ОДНОФАЗНОЕ ПОЛУЧЕНИЕ ГИДРОФОБНОГО ПРОДУКТА КРАХМАЛА
SINGLE-PHASE OBTAINING OF HYDROPHOBIC STARCH PRODUCT

Предпосылки создания изобретения
Прежние попытки придания крахмалу водоотталкивающих свойств (гидрофобности) посредством обработки его силиконатными солями в процессах с водными смесями приводили к появлению у него нежелательных свойств и/или оказывались коммерчески невыгодными.
Следующие варианты осуществления настоящего изобретения представлены для дополнительного иллюстрирования и объяснения настоящего изобретения, их не следует воспринимать как ограничивающие в каком бы то ни было отношении. Все используемые проценты даны на основе отношения масс, если не указано иное.
1. Способ, включающий в себя стадии:
смешивания силиконатного раствора и крахмала для образования смеси силиконатного раствора с крахмалом,
где указанный силиконатный раствор содержит силиконат,
где процентная доля указанного силиконата в указанной смеси силиконатного раствора с крахмалом составляет не менее 0,5%;
где общая влажность смеси указанного силиконатного раствора с крахмалом составляет не менее 5% и не более 50%; и
перемешивания указанной смеси, достаточного для образования гидрофобной крахмальной смеси.
2. Способ согласно варианту 1 осуществления настоящего изобретения, дополнительно включающий в себя смешивание воды с указанным силиконатным раствором и указанным крахмалом для образования смеси силиконатного раствора с крахмалом.
3. Способ согласно варианту 1 или 2 осуществления настоящего изобретения, где общая влажность указанной смеси силиконатного раствора с крахмалом составляет не менее 10% и не более 30%.
4. Способ согласно любому одному из вариантов 1-3 осуществления настоящего изобретения, дополнительно включающий в себя стадию сушки указанной гидрофобной крахмальной смеси для получения высушенного гидрофобного крахмала с остаточным содержанием влаги, составляющим 0-18% (по массе).
5. Способ согласно варианту 4 осуществления настоящего изобретения, где указанное остаточное содержание влаги составляет от 7 до 14% (по массе).
6. Способ согласно любому одному из вариантов 1-5 осуществления настоящего изобретения, где указанная гидрофобная крахмальная смесь демонстрирует гидрофобность не более 3 мл, когда ее оценивают в следующем тесте: в центрифужную пробирку типа Goetz вносят 75 мл воды; добавляют 5 г указанной гидрофобной крахмальной смеси; центрифужную пробирку переворачивают 10 раз без расплескивания (выражение «переворачивают» означает, что пробирку обращают верхним концом вниз и затем возвращают в первоначальное положение в течение периода не менее трех секунд); затем центрифужной пробирке дают возможность осаждаться в течение 30 минут; центрифужную пробирку еще 10 раз медленно, без расплескивания, переворачивают; центрифужной пробирке дают возможность осаждаться еще в течение 30 минут; и записывают объем крахмала, осевшего в этой центрифужной пробирке.
7. Способ согласно варианту 6 осуществления настоящего изобретения, где высушенный гидрофобный крахмал демонстрирует гидрофобность не более 0,8 мл.
8. Способ согласно любому одному из вариантов 1-7 осуществления настоящего изобретения, где указанный силиконатный раствор содержит соль метилсиликоната.
9. Способ согласно любому одному из вариантов 1-8 осуществления настоящего изобретения, где указанная гидрофобная крахмальная смесь является свободно-сыпучей.
10. Продукт, полученный согласно способу по одному из вариантов 1-9 осуществления настоящего изобретения.
11. Способ, включающий в себя стадии:
смешивания силиконатного раствора и крахмала для образования смеси силиконатного раствора с крахмалом,
где указанный силиконатный раствор содержит силиконат,
где процентная доля указанного силиконата в указанной смеси силиконатного раствора с крахмалом составляет не менее 0,5%;
где общая влажность указанной смеси силиконатного раствора с крахмалом составляет не менее 5% и не более 50%; и
перемешивания указанной смеси, достаточного для образования свободно-сыпучей крахмальной смеси.
12. Продукт, полученный согласно способу по варианту 11 осуществления настоящего изобретения.
13. Способ согласно варианту 9 или 11 осуществления настоящего изобретения, где крахмальная смесь, получаемая в результате, образует крахмальный конус с диаметром не менее 7,0 см, когда ее испытывают, как описано в Примере 4.
Краткое описание нескольких видов чертежей
Далее будет представлено дополнительное разъяснение настоящего изобретения со ссылкой на приложенные чертежи, где одинаковые структуры указаны под одинаковыми номерами во всех проекциях. Показанные чертежи не являются точно масштабированными, вместо этого основное внимание сосредоточено на иллюстрировании принципов настоящего изобретения.
На Фиг. 1 изображена последовательность технологических операций для варианта осуществления способа согласно настоящему изобретению.
Подробное описание изобретения
В настоящем документе раскрыты подробности вариантов осуществления настоящего изобретения; однако следует понимать, что раскрытые варианты осуществления только иллюстрируют настоящее изобретение, которое может быть осуществлено в различных формах. Каждый из примеров, представленных в связи с различными вариантами осуществления настоящего изобретения, также имеет целью иллюстрирование, а не ограничение. Кроме того, фигуры необязательно являются масштабированными, и для демонстрации деталей конкретных компонентов некоторые признаки могут быть преувеличены. Любые измерения, спецификации и т.п., показанные на фигурах, также предназначены для иллюстрирования, а не для ограничения. Поэтому конкретные структурные и функциональные детали, описанные в настоящем документе, следует интерпретировать не как ограничивающие, а только как представительную основу для информирования квалифицированного специалиста в данной области техники о различных возможностях применения настоящего изобретения.
Если не указано иное, все процентные доли, представленные в настоящем документе, выражены по отношениям масс.
В настоящей заявке на патент единицы измерений, как правило, представлены по английской системе с последующим их переводом в единицы системы SI (приведенным в скобках). Если приведенные в скобках единицы SI являются величинами, которые воспринимаются как несоразмерные или ошибочно переведенные из английских единиц, правильными следует считать указанные английские единицы.
Для целей описания и патентования настоящего изобретения определены следующие термины.
Термин «свободно-сыпучий» означает свойство продукта, испытанное согласно Примеру 4 настоящей заявки. Продукт считают свободно-сыпучим, если он образует крахмальный конус с диаметром не менее 7,0 см, когда его испытывают, как изложено в Примере 4.
Термин «гидрофобный» означает свойство продукта, испытанное согласно Примеру 5 настоящей заявки. Продукт считают гидрофобным, если его объемный показатель, испытанный, как изложено в Примере 5, составляет не более 1,0 мл.
Термин «остаточное содержание влаги» означает процентную долю от общей массы материала, приходящуюся на массу влаги, теряемой при нагревании, и оцениваемую по методике с регистрацией «потерь при сушке» с применением механических весов CSC со шкалой, проградуированной в процентах влажности. Приблизительно 5 г крахмала (в том состоянии, в котором он находится непосредственно перед испытанием) помещают на чашку весов. Задают температуру 95°С. В конце процесса весы, определяющие влажность, предоставляют значение остаточной влажности образца.
