ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к способам получения структурированных полимерных матриц с использованием одновременно двух или более механизмов ацервации.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ ИЗОБРЕТЕНИЮ
Ацервация представляет собой механизм или реакцию, которая «накапливает» растворимый полимер(ы) с получением нерастворимых матриц, структур или кластеров, которые имеют значительно больший размер по сравнению с отдельными молекулами полимеров в растворе. Механизмы ацервации включают среди прочего полимеризацию, перекрестное сшивание, комплексообразование, осаждение (такое как изоэлектрическое, ионное, растворителем и тому подобное), коагуляцию, денатурирование (такое как с использованием pH, нагревания, ферментативную, химическую и тому подобное) и коацервацию. Однако, при использовании традиционных способов ацервации, характеристики твердых полимерных матриц, образованных ими, ограничены конкретным используемым полимером(ами) и/или конкретным используемым механизмом(ами) ацервации.
Например, ферментативная обработка казеина молочного белка протеазой ренином приводит к образованию агрегатов с очень мягкой структурой, при этом обработка казеина солью кальция приводит к образованию плотного преципитата казеината кальция. Регулирование pH казеина до pH, близкого к изоэлектрической точке, в результате приводит к нерастворимому, пескоподобному преципитату, коммерчески известному, как кислотный казеин. Следовательно, конкретный механизм ацервации, используемый для обработки казеина, в каждом примере в результате приводит к образованию ацерватов (то есть агрегатов или преципитатов) с различными структурными и текстурными характеристиками.
Образование полутвердой полимерной матрицы (такой как сырный сгусток молока), как правило, проводят с использованием одного единственного механизма ацервации. Как правило, сырный сгусток получают из молочной жидкости способами, которые включают обработку жидкости коагулирующим или вызывающим свертывание агентом. Коагулирующий агент может представлять собой вызывающий свертывание фермент (например, сычуг) или пищевую кислоту, включая подходящие бактериальные культуры, для получения пищевой кислоты in situ. Полученный в результате коагулят или сгусток, как правило, добавляют в казеин для изменения его с использованием процесса свертывания. Как правило, общий механизм ацервации включен в ферментативный гидролиз k-казеина или изоэлетрическое осаждение. Хотя общепринятой практикой является снижение pH молока перед добавлением фермента для снижения требуемого количества фермента, ферментативный гидролиз представляет собой только использование механизма ацервации, поскольку конечный pH сгустка значительно выше, чем изоэлектрическая точка казеина. Кроме того, ферментативный гидролиз и регулирование pH не проводят одновременно.
Как правило, в предшествующем уровне техники используют другие единственные механизмы ацервации. В частности, при инкапсуляции, как правило, используют коацервацию двух полимеров. Способы, включающие вторые механизмы, как правило, используют для модифицирования или при попытках модифицирования структуры/ацервата, полученной по первому механизму. В таких случаях механизмы используют последовательно: Littoz и другие, Food Hydrocolloids, 22(7): 1203-1211 (2008) (pH регулирование с последующим перекрестным сшиванием); Yin et al., J. Macromolecules, 36(23): 8773-8779 (2003) (коацервация с последующим перекрестным сшиванием); Lin и другие, J. Pharmaceutical Research, 11(11): 1588-1592 (1994) и Lin и другие, J. Biomaterials, 18(7): 559-65 (1997) (получение наночастиц с использованием коацервации с последующим перекрестным сшиванием глутаровым альдегидом); и Bachtsi и другие, J. Applied Polymer Science, 60(1): 9-20 (1996) (добавление сульфата натрия с последующим химическим перекрестным сшиванием глутаровым альдегидом). Применение отдельных механизмов ацервации или последовательное применение механизмов ацервации приводит в результате к получению полимерных матриц с характеристиками, ограниченными отдельным полимером(ами), используемыми конкретными механизмами ацервации и/или последовательностью проведения конкретных механизмов ацервации.
Было изучено влияние различных физических условий (например, температура, сдвиговое усилие, pH и тому подобное) на конкретные механизмы ацервации, такие как коацервация, разделение фаз и перекрестное сшивание. Например, были изучены факторы, оказывающие влияние на перекрестное сшивание или термическую желатинизацию сывороточного белка с использованием нагревания растворов сывороточного белка при различных температурах, pH, и концентрациях соли. Dunkeley & Hayes, J. Dairy Science & Technology, 15:191 (1980) и Xiong, J. Agric. Food Chemistry, 40: 380-384 (1992). Однако физические условия, применяемые в этих исследованиях (например, pH, соль и температура) оказывают влияние на кинетику реакции перекрестного сшивания, но не достаточны для запуска одновременно второго механизма ацервации. Например, различные pH не достаточно высоки для того, чтобы вызвать существенную полимеризацию. Кроме того, регулирование pH применяют последовательно или проводят перед температурной обработкой.
Например, при производстве сыра рикотта (Ricotta) смесь молочной и подсырной сыворотки, как правило, подкисляют либо с использованием молочной ферментации, либо напрямую добавляя пищевую кислоту (например, уксус) до pH около 6,1 перед стадией тепловой коагуляции. Основной механизм ацервации, используемый при производстве сыра рикотта, представляет собой термическое перекрестное сшивание альбумина молока и подсырной сыворотки. Подкисление очень важно для получения требуемого вкуса и аромата, и в отличие от казеина альбумин в сыворотке не коагулирует даже при изоэлектрическом pH. В результате, как правило, сгусток рикотты малозернистый некогезивный по природе.
В патенте США № 5952007 Bakker и другие описывается образование коацерватов, включающих, по меньшей мере, два полимера, которые используют в качестве ингредиента, заменяющего жир. В Bakker и другие описывается комплексная коацервация, по меньшей мере, двух полимеров с использованием нагревания раствора полимеров с последующим регулированием pH смеси до показателя, близкого к изоэлектрической точке. Затем смесь охлаждают и выделяют коацерваты. Теоретически может быть вовлечен более чем один механизм ацервации, но он будет действовать последовательно, если вообще будет.
Было бы значительным преимуществом для данной области техники получить новые или улучшить структурированные полимерные матрицы без того, чтобы использовать единственный механизм ацервации или два или более механизма ацервации, проводимых последовательно, из-за физико-химических свойств полимера(ов) и используемых механизмов ацервации, наряду с используемыми взаимодействиями полимер-полимер.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способы по настоящему изобретению обеспечивают эффективные и экономичные способы получения структурированной полимерной матрицы. В способах по настоящему изобретению не используют трудоемкие и неудобные последовательные способы обработки с традиционными способами ацервации. Дополнительно, способы по настоящему изобретению обеспечивают гибкие способы получения структурных комплексных полимерных матриц из различных полимеров или комбинаций полимеров, предпочтительно без ограничения из пищевых полимеров. Более предпочтительно, по меньшей мере, один из полимеров представляет собой пищевой белок. Одновременное использование двух или более механизмов ацервации неожиданно привело к получению структурированных полимерных матриц с улучшенной текстурой и/или эффективному способу, который не достижим при действии механизмов ацервации по отдельности или последовательно. Преимущественно способы по настоящему изобретению обеспечивают очень большую гибкость в конструкции и получении полутвердых полимерных матриц, не достижимых в прошлом, из-за уникальных физико-химических свойств конкретных используемых полимеров, конкретных используемых механизмов ацервации, конкретного используемого взаимодействия полимер-полимер и других ограничений способа. Способы по настоящему изобретению включают два или более механизма ацервации, действующие одновременно, с получением смешенных/спутанных твердых полимерных матриц, которые могут иметь текстуру в пределах от мягкой и гладкой, даже когезивного сгустка до прочного и долго жующегося волокна, в зависимости от комбинации механизмов ацервации и выбранных полимеров.
