, и другие вещества, такие как соли, сахара, жир, смолы и гидроколлоиды, чтобы улучшить определенные свойства, но не ограничиваясь ими. Например, крахмальная суспензия или паста, нанесенная на нагретые валы или барабаны, превращается в непрерывную фазу расплавленного крахмала, которая включает переменные количества воздушных пузырьков. Чтобы получить предварительно желатинизированный крахмальный материал с улучшенной способностью адсорбирования, могут быть выбраны условия, приводящие к относительно низкой объемной плотности, например, путем добавления специальных технологических добавок к водной крахмальной суспензии или пасте, чтобы увеличить образование пузырьков.

Дополнительные составляющие, если присутствуют, добавляются в небольших количествах, обычно в таких количествах, что дополнительные составляющие составляют не больше чем 10 вес.%, предпочтительно не больше чем 5 вес.%, более предпочтительно не больше чем 1 вес.% от общего веса конечных частиц крахмала, высушенных на вальцах или барабанах. В других вариантах изобретения добавляют 0% этих добавочных ингредиентов, и водная крахмальная суспензия или паста, следовательно, состоит исключительно из крахмала и воды.

Кроме того, в объем изобретения, хотя не особенно предпочтительно, входит то, что полученный, высушенный на вальцах или барабанах, предварительно желатинизированный, негранулированный крахмальный материал дополнительно обрабатывают модифицирующим поверхность агентом, чтобы изменить поглотительные свойства крахмала. Гидрофобный агент, например, будет дополнительно улучшать поглотительную способность для гидрофобных жидких компонентов, подобных маслам и жирам.

Порошкообразный, нагруженный жидкостью крахмальный материал содержит кроме твердого несущего материала, определенного выше, один или более жидких компонентов. Один или более жидких компонентов находятся внутри, нанесены на, захвачены, связаны с, и/или адсорбированы в и/или на несущем материале, который обеспечивает матрицу для жидких компонентов. Будет понятно, что термин "содержит", используемый в настоящем описании, предназначен охватывать не только значения "включает", "содержит" или "охватывает", но также значение "состоящий (исключительно) из".

Используемый здесь термин "жидкий компонент" относится к любому материалу, которое присутствует в жидкой форме, и включает, например, смеси разных жидкостей и растворы или суспензии одного или более веществ. Жидкие ингредиенты, которые могут быть нанесены, включают приправы, ароматы, благоухания, растительные экстракты, эмульгаторы, красители, масла и жиры, в особенности те масла и жиры, которые применимы в качестве пищевых ингредиентов или добавок, такие как омега-3-обогащенные масла, салатные масла и рыбий жир, эфирные масла и лецитин, другие питательные вещества, такие как каротиноиды и витамины, подобные витаминам А и Е, и антиоксиданты органических кислот, фармацевтически активные ингредиенты, а также смолы, кровь, алкогольные напитки, средства от насекомых, инсектициды и гербициды, но не ограничиваются ими. Кроме того, также растворы особых веществ или ингредиентов, таких как биологически активные соединения, как микроорганизмы или энзимы, пригодны для использования здесь, где растворитель, если желательно, может быть удален после нанесения на этапе сушки. Предпочтительными жидкими ингредиентами являются спирты, ацетоны, кетоны, альдегиды, масла и жиры. Особенно подходящими для использования здесь являются гидрофобные жидкости, в частности масло или жир любого типа, эфирные масла, смолы, растительные экстракты, смеси ароматов и благоуханий в несущих растворителях, таких как спирт, пропиленгликоль, вода или растительные масла, лецитин и полиненасыщенные жирные кислоты.

В предпочтительном варианте осуществления по изобретению порошкообразный, нагруженный жидкостью крахмальный материал содержит не менее чем 20 вес.% одного или более жидких компонентов от общего веса нагруженных жидкостью частиц крахмала. Более предпочтительно, жидкие компоненты составляют по меньшей мере 25% или 30%, более предпочтительно по меньшей мере 35% и наиболее предпочтительно по меньшей мере 40% от веса порошкообразных, нагруженных жидкостью частиц крахмала.

