Eine extrudierte Zusammensetzung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Extrusionsverfahren zur Herstellung von emulgatorhaltigen Grundstoffen für Nahrungsmittel.

Stand der Technik

Bei der Herstellung von Lebensmitteln werden heutzutage oftmals Mischungen von Lebensmittelzusatzstoffen verwendet, die meist als Halbfabrikate einem anderen Stoffgemisch zugeführt und dann weiterverarbeitet werden. Derartige Zusammensetzungen erleichtern die Arbeit und führen zu einer höheren Produktionssicherheit, da die jeweiligen Wiege- und Mischarbeiten entfallen. Häufig resultieren bei der Herstellung dieser Vorprodukte Stoffgemische, die sich trotz gleicher chemischer Zusammensetzung in der Weiterverarbeitung sehr unterschiedlich verhalten, je nachdem durch welches Verfahren sie hergestellt worden sind. So haben nicht nur die chemische Zusammensetzung und bestimmte physikalisch-chemische Eigenschaften, sondern auch durch die Herstellung einen wesentlichen Einfluss auf das Verhalten der Endformulierungen, in denen diese Vormischungen eingesetzt werden.

Im Europäischen Patent EP 0 153 870 Bl werden Zubereitungen beschrieben, die frei fließende Pulver eines Trägers mit einer lipophilen oberflächenaktiven Substanz darstellen und vorzugsweise zur Herstellung von Backzubereitungen eingesetzt werden. Die lipophile oberflächenaktive Substanz erfährt durch die Verarbeitung mit einem Träger eine wesentlich bessere Benetzbarkeit. Eine Zusammensetzung, die üblicherweise durch Sprühtrocknung hergestellt wurde, wurde hier erstmalig durch ein ökonomischeres einfacheres Extrusionsverfahren erzeugt und zeichnete sich durch ein verbessertes Verhalten der nachfolgend damit hergestellten Backteige aus.

In einem sogenannten „Whipping-Test", bei dem der Teig aufgeschlagen wird und möglichst viel Luft stabil eingearbeitet werden soll, um nach dem Backvorgang ein leichtes lockeres

Produkt zu bekommen, zeigte das erfindungsgemäße Produkt gegenüber den herkömmlichen Produkten deutliche Vorteile.

Dennoch besteht der Bedarf, die Eigenschaften emulgatorhaltiger Vorprodukte für die Lebensmittel- und insbesondere Backprodukteherstellung zu verbessern. Der Herstellungsprozess soll einfach vollzogen werden können. Die extrudierten oberflächenaktiven Substanzen sollen verbesserte Eigenschaften hinsichtlich ihrer Aufschäumungskapazität und -Stabilität aufweisen, die sich in den damit produzierten Endprodukten positiv auswirken soll.

Beschreibung der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung extrudierter oberflächenaktiver Substanzen, bei dem man einen Träger durch Zugabe hydrophiler Emulgatoren hydrophüisiert und erst nachfolgend in einem weiteren Schritt die zu extrudierenden oberflächenaktiven Substanzen zufügt. Genauer gesagt ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung Ein Verfahren zur Extrusion einer Zusammensetzung, wobei die Zusammensetzung mindestens eine oberflächenaktive Substanz und mindestens einen hydrophilisierten Träger umfasst, und wobei das Verfahren umfasst a) das Bereitstellen eines Trägers, b) die Hydrophilisierung dieses Trägers durch Zugabe mindestens eines hydrophilen Emulgators zu dem Träger, so dass der hydrophilisierte Träger erhalten wird, c) das Hinzufügen mindestens einer oberflächenaktiven Substanz zu dem hydrophilisierten Träger, so dass die Zusammensetzung umfassend mindestens eine oberflächenaktive Substanz und den hydrophilisierten Träger erhalten wird, und d) die Extrusion dieser Zusammensetzung, wobei das Hinzufügen der oberflächenaktiven Substanz zu dem hydrophilisierten Träger nach der Zugabe der hydrophilen Emulgatoren zu dem Träger erfolgt.