Выбранный полимер(ы) должен обладать способностью образовывать водный раствор полимеров перед обработкой одновременным способом по настоящему изобретению. Для целей настоящего изобретения используемый здесь термин «раствор полимеров» или эквивалентный термин включает водные растворы, в которых растворен или суспендирован в высокодисперсной форме (предпочтительно в форме коллоидной дисперсии) один или более полимер(ы), таким образом, что полимер(ы) может, по меньшей мере, полностью прореагировать по одному механизму ацервации. Следовательно, полимер(ы) может быть подвергнут такой обработке, как регулирование pH, ионной силы, температуры и тому подобного, если требуется, с получением раствора полимера.
Концентрацию одного или более полимера выбирают, таким образом, чтобы обеспечить надежную обработку. Поскольку полимеры имеют различные молекулярные массы, различное число замененных групп при данном pH, условия обработки для обработки по настоящему изобретению должны быть выбраны, таким образом, чтобы каждый используемый в реакции полимер участвовал в двух или более используемых механизмах ацервации. Это гарантирует, что после одновременного способа останется незначительное количество полимера в исходной растворенной форме. Дополнительно, конечная полученная текстура/структура может быть получена таким образом, чтобы содействовать конечной цели, заключающейся в превосходстве одного полимера над другим. Например, если готовый коацерват будут использовать в сыре, белок может быть предпочтительным над полисахаридом по питательности, вкусу и аромату. Концентрация полимера, как правило, составляет в пределах от около 0,01 до около 30% по массе раствора, хотя предпочтительно концентрации полимеров могут составлять в пределах от около 0,1 до около 10%.
В одном аспекте, по меньшей мере, водный раствор, содержащий один или более полимер, обладает способностью участвовать, по меньшей мере, в двух механизмах ацервации. По меньшей мере, один водный раствор получают и обрабатывают, таким образом, чтобы создать условия, при которых, по меньшей мере, два механизма ацервации не включены перед стадией активации. Затем, по меньшей мере, один водный раствор обрабатывают для активации, чтобы активировались, по меньшей мере, два одновременных механизма ацервации, в таком случае, по меньшей мере, два активированных механизма ацервации позволяют получить структурированную полимерную матрицу.
В другом аспекте два или более водных раствора полимеров смешивают вместе с приложением или без приложения сдвигового усилия, таким образом, что два или более механизма ацервации действуют мгновенно и одновременно. По меньшей мере, два раствора полимеров получают, таким образом, что условия, необходимые для прохождения каждого механизма ацервации, обеспеченны сразу же после комбинирования растворов полимеров, таким образом, что два или более механизма ацервации действуют одновременно при смешивании с получением заданной структурированной полимерной матрицы.
Полимеры, используемые, по меньшей мере, в одном растворе полимера, могут быть одними и теми же или отличающимися полимерами. Способы по настоящему изобретению могут быть осуществлены с использованием различных полимеров и комбинаций полимеров. Предпочтительно полимеры представляют собой пищевые полимеры. Более предпочтительно, по меньшей мере, один пищевой полимер представляет собой пищевой белок.
Как правило, механизмы ацервации, подходящие для применения в способах по настоящему изобретению, включают полимеризацию, термическое перекрестное сшивание, ионное перекрестное сшивание, ферментативное перекрестное сшивание/коагуляцию, коацервацию, химическое комплексообразование, желатенизацию, осаждение растворителем, денатурирование белка (такое, как с использованием рН, тепла, фермента, химическую) и тому подобное. Конкретные полимеры и механизмы ацервации, используемые в одновременном способе по настоящему изобретению, выбирают, таким образом, чтобы обеспечить заданную текстуру или достичь конкретной цели, такой как снижение нежелательных дефектов текстуры (например, зернистость), возможность избежать больших энергозатрат на стадиях обработки (например, высокое сдвиговое усилие), возможность экономии ингредиентов (например, образование структуры при низкой концентрации полимера) и/или улучшение физической функциональности (например, влагоудерживающая способность) по сравнению с полимерными матрицами, подвергшимися ацервации, полученными традиционными способами, которые включают единственный механизм ацервации или проводят последовательные механизмы ацервации.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способы по настоящему изобретению направлены на получение структурированных полимерных матриц с использованием обработки, по меньшей мере, одного раствора полимера, таким образом, что два или более механизма ацервации действуют одновременно. Предпочтительно два или более раствора полимера обрабатывают, таким образом, что два или более механизма ацервации действуют одновременно во время смешивания двух или более растворов полимеров. Одновременное применение двух или более механизмов ацервации неожиданно привело к получению высокодисперсных матриц с улучшением эффективности способа и текстуры, что является уникальным по сравнению с полимерными матрицами, полученными с использованием механизмов ацервации, проводимых по отдельности или последовательно. Дополнительно, способы по настоящему изобретению обеспечивают гибкие способы получения структурных комплексных полимерных матриц из различных полимеров или комбинаций полимеров, предпочтительно без ограничения из пищевых полимеров и более предпочтительно, по меньшей мере, один из пищевых полимеров представляет собой пищевой белок. Неожиданно было обнаружено, что проведение двух или более реакций ацервации одновременно в результате приводит к получению неожиданных конечных реакционных матриц и что условия реакции могут быть выбраны, таким образом, что матрицы имеют желаемые текстурные свойства. Неожиданно матрицы, полученные способом по настоящему изобретению, образованы, таким образом, что ни один из отдельных механизмов ацервации не диктует или не контролирует структуру или свойства полученной в результате матрицы. Другими словами, матрицы, полученные одновременными способами по настоящему изобретению, являются уникальными, поскольку они получены при использовании таких же механизмов ацервации, что и действующие по отдельности или последовательно. Применение способов одновременной ацервации по настоящему изобретению преимущественно позволяет получить матрицы с функциональными свойства, подходящими для конкретных нужд, которые в ином случае было бы трудно или невозможно получить на основе только единственной реакции ацервации или комбинации реакций ацервации, проводимых последовательно.
В одном аспекте одновременный способ по настоящему изобретению может быть использован для получения смешенных/спутанных твердых полимерных матриц с гладкой и когезивной текстурой, напоминающей свежий сырный сгусток, как по текстуре, так и по внешнему виду. В другом аспекте одновременный способ по настоящему изобретению может быть использован для получения полимерных матриц с волокнистой структурой.
Выбранный полимер(ы) должен обладать способностью образовывать водный раствор полимеров перед обработкой одновременным способом по настоящему изобретению. Для целей настоящего изобретения используемый здесь термин «раствор полимеров» или эквивалентный термин включает водные растворы, в которых растворен или суспендирован в высокодисперсной форме (предпочтительно в форме коллоидной дисперсии) один или более полимер(ы), таким образом, что полимер(ы) может, по меньшей мере, полностью прореагировать по одному механизму ацервации. Следовательно, полимер(ы) может быть подвергнут такой обработке, как регулирование pH, ионной силы, температуры и тому подобного, если требуется, с получением раствора полимера.