Термин «силиконат» означает органосиликонат, такой как алкилсиликонаты и фенилсиликонаты, и его соли, включая, но не ограничиваясь ими, соли натрия и калия. Алкилсиликонаты щелочных металлов включают в себя соединения, определяемые общей формулой:
где R представляет собой алкильную группу, содержащую один или более углеродов, а Х представляет собой щелочной металл.
Термин «силиконатный раствор» означает некоторый силиконат, растворенный в некотором растворителе, возможно, с включением дополнительных компонентов, например щелочных веществ.
Термин «PSI при добавлении силиконата» означает давление, при котором силиконатный раствор добавляют к крахмалу в варианте осуществления настоящего изобретения.
Термин «силиконатное отношение» означает отношение силиконатного раствора к добавочной воде (где добавочную воду добавляют к силиконатному раствору и/или добавляют отдельно к крахмалу согласно настоящему изобретению), выраженное на основе отношения масс.
Термин «силиконатный процент» означает количество силиконата, отнесенное к крахмалу, рассчитанное на основе отношения масс.
Термин «процент силиконатного раствора» означает отношение массы силиконата к массе силиконатного раствора. Указанный силиконатный раствор содержит некоторый силиконат в некотором растворителе и, кроме того, может содержать, например, некоторое щелочное вещество.
Термин «однофазный» означает однофазную, с высоким содержанием твердого вещества, порошкообразную смесь, в отличие от «суспензии», состоящей из двух фаз, т.е. водной фазы и фазы крахмала.
Термин «крахмал» означает крахмал в его природной или нативной форме; кроме того, этот термин относится к крахмалу, модифицированному физическими, химическими и ферментативными способами, включая и равновесную влажность крахмала.
Термин «общая влажность», используемый в настоящем документе, должен означать влажность крахмала, а также добавленную влагу. Так, например, если влажность крахмала составляет 10% и к 90 г такого крахмала добавлено 10 г воды, то общая влажность составила бы 19%.
Материалы, подходящие для настоящего изобретения, могут быть получены из любого естественного источника; в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения это может быть крахмал. Естественным источником, как это принято в настоящем документе, является источник, встречающийся в природе. Кроме того, подходящими являются крахмалы, производимые из растения, получаемого посредством стандартных методик разведения (включая кроссбридинг, транслокацию, инверсию, трансформацию или любой другой способ генной или хромосомной инженерии), и его вариантов, обычно называемых генетически модифицированными организмами (GMO). Для настоящего изобретения подходящими являются также крахмалы, полученные из растения, выращенного из видовых композиций с вышеуказанными искусственными мутациями и вариациями, которые могут быть произведены известными стандартными способами мутационной селекции.
Обычными источниками крахмалов являются злаки (зерновые), семена, клубни, корневища, овощи и фрукты. Таким естественным источником может быть кукуруза (маис), горох, картофель, сладкий картофель, банан, ячмень, пшеница, рис, овес, саго, амарант, тапиока (кассава), арроурут, канна и сорго, а также их воскообразные и высокоамилозные разновидности. Настоящее изобретение относится ко всем видам крахмала, независимо от содержания амилозы, и ко всем источникам крахмала, включая природные, генетически измененные или полученные гибридизацией. В одном варианте осуществления настоящего изобретения крахмал представляет собой крахмал из тапиоки, в другом варианте осуществления настоящего изобретения крахмал представляет собой крахмал из зубовидной кукурузы.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения крахмал является модифицированным любым числом возможных операций обработки, проводимых до, во время или после смешивания крахмала с силиконатным раствором.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения крахмал модифицируют посредством преобразования, проводимого до, во время или после смешивания крахмала с силиконатным раствором.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения крахмал химически модифицируют до, во время или после смешивания крахмала с силиконатным раствором. К химически модифицированным крахмалам относятся, без ограничения, поперечно-сшитые крахмалы, ацетилированные крахмалы или крахмалы, этерифицированные органическими соединениями, гидроксиметилированные и гидроксипропилированные крахмалы, фосфорилированные крахмалы и крахмалы, этерифицированные неорганическими соединениями, катионные, анионные, неионные и цвиттер-ионные крахмалы и сукцинатные и замещенные сукцинатные производные крахмала.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения крахмал физически модифицируют до, во время или после смешивания крахмала с силиконатным раствором. Для применения согласно настоящему изобретению могут быть подходящими также такие физически модифицированные крахмалы, как термически сшитые крахмалы. К физически модифицированным крахмалам также относятся фракционированные крахмалы с высоким содержанием амилозы и крахмалы, модифицированные посредством размола или разрезания. Физические модификации включают в себя, но не ограничиваются ими, термическую сшивку, агломерацию и манипуляции с размером частиц или морфологией крахмала.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения крахмал ферментативно модифицируют до, во время или после смешивания крахмала с силиконатным раствором.
Любой крахмал или смесь крахмалов, обладающая свойствами, подходящими для применения согласно настоящему изобретению, можно до или после любого модифицирования подвергать очистке любым способом, известным в данной области техники, для удаления вкуса, запаха или цвета, являющихся естественным для крахмала или появившихся при переработке. Крахмал можно очищать для удаления загрязнений, побочных продуктов, нежелательного привкуса или цвета посредством способов, известных в данной области техники, включая, без ограничения, промывание, диализ, фильтрование, ионообменные процессы, пропаривание с удалением летучих примесей, отбеливание (такое как при обработке хлоритами), ферментативное модифицирование и/или центрифугирование. Такую очистку можно проводить в любое время в течение процесса.
Подходящие материалы могут также включать в себя любую подходящую муку или подходящий зернистый или гранулированный материал на биологической основе, которые можно удовлетворительно смешивать с силиконатным раствором для осуществления настоящего изобретения. В одном варианте осуществления настоящего изобретения подходящий материал представляет собой муку из стержней початков кукурузы.
Силиконаты включают в себя органические силиконаты, такие как алкилсиликонаты и фенилсиликонаты, и их соли. В одном варианте осуществления настоящего изобретения указанные соли включают в себя соли натрия и калия. Алкилсиликонаты щелочных металлов включают в себя соединения, определенные общей формулой:
где R представляет собой алкильную группу, содержащую один или более углеродов, а Х представляет собой щелочной металл. В одном варианте осуществления настоящего изобретения алкилсиликонат щелочного металла представляет собой метилсиликонат натрия, где R представляет собой метильную группу, а Х представляет собой натрий. К типичным видам органических силиконатов щелочных металлов относятся метилсиликонат натрия, этилсиликонат натрия, пропилсиликонат натрия, метилсиликонат калия, этилсиликонат калия и пропилсиликонат калия.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения применяют натриевую или калийную соль метилсиликоната (например, и без ограничения, силиконат XIAMETER OFS-0772 или силиконат XIAMETER OFS-0777).