В дополнительном аспекте настоящее изобретение касается способа приготовления порошкообразного, нагруженного жидкостью крахмального материала, описанного выше, путем нанесения одного или более жидких компонентов на предварительно желатинизированный, негранулированный крахмальный материал, состоящий из хлопьеобразных частиц крахмала, описанных выше, при перемешивании.

Для нагружения предварительно желатинизированного, негранулированного крахмального материала одним или несколькими жидкими компонентами крахмальный материал может быть помещен в сосуд, поддерживающий механическое перемешивание и предпочтительно способный к герметизации. Подходящими перемешивающими устройствами являются, например, лопастной смеситель, ленточный смеситель, V-смеситель или смеситель с лемешными лопастями. Один или более жидких компонентов затем наносят, например, наливают, накачивают или, предпочтительно, распыляют через сопло в данный сосуд и наносят на перемешиваемый крахмальный материал. Распыление через сопло преимущественно используется, так как сопло приводит к образованию маленьких капель, которые легче поглощаются крахмальным несущим материалом. Нанесение из газовой фазы или в сверхкритических условиях также возможно. Перемешивание продолжается до получения равномерного распределения жидкого материала в и/или на твердом носителе. Время, требуемое для распыления или накачивания, зависит от уровня добавления жидких компонентов на предварительно желатинизированный крахмальный материал и времени, требуемого для получения полного адсорбирования с образованием свободно текущего порошка.

Другим подходящим способом нанесения одного или более жидких компонентов на предварительно желатинизированный, негранулированный крахмальный материал может быть способ нанесения в псевдоожиженном слое. В таком способе носитель, т.е. предварительно желатинизированный, негранулированный крахмальный материал, псевдоожижается путем подачи воздуха или другого газа вверх сквозь слой частиц крахмала. Жидкие компоненты затем распыляют через сопло на псевдоожиженные крахмальные частицы, получая нагруженный жидкостью крахмальный материал из равномерно нагруженных частиц крахмала.

Еще один подходящий способ нанесения включает стадии суспендирования предварительно желатинизированного, негранулированного крахмального материала в жидких компонентах с последующим отделением порошкообразного, нагруженного жидкостью крахмального материала от жидких компонентов с помощью обычных способов разделения, таких как фильтрование или центрифугирование.

В зависимости от типа наносимого жидкого компонента жидкий компонент может нагреваться или охлаждаться. В случае жидких компонентов высокой вязкости, например, может быть удобно нагревать жидкие компоненты, снижая вязкость и облегчая процесс нанесения. В случае температурно-чувствительных жидких компонентов охлаждение может быть желательным или необходимым, например, для растворов термочувствительных фармацевтических активных веществ. Средства для эффективного охлаждения или нагрева, такие как охлаждающий или нагревающий смеситель, хорошо известны специалистам в данной области техники.

Согласно настоящему изобретению предварительно желатинизированный, негранулированный крахмальный материал, используемый в качестве несущего материала, может предварительно обрабатываться перед нанесением инертным газом для удаления, например, кислорода. Он также может обрабатываться в вакууме перед нанесением для увеличения поглотительной способности. Дополнительно, когда нужно наносить чувствительные жидкости, операция нанесения может выполняться в атмосфере инертного газа, например, в атмосфере азота для защиты от потери качества при окислении.

После нагружения предварительно желатинизированного, негранулированного крахмального материала одним или несколькими жидкими компонентами могут необязательно следовать дополнительные этапы обработки. Например, агенты текучести или противослеживающие агенты могут добавляться к нагруженному жидкостью крахмальному материалу, такие как трикальций фосфат, оксид кремния, силикаты и/или стеараты, для увеличения текучести. Порошкообразный, нагруженный жидкостью крахмальный материал по изобретению может также обеспечиваться покрытием и/или дополнительно инкапсулироваться любыми подходящими инкапсулирующими или покрывающими материалами, такими как мальтодекстрины, крахмалы, модифицированные крахмалы, декстрины, масла, жиры, воски, гидроколлоиды, белки, как известно в данной области техники.

Предварительно желатинизированный, негранулированный крахмальный материал из хлопьеобразных частиц крахмала используется в качестве несущего материала для жидких компонентов для их защиты, сохранения, стабилизации и/или контроля свойств выделения. Кроме того, будучи связанными с крахмальным несущим материалом, с жидкими компонентами легче обращаться, хранить и использовать в рецептурах.