Полимеры, используемые по настоящему изобретению, предпочтительно выбирают из пищевых полимеров, таких как белки, полисахариды, их производные и их смеси. Подходящие белки включают растительные источники, животные источники, источники, полученные из дрожжей, и тому подобное. Подходящие растительные источники включают бобовые, горох, зерно, бобы, зерновые, арахис, масличные культуры (такие, как семена хлопка, канола, семена подсолнечника и тому подобное) и тому подобное. Подходящие источники животного белка включают молочный белок, яичный белок, рыбный белок, мясной белок, белок, полученный из растений, белок, полученный из микроорганизмов, и тому подобное. Подходящие источники мясного белка включают мясо птицы, говядину, свинину, рыбу и другие морепродукты наряду с производными, такими как желатин, сывороточный альбумин и тому подобное. Подходящие источники молочного белка включают молоко, производные молока, такие как обезжиренное молоко, сухое молоко, казеин, сывороточный белок, фракционированный молочный белок, источники концентрированного молочного белка, изоляты молочного белка и тому подобное. Используемый здесь термин «источник концентрированного молочного белка» относится к источнику белка, в котором белки восстановлены или могут быть восстановлены в концентрации, превышающей таковую в молочной жидкости, из которой они получены. Примеры источников концентрированного молочного белка включают без ограничения концентрат сывороточного белка, концентрат молочного белка или их комбинации. Как правило, концентрация белка в концентрате сывороточного белка и концентрате молочного белка составляет, по меньшей мере, около 34%. Примеры изолятов молочного белка включают без ограничения изолят сывороточного белка, изолят молочного белка и тому подобное. Используемый здесь термин «казеин» относится к любому или всем фосфопротеинам молока и любым их смесям. Идентифицировано множество компонентов казеина, включая без ограничения α-казеин (включая αS1-казеин и αS2-казеин), β-казеин, κ-казеин и другие генетические варианты. Используемый здесь термин «сывороточный белок» относится к белкам, содержащимся в молочных жидкостях (то есть сыворотке), полученных в качестве супернатанта сгустка, когда молоко или молочная жидкость, содержащая компоненты молока, свертывается с получением полутвердого сырного сгустка. Под сывороточным белком понимают по существу глобулярные белки β-лактоглобулин и α-лактальбумин. Сывороточные белки высокопитательны для человека и могут обеспечивать подходящее сенсорное качество, придавая сливочность и способность легко намазываться молочным продуктам, в которые они добавлены. Подходящие полисахариды включают ксантан, каррагинан, агар, альгинат, карбоксиметилцеллюлозу («CMC»), пектин, крахмалы, камедь рожкового дерева, камедь трагаканта, гуммиарабик, камедь карайя, камедь гхатти, гуаровую камедь, целлюлозную камедь, гемицеллюлозу, хитозан, их производные и их комбинации. Из полисахаридов предпочтительными являются ионные камеди, такие как каррагинан, пектин, альгинат, CMC, ксантан, гуммиарабик, камедь карайя, камедь гхатти, геллан, агар, хитозан и тому подобное, в виду их способности к коацервации с белками и возможности подвергаться ион индуцированной желатинизации, в частности, когда желательна прочная матрица или когда желательна низкая концентрация полимеров, которая соответствует нормативам (например, стандарт соответствия) или выбирается по экономическим причинам. Если требуется, также могут быть использованы сырые или прошедшие технологическую обработку пищевые ингредиенты, содержащие пищевой полимер(ы), такие как молоко, подсырная сыворотка, яйца, тонкоизмельченный мясной фарш (мясная суспензия), фруктовое пюре и тому подобное.
Комбинации полимеров, концентрация каждого из полимеров и физико-химические условия, по меньшей мере, одного раствора полимеров выбирают, основываясь на желательных свойствах получаемой в результате структурированной матрицы. Свойства структурированной матрицы, такие как текстура, могут быть заданы следующими факторами: (1) типом используемого полимера или полимеров (например, белок, полисахарид); (2) числом различных полимеров; (3) концентрацией/соотношением каждого полимера; и (4) физико-химическими условиями, при которых получают структурированную матрицу, такими как pH, ионная сила, температура, сдвиговое усилие/смешивание, и, если используют, по меньшей мере, два раствора полимеров, соотношение смешиваемых растворов полимеров. На свойства структурированной матрицы также может оказать влияние тип и концентрация агента(ов), ускоряющего студнеобразование, или сшивающего агента(ов), если используют, наряду с типом и концентрацией наполнителя(ей), если используют.
Два или более механизма ацервации могут быть проведены с использованием любого способа, при котором полимер или полимеры и любые требуемые реагенты обрабатывают в условиях, подходящих для одновременного проведения двух или более механизмов ацервации. Не критичен способ активации двух или более механизмов ацервации при условии, что два или более механизма активируются одновременно (то есть механизмы и действующие в результате реакции действуют в одно и то же время). Следовательно, можно получить единственный раствор, содержащий один или более полимер, и затем быстро модифицировать условия (например, температура, pH, добавленные реагенты и тому подобное) для активации двух или более механизмов. Например, может быть получен раствор, включающий сывороточный белок и каррагинан, при высоком pH и высокой температуре (например, выше температуры перекрестного сшивания сывороточного белка). Поскольку сывороточный белок и каррагинан находятся при одинаковом pH, и, следовательно, имеют аналогичный заряд, два полимера не могут коацервироваться или перекрестно сшиваться. Может быть добавлена кислота в количестве, достаточном для снижения pH до целевого pH около 5,0, следовательно, запускается коацервация и термическое перекрестное сшивание для одновременного прохождения.
В качестве альтернативы можно получить два или более раствора полимеров (содержащие те же самые или отличающиеся полимеры) при условии, что ни один механизмов не активирован, и затем смешивают два или более раствора полимеров, при условиях, когда механизмы активируются. Отдельные растворы регулируют таким образом, что два или более механизма ацервации активируются только тогда, когда отдельные растворы смешивают вместе. В частности, для лабораторных экспериментов эта процедура обеспечивает подходящий и эффективный способ для достижения желательных одновременных реакций ацервации. Такая процедура, например, была использована здесь для характеристики настоящего изобретения. Аналогично, для удобства осуществления способа в описании настоящего изобретения приведены отдельные растворы полимеров. Специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение, следует понимать, что могут быть использованы другие способы, такие, при которых две или более реакции ацервации могут действовать одновременно.
Комбинации полимеров выбирают, исходя из характерных свойств каждого полимера. Раствор полимеров может подвергнуться быстрой ацервации сам по себе при резком изменении физико-химических условий (например, температура или pH) и/или другим полимером через взаимодействие полимер-полимер (например, перекрестное сшивание, коацервация или комплексообразование). Например, раствор белка, подвергаемый тепловой, кислотной обработке термическому денатурированию (такого как при около pH 3,0 и около 80°C), может быть смешан с горячим щелочным раствором полисахаридов (таким как при около pH 9,0 и около 80°C) с получением смеси с pH около 5,0. В этой системе комплексная и композитная матрица может быть получена при использовании, по меньшей мере, трех механизмов ацервации, действующих одновременно, а именно, (1) коацервация между положительно заряженными молекулами белка и отрицательно заряженными молекулами полисахаридов, (2) изоэлектрическое осаждение белка, и (3) ковалентное перекрестное сшивание молекул белка за счет нагревания, индуцирующего образование ковалентной (например, дисульфидной) связи. Перед смешиванием двух горячих растворов полимеров термическое перекрестное сшивание молекул белка при низком pH ингибируется из-за электростатического отталкивания между молекулами белка, что видно из чистого или прозрачного раствора белка. Перекрестное сшивание недолго ингибируется при смешивании раствора с раствором щелочного полисахарида, и pH смеси нейтрализуется. Следовательно, варьируя (1) концентрацию одного или обоих, используемых полимеров, (2) соотношение двух растворов полимеров, (3) целевой pH после смешивания двух растворов, и (4) температуру раствора после смешивания двух растворов, можно быстро образовать негомогенную, смешенную, скрученную и/или композитную структуру с текстурой, варьирующей от мягкой до твердой, и внешним видом, варьирующим от подобного сгустку до волокнистого. Для окрашивания полученной матрицы могут быть использованы специальные красители для белков и полисахаридов. Применение таких красителей для наглядности, по меньшей мере, некоторых аспектов механизмов одновременной коацервации предполагает, что выделение молекул не происходит в значительной степени или достаточно быстро из-за быстрых, одновременных, множества реакций ацервации. Не желая быть ограниченными какой-либо теорией, авторы настоящего изобретения предполагают, что окрашиваются полимерные формы неразделимых комплексов (например, частицы, волокна и тому подобное), и что полимеры не отделимы от ацерватов.
