СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СМЕСЕЙ, СОДЕРЖАЩИХ ВАНИЛИН И ЭТИЛВАНИЛИН
METHOD OF PRODUCING MIXTURES CONTAINING VANILLIN AND ETHYL VANILLIN

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу получения смеси, содержащей ванилин и этилванилин, включающему в себя следующие этапы: (i) смешивание по меньшей мере порошка ванилина и порошка этилванилина, (ii) хранение смеси, полученной на этапе (i), в сосуде, чтобы получить агломерат ванилина и этилванилина, и (iii) разрушение по меньшей мере одного агломерата, полученного на этапе (ii), на меньшие частицы. Настоящее изобретение также относится к порошкообразной смеси, содержащей ванилин и этилванилин, которая была получена способом, соответствующим настоящему изобретению.
Уровень техники
Ванилин широко используют в ряде отраслей промышленности, таких как пищевая промышленность, производство кормов для животных, фармацевтика и парфюмерная промышленность, в качестве вкусоароматического агента и/или отдушки.
Ванилин часто комбинируют с этилванилином, который усиливает органолептические свойства ванилина. Таким образом, спрос на готовые порошкообразные смеси этих двух соединений возрастает. Однако получение таких смесей проблематично. Традиционное сухое смешивание порошков ванилина и этилванилина позволяет получить смесь с высокой склонностью к агломерации, т.е. к образованию больших кусков, такое явление обычно называют «комкованием». Агломерация порошкообразных смесей ванилина/этилванилина также усиливается во время длительного хранения. В результате комкования возникают трудности при промышленной обработке смесей ванилина/этилванилина, что приводит к получению продуктов, не соответствующих ожиданиям потребителей.
Таким образом, существует высокий спрос на порошкообразные смеси ванилина и этилванилина, которые демонстрируют улучшенную сыпучесть и меньшую склонность к комкованию, в частности, после длительного хранения.
Для предотвращения комкования в смеси, содержащие ванилин и этилванилин, добавляли специальные вещества, такие как диоксид кремния и трикальций фосфат, но безуспешно. Без привлечения теории отметим, что влага не считается причиной комкования смесей, содержащих ванилин и этилванилин, поэтому известные добавки, которые используют для предотвращения комкования из-за влаги, являются неэффективными.
В патентной заявке US 2011/0230565 описан способ получения вещества на основе ванилина и этилванилина. Полученное соединение имеет рентгеновский спектр и температуру плавления, отличающиеся от рентгеновского спектра и температуры плавления ванилина и этилванилина, а агломерация этого соединения ниже по сравнению с порошкообразными смесями, полученными при помощи сухого смешивания ванилина и этилванилина. Данный способ включает в себя плавление смеси ванилина и этилванилина при молярном соотношении, равном 2, и совместную кристаллизацию ванилина и этилванилина путем охлаждения смеси до +50°С, при которой смесь выдерживают продолжительное время до тех пор, пока расплавленная смесь не затвердеет. Данный способ требует тщательного контроля температуры и предпочтительно выполняется в среде инертного газа, что влечет за собой необходимость использования специального оборудования.
В патентной заявке US 2014/0220214 описан альтернативный способ получения композиции на основе ванилина и этилванилина. Данный способ включает в себя смешивание порошкообразных ванилина и этилванилина в предварительно нагретом смесителе при температуре ниже температуры плавления полученного соединения в изотермических условиях. Данный способ требует тщательного контроля температуры и использования специализированного оборудования для смешивания.
Принимая во внимание известный уровень техники, целью настоящего изобретения является создание упрощенного способа получения смеси, содержащей ванилин и этилванилин, при этом данная смесь должна обладать пониженной агломерацией или комкованием при хранении по сравнению со смесью, полученной традиционным методом сухого смешивания ванилина и этилванилина.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение позволяет достичь вышеупомянутой цели и других целей. Неожиданно было обнаружено, что разрушение комка ванилина и этилванилина, образовавшегося во время хранения сухой смеси порошков ванилина и этилванилина, на меньшие частицы позволяет получить композицию, которая имеет значительно сниженную склонность к повторному комкованию по сравнению с первоначальной порошкообразной смесью ванилина и этилванилина.
