DE2114305C3 - Verfahren zur Herstellung von Phosphatstarke - Google Patents

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung von Phosphatstärke aus Alkaliphosphaten und/oder Polyphosphaten und nativer und/oder abgebauter Stärke bei einer Temperatur von 110 bis 170⁰C gegebenenfalls in Gegenwart von Aminen und/oder Amiden.

Bei der Herstellung von Phosphatstärke hat man bislang so gearbeitet, daß in der Hauptsache Stärkesuspensionen mit Alkaliphosphaten verrührt wurden, bzw. man hat auf die trockene Stärke Alkaliphosphat aufgesprüht, oder die trockene Stärke wurde mit kristallwasserhaltigen Alkaliphosphaten gemischt Anschließend wird mit oder ohne Vakuum schonend bei Temperaturen unterhalb der Verkleisterungstemperatur der Stärke getrocknet und das erhaltene Produkt bei 130 bis 170° C mit oder ohne Vakuum einer Veresterung innerhalb von 2 bis 4 Stunden unterworfen.

Bei dieser Arbeitsweise erhält man eine Phosphatstarke, die im Aussehen oft nicht den Erwartungen entspricht, und es treten Verfärbungen durch Bräunungsreaktionen, bedingt durch die verhältnismäßig lange Erhitzungszeit, auf.

Des weiteren sind zur Erreichung eines besseren Weißgrades der Endprodukte Verfahren bekannt, die durch Extrahieren mittels Alkoholen, insbesondere Methanol, die die Verfärbung bewirkenden Produkte herausholen sollen, Letztere Methode ist insofern aufwendig, als ein zusätzlicher mitunter schwieriger Arbeitsgang unter Ausbeüteminderurig eingeschaltet werden muß.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man die geschilderten Nachteile vermeiden kann und zu einwandfreien Produkten gelangt, wenn man vor der Veresterung die trockene, unverkleisterte Stärke mit einer Alkaliphosphatlösung, deren pH-Wert mindestens 4 beträgt, bei einer Temperatur von 40 bis 70⁰C, vorzugsweise 55 bis 65°C, innerhalb von 30 bis 90 Minuten, vorzugsweise 45 Minuten, intensiv verknetet und anschließend die erhaltene Masse einer schonenden Trocknung unterwirft. Man kann auch die Knetzeit verkürzen und das Produkt einer Reifung bei den genannten Temperaturen innerhalb von 30 bis 45 Minuten unterziehen.

Der besondere Vorteil des vorliegenden Verfahrens liegt darin, daß bei den genannten Temperaturen durch die Zugabe der wäßrigen Lösung eine Vorsolvatisierung des einzelnen Stärkekornes erreicht wird, d. h, durch die Wasseraufnahme wird das Korn in einen leichten Quellzustand versetzt, ohne zu verkleistern, wobei die Struktur des Kornes erhalten bleibt Auf diese Weise ist es dem Phosphation möglich, in das Innere des

Stärkekornes hinein zu diffundieren und sich dort gleichmäßig zu verteilen.

Der Vorteil dieses Verfahrens gegenüber^Uüm bisher bekannten liegt darin, daß sich bei gleichbleibender Vorbehandlungszeit eine wesentlich niedrigere Veresterungstemperatur und wesentlich kürzere Veresterungszeit bei wesentlich höheren Endviskositäten ergeben. Die niedrigere Veresterungstemperatur bringt eine starke Schonung des Produktes und somit einen wesentlich höheren Weißgrad als bei den bisher üblichen Verfahren mit sich.

Zur Durchführung des Verfahrens werden Alkaliphosphatlösungen, insbesondere Natrium- und Kaliumphosphatlösungen, verwendet deren pH-Wert mindestens 4 und höchstens 8 beträgt Die Viskositäten der Fertigprodukte steigen bekanntlich mit der Erhöhung des pH-Wertes. So erhält man bei pH-Werten um 7 und darüber Phosphatstärken besonders hoher Viskosität bei schneller Solbildung in Wasser. Bei einem pH-Wert zwischen 5 und 6 werden Produkte niederer

js bis mittlerer Viskosität bei schneller Solbildung erhalten. Darüber hinaus wurde gefunden, daß bei ein und demselben pH-Wert die Viskositäten von Knetzeit und Knettemperatur, d. h. vom Solvatisierungszustand entscheidend beeinflußt werden.