В способах по настоящему изобретению концентрация полимеров составляет в пределах от около 0,01 до около 30% по массе раствора, хотя предпочтительно концентрации полимеров могут составлять в пределах от около 0,1 до около 10%. В одном аспекте раствор, содержащий один или более полимер, обрабатывают, таким образом, что два или более механизма ацервации действуют одновременно с получением структурированной полимерной матрицы. В другом аспекте раствор двух или более полимеров комбинируют, таким образом, что при смешивании, по меньшей мере, два механизма ацервации действуют одновременно с получением структурированной полимерной матрицы. В другом аспекте растворы, по меньшей мере, трех полимеров обрабатывают и комбинируют, таким образом, что при смешивании одновременно действуют два или более механизма ацервации с получением структурированной полимерной матрицы. В другом аспекте растворы, по меньшей мере, двух полимеров комбинируют и обрабатывают, таким образом, что при смешивании действуют одновременно три или более механизма ацервации с получением структурированной полимерной матрицы. Полимеры двух или более растворов могут быть одинаковыми или разными.
Как правило, механизмы ацервации, которые могут быть использованы в одновременном способе по настоящему изобретению, включают полимеризацию, термическое перекрестное сшивание, ионное перекрестное сшивание, изоэлектрическое осаждение, ионное осаждение, ферментативную коагуляцию, коацервацию, химическое комплексообразование, желатинизацию, осаждение растворителем, денатурирование (такое как денатурирование белка pH, нагреванием, ферментом и химической обработкой) и тому подобное. Полученная комплексная, смешенная, скрученная или композитная структура может быть или может не быть гомогенной под микроскопом, и используемый полимер(ы) может не быть отдельно распознаваем, если оба полимера практически полностью прореагировали.
Конкретный выбор двух или более механизмов ацервации основывается на желательных характеристиках получаемой в результате структурированной матрицы, и легко может быть осуществлен специалистом в области техники, к которой относится настоящее изобретение. Выбор механизмов ацервации зависит от конкретной комбинации выбранных полимеров, наряду с желательными характеристиками получаемой в результате структурированной матрицы. Дополнительно, специалист в области техники, к которой относится настоящее изобретение, понимает, что не все комбинации полимеров и/или не все механизмы ацервации могут подходить, или даже позволять прохождение одновременной реакции. Например, термическое перекрестное сшивание, как правило, используют как механизм ацервации для сывороточного белка, при этом ферментативную коагуляцию, как правило, используют, как механизм ацервации для казеина. Однако создание способа, позволяющего проведение обоих механизмов ацервации одновременно и эффективно, не всегда возможно, поскольку ферментативная коагуляция, как правило, происходит медленно. Например, молоко, натуральная смесь и казеина и сывороточного белка, может быть нагрето для перекрестного сшивания сывороточного белка и затем охлаждено перед добавлением коагулирующего фермента с получением сгустка казеина. В качестве альтернативы молоко может быть обработано коагулирующим ферментом и затем нагрето. Однако нет способа, обеспечивающего одновременные механизмы ацервации. Термическое перекрестное сшивание сывороточного белка представляет собой кинетический процесс, который сильно зависит от концентрации сывороточного белка, pH, температуры нагревания и времени нагревания, в то время как ферментативная коагуляция казеина также представляет собой медленно проходящий кинетический процесс, который происходит только при температуре ниже минимальной температуры перекрестного сшивания сывороточного белка. Создание способа, который позволил бы прохождение обоих механизмов ацервации, невозможно, поскольку два механизма требуют значительно различающихся температур для прохождения, и ферментативная коагуляция требует большего времени по сравнению с термическим перекрестным сшиванием. В другом примере, где один раствор полимеров включает изолят сывороточного белка, и другой раствор полимеров включает казеин, механизмы одновременной ацервации, включающие и термическое перекрестное сшивание и ферментативную коагуляцию практически невозможны. Однако, поскольку казеин может быть подвергнут механизмам ацервации, иным чем ферментативная коагуляция, таким как изоэлектрическое осаждение, процесс одновременной множественной ацервации может быть создан с использованием механизмов иных, чем ферментативная коагуляция. Например, первый раствор полимера, включающий изолят сывороточного белка при pH около 3,5 и температуре около 180°F, и второй раствор полимера, включающий казеинат при pH 8,0 и температуре около 180°F, могут быть смешены с получением конечного, равновесного pH около 4,6, где, по меньшей мере, две реакции ацервации происходят одновременно - термическое перекрестное сшивание сывороточного белка и кислотное осаждение казеината. Термическое перекрестное сшивание молекул сывороточного белка при низком pH ингибируется из-за электростатического отталкивания между молекулами белка, что видно из чистого или прозрачного раствора белка. Перекрестное сшивание недолго ингибируется при смешивании раствора с раствором казеината, и pH смеси нейтрализуется. Следовательно, выбор полимеров и комбинации механизмов ацервации зависит от физических ограничений, характерных для каждого выбранного полимера и механизма ацервации.
Одновременный способ по настоящему изобретению обеспечивает гибкий способ получения одновременно множества реакций ацервации посредством выбора полимера(ов), механизмов ацервации и физико-химических условий, таким образом, что получают структурированные полимерные матрицы, которые не могли быть получены ранее при проведении тех же реакций ацервации по отдельности или последовательно. Далее без ограничения детально описаны некоторые механизмы ацервации.
КОАЦЕРВАЦИЯ
Как правило, коацервация включает комбинирование двух противоположно заряженных полимеров в растворе с отделением нерастворимого комплекса или коацервата. При коацервации получают два противоположно заряженных раствора полимеров. Предпочтительно положительно заряженный раствор белка и отрицательно заряженный раствор полисахаридов. В качестве альтернативы, если требуется, может быть использован положительно заряженный комплексный раствор полисахарида (такой как хитозан) и отрицательно заряженный белок или другой раствор полисахарида. Получают первый водный раствор полимера и регулируют pH в пределах от около 2 до около 5 с использованием пищевой кислоты с получением положительно заряженного полимера. Подходящая пищевая кислота включает без ограничения фосфорную кислоту, соляную кислоту, серную кислоту, молочную кислоту, лимонную кислоту и их комбинации. Поскольку первый полимер преимущественно заряжен положительно, одноименно заряженные молекулы проявляют силу отталкивания. Получают второй водный раствор полимера и регулируют pH в пределах от около 8 до около 11 с использованием пищевого основания с получением отрицательно заряженного полимера. Подходящие пищевые основания включают без ограничения гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид кальция и их комбинации. Поскольку второй полимер преимущественно заряжен отрицательно, одноименно заряженные молекулы проявляют силу отталкивания, и полимер остается растворимым в растворе. Затем противоположно заряженные растворы полимеров комбинируют, и противоположно заряженные полимеры притягиваются друг к другу, образуя, таким образом, нерастворимую, смешенную полимерную матрицу, перед тем как ионный заряд первого и второго полимера нейтрализуется. Реакции образования смешенной полимерной матрицы, как правило, необратимы, хотя при экстремальных условиях они могут быть обратимы, при очень высоком или очень низком pH. Однако при типичных или большинстве используемых конечных условий (таких как в пищевых продуктах), образование смешенной полимерной матрицы необратимо.
