專利名稱：改性淀粉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過使非預(yù)凝膠化淀粉經(jīng)受過熱蒸汽處理而改性淀粉的方法。本發(fā)明還涉及預(yù)凝膠化淀粉產(chǎn)品以及一種用于噴霧干燥設(shè)備的噴嘴。
發(fā)明背景當(dāng)?shù)矸垡驯活A(yù)煮后，其可用來增稠冷食。這樣的淀粉被稱為預(yù)凝膠化或速食淀粉。否則淀粉需要加熱來引起其增稠或“凝膠化”。在過量的水中使淀粉凝膠化所需的實際溫度取決于淀粉的類型。預(yù)凝膠化淀粉特別廣泛地用于方便食品(如速食湯、速食沙司、速食肉汁、速溶飲料、沙拉調(diào)料混合物等)、乳制品(如速食布丁等)、烘焙食品(如蛋糕粉、烘焙奶油等)及速食嬰幼兒食品中。
術(shù)語“凝膠化”或“蒸煮”淀粉指已失去其偏振十字且其可已或可未失去其粒狀結(jié)構(gòu)的溶脹顆粒。術(shù)語“部分凝膠化”淀粉指還未完全失去其偏振十字的部分溶脹的顆粒。制備預(yù)凝膠化淀粉通常采用的熱方法包括滾筒干燥、擠出、在醇/水體系中高溫加熱及噴霧蒸煮/干燥。預(yù)凝膠化淀粉的物理性質(zhì)特別是在冷水中的可潤濕性、可分散性和峰值粘度取決于使淀粉預(yù)凝膠化所用的方法。
滾筒干燥和噴霧蒸煮/干燥的淀粉是市場上使用最廣泛的預(yù)凝膠化淀粉。這些淀粉通常比相應(yīng)的粒狀淀粉在凝 膠化時具有較低的增稠能力和較低的膠凝趨勢。增稠和膠凝能力的損失與水合粒狀結(jié)構(gòu)的部分破壞有關(guān)。滾筒干燥淀粉的增稠能力通常比噴霧蒸煮/ 干燥淀粉的低。從熱力學(xué)角度來看，滾筒干燥和噴霧蒸煮/干燥這兩種普通方法也不是很節(jié)能的。因此需要在冷液體中具有高增稠能力并可經(jīng)由與滾筒干燥和噴霧蒸煮/干燥相比更節(jié)能的方法生產(chǎn)的預(yù)凝膠化淀粉。本發(fā)明的方法提供了這樣的淀粉。
JP61-280244公開了在105_350°C之間溫度的過熱蒸汽存在下及低于9kg/cm2的表壓下熱處理淀粉少于5分鐘。
WO 2009/013346涉及一種改性淀粉的方法，所述方法包括使非預(yù)凝膠化淀粉經(jīng)受過熱蒸汽處理。
EP-A-0032296描述了一種用于蒸煮或凝膠化霧化狀態(tài)材料的方法和設(shè)備，使得得到可容易干燥、均勻和精細(xì)尺寸的產(chǎn)品。根據(jù)該文件，將待蒸煮的材料通過噴嘴組件中的霧化孔注射，以形成相對精細(xì)尺寸的噴霧，將其在噴嘴組件中加熱至有效蒸煮或凝膠化噴嘴組件中的材料的溫度。
本發(fā)明的方法提供了與常規(guī)預(yù)凝膠化淀粉相比具有新的和優(yōu)良功能性的預(yù)凝膠化淀粉產(chǎn)品。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種改性淀粉的方法。所述方法包括以下步驟a)向噴霧干燥器的雙流體噴嘴供應(yīng)非預(yù)凝膠化淀粉的水性漿料，其中所述雙流體噴嘴具有內(nèi)室，所述內(nèi)室具有至少一個用于非預(yù)凝膠化淀粉的水性漿料的入口、至少一個用于供應(yīng)過熱蒸汽的入口和至少一個出口；b)將所述非預(yù)凝膠化淀粉的水性漿料霧化至所述雙流體噴嘴的內(nèi)室內(nèi)；CN 102933605 A書明說2/10 頁c)將過熱蒸汽注入所述雙流體噴嘴的內(nèi)室內(nèi)，從而在內(nèi)室中通過過熱蒸汽加熱非預(yù)凝膠化淀粉的經(jīng)霧化的水性漿料，以產(chǎn)生部分凝膠化淀粉的漿料，其中在至少一個入口進(jìn)入內(nèi)室的所述過熱蒸汽的溫度在150°C _650°C范圍，優(yōu)選250°C _550°C，更優(yōu)選 350 °C -450 °C ；d)將來自內(nèi)室的部分凝膠化淀粉通過至少一個出口排放至反應(yīng)器；和e)使經(jīng)排放的漿料在反應(yīng)器中與過熱蒸汽接觸，以完全凝膠化在經(jīng)排放的漿料中的部分凝膠化淀粉，和干燥完全凝膠化淀粉，以生產(chǎn)干燥的顆粒狀預(yù)凝膠化淀粉。
本發(fā)明的方法可特別用于處理低直鏈淀粉型淀粉。優(yōu)選地，用于本發(fā)明方法的淀粉具有不大于35重量％的直鏈淀粉含量。更優(yōu)選地，所述淀粉為具有不大于10重量％，優(yōu)選不大于5重量％的直鏈淀粉含量的低直鏈淀粉型淀粉。