Im allgemeinen genügen, bezogen auf zwölf Glukoseeinheiten der handelsüblichen Stärke, 1,2 Mol Phosphat, berechnet als Dialkalimonophosphat. Man kann jedoch auch den Gesamtphosphatanteil erhöhen, aber aus wirtschaftlichen Gründen wird man nicht über die doppelte Menge hinausgehen, weil eine weitere Phosphatmenge keine Vorteile mehr bringt

Weiterhin wurde festgestellt, daß man an Stelle der gelösten Phosphate der zu behandelnden Stärke auch Phosphorsäure und Natronlauge über Pumpen getrennt zudosieren kann, wobei der Anteil an Säure und Lauge so bemessen wird, daß der geforderte pH-Wert von 4 bis 8 eingehalten wird. Der Vorteil bei der Verwendung von Säure und Lauge liegt darin begründet, daß man kontinuierlich arbeiten kann, wobei die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens auch noch durch preisliche Vorteile gewährleistet ist

Als Stärke können praktisch alle handelsüblichen Stärken eingesetzt werden, insbesondere hat sich jedoch Getreidestärke, wie z. B. Maisstärke, bewährt

Es ist auch ohne weiteres möglich, Amine und/oder Amide, insbesondere Harnstoff, der zu verknetenden Stärke zusätzlich in Mengen bis zu 2 Mol Harnstoff auf zwölf Glukoseeinheiten als Veresterungshilfsmittel zuzugeben, wobei jedoch während des Knetvorganges die Temperatur entsprechend dem Einfluß, z. B. des Harnstoffs, auf die Herabsetzung der Verkleisterungstemperatur der Stärke angepaßt werden muß. Das Verfahren kann bei Atmosphärendruck in allen Stufen

durchgeführt werden. Wenn man die Veresterung innerhalb kürzerer Zeit erreichen will, so kann man hilfsweise in dieser Stufe Unterdrück anwenden,

Zur zweckmäßigen Durchführung des Verfahrens im technischen Maßstab verwendet man folgende einfache s Apparatur, die im Fall derAnwendung fester Phosphate aus einem Lösebehälter mit Förderpumpe, aus einem handelsüblichen Kneter mit Einspritzvorrichtung, z, B, heizbarem Duplex-Kneter, einem I^angzeittrockner, einer Mühle und einem Veresterungsreaktor einschließ- ι ο lieh Kühlvorrichtung besteht

Setzt man an Stelle der festen Phosphate Phosphorsäure und Alkalihydroxid-Lösungen ein, so ist an Stelle des Lösebehälters eine Doppeldosierpumpe mit eventuell nachgeschalteter Kühlvorrichtung erforderlich. Bei is dieser Arbeitsweise wird z. B. eine verdünnte, gegebenenfalls harnstoffhaltige Phosphorsäure und eine verdünnte Alkalilauge über eine Doppeldosierpumpe auf die im Kneter befindliche Stärke aufgedüst So erspart man sich das oft mühsame Auflösen der festen Phosphate, und außerdem kann man die frei werdende Neutralisationswärme noch zur Solvaltisierung der Stärke verwenden.

Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt unter anderem auch darin, die Veresterungszeit auf etwa 40 Minuten bei einer Veresterungstemperatur von etwa 145° C herabzusetzen. Man kann ebenso die Veresterungsgemperatur auf 110 bis 12O⁰C herabsetzen, jedoch verlängert sich dafür die Veresterungszeit entsprechend. In beiden Fällen werden durch die schonende Arbeitsweise Endprodukte erhalten, die sich durch einen hohen Weißgrad und schnelle. Löslichkeit im kalten Wasser auszeichnen.

Beispiel 1 a

In einem Lösebehälter werden

14,2 kg Na₂HPO₄,

10,0 kg Harnstoff,

4,0 kg H3PO4 etwa 55% P₂O₅
in 651 Wasser gelöst

Diese Lösung, die einen pH-Wert von 7 aufweist, wird auf 204 kg Maisstärke, die sich in einem heizbaren Duplex-Kneter befindet, aufgedüst Und anschließend die Masse 45 Minuten lang bei einer Temperatur von 40°C innig verknetet Danach trocknet man die so behandelte Stärke unterhalb der Verkleisterungstemperatur vorsichtig, bis der Feuchtigkeitsgehalt unter 12% liegt Anschließend wird zur Veresterung auf Temperaturen zwischen 145 und 150⁰C etwa 3 Stunden lang erhitzt. Nach Beendigung der Reaktion läßt man abkühlen. Man erhält so eine Phosphatstärke, deren Viskosität, gemessen im Höppler-Viskosimeter, als 2%iges Sol 27OcP bei 20°C beträgt

Beispiel Ib

Es werden dieselben Ausgangskomponenten verwendet. Die Temperatur des Gutes im heizbaren Kneter wird jedoch zum Unterschied zum Beispiel 1 a auf 62° C bei 45 Minuten Knetdauer erhöht. Nach der Vortrocknung auf unter 12%, wie im Beispiel 1 a beschrieben, wird das Produkt zur Veresterung auf Temperaturen zwischen 145 bis 15O⁰C etwa 40 Minuten erhitzt. Das abgekühlte Endprodukt zeigt eine Viskosität als 2%iges Sol im Höppler-Viskosimeter, gemessen von 1200 cP.