Dieses lässt sich insbesondere durch zwei unterschiedliche Verfahrensdurchführungen erreichen. Entweder kann der Träger vor Beginn der Extrusion mit den hydrophilen Emulgatoren gemischt werden und das Gemisch dem Extruder zugeführt werden (z. B. gemäß Fig. 1). Oder man fügt dem Träger im Extruder hydrophile Emulgatoren zu und ergänzt erst

nachfolgend im weiteren Extrusionsprozess die zu extrudierenden oberflächenaktiven Substanzen (z. B. gemäß Fig. 2). Bevorzugt ist es, dass es nicht zu einem intensiven Kontakt der hydrophilen Emulgatoren mit der oberflächenaktiven Substanz kommt und dass die hydrophilen Emulgatoren vor Zugabe der weiteren oberflächenaktiven Substanz zur Hydrophilisierung des Trägers zur Verfügung steht.

Fig. 1 stellt eine mögliche Konfiguration des Extrusionsprozesses dar. Der in Kammer 1 dosierte Träger kann hier bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits mit dem hydrophilisierten Material erfolgen (Methode 1)

Fig. 2 stellt eine mögliche Konfiguration des Extrusionsprozesses dar. Der Träger wird hier erst durch die Dosierung in Kammer 3 hydrophilisiert (erfindungsgemäße Methode 2).

überraschenderweise wurde gefunden, dass die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen extrudierten Vorprodukte oberflächenaktiver Substanzen nicht nur eine sehr gute Lagerstabilität, Benetzbarkeit und Rieselfähigkeit aufweisen, sondern insbesondere bei den anwendungstechnischen Eigenschaften wie Aufschäumungskapazität und -Stabilität in der Masse, verbesserte Eigenschaften als vergleichbare pulverförmige Produkte des Handels zeigen. Die vorherige Hydrophilisierung führt zu einer modifizierten Struktur bzw. zu einer modifizierten Einlagerung der oberflächenaktiven Substanzen und damit zu einer verbesserten Verfügbarkeit der oberflächenaktiven Substanz, die wiederum den Aufschäumungsprozess bei der Masseherstellung entscheidend beeinflusst und in Backwaren mit einer lockeren und stabileren Struktur resultiert.

Das Herstellverfahren beinhaltet zwar einen weiteren Schritt, dieser verkompliziert jedoch nicht die Produktion und kann bei der zweiten Variante der Verfahrensdurchführung immer noch als „EintopfVerfahren" durchgeführt werden. Die bei den Versuchsdurchführungen ermittelten Ergebnisse zeigten, dass der Extrusionsprozess zu sehr konstanten Ergebnissen führte.

Trägersubstanzen

Die erfindungsgemäßen Trägersubstanzen, die für das Extrudat oberflächenaktiver Substanzen geeignet sind, sind die üblichen in der Lebensmittelindustrie eingesetzten Hauptkomponenten oder Füllstoffe. Dazu zählen hauptsächlich Substanzen wie die für die Backprodukteherstellung verwendeten Mehle oder Stärken (Beispiele sind: Weizenstärke, Maisstärke, Reisstärke, Kartoffelstärke), modifizierte Stärken, Cellulose oder Cellulosederivate sowie weitere Kohlenhydrate wie beispielsweise Saccharose, Glucose, Fructose, Lactose, Dextrine, Maltodextrine, auch Zuckeralkohole oder Malzstoffe (zum Beispiel:. Malzmehle, Malzextrakte), Hefenahrung, Sojaerzeugnisse wie Sojamehle, Sojaproteine, Verdickungsmittel und Hydrokolloide (dazu zählen: Guarkernmehl, Getreidequellmehle, Johannisbrotkernmehl, Xanthan, Alginat), Milcherzeugnisse wie Magermilchpulver, Vollmilchpulver, Molkenpulver, Caseine, sowie deren Mischungen, wobei die Aufzählung nicht begrenzend sein soll.

Für die Backprodukteherstellung werden bevorzugt Stärken und Mehle eingesetzt.