根據(jù)一個特別優(yōu)選的實施方案，在如上定義的本發(fā)明方法的步驟a)中，將所述非預(yù)凝膠化淀粉的水性漿料供應(yīng)到雙流體噴嘴，所述噴嘴包含噴嘴主體、噴嘴帽和位于噴嘴主體和噴嘴帽之間的內(nèi)室，其中所述噴嘴主體包含至少一個霧化器，其連接非預(yù)凝膠化淀粉的水性漿料的供應(yīng)，用于將淀粉的水性漿料霧化至內(nèi)室內(nèi)，其中所述內(nèi)室在其中具有至少一個入口，其連接加壓下的過熱蒸汽供應(yīng)，用于將加壓下的過熱蒸汽引入到內(nèi)室內(nèi)，并且其中所述噴嘴帽包含至少一個自內(nèi)室的出口，所述內(nèi)室還包含長度為4-1000 mm的可更換和/或可互換的間隔元件，使得內(nèi)室的長度可變化。
本發(fā)明還提供了一種用于噴霧-干燥淀粉的雙流體噴嘴，所述雙流體噴嘴包含噴嘴主體、噴嘴帽和位于噴嘴主體和噴嘴帽之間的內(nèi)室，其中所述噴嘴主體包含至少一個霧化器，其適于連接淀粉的水性漿料的供應(yīng)，用于將淀粉的水性漿料霧化至內(nèi)室內(nèi)，其中所述內(nèi)室在其中具有至少一個入口，其適于連接加壓下的過熱蒸汽供應(yīng)，用于將加壓下的過熱蒸汽引入到內(nèi)室內(nèi)，并且其中所述噴嘴帽包含至少一個自內(nèi)室的出口，其特征在于所述內(nèi)室還包含長度為4-1000 mm的可互換的間隔元件，使得內(nèi)室的長度可改變。
本發(fā)明還提供了一種預(yù)凝膠化淀粉，25°C下在UDMSO (9體積DMS0，I體積6M尿素) 中濃度為8mg/ml時所述預(yù)凝膠化淀粉的表觀粘度與相應(yīng)的母體非預(yù)凝膠化淀粉的表觀粘度的比率在Is—1下在I. 00-1. 18之間，并且于30°C下所述淀粉的6重量％水性分散體的標(biāo)準(zhǔn)化儲能模量G’ (c/c*)在15-30 Pa之間。
此外，本發(fā)明涉及本發(fā)明的淀粉在食品、餐食、化妝品、藥物應(yīng)用和個人護(hù)理產(chǎn)品中的用途。
附圖簡述圖I為本發(fā)明的雙流體噴嘴的優(yōu)選實施方案的截面圖。
圖2給出根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的預(yù)凝膠化淀粉(實施例I和2)與得自Cargill， Incorporated的常規(guī)的噴霧-蒸煮淀粉OHiForm A 12791的粘度隨時間的發(fā)展的比較。
發(fā)明詳述本發(fā)明中的術(shù)語“過熱蒸汽”指加熱至高于其對應(yīng)壓力下的沸點的溫度的蒸汽(=氣態(tài)水)。因此，過熱蒸汽不能與水接觸存在或含有水，而是其類似于理想氣體。其也被稱為過載(surcharged)蒸汽、無水蒸汽和過熱蒸汽。
本文使用的術(shù)語“內(nèi)室”為噴嘴內(nèi)非預(yù)凝膠化淀粉與過熱蒸汽間發(fā)生部分反應(yīng)的地方。該反應(yīng)為部分的，是由于根據(jù)本發(fā)明的方法，在內(nèi)室中淀粉部分(即，不完全)凝膠5化。術(shù)語“內(nèi)室”不局限于室的具體形式，即，室的形狀、尺寸或結(jié)構(gòu)。室可例如為管的形式。 “內(nèi)室”具有至少一個用于過熱蒸汽的入口，通過至少一個在噴嘴帽中提供或由噴嘴帽提供的出口排除，并且通過至少一個霧化器提供經(jīng)霧化的淀粉漿料。
本文使用的術(shù)語“連續(xù)反應(yīng)”意在使這樣的反應(yīng)器與分批型反應(yīng)器相區(qū)分。
非預(yù)凝膠化淀粉可源自任何天然源，其中術(shù)語“天然”指所述淀粉能在大自然中找到的事實。除非明確加以區(qū)分，否則本說明書中提及淀粉時意在包括它們的相應(yīng)的面粉 (flour) 0面粉還可含有蛋白質(zhì)，如面筋。淀粉的典型來源有谷類、塊莖、根豆類、水果淀粉和混合型淀粉。適宜的來源包括但不限于玉米、豌豆、馬鈴薯、甘薯、高粱、香蕉、大麥、小麥、稻子、西米、莧菜、木薯、竹芋、美人蕉及低直鏈淀粉型淀粉(含有不多于約35重量％，優(yōu)選不多于10重量％直鏈淀粉，更優(yōu)選不多于5%)或高直鏈淀粉型淀粉(含有至少約40重量％直鏈淀粉)。同樣適宜的有源自通過育種技術(shù)獲得的植物的淀粉，所述育種技術(shù)包括雜交、易位、倒位、轉(zhuǎn)化或包括其變體的任何其它基因或染色體工程方法。此外，源自由上述屬組合的人工突變和變體培育的植物的淀粉在本文中也適用，所述植物可通過已知的誘變育種標(biāo)準(zhǔn)方法獲得。所用的淀粉可為改性淀粉，例如化學(xué)改性淀粉和物理改性淀粉。化學(xué)改性淀粉的實例包括但不限于乙?；矸?、羥乙基化和羥丙基化淀粉、無機(jī)酯化淀粉、陽離子淀粉、陰離子淀粉、氧化淀粉、兩性離子淀粉、被酶改性的淀粉及其組合，只要淀粉未預(yù)凝膠化。物理改性淀粉的實例包括如例如EP I 038 882A中公開的那些熱抑制淀粉。