К подходящим кислотам относятся водородно-донорные кислоты,  например хлористоводородная, серная, азотная и уксусная кислоты. В одном варианте осуществления настоящего изобретения указанная кислота представляет собой хлористоводородную кислоту.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения аспект достаточного перемешивания в способе согласно настоящему изобретению осуществляют, применяя аппарат CoriMix (Lodige Process Technology, Paderborn, Germany www.loedige.de), составленный из смесителя и устройства подачи. Аппарат CoriMix может смешивать жидкость с сухим крахмалом, т.е. добавлять жидкие химические реагенты, такие как кислота и/или вода, для регулирования содержания влаги и/или рН. Бункер устройства подачи может максимально вмещать примерно 100 фунтов (45,35 кг) сухого крахмала и подавать в смеситель примерно 210 фунтов (95,25 кг) сухого крахмала в час при максимальной скорости. На боковой стороне смесителя и устройства подачи имеется также емкость для добавляемых жидкостей.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения скорость CoriMix является любой скоростью, которая будет обеспечивать перемешивание крахмала и силиконатного раствора, достаточное для получения гидрофобного крахмала.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения скорость CoriMix составляет примерно 3000 об/мин.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения перед добавлением силиконата, силиконатного раствора, воды и/или кислоты к крахмалу включают CoriMix и устройство подачи крахмала.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения можно применять любую комбинацию порядка добавления, размера партии и смесительного аппарата при условии, что результатом этого является смешивание крахмала с силиконатным раствором, достаточное для получения гидрофобного крахмала.
Силиконатный раствор добавляют к крахмалу для образования смеси. Силиконатный раствор можно комбинировать с крахмалом отдельно или в комбинации с кислотой и/или водой. В одном варианте осуществления настоящего изобретения к крахмалу добавляют силиконатный раствор и кислоту. В другом варианте осуществления настоящего изобретения к крахмалу добавляют силиконатный раствор и воду. В еще одном другом варианте осуществления настоящего изобретения к крахмалу добавляют силиконатный раствор и воду, а затем, после достаточного перемешивания, добавляют кислоту. В еще одном другом варианте осуществления настоящего изобретения смешивают силиконатный раствор, воду и кислоту, а затем добавляют к крахмалу.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения силиконатный раствор представляет собой XIAMETER OFS-0772 SILICONATE или XIAMETER OFS-0777 SILICONATE, коммерчески доступные у Dow Corning Corporation (Midland, MI), которые могут быть предоставлены при рН, равном приблизительно 13.
Для образования силиконатного раствора силиконат можно суспендировать в любом подходящем растворителе. Подходящие растворители включают в себя, но не ограничиваются ими, воду, щелочные вещества и комбинации воды и щелочных веществ.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения количество силиконата в самом силиконатном растворе может быть различным.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения силиконатный раствор имеет процентный состав, соответствующий примерно 32% метилсиликоната натрия или метилсиликоната калия (необязательно, примерно более 28% силиконата или метилсиликоната калия), не более 0,9% остаточного метанола и не более 3% хлорида натрия (остальное приходится на воду).
Процентная доля силиконата может быть различной, и в одном варианте осуществления настоящего изобретения она составит от примерно 0,5% до примерно 5% (альтернативно, от примерно 1,0% до примерно 2,0%, альтернативно, примерно 1,3% по массе).
Как силиконатный раствор, так и воду можно смешивать с крахмалом для образования смеси. В одном варианте осуществления настоящего изобретения смесь силиконатного раствора с крахмалом представляет собой однофазную порошкообразную смесь с высоким содержанием твердого вещества, в отличие от суспензии, содержащей две фазы, т.е. водную фазу и фазу крахмала.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения общее содержание влаги составляет, по меньшей мере, примерно 5%. В другом варианте осуществления настоящего изобретения общее содержание влаги составляет, по меньшей мере, примерно 10%. В еще одном другом варианте осуществления настоящего изобретения общее содержание влаги составляет, по меньшей мере, примерно 15%. В одном варианте осуществления настоящего изобретения общее содержание влаги не превышает примерно 50%. В другом варианте осуществления настоящего изобретения общее содержание влаги не превышает примерно 45%. В еще одном другом варианте осуществления настоящего изобретения общее содержание влаги не превышает примерно 40%. И в еще одном другом варианте осуществления настоящего изобретения общее содержание влаги не превышает примерно 30%. И в еще одном другом варианте осуществления настоящего изобретения общее содержание влаги не превышает примерно 20%. В одном варианте осуществления настоящего изобретения общее содержание влаги составляет приблизительно 19,5%.
Силиконатный раствор можно также вводить в смесительную камеру для образования смеси при различных давлениях.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения значение PSI при добавлении силиконата в способе согласно настоящему изобретению составляет, по меньшей мере, 3 (20,68 кПа).
В другом варианте осуществления настоящего изобретения значение PSI при добавлении силиконата в способе согласно настоящему изобретению составляет, по меньшей мере, 6 (41,37 кПа).
В другом варианте осуществления настоящего изобретения значение PSI при добавлении силиконата в способе согласно настоящему изобретению составляет не более 15 (103,32 кПа).
В другом варианте осуществления настоящего изобретения значение PSI при добавлении силиконата в способе согласно настоящему изобретению составляет от примерно 3 (20,68 кПа) до примерно 15 (103,32 кПа).
Крахмал можно также вводить в смесительную камеру для образования смеси с различными скоростями.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения скорость крахмала составляет примерно 3 фунта (1,36 кг) в минуту.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения скорость крахмала может быть любой скоростью в комбинации с порядком добавления, размером партии и смесительным аппаратом при условии, что результатом этого является смешивание крахмала с силиконатным раствором, достаточное для получения гидрофобного крахмала.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения время смешивания может быть любой продолжительности в комбинации с порядком добавления, размером партии и смесительным аппаратом при условии, что результатом этого является смешивание крахмала с силиконатным раствором, достаточное для получения гидрофобного крахмала.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения процесс смешивания может протекать как периодический процесс.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения процесс смешивания может протекать как непрерывный процесс.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения время смешивания может быть любой продолжительности как в периодическом, так и в непрерывном процессе при условии, что результатом этого является смешивание крахмала с силиконатным раствором, достаточное для получения гидрофобного крахмала.