Коацервация также может быть достигнута получением смешенного раствора двух полимеров (как правило, растворимый белок и ионный полисахарид) с последующим титрованием pH раствора до немного ниже изоэлектрической pH белка для индуцирования коацервации. При таком pH белок становится преимущественно положительно заряженным, при этом ионный полисахарид становится отрицательно заряженным, и из-за межмолекулярного статического напряжения образуется нерастворимая матрица.
Как определено здесь, самоацервация представляет собой конкретный тип ацервации. При самоацервации первый и второй полимеры, используемые для коацервации, представляют собой одни и те же полимеры. Самоацервация, как правило, ограничивается амфотерными полимерами, предпочтительно амфотерными белками. Например, положительно заряженный первый раствор полимера и отрицательно заряженный второй раствор полимера оба включают изолят сывороточного белка. Если требуется, в механизме самоацервации могут быть использованы другие полимеры. Для механизма самоацервации могут не подходить некоторые полисахариды. Например, не подходят анионные полисахариды, которые нейтральны или только отрицательно заряжены, но не бывают положительно заряжены. Следовательно, анионные полисахариды не подвергаются, описанной здесь, самоацервации. Среди пищевых полимеров только белки и белковые материалы, такие как измельченное мясо и молоко, известны как амфотерные полимеры. Другие амфотерные молекулы часто непищевые или имеют низкую молекулярную массу, которая плохо подходит или потенциально не подходит для образования структуры.
В некоторых случаях ацерваты, полученные коацервацией, могут иметь нежелательные свойства, ограничивая, таким образом, их применение в пищевых продуктах. В таких случаях может быть добавлен второй или даже третий механизм ацервации для обеспечения одновременно множества реакций ацервации для получения структурированной матрицы. Конечно, варьируя полимеры, условия и механизмы ацервации, можно получить структурированные матрицы с полезными свойствами, но не применимые в пищевой отрасли.
ТЕРМИЧЕСКОЕ ПЕРЕКРЕСТНОЕ СШИВАНИЕ
При термическом перекрестном сшивании полимеризацию молекул полимера индуцируют тепловой обработкой. Например, когда пищевые белки, богатые серосодержащими аминокислотами, нагревают при достаточно высокой температуре, внутриполимерные ковалентые -S-S- связи образуются между -SH группами, расположенными в различных молекулах полимеров, образуя в результате нерастворимые полимерные матрицы или частицы. Пищевые белки, богатые серосодержащими аминокислотами, включают без ограничения сывороточный белок, яичный белок, растительный белок и тому подобное. Термическое перекрестное сшивание сывороточного белка представляет собой кинетически контролируемую реакцию, и степень перекрестного сшивания находится под влиянием концентрации белка, температуры, времени нагревания и pH. Поскольку перекрестное термическое сшивание может быть предотвращено или по существу уменьшено при значительно отличающемся pH раствора (например, две или более единицы pH) от изоэлектрического pH полимера, термическое перекрестное сшивание сывороточного белка является желательным механизмом ацервации для обеспечения одновременно множества реакций ацервации, по меньшей мере, с одним иным полимером и механизмом ацервации. Условия реакции следует выбирать, таким образом, чтобы минимизировать степень перекрестного сшивания, которое происходит перед смешиванием одного или более иного раствора полимеров. Например, перекрестное сшивание сывороточного белка по существу может быть снижено (например, менее чем около 30%) при pH ниже около 3,5 при температуре около 90°С при длительной тепловой обработке, такой как в течение около 30 минут. В качестве альтернативы раствор, содержащий перекрестносшиваемый полимер, можно хранить при более низкой температуре, и другой раствор (раствор, не содержащий перекрестносшиваемый полимер) может быть нагрет до такой температуры, чтобы при смешивании температура смеси подходила для реакции перекрестного сшивания. Условия активации других способов и/или полимеров легко могут быть выбраны специалистом в области техники, к которой относится настоящее изобретение.
ОДНОВРЕМЕННАЯ КОАЦЕРВАЦИЯ И ТЕРМИЧЕСКОЕ СШИВАНИЕ
Для обеспечения одновременного множественного процесса ацервации, позволяющего осуществить коацервацию между первым полимером и вторым полимером, совпадающую с термическим перекрестным сшиванием первого полимера, первый полимер должен быть способным образовывать узлы полимерной сетки при температуре или выше температуры, обеспеченной во время смешивания растворов, содержащих два полимера. Первый и второй полимеры должны быть противоположно заряжены для возможности осуществления коацервации между полимерами. С этой целью получают водный первый раствор полимера и регулируют pH до pH, более низкого, чем изоэлектрический pH первого полимера (например, pH от около 2 до 5), с использованием пищевой кислоты с получением положительно заряженного раствора полимера. Поскольку первый полимер главным образом положительно заряжен при низком pH, одноименно заряженные молекулы первого полимера проявляют силу отталкивания и остаются растворимыми в растворе с высокой кислотностью. Внутримолекулярная сила отталкивания также позволяет нагревать раствор с высокой кислотностью до температуры, равной или выше, чем температура перекрестного сшивания первого полимера при нормальном или менее кислом pH (например, на менее чем около 1 единицу pH ниже, чем изоэлектрический pH первого полимера), без индуцирования значительного перекрестного сшивания. Преимущественно первый раствор полимера остается чистым или прозрачным по внешнему виду, поскольку полимеры остаются растворимыми и не ацервированными в горячем растворе с высокой кислотностью. Второй раствор полимера получают растворением второго полимера в воде, и pH раствора регулируют до pH более высокого, чем изоэлектрический pH второго полимера (например, pH от около 8 до 11), используя пищевое основание, с получением отрицательно заряженного второго раствора полимера. Поскольку второй полимер главным образом отрицательно заряжен, одноименно заряженные молекулы также проявляют силу отталкивания, и он остается растворимым в высокощелочном растворе даже при повышенной температуре. Отрицательно заряженный второй раствор полимера нагревают до температуры, равной или выше температуры первого раствора полимера. Поскольку перекрестносшиваемые полимеры представляют собой одноименно заряженные в своих соответствующих растворах и проявляют силу отталкивания, полимеры остаются по существу не перекрестносшитыми даже при относительно жесткой тепловой обработке. Как правило, кислые или щелочные растворы полимеров нагревают до температуры в пределах от около 150 до около 200°F, предпочтительно от около 170 до около 185°F перед смешиванием двух растворов.
pH двух растворов и соотношение, при котором два раствора комбинируют, выбирают, исходя из целевого конечного pH при смешивании двух растворов полимера. Целевой конечный pH должен представлять собой pH, при котором термическое перекрестное сшивание первого полимера происходит свободно, быстро и эффективно, наряду с этим pH должен представлять собой рН, при котором может происходить коацервация двух полимеров. Например, если первый полимер представляет собой изолят сывороточного белка, а второй полимер представляет собой каррагинан, подходящий целевой pH должен составлять в пределах от около 4,2 до около 5,2. В принципе, стадия нагревания, если требуется, может быть проведена при повышенном давлении, таком как в экструдере с нагревателем, в таком случае температура может быть отрегулирована подходящим образом. Не позволяя растворам полимеров остывать, два противоположно заряженных раствора полимеров смешивают, что запускает, по меньшей мере, две реакции, проходящие почти мгновенно: (1) коацервацию: комплекс, включающий первый и второй полимеры, образуется из-за электростатического напряжения между двумя противоположно заряженными полимерами; и (2) перекрестное сшивание: pH смеси нейтрализуется, нейтрализуя, таким образом, в результате силу отталкивания между молекулами первого полимера через дисульфидное ковалентное связывание. Полимеризованный полимер получен в результате перекрестного сшивания развернутых белков за счет -S-S- связывания. Как правило, увеличившаяся в результате молекулярная масса указывает на увеличившуюся степень перекрестного сшивания полимера. В принципе, по меньшей мере, может быть достигнуто около 50% дисульфидного перекрестного сшивания, хотя предпочтительно перекрестное сшивание в пределах, по меньшей мере, 80%. Степень перекрестного сшивания может быть оценена с использованием, например, электрофореза в полиакриламидном геле с дисульфид восстанавливающими агентами, такими как дитиотреитол (смотрите, например, патент США No. 4885183 и Laemmi, Nature, 227: 680-685 (1970), оба источника включены посредством ссылки в полном объеме). Полученная в результате смешенная структурированная полимерная матрица включает узлы полимерной сетки первого полимера и коацерваты первого и второго полимера. Структурированная полимерная матрица может быть охлаждена до температуры холодильного хранения и сохранена для более позднего использования или структурированная полимерная матрица может быть дополнительно обработана сразу же после образования матрицы для добавления в пищевые продукты, такое как добавление в поток сливочного сыра в качестве текстурирующего агента или заменителя жира.