Hydrophile Emulgatoren - Hydrophilisierungsmittel

Geeignete Emulgatoren, die als Hydrophilisierungsmittel für den Träger eingesetzt werden können, setzt man bevorzugt in Mengen von 0,03 bis 10 Gew. %, vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew. % bezogen auf das Gewicht des Extrudats ein.

Grundsätzlich soll das Hydrophilisierungsmittel bevorzugt einen HLB-Wert größer 8 aufweisen, vorzugsweise größer 8.

Dazu zählen insbesondere

(a) Sorbitanester

(b) Polysorbate, also Anlagerungsprodukte von 1 bis 20 Mol Ethylenoxid an Sorbitanmono-, -sesqui-, -di-, und/oder -triester auf Basis von Fettsäuren mit 6 bis 22, vorzugsweise 12 bis 18 Kohlenstoffatomen, wie beispielsweise Addukte von 5 bis 15 Mol Ethylenoxid an Sorbitanmonolaurat, Sorbitandipalmitat, Sorbitantristearat, Sorbitanmonooleat und dergleichen;

(c) Zuckerester wie Saccharoseester z. B. Saccharosemonopalmitat und -stearat

(d) Fettsäuren und deren Salze oder ähnliches

(e) Teilester von Glycerin mit essbaren Fettsäuren kondensiert mit etwa 1 bis 40 mol Ethylenoxid

Oberflächenaktive Substanzen

Die oberflächenaktiven Substanzen, die zu Extrudaten für die Lebensmittelherstellung verarbeitet werden, unterscheiden sich von dem Hydrophilisierungsmittel (hydrophiler Emulgator) vorzugsweise hinsichtlich niedrigerer HLB-Werte.

Zu den üblichen in der Lebensmittelherstellung verwendeten oberflächenaktiven Substanzen zählen insbesondere (alleine und in Kombination):

(a) Polyolester,

(b) Polyhydrole,

(c) Mono- und Diglyceride sowie deren technische Gemische auf Basis von Fettsäuren mit 6 bis 22, vorzugsweise 12 bis 18 Kohlenstoffatomen, wie beispielsweise Laurinsäuremonoglycerid, Palmitinsäuremonoglycerid, Sterarinsäuremonoglycerid oder ölsäuremonoglycerid,

(d) Lecithine,

(e) Propylenglycolester,

(f) veresterte Monoglyceride (Acetems, Lactams).

Extrusion, wie sie in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden kann hi einem Extruder, auch „Schneckenpresse" genannt, werden trockene oder pastöse Materialien durch eine sich drehende Schnecke vorwärts transportiert, dabei gemischt, zerkleinert, komprimiert und plastifiziert und durch ein Endstück gepresst. Die mehr oder weniger trockenen Ausgangsstoffe werden über gravimetrische oder volumetrische Dosiervorrichtungen das Hauptwerk des Extruders geführt: In diesem Verfahrensteil drehen sich ein bis zwei Schnecken in einem Hohlzylinder. über die Schneckendrehzahl kann auch die Dosierung/Beschickung des Kompaktors beeinflusst werden.

Je nach zugeführter Scherenergie vermengt und erhitzt die Schnecke die Stoffe stärker oder weniger stark (durch mechanische Scherung und Reibung). So entsteht eine pumpfähige Masse, die durch eine Düse gepresst und fein zerstäubt wird.

Die Extrusion wird vorzugsweise bei 50 bis 150°C, vorzugsweise bei 130 °C Düsentemperatur durchgeführt.

Die Vorteile der Erfindung kommen dadurch zum Ausdruck, dass die Trägermaterialien vor Zugabe der beschriebenen oberflächenaktiven Substanzen mit dem Hydrophilisierungsmittel versetzt werden. Dies kann in einem separaten, vorgelagerten Prozessschritt erfolgen oder in den Extrusionsprozeß integriert werden. In jedem Fall muss die Hydrophilisierung vor Zugabe der oberflächenaktiven Substanzen erfolgen.

Besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung

Neben den Ausführungsformen, die Gegenstand der Patentansprüche sind, sind auch die folgenden Ausführungsformen Gegenstand der vorliegenden Erfindung:

1. Ein Verfahren zur Extrusion einer Zusammensetzung, wobei die Zusammensetzung mindestens eine oberflächenaktive Substanz und mindestens einen hydrophilisierten Träger umfasst, und wobei das Verfahren umfasst a) das Bereitstellen eines Trägers, b) die Hydrophilisierung dieses Trägers durch Zugabe mindestens eines hydrophilen Emulgators zu dem Träger, so dass der hydrophilisierte Träger erhalten wird, c) das Hinzufügen mindestens einer oberflächenaktiven Substanz zu dem hydrophilisierten Träger, so dass die Zusammensetzung umfassend mindestens eine oberflächenaktive Substanz und den hydrophilisierten Träger erhalten wird, und d) die Extrusion dieser Zusammensetzung, wobei das Hinzufügen der oberflächenaktiven Substanz zu dem hydrophilisierten Träger nach der Zugabe der hydrophilen Emulgatoren zu dem Träger erfolgt.

2. Das Verfahren nach Ausführungsform Nr. 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den Träger mit dem oder den hydrophilen Emulgatoren mischt und das Gemisch dem Extruder zuführt.

3. Das Verfahren nach Ausfuhrungsform Nr. 1, dadurch gekennzeichnet, dass man dem Träger während der Extrusion hydrophile Emulgatoren zufügt und erst nachfolgend im weiteren Extrusionsprozess die zu extrudierenden oberflächenaktiven Substanzen zufügt.

4. Das Verfahren nach einer der Ausführungsformen Nr. 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als Träger Substanzen ausgewählt aus der Gruppe der Stärken, der modifizierten Stärken, Zucker, Kohlenhydrate, Proteine und Mehl einsetzt.

5. Das Verfahren nach einer der Ausführungsformen Nr. 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die oberflächenaktiven zu extrudierenden Substanzen ausgewählt aus der Gruppe, die gebildet wird von Mono-und Diglyceride, Polyolester,Propylenglycolester, Acetems, Lactems, Datems, Citrems

6. Das Verfahren nach einer der Ausführungsformen Nr. 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Hydrophilisierung des Trägers hydrophile Emulgatoren mit einem HLB- Wert größer 8, vorzugsweise größer 12, einsetzt.

7. Das Verfahren nach einer der Ausführungsformen Nr. 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Hydrophilisierung des Trägers Teilester eines Sorbits mit essbaren Fettsäuren kondensiert mit etwa 20 mol Ethylenoxid (Polysorbat, Polyoxuethylen-(20)- Sorbitan-Monooleat) einsetzt.

8. Das Verfahren nach einer der Ausfuhrungsformen Nr. 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Hydrophilisierung des Trägers Salze der Fettsäuren einsetzt

9. Das Verfahren nach einer der Ausfuhrungsformen Nr. 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Hydrophilisierung des Trägers Teilester von Glycerin mit essbaren Fettsäuren kondensiert mit etwa 1- 40 mol Ethylenoxid einsetzt

10. Das Verfahren nach einer der Ausführungsformen Nr. 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Hydrophilisierung des Trägers hydrophile Emulgatoren in Mengen von 0,03 bis 10 Gew. % bezogen auf die Trockenmasse des Trägers einsetzt.

11. Das Verfahren nach einer der Ausführungsformen Nr. 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man die Extrusion bei Temperaturen im Bereich von 50 bis 150°C durchführt

12. Extrudierte oberflächenaktive Substanzen hergestellt nach dem Verfahren nach einer der Ausführungsformen Nr. 1 bis 11.

13. Verwendung der Substanzen gemäß der Ausführungsform Nr. 12 zur Herstellung von geschäumten Nahrungsmitteln.

14. Verwendung der Substanzen gemäß der Ausfuhrungsform Nr. 12 zur Herstellung von Backwaren

15. Verwendung der Substanzen gemäß der Ausfuhrungsform Nr. 12 zur Herstellung von Desserts

16. Verwendung der Substanzen gemäß der Ausfuhrungsform Nr. 12 zur Herstellung von Eiscreme

17. Verwendung der Substanzen gemäß der Ausfuhrungsform Nr. 12 zur Herstellung von Süßwaren

18. Verwendung der Substanzen gemäß der Ausfuhrungsform Nr. 12 zur Herstellung von Emulsionen

Beispiele

Extrusionsprozess :

Extruder: Zweischneckenextruder von Werner & Pfleiderer, Typ ZSK 40, gravimetrisches Dosiersystem von Brabender.