Кроме того, крахмал добавляют в CoriMix в комбинации с силиконатом, добавляемым при давлении, эффективном для осуществления стадии достаточного перемешивания, результатом которого будет гидрофобный крахмал, как описано в настоящем документе.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения смесь, содержащую крахмал и силиконат, перемешивают в течение периода, достаточного для получения гидрофобного крахмала согласно настоящему изобретению.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения перемешивание смеси крахмала с силиконатным раствором продолжают до тех пор, пока крахмал не достигнет гидрофобности при оценивании, проводимом, как описано в настоящем документе.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения перемешивание смеси крахмала с силиконатным раствором продолжают до тех пор, пока крахмал не достигнет свободно сыпучего состояния при оценивании, проводимом, как описано в настоящем документе.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения перемешанный гидрофобный крахмал может иметь щелочной рН; в одном варианте осуществления настоящего изобретения значение pH составляет приблизительно 10-12.
Кислотная корректировка силиконатного раствора может приводить к нежелательному осаждению силиконата из раствора. Соответственно, если сам силиконатный раствор корректируют добавлением кислоты перед соединением кислотно-корректированного силиконатного раствора с крахмалом, такое регулирование рН предпринимают (1) только до такой степени, при которой возможно избежать нежелательного осаждения силиконата из раствора; и/или (2) непосредственно перед соединением кислотно-кондиционированного силиконатного раствора с крахмалом.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения рН силиконатного раствора корректируют до добавления и/или при добавлении силиконатного раствора к крахмалу для образования смеси силиконатного раствора с крахмалом.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения рН смеси силиконатного раствора с крахмалом корректируют во время перемешивания.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения pH гидрофобной смеси силиконатного раствора с крахмалом корректируют после перемешивания.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения pH гидрофобной крахмальной смеси доводят до желаемого значения рН посредством добавления кислоты. Значение рН можно доводить до рН, близкого к нейтральному (6-8). Значение рН можно доводить до рН, большего чем 4 и меньшего чем примерно 11,5 (альтернативно, от примерно 5 до примерно 9, альтернативно, от примерно 6 до примерно 8, альтернативно, от примерно 6,5 до примерно 7,5, альтернативно, от примерно 6,8 до примерно 6,9), используя кислоту, степень диссоциации которой в воде является достаточной для создания желаемого рН.
Крахмалы, силиконаты и кислоты можно использовать в следующих способах получения композиций гидрофобного крахмала. Смесь крахмала, силиконатного раствора и кислоты получают любым подходящим образом. Например, крахмал можно получать в виде любого из множества естественных крахмалов, а силиконатный раствор (необязательно, с добавочной водой) можно соединять с крахмалом для образования гидрофобной крахмальной смеси, содержащей крахмал и силиконат. Гидрофобную крахмальную смесь можно доводить до желаемого рН, близкого к нейтральному, добавляя подходящее количество кислоты. В качестве альтернативы, гидрофобную крахмальную смесь можно получать посредством способа, в котором силиконатный раствор соединяют с кислотой в растворе до соединения этого раствора с крахмалом (и, необязательно, с добавочной водой) для образования гидрофобной крахмальной смеси. Другими словами, можно готовить раствор из силиконата и кислоты и доводить этот раствор до желаемого рН, близкого к нейтральному, подходящим количеством кислоты, причем количество кислоты, добавляемой к силиконату (и к необязательной воде) определяет величину рН гидрофобной крахмальной смеси, получаемой после этого.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения крахмалы, силиконаты и кислоты можно использовать в следующих способах получения свободно сыпучих крахмальных композиций. Смесь крахмала, силиконатного раствора и кислоты получают любым подходящим образом. Например, крахмал можно получать в виде любого из множества естественных крахмалов, а силиконатный раствор (необязательно, с добавочной водой) можно соединять с крахмалом для образования свободно-сыпучей крахмальной смеси, содержащей крахмал и силиконат. Свободно-сыпучую крахмальную смесь можно доводить до желаемого рН, близкого к нейтральному, добавляя подходящее количество кислоты. В качестве альтернативы, свободно-сыпучую крахмальную смесь можно получать посредством способа, в котором силиконатный раствор соединяют с кислотой в растворе до соединения этого раствора с крахмалом (и, необязательно, с добавочной водой) для образования свободно-сыпучей крахмальной смеси. Другими словами, можно готовить раствор из силиконата и кислоты и доводить этот раствор до желаемого рН, близкого к нейтральному, подходящим количеством кислоты, причем количество кислоты, добавляемой к силиконату (и к необязательной воде) определяет величину рН свободно-сыпучей крахмальной смеси, получаемой после этого.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения гидрофобная крахмальная смесь имеет кислый рН.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения гидрофобная крахмальная смесь имеет существенно нейтральный рН.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения гидрофобная крахмальная смесь имеет щелочной рН.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения гидрофобная крахмальная смесь имеет кислый рН после высушивания.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения гидрофобная крахмальная смесь имеет существенно нейтральный рН после высушивания.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения гидрофобная крахмальная смесь имеет щелочной рН после высушивания.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения гидрофобную крахмальную смесь высушивают до или после корректировки рН. В одном примере твердое вещество крахмала может быть безводным или существенно безводным (высушенным до минимального содержания влаги не более 1%); с остаточным содержанием влаги не более 2%; с остаточным содержанием влаги не более 3%; с остаточным содержанием влаги не более 4%; с остаточным содержанием влаги не более 5%; с остаточным содержанием влаги не более 6%; с остаточным содержанием влаги не более 7%; с остаточным содержанием влаги не более 8%; с остаточным содержанием влаги не более 9%; с остаточным содержанием влаги не более 10%; с остаточным содержанием влаги не более 11%; с остаточным содержанием влаги не более 12%; с остаточным содержанием влаги не более 13%; с остаточным содержанием влаги не более 14%; с остаточным содержанием влаги не более 15%; с остаточным содержанием влаги не более 16%; с остаточным содержанием влаги не более 17%; или с остаточным содержанием влаги не более 18%. Вышеуказанные значения максимального содержания влаги можно комбинировать, образуя диапазоны.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения остаточное содержание влаги в высушенном гидрофобном крахмале составляет от примерно 7 до примерно 14%.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения высушенная гидрофобная крахмальная смесь является свободно-сыпучей согласно критериям, изложенным в Примере 4. В другом варианте осуществления настоящего изобретения высушенная гидрофобная крахмальная смесь является свободно-сыпучей, так что она образует крахмальный конус с диаметром не менее 7,0 см. В другом варианте осуществления настоящего изобретения высушенная гидрофобная крахмальная смесь является свободно-сыпучей, так что она образует крахмальный конус с диаметром не менее 7,5 см. В другом варианте осуществления настоящего изобретения высушенная гидрофобная крахмальная смесь является свободно-сыпучей, так что она образует крахмальный конус с диаметром не менее 8,0 см. В другом варианте осуществления настоящего изобретения высушенная гидрофобная крахмальная смесь является свободно-сыпучей, так что она образует крахмальный конус с диаметром не менее 9,0 см. В другом варианте осуществления настоящего изобретения высушенная гидрофобная крахмальная смесь является свободно-сыпучей, так что она образует крахмальный конус с диаметром не менее 10,0 см.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения гидрофобная крахмальная смесь является гидрофобной согласно критериям, изложенным в Примере 5. В одном варианте осуществления настоящего изобретения гидрофобная крахмальная смесь является гидрофобной, так что не более 3 мл крахмала осаждается на дне центрифужной пробирки. В другом варианте осуществления настоящего изобретения гидрофобная крахмальная смесь является гидрофобной, так что не более 1,5 мл осаждается на дне центрифужной пробирки. В еще одном другом варианте осуществления настоящего изобретения гидрофобная крахмальная смесь является гидрофобной, так что осаждается не более 0,8 мл. В одном варианте осуществления настоящего изобретения гидрофобная крахмальная смесь является гидрофобной, так что осаждается не более 0,6 мл. В одном варианте осуществления настоящего изобретения гидрофобная крахмальная смесь является гидрофобной, так что осаждается не более 0,4 мл.
Примеры
Нижеследующие примеры представлены для дополнительного иллюстрирования и объяснения настоящего изобретения, и их не следует считать ограничивающими в каком бы то ни было отношении. Все используемые проценты даны на основе отношения масс.
Пример 1: Создание гидрофобной крахмальной смеси