Одновременное применение коацервации и термического сшивания обеспечивает некоторые преимущества. При получении матрицы с использованием одновременного способа, концентрации полимеров могут быть ниже. Например, при применении только традиционного механизма перекрестного сшивания нагревают раствор сывороточного белка с концентрацией в пределах от 5 до 8% в течение от около 30 до 60 минут при повышенной температуре с получением перекрестно сшитого сывороточного белка. В противоположность, одновременный множественный процесс ацервации по настоящему изобретению требует менее, чем 3% сывороточного белка и позволяет получить структурированную матрицу почти мгновенно. Также одновременный способ более эффективен и менее энергозатратен по сравнению с другими способами. Как правило, традиционные механизмы перекрестного сшивания требуют постоянного сдвигового усилия или перемешивания для контроля размера частиц узлов полимерной сетки. Традиционно используют многочисленные типовые процессы для получения перекрестно сшитого сывороточного белка с желаемым размером частиц, и часто появляется привкус из-за продолжительного воздействия высокой температуры. Кроме того, получение сывороточного белка дорого и энергозатратно, поскольку концентрация сывороточного белка в подсырной сыворотке чрезвычайно низкая (менее чем 0,5%), и необходимо концентрирование и экстрагирование, таким способом, как ультрафильтрация.
ИЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ
Изоэлектическая точка представляет собой pH, при котором суммарный заряд полимера, в частности, амфотерных полимеров, равен нулю. Изоэлектрическое осаждение происходит, когда молекулы полимеров в растворе при или около изоэлектрической точки полимера становятся нерастворимыми и/или осаждаются из-за отсутствия электростатической стабилизации и увеличенной внутренней и межмолекулярной гидрофобной силы. Изоэлектрическое осаждение может быть инициировано регулированием pH раствора или ионной силы. Например, изоэлектрическое осаждение, как правило, используют для получения коммерческого казеината из молока, регулируя pH молока пищевой кислотой до изоэлектрического pH казеина (около 4,6). Нерастворимый казеин образует преципитат или плотный сгусток и может быть легко отделен от остальной сыворотки. Изоэлектрическое осаждение может быть использовано для создания одновременного множественного процесса коацервации.
ИОННОЕ ОСАЖДЕНИЕ
Ионное осаждение полимеров, как правило, включает ионное перекрестное сшивание отрицательно заряженных молекул полимера в присутствии многовалентных катионных ионов минеральных веществ. Многие пищевые полимеры, включая многие пищевые белки и большую часть анионных полисахаридов, могут быть подвергнуты ионному осаждению при pH выше, чем их соответствующие изоэлектрические pH. Анионные пищевые полисахариды включают без ограничения каррагинан, ксантан, альгинат, агар, карбоксиметилцеллюлозу, низкометоксилированный пектин, геллан и тому подобное и их смеси. Например, когда раствор двухвалентных катионов (такой как, CaCl2) добавляют в раствор отрицательно заряженного полимера (такой как, альгинат) между смежными молекулами альгината образуются кальциевые мостики. Как правило, используют около 0,01% двухвалентных катионов. В зависимости от относительных концентраций ингредиентов и физических условий нейтрализация отрицательного заряда полисахаридов положительным зарядом ионов кальция и образование кальциевых мостиков между молекулами альгината является причиной осаждения и/или желатинизации полимера. Теоретически, ионное осаждение также может иметь место среди положительно заряженных полимеров и подходящих анионов (например, ионов фосфата), но этот тип ионного осаждения менее традиционен для пищевых систем.
Взаимосвязанные механизмы могут быть обеспечены изменением концентрации полисахарида и/или катионов минерального вещества. Низкая концентрация катионов Ca2+ является причиной разбавления раствора альгината до геля. В противоположность, высокая концентрация катионов Ca2+ вызывает полную нейтрализацию полисахарида и осаждение нерастворимого плотного альгината кальция.
ОДНОВРЕМЕННОЕ ИЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ И ИОННОЕ ОСАЖДЕНИЕ
Возможно одновременное проведение изоэлектрического осаждения одного полимера и ионное осаждение другого полимера с получением смешенной, структурированной полимерной матрицы, основываясь на способе по настоящему изобретению. Как правило, получают два или более раствора полимера. Первый раствор полимера регулируют до pH в пределах от около 8 до около 10 с использованием пищевого основания с получением отрицательно заряженного раствора полимера. Второй раствор полимера регулируют до pH в пределах от около 3 до около 4 с использованием пищевой кислоты с получением положительно заряженного раствора полимера. Многовалентные катионы минерала в виде соли добавляют в растворы полимеров, таким образом, чтобы они содержали около 0,01% катионов. pH первого и второго раствора полимеров наряду с соотношением для их смешивания выбирают, таким образом, что конечный pH после смешивания двух растворов близок к изоэлектрической точке осаждаемого полимера. При смешивании двух растворов полимера несколько изменений происходят одновременно, включая: (1) нейтрализацию смеси до pH, по существу близкого к изоэлектрическому pH осаждаемого полимера; (2) изоэлектрическое осаждение первого полимера; и (3) ионное осаждение второго полимера катионами минерального вещества. В результате получают смешенную структурированную матрицу, которая имеет сгусткоподобный внешний вид и текстуру, отличающуюся от матриц, полученных с использованием единственного механизма ацервации или последовательных механизмов ацервации, проведенных с тем же полимером(ами). Например, текстурные отличия могут включать сенсорное (например, внешний вид, ощущение во рту при потреблении и тому подобное), и функциональные отличия (например, влагоудерживающая способность).
Специалист в области техники, к которой относится настоящее изобретение, легко может составить различные комбинации механизмов ацервации, которые могут быть проведены одновременно с получением структурированных полимерных матриц с желательными текстурными, физическими и функциональными свойствами. Также очевидно, что могут быть использованы различные способы одновременной активации механизмов ацервации иные, чем приведенные выше. Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что проведение одновременно двух или более механизмов ацервации в результате приводит к получению уникальной и превосходной структурированной полимерной матрицы по сравнению с таковой, полученной при использовании тех же двух или более механизмов ацервации, проводимых по отдельности или последовательно. Все возможные комбинации механизмов и/или полимеров не могут быть описаны здесь, считается, что одновременный множественный процесс ацервации по настоящему изобретению применим к широкому ряду механизмов ацервации и комбинаций полимеров.