Первоначальную смесь ванилина и этилванилина хранили в контейнере на протяжении 20 дней. Во время хранения произошло интенсивное комкование, т.е. образование агломерированной массы. Данный комок был разрушен на меньшие частицы. Полученную порошкообразную смесь ванилина и этилванилина хранили еще пять лет. Во время данного продолжительного хранения комкования не произошло.
Таким образом, в соответствии с первым аспектом настоящее изобретение относится к способу получения смеси, содержащей ванилин и этилванилин, при этом способ включает в себя следующие этапы: (i) смешивание по меньшей мере порошка ванилина и порошка этилванилина, (ii) хранение смеси, полученной на этапе (i), в сосуде, чтобы получить агломерат ванилина и этилванилина, (iii) разрушение по меньшей мере одного агломерата, полученного на этапе (ii), на меньшие частицы.
Данный способ прост и может быть легко реализован в промышленных масштабах. Важно отметить, что он не требует строгого контроля температуры.
В соответствии со вторым аспектом настоящее изобретение относится к порошковой смеси, содержащей ванилин и этилванилин, которая получена способом, соответствующим настоящему изобретению.
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет описано со ссылкой на приведенные чертежи, в которых:
На фиг. 1 показана зависимость склонности к комкованию от времени для смеси ванилина, этилванилина и мальтодекстрина в соотношении 1:1:1, которую хранили с приложением (верхняя кривая) и без приложения (нижняя кривая) вертикальной нагрузки в 9 кПа к смеси. Склонность к комкованию измеряли как сопротивление смеси течению.
На фиг. 2 показан комок, полученный после хранения смеси ванилина, этилванилина и мальтодекстрина в соотношении 1:1:1 в сосуде на протяжении 14 дней без перемешивания. На фиг. 2 изображен комок после извлечения из сосуда.
Осуществление изобретения
Ниже описаны преимущества, предпочтительные варианты осуществления и применения настоящего изобретения.
В соответствии с первым аспектом настоящее изобретение относится к способу получения смеси, содержащей ванилин и этилванилин, причем способ включает в себя следующие этапы: (i) смешивание по меньшей мере порошка ванилина и порошка этилванилина, (ii) хранение смеси, полученной на этапе (i), в сосуде, чтобы получить агломерат ванилина и этилванилина, (iii) разрушение по меньшей мере одного агломерата, полученного на этапе (ii), на меньшие частицы.
В контексте настоящего изобретения термин «ванилин» означает 4-гидрокси-3-метоксибензальдегид. В контексте настоящего изобретения термин «этилванилин» означает 4-гидрокси-3-этоксибензальдегид. Ванилин и этилванилин, используемые в способе в соответствии с настоящим изобретением, могут быть получены из любого источника или быть произведены любым путем. Например, ванилин и/или этилванилин могут быть получены путем любого химического синтеза, безотносительно к исходному веществу. Ванилин также может быть получен биохимическим способом. Например, ванилин может быть получен с помощью микробиологического ферментативного процесса, в частности из феруловой кислоты.
Ванилин и этилванилин, используемые в способе согласно настоящему изобретению, в качестве исходного материала, являются порошкообразными, т.е. ванилин и этилванилин добавляют и смешивают друг с другом в форме твердого порошка. Ванилин и этилванилин добавляют при температуре ниже их соответствующей температуры плавления, т.е. ниже 81°С для ванилина и ниже 76°С для этилванилина. В контексте настоящего изобретения термины «порошкообразный» и «порошок» являются взаимозаменяемыми и относятся к веществу, состоящему из частиц диаметром до 2 мм.
В контексте настоящего изобретения термин «смешивание» относится к объединению в сосуде по меньшей мере двух различных твердых порошкообразных веществ и перемешивания данных веществ любым способом так, чтобы однородность распределения по меньшей мере двух различных веществ в смеси повысилась по меньшей мере до определенной степени во время процесса смешивания. В частности, может быть получена практически однородная смесь по меньшей мере двух веществ.
В частности, ванилин и этилванилин перемешивают в смесителе, в частности в плужном (ploughshare), лопастном, лемешном (plow) или ленточном (ribbon or band) смесителе.