Этот пример иллюстрирует осуществление создания достаточно перемешенного крахмала. В одном варианте осуществления настоящего изобретения аппарат CoriMix используют для смешивания крахмалов из кукурузы и/или тапиоки, указанных в Таблице 1 настоящего документа, или любого другого подходящего крахмала или другого подходящего материала на биологической основе. Аппарат CoriMix состоит из двух компонентов - смесителя и устройства подачи. Смеситель имеет максимальную скорость 3500 об/мин, его контролируют по показаниям, видным на главной панели. Он может смешивать материалы и регулировать рН, влажность и осуществлять обработку смешиваемых материалов кислотой. Бункер устройства подачи может вмещать максимально 100 фунтов (45,36 кг) сухого крахмала и подавать в смеситель 210 фунтов (95,25 кг) сухого крахмала в час при максимальной скорости. Кроме того, смеситель имеет бак для добавочной жидкости (резервуар для впрыскивания), который можно использовать для добавления в смеситель жидкостей под давлением. Аппарат CoriMix можно использовать следующим образом:
получить некоторое количество основного крахмала и загрузить указанное количество основного крахмала в бункер устройства подачи.
Задать скорость крахмала (в фунтах в минуту), добавляемого из бункера устройства подачи в смеситель.
Приготовить химические реагенты, используемые для добавления в бак для жидкостей. В химическом вытяжном шкафу отвесить 4,2 фунта (1,90 кг) силиконата в 5-галлонное ведро (18,9 л). В указанное 5-галлонное ведро (18,9 л) добавить 8,4 фунта (3,80 кг) водопроводной воды. Перемешать вручную. Измерить и записать рН силиконатного раствора.