Порошкообразный, нагруженный жидкостью крахмальный материал по изобретению может внедряться в многочисленные различные рецептуры, такие как порошки, гранулы, таблетки, капсулы, лепешки, пасты, гели, кремы, мази, притирания, лосьоны и подобное. Предпочтительные конечные применения порошкообразного, нагруженного жидкостью крахмального материала по изобретению включают пищевые продукты и животный корм, фармацевтические продукты, нутрицевтики, агрохимикаты, такие как гербициды, пестициды и удобрения, и косметические продукты и предметы личной гигиены, такие как продукты ухода за сухими волосами, шампуни, кондиционеры, антиперспиранты, дезодоранты, жидкости для полоскания рта, мыло, косметические кремы и подобное, но не ограничиваются ими.

В предпочтительном варианте осуществления по изобретению порошкообразный, нагруженный жидкостью крахмальный материал по изобретению используется в пищевых продуктах, включая сухие суповые смеси, быстрорастворимые напитки и супы, кексы и сухие смеси для десертов, пряности, специи, украшения десертов, взбитое тесто, заменители молока, безмасляные кремы, тертые и порошкообразные сыры и ароматные чаи, но не ограничиваются ими.

Настоящее изобретение будет теперь дополнительно иллюстрироваться и объясняться путем ссылки на данные ниже примеры. Способы оценки физических характеристик предварительно желатинизированного, негранулированного крахмального материала в данных примерах были следующие.

(1) Распределение размера частиц

Распределение размера частиц крахмальных образцов определяли с помощью ситового анализа, используя сита с различными отверстиями. Соответствующие ситовые фракции на ситах взвешивали и делили на общий вес крахмального образца, получая процентное удерживание на каждом сите.

(2) Форма частиц

Форму частиц крахмальных образцов наблюдали с помощью сканирующей электронной микроскопии при увеличениях от 100 до 750 ×, как известно в данной области техники.

(3) Удельная площадь поверхности по БЭТ

Удельную площадь поверхности крахмальных образцов измеряли путем адсорбирования азота в анализаторе площади поверхности Gemini II 2370 (Micrometrics NV/SA, Брюссель, Бельгия). Многоточечный (11 точек по традиции) способ БЭТ (Bruauner, Emmett and Teller, J. Am. Chem. Soc. 60:309-319 (1938)) использовали для определения полной доступной площади поверхности (удельная площадь поверхности по БЭТ) (м²/г).

(4) Способность адсорбирования масла

Способность адсорбирования масла измеряли путем центрифугирования заданного количества крахмального образца в дисперсии масла, удаления масла, которое не связалось с крахмалом, воздействия на остальной, нагруженный маслом крахмальный образец высоких центробежных сил и определения количества масла, которое осталось связанным с крахмальным образцом, путем определения веса полученного центрифугированного крахмала.

Адсорбирование подсолнечного масла

25 г (W₀) крахмального образца взвешивали, и 25 г подсолнечного мала (Vandemoortele, Бельгия) добавляли и тщательно перемешивали ложкой в течение 2 мин, получая масляно-крахмальную смесь. В случае слишком высокой вязкости добавляли дополнительное количество масла. В 750 мл круглодонную колбу для центрифугирования помещали приблизительно 360 г природного картофельного крахмала, и складчатую фильтровальную бумагу (диметр 150 мм, Machery-Nagel MN 614) развертывали и помещали поверх картофельного крахмала (в небольшую ямку, чтобы гарантировать, что фильтровальная бумага останется в положении во время последующего центрифугирования). Приготовленную масляно-крахмальную смесь затем наливали на фильтровальную бумагу с последующим центрифугированием при 3434 × г в течение 10 мин в центрифуге Heraeus Multifuge 3S. После завершения центрифугирования фильтровальную бумагу с крахмально-масляным образцом извлекали из колбы для центрифугирования, и крахмально-масляный образец, оставшийся на фильтре, тщательно удаляли, и измеряли вес W_s. Масло, адсорбированное образцом, вычисляли как W_s-W₀, и способность адсорбирования масла (%) выражали как (W_s-W₀)/W₀×100%.