在本發(fā)明方法的一個優(yōu)選實施方案中，待處理的非預(yù)凝膠化淀粉為具有不大于35重量％，優(yōu)選不多于10重量％，更優(yōu)選不多于5重量％的直鏈淀粉含量的低直鏈淀粉型淀粉。替代的優(yōu)選實施方案為具有不大于35重量％,優(yōu)選不多于10重量％,更優(yōu)選不多于5重量％的直鏈淀粉含量的馬鈴薯淀粉、木薯淀粉、n-OSA(正-辛烯基琥珀酸酐)淀粉。應(yīng)理解的是，任何上面提到的非預(yù)凝膠化淀粉和/或面粉的混合物也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的方法，非預(yù)凝膠化淀粉和/或面粉在雙流體噴嘴的內(nèi)室中用過熱蒸汽處理。雙流體噴嘴，有時稱為兩流體噴嘴，由液體入口和氣體入口構(gòu)成，其中在從噴嘴排放之前，液體和氣體在內(nèi)室中會聚。在本發(fā)明中，將非預(yù)凝膠化淀粉或面粉的水性漿料霧化至噴嘴的內(nèi)室內(nèi)，其中考慮過熱蒸汽向室的供應(yīng)，產(chǎn)生過熱蒸汽環(huán)境。在進(jìn)入內(nèi)室的入口處過熱蒸汽的溫度對于得到具有期望的性質(zhì)的部分凝膠化淀粉是關(guān)鍵性的。在內(nèi)室的入口處過熱蒸汽的溫度在150°C _650°C范圍，優(yōu)選200°C _550°C，更優(yōu)選230°C _450°C。通過運行該方法使得在內(nèi)室的入口處過熱蒸汽的溫度為200°C、205°C或230°C _250°C，獲得其它令人感興趣的結(jié)果。
通常，非預(yù)凝膠化淀粉將呈水性淀粉漿料的形式，pH為2-11，優(yōu)選2-10. 5，更優(yōu)選 2-10，甚至更優(yōu)選2-9，還更優(yōu)選3-8，最優(yōu)選4-8。
將過熱蒸汽注入內(nèi)室中，從而置換內(nèi)室中存在的空氣或其它氣體。通常，在非預(yù)凝膠化淀粉與過熱蒸汽反應(yīng)前將過熱蒸汽吹過內(nèi)室直至空氣或其它氣體已被置換。內(nèi)室中沒有空氣存在使得本發(fā)明的方法不會爆炸。必須理解，根據(jù)內(nèi)室的大小和/或形狀，可調(diào)節(jié)過熱蒸汽注入室內(nèi)的入口速度，以確保內(nèi)室出口處期望的過熱蒸汽溫度。當(dāng)進(jìn)入內(nèi)室時，非預(yù)凝膠化淀粉漿料霧化，在霧化器中所述水性淀粉漿料的溫度需要使其充分低于所述淀粉的凝膠化溫度。淀粉漿料的固含量優(yōu)選為1-40重量％，更優(yōu)選在10-35%之間，甚至更優(yōu)選為 20-35%。
在噴嘴的內(nèi)室中已僅部分凝膠化的經(jīng)霧化的淀粉漿料隨后通過噴嘴的出口離開噴嘴進(jìn)入反應(yīng)器。以含有部分凝膠化淀粉的液滴的噴霧形式進(jìn)入反應(yīng)器的漿料在反應(yīng)器中與過熱蒸汽接觸。淀粉的這種進(jìn)一步過熱蒸汽處理具有在噴嘴中僅部分凝膠化的淀粉在反應(yīng)器中變得完全凝膠化的結(jié)果。
所述反應(yīng)器可為用于噴霧干燥設(shè)備的任何反應(yīng)器。這種噴霧干燥器通常包含反應(yīng)器，在其頂部或附近引入液滴的噴霧，并使之在重力影響下降落。在本發(fā)明中使用的反應(yīng)器包含至少一個用于向反應(yīng)器內(nèi)引入過熱蒸汽的流或射流的入口和至少一個使得反應(yīng)器的內(nèi)含物離開的出口。通常，在反應(yīng)器中用于過熱蒸汽的至少一個入口的位置使得過熱蒸汽的流或射流，在進(jìn)入反應(yīng)器之后，在雙流體噴嘴的出口處或附近接觸含有部分凝膠化淀粉的液滴，從該出口將它們排放至反應(yīng)器。
引入反應(yīng)器內(nèi)的過熱蒸汽的溫度使得其通常在反應(yīng)器出口處的溫度在 IOO0C -165°c范圍，優(yōu)選 115°C _140°C，更優(yōu)選 115°C _125°C。
如以上提及的，根據(jù)一個優(yōu)選的實施方案，在雙流體噴嘴中進(jìn)行的非預(yù)凝膠化淀粉的過熱蒸汽處理以產(chǎn)生部分凝膠化淀粉，在本文詳細(xì)描述的本發(fā)明的雙流體噴嘴中進(jìn)行。