Перенести материал в чистый бак для впрыскивания аппарата CoriMix. Закрыть клапан подачи реагентов на смесителе и установить скорость потока жидкости (давление в единицах psi), регулируя давление воздуха в баке. Максимальное давление в баке для впрыскивания составляет 60 psi (413,69 кПа). Давление можно варьировать в диапазоне 4-35 psi (27,58-103,42 кПа) (приблизительно 0,15-0,51 фунтов в минуту (0,07-0,23 кг/мин)) в зависимости от общей массы реагента, скорости добавления крахмала, концентрации кислоты и желаемого рН материала. Общие скорости можно установить таким образом, чтобы завершить добавление силиконата к 100 фунтам (45,36 кг) крахмала в течение приблизительно 30 минут. Давление при добавлении кислоты можно устанавливать, основываясь на желаемом рН конечного продукта.
Включить главный силовой выключатель и силовой выключатель устройства подачи.

Довести скорость мешалки до 3000 об/мин. После достижения указанной скорости запустить смеситель. Задать скорость потока крахмала на аппарате CoriMix, равную 3 фунтам (1,36 кг) в минуту. Включить регулятор подачи крахмала и немедленно открыть жидкостной регулировочный клапан. В одном варианте осуществления настоящего изобретения количество крахмала, добавляемого в смеситель через регулятор подачи крахмала, можно перемешать до добавления силиконата и/или кислоты из бака для впрыскивания. Во время добавления силиконата отобрать образец смеси крахмала с силиконатом. Измерить и записать рН 20%-ной суспензии крахмала, полученного из образца, в воде.
Визуально проверить, является ли отобранный из смесителя образец смеси крахмала с силиконатом достаточно перемешанным для того, чтобы быть гидрофобным, как определено в настоящем документе.
После завершения добавления силиконата и/или кислоты к крахмалу выключить смеситель и устройство подачи. Ополоснуть водой бак для впрыскивания и дополнительный трубопровод. Открыть регулировочный клапан и добавить водопроводную воду в бак для впрыскивания. Довести давление до 20 psi (137,90 кПа). Собрать воду из форсунки в пустой контейнер и утилизовать ее соответствующим образом.
Пример 2: Корректировка рН гидрофобной крахмальной смеси
Удалить гидрофобный и/или свободно-сыпучий крахмал из смесителя и перезагрузить гидрофобный крахмал, перерабатываемый периодически или непрерывно, в бункер устройства подачи.
Задать скорость крахмала (в фунтах в минуту), добавляемого из бункера устройства подачи в смеситель.

Приготовить раствор кислоты. В вытяжном шкафу добавить 8 фунтов (3,63 кг) воды в подходящий контейнер. В указанный контейнер добавить 1 фунт (0,45 кг) хлористоводородной кислоты. Перемешать вручную. Перенести разбавленную хлористоводородную кислоту в чистый бак для впрыскивания аппарата CoriMix. Закрыть клапан добавления реагента на смесителе. Установить скорость потока жидкости (давление в psi), регулируя давление воздуха в баке.
Довести скорость мешалки до 3000 об/мин. После достижения указанной скорости запустить смеситель. Включить устройство подачи и немедленно открыть жидкостной регулировочный клапан. Спустя 2 минуты отобрать образец и остановить устройство подачи и смеситель и закрыть жидкостной регулировочный клапан. Измерить рН 20%-ной суспензии крахмала, полученного из образца. Довести давление до значения, необходимого для того, чтобы довести рН до 5,5-7,5. После установления давления и скорости крахмала завершить корректировку рН раствором кислоты. Отобрать образец материала с доведенным рН. Приготовить 20%-ную суспензию крахмала, полученного из этого образца, и измерить рН этой суспензии. После достижения конечной точки и корректировки рН всего гидрофобного крахмала выключить смеситель.
Пример 3: Циркуляционная сушка гидрофобного и/или свободно-сыпучего крахмала
В одном варианте осуществления настоящего изобретения применяют следующую процедуру для циркуляционной сушки свободно-сыпучего и/или гидрофобного крахмала до остаточной влажности, составляющей в одном варианте осуществления настоящего изобретения 10-14%, с использованием циркуляционной сушилки Barr-Rosin 276 Pilot Ring Dryer (Barr-Rosin Inc., Boisbriand, Quebec).
Включить циркуляционную сушилку; запустить установку и подождать появления сигнала о завершении режима запуска.
На контрольной панели:
установить контроллер впуска в автоматический режим («Auto») и подождать, пока температура не достигнет заданного значения.
Установить контроллер выпуска в режим ручного управления («Manual») и задать такую же температуру, как и во впускном контроллере.
Перевести впускной контроллер в каскадный режим («Cascade»).
Перевести выпускной контроллер обратно в автоматический режим («Auto»).
Задать на выпускном контроллере желаемую температуру.
Заполнить бункер устройства подачи циркуляционной сушилки гидрофобным и/или свободно-сыпучим крахмалом.
Включить циркуляционную сушилку. Смесь начнет поступать в сушилку. На контрольной панели довести скорость ленты до желаемой скорости и температуры впуска. Если впускная температура станет слишком высокой, сушилка остановит впуск.
При необходимости повторно заполнить бункер устройства подачи.
Установить заданное значение выпускной температуры для достижения желаемой влажности продукта.
Опорожнить приемный бункер, когда он заполнится, в соответствующий контейнер для хранения.
После завершения сушки нажать клавишу «Stop» на контрольной панели для выключения установки.
Пример 4: Оценка «свободной текучести»
В одном варианте осуществления настоящего изобретения «свободно-текучую» природу крахмально-силиконатной смеси можно оценить следующим образом.
Получить следующие принадлежности: (1) стеклянную пластину с гладкой поверхностью 30см×30см (для минимального сопротивления, обусловленного трением); (2) линейку для измерения диаметра области рассыпания крахмала; (3) поливинилхлоридную трубку (PVC) с внутренним диаметром 1 дюйм (2,54 см) и длиной 5 дюймов (12,7 см.); (4) мерный цилиндр объемом 50 мл.
Поместить трубку вертикально на стеклянной пластине, плотно прижав один ее конец к верхней поверхности пластины. Убедиться, что трубка находится в центре пластины.
Встряхнуть емкость с крахмалом в течение нескольких секунд во избежание более плотной, чем обычно упаковки отмеряемого крахмала. Отмерить 20-мл образец в мерный цилиндр.
Осторожно перенести отмеренный образец крахмала в трубку, избегая скопления крахмала у боковой поверхности трубки. Постукивая по трубке и по мерному цилиндру, стараясь не смещать саму трубку, убедиться в заполнении трубки крахмалом до самого дна.
Взявшись за внешнюю сторону трубки, осторожно и быстро поднять трубку вертикально, стараясь минимизировать боковое движение трубки.
Линейкой измерить диаметр (в см) кругового конуса, образованного крахмалом в результате этой процедуры, в четырех разных углах: от верха до низа, слева направо, в направлении от левого верхнего угла пластины до нижнего правого угла и от верхнего правого угла до нижнего левого угла.
Усреднить все четыре измерения для получения среднего значения измеренного диаметра.
Крахмал с остаточным содержанием влаги 9-13% имеет достаточные свободно-текучие свойства, если диаметр конуса составляет не менее 7 см, крахмалы с более низкой равновесной влажностью будут иметь несколько больший диаметр, чем крахмалы с более высокой влажностью.
Пример 5: Оценка гидрофобности
В одном варианте осуществления настоящего изобретения можно следующим образом определять сравнительную водоотталкиваемость (гидрофобность) крахмальных порошков.
Добавить 75 мл воды в центрифужную пробирку типа Goetz. Добавить 5 г испытуемого продукта. Выполнить 10 переворотов центрифужной пробирки без расплескивания. Выражение «переворот» должно означать, что пробирку переворачивают верхним концом вниз и затем возвращают в первоначальное положение в течение периода не менее трех секунд. Предоставить возможность осаждаться в течение 30 минут. Выполнить еще 10 переворотов центрифужной пробирки без расплескивания. Предоставить возможность осаждаться еще в течение 30 минут и записать объем осажденных частиц.
Продукт, обработанный силиконатом, считают гидрофобным, если зарегистрированный объем составляет не более 3 мл (предпочтительно, не более 1 мл).