Адсорбирование апельсинового аромата

Использовали такую же процедуру, как описано выше для подсолнечного масла, за исключением того, что образец центрифугировали при 214,66 × г в течение 3 мин. Использованное апельсиновое масло обеспечивали от Cargill Flavour Systems Uden (CAS 8028-48-6).

ПРИМЕР 1

Обычный кукурузный крахмал, высушенный на вальцах (С*12001, доступный от Cargill), просеивали на ситах 125 мкм и 315 мкм, и способность адсорбирования подсолнечного масла измеряли, используя вышеописанный способ измерения, на фракции с размером частиц между 125 мкм и 315 мкм. Кроме того, удельную площадь поверхности по БЭТ этой фракции измеряли вышеописанным способом БЭТ. Способность адсорбирования подсолнечного масла составила 25%, а удельная площадь поверхности по БЭТ-0,24 м²/г (таблица 1).

ПРИМЕР 2

Сшитый POCl₃, кукурузный крахмал, высушенный на вальцах (С*12930, доступный от Cargill), размалывали в роторной лопастной мельнице RETSCH SR300 и просеивали для удаления меньших частиц ниже 100 мкм. Полученный материал отличался наличием 51 вес.% материала с диапазоном размера частиц от 100 мкм до 375 мкм. Способность адсорбирования масла измеряли для подсолнечного масла и апельсинового аромата описанным выше способом. Кроме того, удельную площадь поверхности по БЭТ измеряли вышеописанным способом БЭТ. Способность адсорбирования масла составила 21% и 28% для подсолнечного масла и апельсинового аромата соответственно, а удельная площадь поверхности по БЭТ-0,26 м²/г (таблица 1).

ПРИМЕР 3

Обычный кукурузный крахмал (С*03401, доступный от Cargill) суспендировали в воде при концентрации 20 Bé. Суспензию подвергали вальцовой сушке на пилотной вальцовой сушилке от GMF Gouda, Type E 5/5 с валом (барабаном) 500×500 мм, работающим при 11 об/мин и давлении пара 7 бар. Максимальная температура поверхности барабана была 165°С. Стыковой зазор был 1,6 мм (измеренный при комнатной температуре). Образцы просевали на ситах 125 мкм и 350 мкм, и адсорбирование подсолнечного масла измеряли на фракции с размером частиц между 125 мкм и 350 мкм, используя способ измерения, описанный выше. Кроме того, удельную площадь поверхности по БЭТ для этой фракции измеряли вышеописанным способом БЭТ. Способность адсорбирования подсолнечного масла составила 31%, а удельная площадь поверхности по БЭТ-0,26 м²/г (таблица 1).

ПРИМЕР 4

Октенилсукцинат натрия крахмала (С*06369, доступный от Cargill) подвергали вальцовой сушке, как описано в примере 3, за исключением того, что скорость барабана была 13 об/мин, давление пара было 8,5 бар, и максимальная температура барабана была 173°С. Крахмальную пленку, удаленную с барабана, размалывали и просеивали. Отсеянную фракцию с размером частиц от 125 мкм до 325 мкм использовали для измерения способности адсорбирования подсолнечного масла и удельной площади поверхности по БЭТ, используя способы измерения, описанные выше. Способность адсорбирования подсолнечного масла составила 37%, а удельная площадь поверхности по БЭТ-0,23 м²/г (таблица 1).

ПРИМЕР 5 (сравнительный пример)

Обычный кукурузный крахмал, высушенный на вальцах (С*12001, доступный от Cargill), просевали на сите 50 мкм, и способность адсорбирования подсолнечного масла измеряли, используя вышеописанный способ измерения, на фракции с размером частиц ниже 50 мкм. Кроме того, удельную площадь поверхности по БЭТ этой фракции измеряли вышеописанным способом БЭТ. Способность адсорбирования подсолнечного масла составила 15%, а удельная площадь поверхности по БЭТ-0,52 м²/г (таблица 1).