本發(fā)明的發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，通過根據(jù)本發(fā)明的方法處理非預(yù)凝膠化淀粉，得到的預(yù)凝膠化 淀粉呈現(xiàn)某些流變性和/或粘彈性性質(zhì)，這些性質(zhì)與通過現(xiàn)有技術(shù)方法得到的淀粉的那些性質(zhì)非常不同。例如，與通過已知的滾筒干燥或噴霧蒸煮/干燥方法制備的預(yù)凝膠化淀粉相比，本發(fā)明的預(yù)凝膠化淀粉呈現(xiàn)高得多的冷水粘度。這通過以下證明測量25°C 下在仙1^0(9體積01^0，1體積611尿素)中濃度為8 mg/ml時預(yù)凝膠化淀粉的表觀粘度和， 在相同的條件下相應(yīng)的母體非預(yù)凝膠化淀粉的表觀粘度，隨后計算預(yù)凝膠化淀粉的表觀粘度與非預(yù)凝膠化淀粉的表觀粘度的比率?？筛鶕?jù)本發(fā)明的方法得到的預(yù)凝膠化淀粉的比率 (如上所述測定)為I. 00-1. 18。因此，可根據(jù)本發(fā)明的方法得到的預(yù)凝膠化淀粉具有高瞬時粘度發(fā)展，并且實現(xiàn)與非預(yù)凝膠化淀粉在凝膠化時的那些可比的粘度。
參數(shù)儲能模量(G’)衡量在剪切過程期間由樣品儲存的形變能量，并且與凝膠的彈性或硬度相關(guān)。可根據(jù)本發(fā)明的方法得到的預(yù)凝膠化淀粉的特征在于，于30°C使用淀粉的6重量％水性分散體，標(biāo)準(zhǔn)化儲能模量G’(c/c*)為15-30 Pa。因此，本發(fā)明還提供一種預(yù)凝膠化淀粉，其I)在25°C下，在UDMSO(9體積DMS0，I體積6M尿素)中濃度為8 mg/ ml時所述預(yù)凝膠化淀粉的表觀粘度與母體非預(yù)凝膠化淀粉的表觀粘度的比率在Is—1下為 1.00-1. 18 ;和2)于30°C下，預(yù)凝膠化淀粉的6重量％水性分散體的標(biāo)準(zhǔn)化儲能模量G’ (c/ c*)為 15-30 Pa。
本文報道的儲能模量G’和粘度使用得自德國Anton Paar Physica的MCR300流變儀測量，該流變儀配備圓柱形測量系統(tǒng)(稱為淀粉池)和軸ST24(也得自Anton Paar Physica)。關(guān)于儲能模量和粘度的進(jìn)一步的信息通?？梢娪赥he Rheology Handbook(流變學(xué)手冊)，Metzger, T. G. (Vincentz Verlag, Hannover,德國)。
本發(fā)明的預(yù)凝膠化淀粉(其中預(yù)凝膠化淀粉的表觀粘度與母體非預(yù)凝膠化淀粉的表觀粘度的比率如上所述在ls<下在I. 00-1. 18范圍，并且標(biāo)準(zhǔn)化儲能模量如上所述為 15-30 Pa)通常含有少于15%可溶物，優(yōu)選少于12%可溶物。本發(fā)明的該預(yù)凝膠化淀粉的淀粉顆粒狀結(jié)構(gòu)通常在其制造過程期間不被破壞。7
根據(jù)一個優(yōu)選的實施方案，預(yù)凝膠化淀粉的特征在于所述顆粒完好無損。此外，于 30°C下，預(yù)凝膠化淀粉基于支鏈淀粉的溶脹系數(shù)(SF(AP))通常為25-40，優(yōu)選28-37，更優(yōu)選 30-35。
根據(jù)另一優(yōu)選的實施方案，本發(fā)明的預(yù)凝膠化淀粉(其I)在25°C下，在UDMS0(9 體積DMS0，I體積6M尿素)中濃度為8 mg/ml時所述預(yù)凝膠化淀粉的表觀粘度與母體非預(yù)凝膠化淀粉的表觀粘度的比率在Is—1下為I. 00-1. 18和2)于30°C下，預(yù)凝膠化淀粉的6重量％水性分散體的標(biāo)準(zhǔn)化儲能模量G’(c/c*)為15-30 Pa)的特征進(jìn)一步在于淀粉顆粒完好無損，并且于30°C下，基于支鏈淀粉的溶脹系數(shù)(SF(AP))為25-40，優(yōu)選28-37，更優(yōu)選 30-35。根據(jù)該進(jìn)一步優(yōu)選的實施方案的這種預(yù)凝膠化淀粉優(yōu)選還含有少于15%可溶物，更優(yōu)選少于12%可溶物。
當(dāng)加入到水性液體時，本發(fā)明的預(yù)凝膠化淀粉具有產(chǎn)生高粘度的能力，很少或不需要加熱水性液體。由于淀粉預(yù)凝膠化，不需要將含有淀粉的液體加熱至凝膠化溫度以便發(fā)展粘度。通常，在40°C、2重量％濃度下，從向水性液體中加入本發(fā)明的預(yù)凝膠化淀粉開始 135秒階段后，達(dá)到的粘度將高于50 mPa. S，優(yōu)選高于55 mPa. S，更優(yōu)選粘度高于60 mPa. S。通常，上限在150-200 mPa. s之間。
根據(jù)又一優(yōu)選的實施方案，本發(fā)明的預(yù)凝膠化淀粉(其I)在25°C下，在UDMS0(9 體積DMS0，I體積6M尿素)中濃度為8 mg/ml時所述預(yù)凝膠化淀粉的表觀粘度與母體非預(yù)凝膠化淀粉的表觀粘度的比率在Is—1下為I. 00-1. 18和2)于30°C下，預(yù)凝膠化淀粉的6重量％水性分散體的標(biāo)準(zhǔn)化儲能模量G’(c/c*)為15-30 Pa)的特征進(jìn)一步在于在Utl) 135 秒時初始粘度高于50 mPa. s,優(yōu)選高于55 mPa. s,更優(yōu)選高于60 mPa. S。