Порошки ванилина и этилванилина можно загружать в смеситель одновременно или поочередно (в любом порядке). Порошки ванилина и этилванилина можно также добавлять частями в течение всего этапа (i) или в течение его части.
Смешивание выполняют в твердой фазе, т.е. при температуре ниже температуры плавления этилванилина, т.е. при температуре ниже 76°С.
Смешивание предпочтительно выполняют путем перемешивания, в частности, со скоростью от 5 до 200 об./мин., более конкретно от 35 до 50 об./мин.
В результате выполнения этапа (i) предпочтительно получают по существу однородную смесь ванилина и этилванилина или ванилина, этилванилина и любой другой дополнительной добавки, которую вносят до или во время этапа (i).
Предпочтительно, чтобы смешивание происходило при температуре окружающей среды и влажности окружающей среды. В контексте настоящего изобретения термин «температура окружающей среды» относится к температуре от 15°С до 32°С, конкретно от 18°С до 30°С, более конкретно от 20°С до 28°С. В контексте настоящего изобретения термин «влажность окружающей среды» относится к относительной влажности от 25% до 80%, конкретно от 35% до 65%.
В соответствии с частными вариантами осуществления смесь, полученная на этапе (i), хранится на этапе (ii) в указанном сосуде по существу без перемешивания или смешивания.
В соответствии с частными вариантами осуществления способ согласно настоящему изобретению также включает в себя этап добавления мальтодекстрина. Добавление мальтодекстрина улучшает дисперсность и сыпучесть порошковой смеси. Другие типы наполнителей, используемые в известных смесях ванилина, могут обладать худшими сыпучими свойствами и могут усугублять склонность к комкованию, обусловленной влажностью. Было обнаружено, что добавление мальтодекстрина не влияет на комкование, описанное в данной заявке по существу.
В соответствии с частными вариантами осуществления мальтодекстрин представлен в форме порошка и смешивается с порошком ванилина и порошком этилванилина на этапе (i).
В других частных вариантах осуществления мальтодекстрин добавляют после этапа (iii).
Указанный мальтодекстрин также может быть добавлен частями, т.е. одну часть мальтодекстрина можно добавить до и/или во время этапа (i), а другую часть - после выполнения этапа (iii).
Порошок ванилина, порошок этилванилина и необязательно порошок мальтодекстрина можно смешивать в любом весовом соотношении, подходящем для получения конечного продукта, т.е. весовое соотношение можно выбрать в зависимости от предполагаемого назначения конечного продукта.
В соответствии с частными вариантами осуществления весовое соотношение между ванилином и этилванилином в смеси, полученной на этапе (i), составляет от 99:1 до 1:99, предпочтительно от 98:2 до 2:98, более предпочтительно от 96:4 до 4:96, еще более предпочтительно от 90:10 до 10:90, а наиболее предпочтительно от 70:30 до 30:70.
В соответствии с частными вариантами осуществления весовое соотношение ванилин : этилванилин : мальтодекстрин в смеси, полученной на этапе (i), составляет 1:0,1-10:0,1-10, предпочтительно 1:0,25-4:0,25-4, более предпочтительно 1:0,5-2:0,5-2, а наиболее предпочтительно примерно 1:1:1.
Агломерация на этапе (ii) быстрее всего наблюдалась при соотношении ванилин : этилванилин около 1:1. Было показано, что мальтодекстрин оказывает незначительное или только разбавляющее действие на процесс комкования.
В соответствии с частными вариантами осуществления смесь, полученная на этапе (i), состоит, по существу, из ванилина, этилванилина и необязательно мальтодекстрина. В соответствии с частными вариантами осуществления смесь, полученная на этапе (i), состоит из ванилина, этилванилина и необязательно мальтодекстрина.
В соответствии с частными вариантами осуществления способ ссогласно настоящему изобретению, дополнительно включает в себя этап добавления по меньшей мере одной дополнительной добавки, в частности выбираемой из сахаров и сахарных спиртов, крахмалов, консервантов, гидроколлоидов и вкусоароматических (ароматических/вкусовых) игредиентов.