Если требуется, в один или более раствор полимеров может быть добавлен один или более наполнитель. Наполнители следует выбирать, таким образом, чтобы они по существу не препятствовали образованию структуры получаемой полимерной матрицы. Наполнители могут быть добавлены в пределах от около 0 до около 70% от готовой матрицы. Используемый здесь термин наполнитель относится к пищевым ингредиентам, по существу инертным или нереакционноспособным пищевым ингредиентам и функционально действующим, как тестурообразователь. Наполнитель без ограничения выбирают из натурального или модифицированного крахмала, мальтодекстрина, производных крахмала или зерна (например, сухие вещества кукурузного сиропа, рисовые отруби), альфа-целлюлозы, микрокисталлической целлюлозы, волокон, денатурированного белка (например, лактоальбумин, сухие вещества пахты и тому подобное), нейтральных камедей (например, камедь рожкового дерева, гуаровая камедь и тому подобное), липидов и их смесей. В настоящем изобретении используют инертные наполнители главным образом для модификации конечной структуры матрицы, полученной с использованием одновременного множественного процесса ацервации. Например, сухие вещества пахты нереакционноспособны, денатурированный мембранный молочный белок из сливочного масла по существу не оказывает воздействия на текстуру во время образования структуры матрицы конечного пищевого продукта (например, сливочный сыр), но могут быть добавлены в или структурно уловлены в сополимерную структуру матрицы двух других полимеров, полученную с использованием одновременного способ по настоящему изобретению. Практическая польза от добавления наполнителей может варьировать или включать без ограничения увеличенный выход продукта, увеличенную влагоудерживающую способность, пониженную плотность, пониженную прочность/жесткость и улучшенное ощущение во рту при потреблении готовой полимерной матрицы или готового пищевого продукта, содержащего полимерную матрицу.
Если требуется, по меньшей мере, в один или в оба из двух растворов полимеров могут быть добавлены необязательные ингредиенты, такие как, эмульгатор, соль, подсластитель, подкислитель, краситель, ароматизатор, стабилизатор и тому подобное при общем уровне от около 0 до около 10%, таким образом, чтобы они по существу не препятствовали образованию структуры получаемой полимерной матрицы. Ароматизаторы включают, например, ароматизатор сливочного масла, ароматизатор молока, ароматизатор сыра, ароматизатор мяса, приправы, травы или овощное пюре или порошки. Также могут быть использованы такие красители как, например, β-каротин, аннато, искусственный пищевой краситель и тому подобное. Подходящие стабилизаторы включают без ограничения антиоксиданты, антимикробные агенты и тому подобное. Эти необязательные ингредиенты следует выбирать, таким образом, чтобы они по существу не препятствовали или не оказывали другое негативное воздействие на образование структуры полимерной матрицы, но они могут быть выбраны таким образом, чтобы оказывать положительное воздействие.
Структурная полимерная матрица, полученная одновременным способом по настоящему изобретению, может быть использована непосредственно в пищевом продукте или может быть восстановлена с использованием любого подходящего способа, такого как центрифугирование, фильтрация или аналогичного и затем использована в пищевом продукте, если требуется. Структурная полимерная матрица, полученная одновременным способом по настоящему изобретению, может быть использована при получении сыра, такого как сливочный сыр, натуральный сыр, сыроподобные продукты, мясные продукты или аналоги мяса, соевые продукты (такие, как текстурированные соевые продукты), колбасные изделия, дрессинги, десерты, кондитерские изделия, наполнители для хлебобулочных изделий или аналогичное им.
Следующие примеры иллюстрируют способ по настоящему изобретению. Эти примеры только иллюстрируют настоящее изобретение и не ограничивают объема притязаний. Специалист в области техники, к которой относится настоящее изобретение, понимает, что могут быть использованы различные материалы, условия и способы, описанные в этих примерах. Все ссылки приведены в полном объеме. Если ясно не указанно иное, все проценты приведены по массе от указанной композиции.
ПРИМЕРЫ
Пример 1.
Этот пример демонстрирует важность проведения одновременных реакций ацервации (по настоящему изобретению) по сравнению с различными контрольными реакциями, где одновременно проходит только одна реакция ацервации. Получают два раствора. Раствор A, включающий 3% изолята сывороточного белка (Bipro от Davisco Foods International, Inc., Le Sueur, MN) в деионизированной воде, где регулируют pH до 3,45 с использованием 5N HCl. Раствор В, включающий 0,3% предварительно растворенного каррагинана (Gelcarin GP 911 от FMC Corp., Philadelphia, PA) в деионизированной воде, где регулируют pH до 11,55 с использованием 5N HCl. Для демонстрации важности одновременных реакций ацервации проводят четыре эксперимента.
Контроль A: равные количества Раствора A и Раствора В смешивают при комнатной температуре и оставляют для прохождения реакции в течение, по меньшей мере, 10 минут. Контроль A демонстрирует типичную коацервацию каррагинана и сывороточного белка.
Контроль B: равные количества Раствора A и Раствора В смешивают при комнатной температуре и оставляют для прохождения реакции в течение, по меньшей мере, 10 минут и затем нагревают до температуры 180°F для термического перекрестного сшивания сывороточного белка. После коацервации, pH смеси создает условия для перекрестного сшивания. Затем смесь оставляют для охлаждения в комнатных условиях в укупоренном стеклянном сосуде. Контроль В демонстрирует коацервацию каррагинана и сывороточного белка и термическое перекрестное сшивание сывороточного белка, проводимые последовательно.
Контроль C: равные количества Раствора A и Раствора В поотдельности нагревают до температуры 180°F и оставляют для охлаждения в комнатных условиях в укупоренном стеклянном сосуде. За счет pH растворов происходит небольшое или вообще не происходит перекрестное сшивание (то есть 30% или менее). После охлаждения до комнатной температуры Растворы A и В смешивают вместе и оставляют для прохождения реакции, по меньшей мере, в течение 10 минут. Контроль С демонстрирует отличающийся вариант коацервации с небольшой степенью перекрестного сшивания, проводимый последовательно.
По настоящему изобретению: равные количества Раствора A и Раствора В по отдельности нагревают до температуры 180°F. Сразу же после этого достигается целевая температура, Растворы A и В смешивают вместе, оставляют для охлаждения в комнатных условиях в укупоренном стеклянном сосуде. Этот способ в результате приводит к одновременной коацервации и термическому перекрестному сшиванию.
Количество полученного сгустка в каждом эксперименте измеряют с использованием фильтрации. Каждый из образцов, указанных выше экспериментов, пропускают через сито № 50 США и измеряют оставшуюся на поверхности сита массу. Результаты приведены в Таблице 1 ниже.
Образцы, полученные способом по настоящему изобретению с использованием одновременной реакции, имеют значительно больший сгусток по сравнению с полученным одной только коацервацией (контроль A) или коацервацией и термическим перекрестным сшиванием, проведенными последовательно (Контроль В и Контроль C).
Пример 2
Для дополнительной демонстрации важности одновременных реакций проводят другой ряд экспериментов при различных температурах реакции. Получают четыре отдельных раствора по Примеру 1, каждый из Растворов A и В нагревают до температуры 130°F, 150°F, 170°F и 180°F соответственно. Сразу же после нагревания до целевой температуры равные количества Раствора A и Раствора В при той же температуре смешивают вместе (то есть Раствор A при температуре 130°F смешивают с Раствором В при температуре 130°F, Раствор A при температуре 150°F смешивают с Раствором В при температуре 150°F и так далее). Затем каждую смесь оставляют охлаждаться в комнатных условиях в укупоренных стеклянных сосудах. Количество полученного сгустка измеряют с использованием фильтрации, как описано выше, и результаты приведены ниже в Таблице 2.
Растворы при температуре 130°F и 150°F образовывают значительно меньшее количество сгустка по сравнению с растворами, смешенными при температуре 170°F и 180°F. Считается, что это происходит из-за того, что минимальное термическое перекрестное сшивание сывороточного белка происходит при температуре 150°F и ниже. Образцы, полученные с растворами при температуре 170°F и с растворами при температуре 180°F, оба демонстрируют одновременные реакции коацервации и термического перекрестного сшивания. Считается, что образцы, полученные с растворами при температуре 130°F и 150°F, демонстрируют главным образом реакции коацервации. Этот эксперимент дополнительно демонстрирует уникальность множества реакций одновременно.