根據(jù)該又一優(yōu)選的實施方案的這種預(yù)凝膠化淀粉優(yōu)選進(jìn)一步的特征在于顆粒完好無損，并且于30°C下，基于支鏈淀粉的溶脹系數(shù)(SF(AP))為25-40，優(yōu)選28-37，更優(yōu)選 30-35。
根據(jù)上述又一優(yōu)選的實施方案的預(yù)凝膠化淀粉優(yōu)選另外的特征在于它具有少于 15%可溶物，優(yōu)選少于12%可溶物。
本發(fā)明的更優(yōu)選的預(yù)凝膠化淀粉不僅如上所述，預(yù)凝膠化淀粉的表觀粘度與母體非預(yù)凝膠化淀粉的表觀粘度的比率在Is—1下在I. 00-1. 18范圍，并且如上所述，標(biāo)準(zhǔn)化儲能模量為15-30 Pa，而且進(jìn)一步其特征在于(a)顆粒完好無損，在于(b)其具有少于15%可溶物，優(yōu)選少于12%可溶物，在于(c)如上所述，于30°C下，其基于支鏈淀粉的溶脹系數(shù)為 25-40，優(yōu)選28-37，更優(yōu)選30-35，和在于(d)如上所述，在(tQ) 135秒時初始粘度高于50 mPa. s,優(yōu)選高于55 mPa. s,更優(yōu)選高于60 mPa. S。
由于其高瞬時粘度發(fā)展，根據(jù)本發(fā)明方法制備的淀粉適用于食品中、餐食中、化妝品、藥物應(yīng)用和個人護(hù)理產(chǎn)品中的許多不同應(yīng)用。特別地，其適于制備方便食品、乳制品、烘焙食品及片劑。包含按本發(fā)明的方法制備的淀粉的沙司、湯、肉湯、布丁、調(diào)料、烘焙奶油和飲料在瞬時粘度發(fā)展和可分散性方面表現(xiàn)出改進(jìn)的性能，特別是，在冷液體中的布氏粘度比采用其它淀粉時高得多。按本發(fā)明的方法制備的淀粉具體適于用在嬰幼兒食品中。在嬰幼兒食品應(yīng)用中，所有成分具有低微生物負(fù)載(微生物的量)是至關(guān)緊要的。按本發(fā)明的方法處理淀粉時的高溫確保了沒有微生物污染物能經(jīng)受該過熱蒸汽處理。此外，封閉方法即在其中淀粉或面粉在從過熱蒸汽處理到所得產(chǎn)品包裝的任何時間均不暴露于環(huán)境的系統(tǒng)中進(jìn)行的方法確保了產(chǎn)品不會被污染。因此，本發(fā)明的淀粉可直接用在嬰幼兒食品中而無需任何額外處理。
如上所述，本發(fā)明還提供了用于生產(chǎn)噴霧干燥淀粉的雙流體噴嘴。本發(fā)明的雙流體噴嘴包含噴嘴主體、噴嘴帽和位于噴嘴主體和噴嘴帽之間的內(nèi)室，其中所述噴嘴主體包含至少一個霧化器，其適于連接淀粉水性漿料的供應(yīng)，用于將淀粉的水性漿料霧化至內(nèi)室內(nèi)，其中所述內(nèi)室在其中具有至少一個入口，其適于連接加壓下的過熱蒸汽供應(yīng)，用于將加壓下的過熱蒸汽引入到內(nèi)室內(nèi)，并且其中所述噴嘴帽包含至少一個自內(nèi)室的出口，其中所述內(nèi)室還包含長度為4-1000 mm的可更換和/或可互換的間隔元件，優(yōu)選4-100 mm，更優(yōu)選 4-64 _，最優(yōu)選4-15 _，使得內(nèi)室的長度可改變。雙流體噴嘴具有內(nèi)室，在使用中，向內(nèi)室內(nèi)進(jìn)料加壓下的過熱蒸汽，以在內(nèi)室內(nèi)部建立過熱蒸汽環(huán)境。將淀粉或面粉的水性分散體或漿料霧化至內(nèi)室內(nèi)部的過熱蒸汽環(huán)境中。水性分散體或漿料的霧化通過一個或多個霧化器進(jìn)行，所述霧化器連接非預(yù)凝膠化淀粉或面粉的分散體或漿料的供應(yīng)。在內(nèi)室中在淀粉和過熱蒸汽之間發(fā)生的反應(yīng)的程度尤其取決于反應(yīng)室的尺寸，特別是在霧化器孔和在噴嘴帽中提供的一個或多個出口之間的距離，過熱蒸汽和經(jīng)處理的淀粉由所述出口從噴嘴排放。如上所述，內(nèi)室包含長度為4-1000 mm的可更換和/或可互換的間隔元件，優(yōu)選4-100 mm，更優(yōu)選4-64 mm，最優(yōu)選4_15 mm。該可互換的間隔元件可被具有不同長度的間隔元件更換，使得霧化器孔和噴嘴帽排放口之間的距離可改變，以滿足淀粉和過熱蒸汽之間期望的反應(yīng)結(jié)果。因此，可互換的間隔元件使得能預(yù)先選擇淀粉和過熱蒸汽之間的反應(yīng)結(jié)果?？苫Q的間隔元件從噴嘴的側(cè)壁徑向向內(nèi)延伸進(jìn)入內(nèi)室。由于淀粉和過熱蒸汽之間的反應(yīng)受在內(nèi)室中過熱蒸汽的流動特性的影響，其受到向內(nèi)延伸進(jìn)入內(nèi)室的間隔元件的一個或多個部件的形狀和/或輪廓的影響。因此，可互換的間隔元件可預(yù)先選擇用于噴嘴，以改變在內(nèi)室中的流動特性。可互換的間隔元件可例如更換為使內(nèi)室收縮的不同的間隔元件或表面具有改變過熱蒸汽在內(nèi)室中的流動的結(jié)構(gòu)或構(gòu)造(以例如改進(jìn)過熱蒸汽在內(nèi)室中的均質(zhì)分布或降低嚴(yán)重湍流相互作用的可能性)的間隔元件。