Подходящие сахара и сахарные спирты включают глюкозу, сахарозу, фруктозу, галактозу, рибозу, мальтозу, лактозу, сорбитол (сорбит), маннитол (маннит), ксилитол (ксилит), лактитол (лактит), мальтитол (мальтит), олигосахариды и инвертные сахара.
Подходящие консерванты включают антиоксиданты, в частности витамин Е.
По меньшей мере одну дополнительную добавку можно добавлять в любом весовом соотношении к ванилину и этилванилину, которое подходит для получения желаемого конечного продукта, т.е. весовое соотношение можно выбирать в зависимости от предполагаемого применения конечного продукта.
В соответствии с частными вариантами осуществления по меньшей мере одну вышеупомянутую дополнительную добавку можно добавлять до или во время этапа (i). В соответствии с другими вариантами осуществления по меньшей мере одну дополнительную добавку добавляют после этапа (iii).
По меньшей мере одну дополнительную добавку можно также добавлять частями, т.е. часть упомянутой добавки можно добавить до и/или во время этапа (i), а другую часть - после этапа (iii).
В соответствии с частными вариантами осуществления этап (i) выполняют при температуре от 0°С до 50°С, конкретно от 15°С до 35°С, более конкретно от 20°С до 28°С, а наиболее конкретно примерно при 20°С.
В соответствии с частными вариантами осуществления общий вес смеси, полученной на этапе (i), составляет от 10 кг до 600 кг, а конкретнее от 20 кг до 300 кг.
В соответствии с частными вариантами осуществления объем указанного сосуда, в котором хранят смесь, полученную на этапе (i), находится в пределах от 10 л до 1000 л.
2
4
6
Этап (ii) выполняют до достижения по меньшей мере определенной степени комкования. В частности, этап (ii) выполняют до образования по меньшей мере одного агломерата ванилина и этилванилина, объем которого по меньшей мере в 10 раз, более конкретно по меньшей мере в 10 раз, еще более конкретно по меньшей мере в 10 раз больше среднего объема частиц ванилина и этилванилина в смеси, полученной на этапе (i).
В соответствии с частными вариантами осуществления этап (ii) выполняют при температуре от 0°С до 50°С, конкретно от 15°С до 35°С, более конкретно от 20°С до 28°С, а наиболее конкретно примерно при 20°С.Считается, что повышенные температуры (но ниже точки плавления ванилина и этилванилина) ускоряют процесс комкования.
В соответствии с частными вариантами осуществления на этапе (ii) к смеси, полученной на этапе (i), прикладывали вертикальную нагрузку от 0 до 50 кПа, конкретно от 3 до 30 кПа, более конкретно от 5 до 20 кПа, а наиболее конкретно от 8 до 15 кПа.
Указанная вертикальная нагрузка может быть приложена любыми подходящими средствами, включая пружины, гидравлические противовесы или грузы.
В соответствии с частными вариантами осуществления смесь, полученную на этапе (i), хранили на этапе (ii) в указанном сосуде без перемешивания или смешивания по меньшей мере на протяжении 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 или по меньшей мере на протяжении 20 дней.
Как указано ниже в примере 1, критический период времени с точки зрения комкования уменьшается по мере увеличения вертикальной нагрузки, прикладываемой к смеси, полученной на этапе (i). Любой специалист в данной области техники сможет определить критический период времени с точки зрения комкования смеси, содержащей ванилин и этилванилин, к которой прикладывают заданную вертикальную нагрузку.
В соответствии с частными вариантами осуществления по меньшей мере один агломерат, образовавшийся на этапе (ii), содержит по меньшей мере 20%, конкретно по меньшей мере 30%, более конкретно по меньшей мере 50%, еще более конкретно по меньшей мере 75%, наиболее конкретно по меньшей мере 90% ванилина и этилванилина из смеси, полученной на этапе (i).
В соответствии с частными вариантами осуществления способ, соответствующий настоящему изобретению, включает в себя дополнительный этап отделения по меньшей мере одного агломерата, полученного на этапе (ii), от неагломерированного порошка ванилина и этилванилина, в частности, данное отделение выполняется путем просеивания.