Beispiel 2

16,8 kg NaOH (45Wg) und eine Lösung, die 20,6 kg H₃PO₄ (55% P₂O₅), 10 kg Harnstoff und 31,6 kg Wasser enthält, werden über eine Doppeldosierpumpe mit Mischkammer auf die in einem heizbaren Duplex-Kneter befindlichen 204 kg Maisstärke aufgedüst und gemäß Beispiel 1 a weiterverarbeitet Das in der Mischkammer erhaltene Reakoonsprodukt hat einen pH-Wert von etwa 5, Man erhält eine Phosphatstärke, deren Viskosität, gemessen mit dem Höppler-Viskosimeter, als 2%iges SoI 38 cP bei 20° C beträgt

Beispiel 3

102 kg Maisstärke werden gemäß Beispiel 1 b phosphatiert wobei eine Lösung verwendet wird, die aus

8,7 kg K₂HPO₄,
750 ml H₃PO₄ (55% P₂O₅),
5,0 kg Harnstoff,
25,0 kg Wasser

besteht und einen pH-Wert von 7,0 aufweist

Man erhält so eine Phosphatstärke, deren Viskosität, gemessen im Höppler-Viskosimeter, als 2%iges Sol bei 20°C400cP beträgt

Beispiel 4
In einem Lösebehälter werden

4,7 kg Na₂HPO₄,

4,Ok₈NaH₂PO₄,

2,0 kg Harnstoff

in 50,0 kg Wasser gelöst

Diese Lösung wird auf 102 kg Kartoffelstärke, die sich in einem Kneter befinden, aufgedüst und anschließend die Masse 50 Minuten lang unter Einhaltung einer Temperatur von 48° C innig verknetet Danach trocknet man die so behandelte Stärke unterhalb der Verkleisterungstemperatur vorsichtig, bis der Feuchtigkeitsgehalt unter '12% liegt und erhitzt anschließend zur Veresterung auf Temperaturen zwischen 160 und 170° C 70 Minuten lang. Nach Beendigung der Reaktion wird abgekühlt Man erhält so eine hochviskose Phosphatstärke, ein 2%iges trübes Sol zeigt eine Viskosität von 3 P, gemessen im Haake-Viskotester.

Beispiel 5

Man arbeitet gemäß Beispiel 4, jedoch unter Verwendung von

5,Sk₈K₂HPO₄,
4,Sk₈KH₂PO₄,
3,0 kg Harnstoff,
50,0 kg Wasser.

Es wird eine Phosphatstärke erhalten, deren Viskosität 5 P beträgt, gemessen als 2%iges trübes Sol im Haake'Viskotester.

Die nach dem vorliegenden Verfahren gewonnenen Phosphatstärken, die niederviskos bis sehr hoch viskos sein können, zeichnen sich durch einen einwandfreien Weißgrad und durch eine rasche über einen längeren Zeitraum ohne Gelbildung beständige Solbildung in kaltem Wasser aus. Sie sind überall da mit Vorteil einsetzbar, wo bisher dem Einsatz von nativer Stärke Grenzen gesetzt waren oder kaltquellende Stärke bzw. anders modifizierte Stärken nach entsprechender Vorbehandlung eingesetzt wurden.

Claims (1)

1. Patentansprache;

   1, Verfahren zur Herstellung von Monophosphatstärke aus Alkalimonophosphaten und/oder Pojyphosphaten und nativer und/oder abgebauter Stärke bei üblichen Veresterungstemperaturen, gegebenenfalls in Gegenwart von Aminen und/oder Amiden, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Veresterung die trockene unverkleisterte Stärke mit einer Alkaliphosphatlösung, deren pH-Wert mindestens 4 beträgt, bei einer Temperatur von 40 bis 70⁰C, vorzugsweise 50 bis 65"C, innerhalb von 30 bis 90 Minuten, vorzugsweise 45 Minuten, intensiv verknetet und anschließend die erhaltene Masse einer schonenden Trocknung unterwirft

   Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man. an Stelle der einzuknetenden Alkaliphosphatlösung Phosphorsäure und Alkalihydroxidlösung während des Knetvorganges zudosiert, wobei ein pH-Wert von etwa 4 bis 8 eingehalten wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man handelsübliche Phosphorsäure mit 55,0% P2O5, die gegebenenfalls noch verdünnt werden kann, und 45,0%ige NaOH verwendet