可互換的間隔元件可釋放地緊固于噴嘴帽和噴嘴主體，使得其可容易地在噴嘴中被具有不同的長度和/或具有不同的內(nèi)部形狀的可互換間隔元件更換，以改變內(nèi)室的大小或形狀。優(yōu)選地，間隔元件為環(huán)形的。
噴嘴的主體連接含有淀粉或面粉的液體進(jìn)料，它在內(nèi)室中經(jīng)受過熱蒸汽處理。液體進(jìn)料通常為非預(yù)凝膠化淀粉或面粉的水性分散體或水性漿料，并且通常在加壓下(例如借助于泵)從存儲容器供應(yīng)至噴嘴。噴嘴通常能在最高1，100，000 Padl barg)的加壓條件下工作。內(nèi)室優(yōu)選具有圓形橫截面。其可為圓柱形，即，具有恒定直徑。
如果由噴嘴主體僅提供一個霧化器，則霧化器的孔優(yōu)選在噴嘴主體上位于中心。 如果使用多于一個霧化器，霧化器應(yīng)優(yōu)選地圍繞噴嘴主體的中心對稱排列。如果僅使用一個霧化器，用于過熱蒸汽進(jìn)入內(nèi)室的入口優(yōu)選位于霧化器附近。如果使用多于一個霧化器， 則用于過熱蒸汽進(jìn)入內(nèi)室的一個或多個入口優(yōu)選相對于霧化器對稱排列。在一個優(yōu)選的實施方案中，過熱蒸汽從圍繞一個或多個霧化器的環(huán)形入口進(jìn)料至內(nèi)室。
參考附

圖1，以下詳細(xì)描述可用于進(jìn)行本發(fā)明方法的優(yōu)選實施方案的本發(fā)明雙流體噴嘴的一個優(yōu)選實施方案。
圖I顯示本發(fā)明的雙流體噴嘴的一個實施方案的橫截面圖。雙流體噴嘴I包含具9有垂直_延伸圓柱形鏜3的噴嘴芯2，所述鏜3在其最上端通過截頭錐形部分4向上和向內(nèi)延伸至霧化孔5。在其最低端，圓柱形鏜3具有提供有用于連接淀粉的水性漿料供應(yīng)(未示出)的外螺紋的聯(lián)結(jié)器6。噴嘴芯還提供有導(dǎo)管7，用于接受過熱蒸汽流。在其最上端，導(dǎo)管7開口到圍繞霧化孔5的環(huán)形室8內(nèi)。
噴嘴I具有帽9和可更換的環(huán)形間隔元件10。在該實施方案中，帽9具有外部環(huán)形唇緣11，其與圓柱形環(huán)13上提供的凸緣12接合，圓柱形環(huán)13具有在其中形成的內(nèi)螺紋， 內(nèi)螺紋適于與在間隔元件10上形成的外螺紋接合。通過使用圓柱形環(huán)13，帽9和間隔元件 10可釋放地緊固在一起。間隔元件通過圓柱形環(huán)14緊固于噴嘴主體2，圓柱形環(huán)14具有在其中形成的內(nèi)螺紋，內(nèi)螺紋適于與在間隔元件和在噴嘴主體上形成的外螺紋接合。間隔兀件10徑向向內(nèi)朝向孔5延伸，并呈現(xiàn)內(nèi)表面15和上表面16。
間隔元件10的內(nèi)表面15限定管狀部分17，該管狀部分17圍繞霧化孔5以限定環(huán)形通道18。噴嘴帽9具有圓柱形鏜19，鏜19在其上端在中心-形成的出口 20處終止，在其下端在內(nèi)截頭錐形表面21處終止，該表面21從鏜19向下和向外延伸，在其下邊緣終止， 在此遇到間隔元件10的上表面16。
噴嘴帽9的內(nèi)表面和霧化孔5之間的封閉空間形成內(nèi)室22，其中，在使用中，淀粉在經(jīng)由出口 20離開噴嘴之前部分凝膠化。在內(nèi)室中進(jìn)行的淀粉的蒸煮或凝膠化的程度取決于霧化孔5和出口 20之間的距離以及內(nèi)室的體積。通過用具有不同尺寸的元件(例如限定具有較長或較短長度的管狀部分17的元件和/或限定具有較大或較小直徑的管狀部分17的元件)置換可更換的間隔元件10，可改變內(nèi)室的這些尺寸。通過在圓柱形環(huán)14處將間隔元件與噴嘴主體2分離，將間隔元件從噴嘴移除，并且通過在圓柱形環(huán)13處將它分離，將其從帽9移除。通過將它與帽和與噴嘴主體重新接合，可隨后插入具有不同的內(nèi)部尺寸的間隔元件。