Таблица 1 Физические характеристики и способность удерживания масла предварительно желатинизированных негранулированных крахмальных материалов по примерам 1-4 и сравнительному примеру 5 Пример/Сравнительный пример Форма частиц Размер частиц (мкм) Удельная площадь поверхности по БЭТ (м²/г) Способность адсорбиро-вания масла (%) Прим.1 хлопья 125-315^а 0,24 25^с Прим.2 хлопья 100-375^b 0,26 21^с, 28^d Прим.3 хлопья 125-350^а 0,26 31^с Прим.4 хлопья 125-325^а 0,23 37^с Сравн.прим.5 хлопья <50^а 0,52 15^{с а} для 100% частиц
^b для 51% частиц
^с подсолнечное масло
^d апельсиновый аромат

Настоящее изобретение касается порошкообразного нагруженного жидкостью крахмального материала, содержащего твердый носитель, состоящий из предварительно желатинизированного негранулированного крахмального материала, состоящего из хлопьеобразных частиц крахмала, в котором распределение размеров частиц крахмала таково, что по меньшей мере 50 вес.% частиц крахмала имеет размер частиц от 100 мкм до 375 мкм, а удельная площадь поверхности по БЭТ составляет 0,5 м²/г или менее, и один или более жидких компонентов, абсорбированных в и/или на упомянутом твердом носителе. Также настоящее изобретение раскрывает способ приготовления упомянутого порошкообразного нагруженного жидкостью крахмального материала, и применение его в пищевых продуктах и животном корме, фармацевтических продуктах, нутрицевтиках, агрохимикатах и косметических продуктах и предметах личной гигиены. Использование заявленной группы изобретений позволит получить порошкообразный нагруженный жидкостью крахмальный материал с высокой загрузкой масла в крахмальных частицах, до 37%. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.

1. Порошкообразный, нагруженный жидкостью, крахмальный материал, содержащий твердый носитель, состоящий из предварительно желатинизированного, негранулированного крахмального материала, состоящего из хлопьеобразных частиц крахмала, в котором распределение размеров частиц крахмала таково, что по меньшей мере 50 вес.% частиц крахмала имеет размер частиц от 100 мкм до 375 мкм, а удельная площадь поверхности по БЭТ составляет 0,5 м³/г или менее, и один или более жидких компонентов, абсорбированных в и/или на упомянутом твердом носителе.

2. Крахмальный материал по п.1, в котором по меньшей мере 80 вес.% частиц крахмала имеют размер частиц от 100 мкм до 375 мкм.

3. Крахмальный материал по п.1 или 2, в котором один или более жидких компонентов, абсорбированных в и/или на твердом носителе, составляют по меньшей мере 20 вес.% от общего веса нагруженных жидкостью частиц крахмала.

4. Способ приготовления порошкообразного, нагруженного жидкостью крахмального материала по любому из пп.1-3, включающий стадии:
(1) получения предварительно желатинизированного, негранулированного крахмального материала, состоящего из хлопьеобразных частиц крахмала,
(2) загрузки одного или более жидких компонентов в и/или на крахмальный материал, полученный на стадии (1), путем нанесения одного или более жидких компонентов на крахмальный материал при перемешивании.

5. Способ по п.4, в котором предварительно желатинизированный, негранулированный крахмальный материал, состоящий из хлопьеобразных частиц крахмала, получают посредством стадий:
a) смешивания крахмала и воды с получением водной крахмальной суспензии или пасты,
b) нанесения водной крахмальной суспензии или пасты на нагретые вращающиеся валы или барабаны для одновременной желатинизации и сушки водной крахмальной суспензии или пасты с получением высушенной крахмальной пленки,
c) удаления высушенной крахмальной пленки с валов или барабанов,
d) размола удаленной высушенной крахмальной пленки с получением размолотого крахмального материала, и
e) просеивания размолотого крахмального материала с получением предварительно желатинизированного, негранулированного крахмального материала, состоящего из хлопьеобразных частиц крахмала.

6. Способ по п.4 или 5, в котором агенты текучести и/или противослеживающие агенты добавляют к нагруженным жидкостью крахмальным частицам.

7. Применение порошкообразного, нагруженного жидкостью крахмального материала по любому из пп.1-3 для использования в пищевых продуктах и животном корме, фармацевтических продуктах, нутрицевтиках, агрохимикатах и косметических продуктах и предметах личной гигиены.