Комкование не должно полностью завершиться на этапе (ii), т.е. агломерат или агломераты, образовавшиеся на этапе (ii), не должны содержать весь ванилин и этилванилин из смеси, полученной на этапе (i). Предпочтительно, однако, чтобы на этапе (iii) использовался исходный материал, большая часть которого агломерирована, конкретно по меньшей мере 50%, более конкретно по меньшей мере 75%, еще более конкретно по меньшей мере 90%, а наиболее конкретно по меньшей мере 95% агломерировано, чтобы получить порошкообразный конечный продукт с высоким процентным содержанием частиц с требуемой «устойчивостью к комкованию». В связи с этим агломерат или агломераты, образовавшиеся на этапе (ii), могут быть отделены от неагломерированного порошка ванилина и этилванилина и, следовательно, может быть использован в качестве исходного материала для этапа (iii).
2
4
6
Термин «агломерированный» в контексте настоящего изобретения относится к твердому агломерату, при этом данный агломерат имеет объем, который по меньшей мере в 10 раз, более конкретно по меньшей мере в 10 раз, еще более конкретно по меньшей мере в 10 раз больше среднего объема частиц ванилина и этилванилина в смеси, полученной на этапе (i).
В контексте настоящего изобретения термин «меньшие частицы» относится к частицам, объем которых меньше, чем у указанного агломерата или агломератов.
В соответствии с частными вариантами осуществления разрушение по меньшей мере одного агломерата на этапе (iii) выполняют путем размола, измельчения, просеивания, обработки ультразвуком, осцилляции, разделения на слои, разрезания или дробления.
Измельчение может быть выполнено в любом стандартном устройстве, таком как зубчатая валковая дробилка или гранулятор.
Дробление может быть выполнено в любом стандартном устройстве, таком как лопастная дробилка, штифтовая дробилка или молотковая дробилка.
Конечный продукт по способу согласно настоящему изобретению является порошкообразным, т.е. представляет собой твердый порошок. Он демонстрирует улучшенную сыпучесть и сниженную склонность к комкованию после хранения по сравнению с эквивалентной смесью ванилина и этилванилина, полученной традиционным методом сухого смешивания.
В соответствии с частными вариантами осуществления средний диаметр частиц, полученных на этапе (iii), составляет от 0 до 2 мм, конкретно от 10 мкм до 1 мм.
В контексте настоящего изобретения термин «диаметр частицы» относится к диаметру любой воображаемой сферы, которая имеет тот же объем, что и данная частица.
В соответствии со вторым аспектом настоящее изобретение относится к порошковой смеси, содержащей ванилин и этилванилин, полученной способом, который соответствует любому из предыдущих пунктов формулы изобретения.
Неожиданно было обнаружено, что смесь, полученная способом, который соответствует настоящему изобретению, демонстрирует повышенную сыпучесть и меньшую склонность к комкованию после хранения по сравнению с эквивалентными традиционными сухими смесями ванилина и этилванилина.
В соответствии с частными вариантами осуществления порошковая смесь, полученная способом, который соответствует настоящему изобретению, дополнительно содержит мальтодекстрин.
В соответствии с третьим аспектом настоящее изобретение относится к применению порошковой смеси, полученной способом, который соответствует настоящему изобретению, для производства продуктов питания, корма для животных, фармацевтической композиции, косметической композиции, парфюмерии, ароматизаторов/отдушки или детергентов.
В соответствии с дополнительным аспектом настоящее изобретение относится к применению порошковой смеси, полученной способом, который соответствует настоящему изобретению, в качестве вкусоароматического компонента и/или ароматизатор/отдушки, в частности, вкусоароматический компонент и/или ароматизатор/отдушка используются в продуктах питания, кормах для животных, фармацевтических композициях, косметических композициях, духах, парфюмерии или детергентах.
Примеры
1. Зависимость склонности к комкованию смесей ванилина/этилванилина от времени
Для оценки зависимости склонности к комкованию смеси ванилина, этилванилина и мальтодекстрин в пропорции 1:1:1 от времени, приготовили серию стандартных образцов объемом 160 мл и хранили ее при температуре и влажности окружающей среды в течение разных периодов времени. После хранения измеряли общую энергию потока у образцов путем динамического тестирования и строили графики зависимости от времени хранения, как показано на фиг. 1.