因此，間隔元件10的管狀部分17的長度和/或內(nèi)徑可按需改變。內(nèi)室的尺寸，例如由所選元件10限定的管狀部分17的長度取決于通過本發(fā)明的方法得到的最終產(chǎn)品的預(yù)期功能和當(dāng)加入到冷水時預(yù)凝膠化淀粉的期望的粘度。管狀部分的長度(即，間隔元件的長度)在4-1000mm范圍，優(yōu)選4-100mm,更優(yōu)選4_64mm,最優(yōu)選4-15 mm。通常，管狀部分 17的內(nèi)徑為約6mm。
在使用中，未凝膠化淀粉的漿料在加壓下供應(yīng)至噴嘴的鏜3中，并且通過孔5霧化至噴嘴的內(nèi)室22內(nèi)。過熱蒸汽在加壓下進(jìn)料至導(dǎo)管7，以流入圍繞孔5的環(huán)形室8。將過熱蒸汽注入從孔5進(jìn)入內(nèi)室22的經(jīng)霧化的淀粉漿料的噴霧，并且過熱蒸汽與淀粉漿料經(jīng)噴霧的液滴接觸引起經(jīng)噴霧的液滴中的淀粉經(jīng)歷部分但不完全的凝膠化。
部分凝膠化淀粉的經(jīng)噴霧的液滴經(jīng)由一個或多個出口從內(nèi)室離開或從內(nèi)室排放， 并引入到反應(yīng)器中，在這里當(dāng)它們在反應(yīng)器中在重力的影響下降落時，它們經(jīng)受過熱蒸汽進(jìn)一步接觸。在反應(yīng)器中過熱蒸汽對引入到反應(yīng)器內(nèi)的經(jīng)噴霧的液滴中僅部分凝膠化淀粉的作用是，液滴中的淀粉的凝膠化完成。當(dāng)?shù)矸鄣囊旱卧诜磻?yīng)器內(nèi)部降落時，液滴的水含量蒸發(fā)，使得可從反應(yīng)器底部收集的產(chǎn)品為干燥的顆粒狀預(yù)凝膠化淀粉的形式。
優(yōu)選地，離開反應(yīng)器的蒸汽或過熱蒸汽的出口溫度在100°C _165°C范圍，優(yōu)選 115°C _140°C，更優(yōu)選 115°C _125°C。
實施例I在25°C下，使用蠟狀玉米淀粉形成漿料(18重量％干物質(zhì))。將漿料進(jìn)料至如圖I所說明的根據(jù)本發(fā)明的噴嘴。噴嘴包括間隔元件(10)，其呈現(xiàn)內(nèi)表面15以限定具有6mm內(nèi)徑的管狀部分17。間隔元件的長度為4 _。
在開始過熱蒸汽處理之前，在噴嘴中的內(nèi)室(在圖I中，為22)裝配有連續(xù)流動的加壓蒸汽，提供熱量和速度，以得到漿料的有效噴霧。以約29升/小時的流速將淀粉漿料泵送至噴嘴內(nèi)。在入口溫度為250°C的連續(xù)過熱蒸汽環(huán)境中進(jìn)行噴霧。將經(jīng)霧化的漿料(現(xiàn)在含有部分凝膠化的淀粉)經(jīng)由噴嘴中的出口排放至噴霧干燥器反應(yīng)器，隨后在反應(yīng)器中經(jīng)受進(jìn)一步過熱蒸汽處理。離開反應(yīng)器的過熱蒸汽的出口溫度為137°C。收集得到的干燥的經(jīng)過熱蒸汽處理的淀粉。發(fā)現(xiàn)該淀粉樣品的溶脹系數(shù)為34. 6，標(biāo)準(zhǔn)化儲能模量G’(c/c*)為 25 Pa，可溶物(無水淀粉重量％)為10. 1，并且表觀粘度比Π (出口)/Π (入口)為I. 15。
水性淀粉糊劑的流變學(xué)實驗:在來自德國Anton Paar Physica的MCR300流變儀上進(jìn)行試驗,該流變儀裝配了稱為淀粉池的圓筒測量系統(tǒng)和軸ST24(也來自Anton Paar Physica)。先用IR水分天平 (Sartorius MA30)在130°C下測定淀粉水分含量20分鐘，然后制備淀粉糊劑。在600ml燒杯中稱取已知量的淀粉(參見表I)并用50g乙二醇潤濕。向淀粉中加入400g緩沖溶液 (O. 02M醋酸鹽緩沖溶液，pH 5. 5)并整體用大匙充分混合I分鐘。然后使糊劑于室溫靜置 I小時然后進(jìn)行測定。
表I。
權(quán)利要求
1.一種改性淀粉的方法，所述方法包括以下步驟 a)向噴霧干燥器的雙流體噴嘴供應(yīng)非預(yù)凝膠化淀粉的水性漿料，其中所述雙流體噴嘴具有內(nèi)室，所述內(nèi)室具有至少一個用于非預(yù)凝膠化淀粉的水性漿料的入口、至少一個用于供應(yīng)過熱蒸汽的入口和至少一個出口； b)將所述非預(yù)凝膠化淀粉的水性漿料霧化至所述雙流體噴嘴的內(nèi)室內(nèi)； c)將過熱蒸汽注入所述雙流體噴嘴的內(nèi)室內(nèi)，從而在內(nèi)室中通過過熱蒸汽加熱非預(yù)凝膠化淀粉的經(jīng)霧化的水性漿料，以產(chǎn)生部分凝膠化淀粉的漿料，其中在至少一個入口進(jìn)入內(nèi)室的所述過熱蒸汽的溫度在150°C _650°C范圍，優(yōu)選250°C _550°C，更優(yōu)選350 °C -450 °C ； d)將來自內(nèi)室的部分凝膠化淀粉通過至少一個出口排放至反應(yīng)器；和 e)使經(jīng)排放的漿料在反應(yīng)器中與過熱蒸汽接觸，以完全凝膠化在經(jīng)排放的漿料中的部分凝膠化淀粉，和干燥完全凝膠化淀粉，以生產(chǎn)干燥的顆粒狀預(yù)凝膠化淀粉。