Пример 6: Получение гидрофобного кукурузного крахмала (крахмала DAP-37 MELOJEL)

Этот пример демонстрирует получение продукта согласно настоящему изобретению с использованием крахмала MELOJEL.
Получить 100 фунтов (45,35 кг) основного крахмала и загрузить указанное количество основного крахмала в бункер устройства подачи.
Задать скорость добавления крахмала из бункера устройства подачи в смеситель, равную 3,25 фунта (1,47 кг) в минуту.

Приготовить химические реагенты, используемые для добавления в бак для впрыскивания. В химическом вытяжном шкафу отвесить 12,6 фунтов (5,71 кг) силиконата XIAMETEROFS-0772 (поставляемого с концентрацией 30% твердых веществ в воде, доступного у Dow Corning, Midland, MI).
Вручную смешать химические реагенты в 5-галлонном (18,9 л) ведре. Измерить и записать рН силиконатного раствора.

Перенести материал смешанных химических реагентов в чистый бак для впрыскивания аппарата CoriMix. Закрыть клапан добавления реагента на смесителе и задать скорость потока жидкости, соответствующую 15 psi (103,42 кПа), регулируя давление воздуха в баке.

Довести скорость мешалки до 3000 об/мин. После достижения указанной скорости запустить смеситель с контрольной панели. Задать скорость потока крахмала на аппарате CoriMix, равную 3,25 фунта (1,47 кг) в минуту. Включить регулятор подачи крахмала и немедленно открыть жидкостной регулировочный клапан. В одном варианте осуществления настоящего изобретения количество крахмала, добавляемого в смеситель через регулятор подачи крахмала, можно перемешать до добавления силиконата и/или кислоты из бака для впрыскивания. Во время добавления силиконата отобрать образец смеси крахмала с силиконатом. Измерить и записать рН 20%-ной суспензии крахмала, полученного из этого образца.
Визуально проверить, является ли образец смеси крахмала с силиконатом, отобранный из смесителя, достаточно перемешанным для того, чтобы быть свободно-сыпучим. Принять во внимание, что крахмал сначала высушивают, снижая остаточную влажность до 9-13%, как установлено в процедуре испытаний.
Визуально проверить, является ли образец смеси крахмала с силиконатом, отобранный из смесителя, достаточно перемешанным для того, чтобы быть гидрофобным.
После завершения добавления силиконата и/или кислоты к крахмалу и достаточного перемешивания смеси крахмала с силиконатом выключить смеситель и устройство подачи. Ополоснуть водой бак для впрыскивания и дополнительный трубопровод. Открыть регулировочный клапан и добавить водопроводную воду в бак для впрыскивания. Довести давление до 20 psi (137,90 кПа). Собрать воду из форсунки в пустой контейнер.
Загрузить гидрофобный и/или свободно-сыпучий крахмал в бункер устройства подачи для корректировки рН. Задать скорость добавления крахмала из бункера устройства подачи в смеситель, равную 3,5 фунтов (1,47 кг) в минуту.

Приготовить раствор кислоты. В вытяжном шкафу приготовить смесь воды и хлористоводородной кислоты в соотношении 5:1. Перенести материал в чистый бак для впрыскивания аппарата CoriMix. Закрыть клапан добавления реагента на смесителе. Задать скорость потока жидкости, соответствующую 20 psi (137,90 кПа), регулируя давление воздуха в баке.
Довести скорость мешалки до 3000 об/мин. После достижения указанной скорости запустить смеситель с контрольной панели. Включить устройство подачи и немедленно открыть жидкостной регулировочный клапан. Спустя 2 минуты отобрать образец и остановить устройство подачи, закрыть жидкостной регулировочный клапан и выключить смеситель. Измерить рН 20%-ной суспензии крахмала, полученного из образца. Довести давление до значения, необходимого для того, чтобы достичь конечного рН 6,5, добавляя раствор кислоты в количестве, достаточном для достижения желаемого конечного значения рН. После достижения конечной точки и корректировки рН всего гидрофобного крахмала выключить смеситель.