Tabelle 1

Tabelle 1 (Forts.)

Pulverdosierung: 21 kg/h Segment 1 Oberflächenaktive Substanzen: Mischung eines Polyglycerolesters von Fettsäuren

(FDA-CFR-No. 172.854, EEC-No. 475: Polymuls) und

Mono- and diglyceride of edible fatty acids (EEC-No. E

471 : Monomuls 90-35)

Dosierung: 8,9 kg/h in Segment 4 Wasserdosierung: 0,9 kg/h (+ 0,4 kg/h hydrophile Zusätze) in Segment 3 Düsenplatte: 4 X lmm Schneckenumdrehungszahl: 200 rpm

Temperaturen: Segment 1 - Raumtemperatur;

Segment 2 - 7: 80°C; Segment 8: 13O ⁰ C Beispiel 1:

Eine native Stärke (Remy DR, Remy Industries, Belgium) wurde mit 5 Gew.-ö% eines pulverfδrmigen hydrophilen Emulgators (Kaliumstearat, LIGA Kaliumstearat V pflanzlich, Peter Greven Fett-Chemie GmbH & Co. KG, Germany) gemischt und im oben beschriebenen Extrusionsprozess eingesetzt.

Als Vergleichsversuch diente das Verfahren ohne Zusatz des hydrophilen, pulverförmigen Emulgators (entsprechend dem von Nexus beschriebenen Verfahren).

Beispiel 2:

Hier wurden hydrophile Emulgatoren bestehend aus einer Mischung von 50% TWEEN 20 und 50% TWEEN 80 zu 31,25% im Wasser gelöst und zwischen der Dosierung der Stärke (entsprechend Beispiel 1) und vor dem Zusatz der oberflächenaktiven Substanzen dem Extrusionsprozess zugesetzt.

Als Vergleichsversuch diente das Verfahren ohne Zusatz der hydrophilen Emulgatoren in der Wasserphase (entsprechend dem von Nexus beschriebenen Verfahren).

Anwendungstest "Whipping Test":

Zusammensetzung des Teigs:

Weizenmehl (Typ 405) 152 g (60%)

Weizenstärke 102 g (40%)

Rohrzucker 208 g (82%)'

Backpulver (Standard "Eisella") 10 g (4%)'

Extrudierter Emulgator 28 g (11%)'

Ei 250 g (100%)'

Wasser 100 g (40%)'

¹ bezogen auf Mehl, Stärke als 100%

Alle Zutaten wurden bei Raumtemperatur gemischt und in einem Hobart N50G 2 min 45 s auf Stufe 3 und 30 s auf Stufe 2; sowie in einem Hobart A200 6 min auf Stufe 3 und 30 s auf Stufe 2 aufgeschlagen. Die Dichte der erhaltenen Masse wurde bestimmt. Die erhaltenen Werte sind im Folgenden wiedergegeben.

Zu Beispiel 1

a) Massendichte mit Emulgator auf Basis nativer Stärke (entspricht Nexus Verfahren): 520 g/l b) Massendichte mit Emulgator auf Basis nativer Stärkegemischt mit Kaliumstearat: 320 g/l c) Massendichte mit handelsüblichen extrudierten Emulgator (nach EP 0 153 870 Nexus), Emulpals 106 Batch-No. 2909388: 384 g/l

Zu Beispiel 2

a) Massendichte mit Emulgator auf Basis nativer Stärke (entspricht Nexus Verfahren): 520 g/l b) Massendichte mit Emulgator auf Basis nativer Stärke und hydrophilen Zusätzen im Wasser: 336 g/l c) Massendichte mit handelsüblichen extrudierten Emulgator (nach EP 0 153 870 Nexus), Emulpals 106 Batch-No. 2909388: 384 g/l