2.權(quán)利要求I的方法，其中所述淀粉具有不大于35重量％，優(yōu)選不大于10重量％，更優(yōu)選不大于5重量％的直鏈淀粉含量。
3.權(quán)利要求I或權(quán)利要求2的方法，其中所述非預(yù)凝膠化淀粉的水性漿料具有1-40重量％的固含量，優(yōu)選20-40重量％。
4.一種預(yù)凝膠化淀粉，25°C下在UDMSO (9體積DMS0，I體積6M尿素)中濃度為8mg/ml時所述預(yù)凝膠化淀粉的表觀粘度與相應(yīng)的母體非預(yù)凝膠化淀粉的表觀粘度的比率在Is—1下在1.00-1. 18之間，并且于30°C下所述淀粉的6重量％水性分散體的標(biāo)準(zhǔn)化儲能模量G’(c/c*)在 15-30 Pa 之間。
5.權(quán)利要求4的預(yù)凝膠化淀粉，其具有少于15%可溶物，優(yōu)選少于12%可溶物。
6.權(quán)利要求4或權(quán)利要求5的預(yù)凝膠化淀粉，其特征在于所述顆粒完好無損，并且于30°C下基于支鏈淀粉的溶脹系數(shù)SF(AP)為25-40，優(yōu)選28-37，更優(yōu)選30-35。
7.權(quán)利要求4-6中任一項的預(yù)凝膠化淀粉，其中在(t。)135秒的初始粘度高于50mPa. s,優(yōu)選高于55 mPa. s,更優(yōu)選高于60 mPa. S。
8.一種用于噴霧-干燥淀粉的雙流體噴嘴，所述雙流體噴嘴包含噴嘴主體、噴嘴帽和位于噴嘴主體和噴嘴帽之間的內(nèi)室，其中所述噴嘴主體包含至少一個霧化器，其適于連接淀粉水性漿料的供應(yīng)，用于將淀粉的水性漿料霧化至內(nèi)室內(nèi)，其中所述內(nèi)室在其中具有至少一個入口，其適于連接加壓下的過熱蒸汽供應(yīng)，用于將加壓下的過熱蒸汽引入到內(nèi)室內(nèi)，并且其中所述噴嘴帽包含至少一個自內(nèi)室的出口，其特征在于所述內(nèi)室還包含長度為4-1000mm的可更換和/或可互換的間隔元件,使得內(nèi)室的長度可改變。
9.權(quán)利要求8的噴嘴，其中所述間隔元件為環(huán)形。
10.權(quán)利要求1-3中任一項的方法，其中，在步驟a)中，將所述非預(yù)凝膠化淀粉的水性漿料供應(yīng)到權(quán)利要求8或權(quán)利要求9的雙流體噴嘴。
11.權(quán)利要求4-7中任一項的預(yù)凝膠化淀粉在食品、餐食、藥物、化妝品和個人護(hù)理產(chǎn)品中的用途。
12.權(quán)利要求11的用途，其中所述食品為嬰兒配方食品或幼兒食品。
13.幼兒食品，其含有幼兒食品成分和10-20%(基于干重)，優(yōu)選10-15%的權(quán)利要求5-7中任一項的淀粉。
14.嬰兒配方食品，其含有嬰兒配方食品成分和10-20%(基于干重)，優(yōu)選10-15%的權(quán)利要求5-7中任一項的淀粉。
全文摘要
改性淀粉的方法，包括將非預(yù)凝膠化淀粉的水性漿料霧化至噴霧干燥器的雙流體噴嘴中的內(nèi)室內(nèi)，和在內(nèi)室中使用過熱蒸汽處理經(jīng)霧化的漿料，以引起淀粉的部分凝膠化。含有部分凝膠化淀粉的水性漿料通過在內(nèi)室中的出口排放至反應(yīng)器內(nèi)，其中含有部分凝膠化淀粉的液滴經(jīng)受過熱蒸汽進(jìn)一步處理，導(dǎo)致在反應(yīng)器中完成淀粉的凝膠化。本發(fā)明還公開了一種用于噴霧干燥淀粉的雙流體噴嘴，所述雙流體噴嘴包含噴嘴主體、噴嘴帽和位于噴嘴主體和噴嘴帽之間的內(nèi)室。所述噴嘴主體包含至少一個霧化器，用于連接水性淀粉漿料的供應(yīng)，用于將漿料霧化至內(nèi)室內(nèi)，并且其具有至少一個入口，用于連接加壓下的過熱蒸汽供應(yīng)，用于將加壓下的過熱蒸汽引入到內(nèi)室內(nèi)。所述噴嘴帽包含至少一個自內(nèi)室的出口。所述內(nèi)室還包含長度為10-60mm的可互換的間隔元件，使得內(nèi)室的長度可變化。還公開了預(yù)凝膠化淀粉及其用于食品，尤其是幼兒食品和嬰兒配方食品、餐食、藥物、化妝品和個人護(hù)理產(chǎn)品。
文檔編號A23L1/29GK102933605SQ201180028246
公開日2013年2月13日 申請日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月7日
發(fā)明者M.伯克曼斯, J.V.J-M.科平, S.J.J.德邦 申請人:卡吉爾公司