Динамические свойства потока (сыпучесть) определяли путем поворота высокоточного лезвия и перемещения вниз по винтовой траектории внутрь смеси. Во время данного направленного вниз движения измеряли крутящий момент и осевое усилие, действующее на лезвие, а также рассчитывали сопротивление течению и выражали его в виде общей энергии потока.
Как можно видеть из фиг. 1, энергия потока росла по мере увеличения времени хранения, при этом комкование значительно ускорялось после 7 дней. Через 14 дней хранения образовывался очень твердый комок (фиг. 2).
Для исследования влияния повышенной типовой нагрузки на комкование порошка, как в случае использования бункера для хранения, другую партию стандартных образцов уплотнили путем прикладывания нормальной нагрузки в 9 кПа, хранили в течение тех же периодов времени и испытывали при помощи того же динамического метода, что и неуплотненные образцы. Как можно видеть из фиг. 1, комкование порошка ускоряется при повышенной типовой нагрузке. Без привлечения теории отметим, что ускоренное комкование обусловлено повышенным напряжением, действующим на частицы/точки контакта частиц, которое, по всей видимости, улучшает любые поверхностные химические взаимодействия и может увеличивать число точек контакта в связи с повышенной плотностью расположения.
Критическое время с точки зрения образования комка уменьшилось примерно с 7 дней в условиях низкого напряжения (т.е. без прикладывания вертикальной нагрузки) примерно до 4 дней при условиях повышенного напряжения (т.е. при прикладывании вертикальной нагрузки в 9 кПа).
2. Способ получения смеси ванилина/этилванилина, которая не комкуется
Данный пример иллюстрирует, насколько эффективно описанный способ позволяет получить смесь, содержащую ванилин и этилванилин, которая не комкуется даже во время длительного хранения.
1. Ванилин (5 кг) смешивали с мальтодекстрином (52 кг) в ленточном смесителе на протяжении 10 минут.
2. Добавляли этилванилин (35 кг) и ароматизирующие ингредиенты (8 кг), полученную смесь перемешивали в ленточном смесителе на протяжении еще 25 минут.
3. Смесь хранили в картонных коробках по 25 кг на протяжении 480 часов.
4. Во время хранения произошло комкование смеси, т.е. образовалась агломерированная масса.
5. Агломерированную массу подвергали воздействию механических колебаний, используя механическое сито, чтобы разделить ее на меньшие частицы.
6. Смесь хранили в контейнере на протяжении пяти лет. Комкование не происходило, т.е. агломерированная масса не образовывалась в течение данного периода времени.
3. Способ получения смеси ванилина/этилванилина, которая не комкуется
Данный пример иллюстрирует, насколько эффективно описанный способ позволяет получить различные смеси, содержащие ванилин и этилванилин, которые не комкуются даже во время длительного хранения.
1. Приготовили несколько смесей ванилина и этилванилина. Все смеси имели общий вес 100 кг, но разные пропорции, см. Таблицу 1.
3. Смеси хранили в контейнере на протяжении 480 часов.
4. Во время хранения произошло комкование смеси, т.е. в каждом случае образовалась агломерированная масса.
5. Агломерированную массу в каждой смеси подвергали воздействию механических колебаний, используя механическое сито, чтобы разделить ее на меньшие частицы.
6. Смеси хранили в контейнере на протяжении пяти лет. Комкование не происходило, т.е. агломерированная масса не образовывалась в течение данного периода времени.
4. Способ получения смеси ванилина/этилванилина, которая не комкуется
Этилванилин и ванилин перемешивали вручную (путем встряхивания) в соотношениях, указанных в Таблице 2. Образцы по отдельности переносили в банки объемом 2000 мл из «янтарного» стекла и хранили в условиях окружающей среды на протяжении 13 недель. По истечении данного периода банки открыли и раздробили крупные куски при помощи сита. Образцы снова перенесли в те же банки и оставили еще на 15 недель, после чего провели повторную проверку их внешнего вида. Общая информация об образцах и результаты приведены в Таблице 2.