Результаты, полученные с использованием крахмальной смеси Примера 6, показаны в Таблице 1. Кроме того, Таблица 1 описывает несколько гидрофобных смесей, приготовленных из крахмала MELOJEL (коммерчески доступный крахмал из зубовидной кукурузы) с применением обработки при разных процентных концентрациях силиконата и силиконатных отношениях, для получения гидрофобных крахмальных смесей согласно настоящему изобретению. Следует отметить, что с поправкой на механические неисправности (например, закупорку форсунки) все образцы, обработанные 8,4%-ным и 12,6%-ным силиконатом, демонстрировали гидрофобность, как заявлено в настоящем документе, тогда как образцы, обработанные 4,2%-ным силиконатом при отношении массы воды к массе силиконата, равном, по меньшей мере, 2:1, также демонстрировали гидрофобность, как заявлено в настоящем документе. Хотя все гидрофобные крахмалы являются свободно-сыпучими, не все свободно-сыпучие крахмалы были гидрофобными.
Пример 7: Получение гидрофобного крахмала из тапиоки (EAP-12)
Этот пример демонстрирует получение продукта согласно настоящему изобретению из коммерчески доступного крахмала из тапиоки сорта National Starch Tapioca Starch No. 52-2016.
Получить 100 фунтов (45,35 кг) основного крахмала и загрузить указанное количество основного крахмала в бункер устройства подачи.
Задать скорость добавления крахмала из бункера устройства подачи в смеситель, равную 3,25 фунта (1,47 кг) в минуту.
Приготовить химические реагенты, используемые для добавления в бак для впрыскивания. В химическом вытяжном шкафу отвесить 8,4 фунта (3,81 кг) силиконатного раствора в 5-галлонном (18,9 л) ведре. Перемешать вручную. Измерить и записать рН силиконатного раствора.

Перенести материал химических реагентов в чистый бак для впрыскивания аппарата CoriMix. Закрыть клапан добавления реагента на смесителе и задать скорость потока жидкости, соответствующую 10 psi (68,95 кПа), регулируя давление воздуха в баке.

Довести скорость мешалки до 3000 об/мин. После достижения указанной скорости запустить смеситель с контрольной панели. Задать скорость потока крахмала на аппарате CoriMix, равную 3,25 фунта (1,47 кг) в минуту. Включить регулятор подачи крахмала и немедленно открыть жидкостной регулировочный клапан. В одном варианте осуществления настоящего изобретения количество крахмала, добавляемого в смеситель через регулятор подачи крахмала, можно перемешать до добавления силиконата и/или кислоты из бака для впрыскивания. Во время добавления силиконата отобрать образец смеси крахмала с силиконатом. Измерить и записать рН 20%-ной суспензии крахмала, полученного из этого образца.
Визуально проверить, является ли образец смеси крахмала с силиконатом, отобранный из смесителя, достаточно перемешанным для того, чтобы быть свободно-сыпучим.
Визуально проверить, является ли образец смеси крахмала с силиконатом, отобранный из смесителя, достаточно перемешанным для того, чтобы быть гидрофобным.
После завершения добавления силиконата и/или кислоты к крахмалу и достаточного перемешивания смеси крахмала с силиконатом выключить смеситель и устройство подачи. Ополоснуть водой бак для впрыскивания и дополнительный трубопровод. Открыть регулировочный клапан и добавить водопроводную воду в бак для впрыскивания. Довести давление до 12 psi (82,74 кПа). Собрать воду из форсунки в пустой контейнер.
Загрузить гидрофобный и/или свободно-сыпучий крахмал в бункер устройства подачи для корректировки рН. Задать скорость добавления крахмала из бункера устройства подачи в смеситель, равную 3,5 фунтов (1,47 кг) в минуту.

Приготовить раствор кислоты. В вытяжном шкафу приготовить смесь воды и хлористоводородной кислоты в соотношении 5:1. Перенести материал в чистый бак для впрыскивания аппарата CoriMix. Закрыть клапан добавления реагента на смесителе. Задать скорость потока жидкости, соответствующую 20 psi (137,90 кПа), регулируя давление воздуха в баке.
Не панели дисплея довести скорость мешалки до 3000 об/мин. После достижения указанной скорости запустить смеситель с контрольной панели. Включить устройство подачи и немедленно открыть жидкостной регулировочный клапан. Спустя 2 минуты отобрать образец и остановить устройство подачи, закрыть клапан и смеситель. Измерить рН 20%-ной суспензии крахмала, полученного из образца. Довести рН до значения, необходимого для того, чтобы достичь конечного рН 6,5. После достижении желаемой конечной точки выключить смеситель.
Результаты, полученные с использованием крахмальной смеси Примера 7, показаны в Таблице 1. Кроме того, Таблица 1 описывает несколько гидрофобных смесей, приготовленных из крахмала из зубовидной кукурузы с применением обработки при разных процентных концентрациях силиконата и силиконатных отношениях, для получения гидрофобных крахмальных смесей согласно настоящему изобретению. Следует отметить, что с поправкой на механические неисправности (например, закупорку форсунки) все образцы, обработанные 8,4%-ным и 12,6%-ным силиконатом, демонстрировали гидрофобность, как заявлено в настоящем документе, тогда как образцы, обработанные 4,2%-ным силиконатом при отношении массы воды к массе силиконата, равном, по меньшей мере, 2:1, также демонстрировали гидрофобность, как заявлено в настоящем документе. Хотя все гидрофобные крахмалы являются свободно-сыпучими, не все свободно-сыпучие крахмалы были гидрофобными.
Хотя в настоящем документе описан ряд вариантов осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что эти варианты осуществления являются только иллюстративными, а не ограничительными, и что специалисты с обычной квалификацией в данной области могут себе представить многие модификации и/или альтернативные варианты осуществления настоящего изобретения. Например, любые стадии можно проводить в любом желаемом порядке (и можно добавить любые желаемые стадии и/или удалить любые желаемые стадии). Поэтому следует понимать, что прилагаемая формула изобретения предназначена для того, чтобы охватывать все такие модификации и варианты осуществления, соответствующие сущности настоящего изобретения и входящие в пределы его объема.