Пример 3.
В способе используют два механизма ацервации, проводимые последовательно с различными полимерами. Термическое перекрестное сшивание и коацервацию между изолятом сывороточного белка (WPI) и концентратом молочного белка (MPC): Кислотный (pH 3,45) WPl и щелочной MPC (Nutnlac 7318, Aria Foods Ingredients, NJ) растворы получают смешиванием 10% сухого белка в деионизированной водой, и регулируют pH раствора в пределах от 3,45 до 8,0 с использованием пищевой кислоты HCl и NaOH соответственно. Два раствора белка нагревают в микроволновой печи до температуры около 90°C. Оба нагретых раствора остаются прозрачными по внешнему виду, что указывает на то, что белки, вероятно, незначительно изменились по микроструктуре. Два горячих раствора смешивают вместе сразу же (то есть в течение около 60 секунд) после достижения температуры 90°C при соотношении 1:1.
Эксперимент демонстрирует, что два механизма ацервации (термическое перекрестное сшивание сывороточного белка и коацервация между различными белками) действуют одновременно с получением мягкого, гладкого и когезивного сгустка, который напоминает нормальный, свежий сырный сгусток по текстуре и внешнему виду. Коацервация между 2 различными и противоположно заряженными молекулами белка способствует термическому перекрестному сшиванию сывороточного белка при локальном рН.
Пример 4.
Этот пример иллюстрирует различные влияния проведения двух механизмов ацервации последовательно по сравнению с проведением тех же двух механизмов ацервации одновременно.
Пример по настоящему изобретению. Этот пример иллюстрирует вариант воплощения настоящего изобретения, где два механизма ацервации (термическое перекрестное сшивание сывороточного белка и коацервация между положительно заряженным белком и отрицательно заряженным полисахаридом) проходит одновременно с получением мягкого, гладкого и когезивного сгутка. Кислый раствор изолята сывороточного белка получают смешиванием 10% изолята сывороточного белка в деионизированной воде и регулируют pH до 3,45 с использованием пищевой HCl. Щелочной раствор ксантана получают смешиванием 0,5% ксантана (Keltrol 519 от CP Kelco) в деионизированной воде и регулируют pH раствора до 11,6 с использованием пищевого NaOH.
Два противоположно заряженных раствора полимеров нагревают в микроволновой печи до температуры около 90°C. Дополнительно, добавляют 5N NaOH в щелочной раствор ксантана в количестве, эффективном для получения pH около 5,5 при смешивании с кислым раствором сывороточного белка. Оба нагретых раствора остаются прозрачными по внешнему виду, что указывает на то, что полимеры незначительно изменились по микроструктуре под воздействием тепловой обработки. Два нагретых раствора полимеров сразу же смешивают вместе после тепловой обработки при соотношении раствора изолята сывороточного белка к раствору ксантана 2,5:1. Смесь образует насыщенный сгусток с рН около 5,7.
Сравнительный пример. Получают кислый раствор (pH 3,45) изолята сывороточного белка и щелочной раствор ксанатана (pH 11,6), как описано выше. Два противоположно заряженных раствора смешивают при комнатной температуре без предварительной тепловой обработки. Полученная в результате смесь образует молочную дисперсию с относительно высокой текучестью (предположительно из-за коацервации), но сгусток не образуется даже после выдержки при комнатной температуре в течение около 20 минут. Эту смесь подвергают дополнительной тепловой обработке при температуре 90°C в течение 2 минут, и снова когезивный сгусток не образуется. Смесь охлаждают, и сгусток не образуется после 24 часов хранения в холодильных условиях. Не желая быть ограниченными какой-либо теорией, авторы настоящего изобретения считают, что коацервация сывороточного белка со значительным количеством ксантана оказывает влияние на способность к перекрестному сшиванию сывороточного белка.
Результаты этого эксперимента показывают, что одновременные механизмы ацервации эффективны для широкого ряда полимеров.
Пример 5.
Этот пример демонстрирует, как действуют механизмы одновременной множественной ацервации (ионное перекрестное сшивание и изоэлектрическое осаждение) с получением в результате структурированной матрицы, очень сильно отличающейся от продукта с единственным механизмом ацервации (изоэлектрическое осаждение) с использованием альгината и концентрата молочного белка в качестве полимеров.
Пример по настоящему изобретению. Кислый раствор альгината получают смешиванием деионизированной воды с 1% альгината (Kimica Corp., Япония) и регулируют pH раствора до 3,0 с использованием пищевой HCl. Щелочной раствор концентрата молочного белка получают добавлением нескольких капель 0,1 M раствора CaCl2 в 10% концентрат молочного белка (Nutniac от Aria Foods) в деионизированной воде, с последующим регулированием pH раствора до 8,2 с использованием пищевого NaOH. Два раствора смешивают вместе при соотношении раствора альгината к раствору концентрата молочного белка 3:1 при комнатной температуре без какой-либо тепловой обработки с получением конечного pH 4,8. Изоэлектрическая точка pH казеината и сывороточного белка составляет в пределах от около 4,6 до 5,1 соответственно и оба и казеинат и сывороточный белок становятся в значительной степени нерастворимыми при pH 4,8. CaCl2 является причиной ионного перекрестного сшивания альгината во время смешивания, при этом происходит одновременное изоэлектрическое осаждение белков молока. Полученная в результате смесь имеет сгусткоподобную текстуру с убедительными доказательствами синерезиса (отделение сыворотки).
Сравнительный пример. Получают кислый раствор альгината и щелочной раствор концентрата молочного белка, как описано выше, за исключением того, что CaCl2 добавляют в щелочной раствор молочного белка. Два раствора смешивают вместе при соотношении раствора альгината к раствору концентрата молочного белка 3:1 при комнатной температуре без какой-либо тепловой обработки с получением изоэлектрического осаждения белков молока. Ионного перекрестного сшивания не происходит. Альгинат не является амфотерным полимером и не имеет заряда при рН 3,0. Следовательно, считается, что коацервация между белками молока и альгинатом не возможна. Полученная в результате смесь мутная и текучая без образования сгустка.
Этот пример дополнительно демонстрирует, что способ по настоящему изобретению, как правило, может быть применим в комбинациях с не термическими механизмами ацервации.
Пример 6.
Сыр из 100% сывороточного белка. Многие из традиционных сыров относят к «сывороточно-альбуминным сырам», такой как рикотта, фактически традиционно получаемый из казеина (>75% в форме цельного молока), и благодаря добавлению подсырной сыворотки происходит образование хлопьевидных сгустков при высокой температуре (вместо использования сычуга). Этот пример демонстрирует, что одновременное использование трех механизмов ацервации может быть использовано для получения твердого сыр из 100% сывороточного белка (свободного от казеина).
Сначала получают раствор десяти процентов изолята сывороточного белка (BiProfrom Davisco Foods International, Inc., La Sueur, MN), разделяют его и регулируют с получением кислого (pH 3,5) и щелочного (pH 8,5) растворов изолятов сывороточного белка соответственно. Исходя их содержания белка, в растворы изолята сывороточного белка добавляют равные количества безводного молочного жира (AMF) и гомогенизируют в лабораторном блендере при температуре около 145°F с получением эмульсий изолята сывороточного белка. Полученные в результате эмульсии изолята сывороточного белка нагревают в микроволновой печи до температуры в пределах от 190 до 210°F. Две нагретые эмульсии сывороточного белка осторожно смешивают вместе (с использованием шпателя в течение 10 секунд) в емкости. Через около 10 минут покоя смесь выливают в сито с ситовой тканью для отделения сгустка (около 64%) от сыворотки (около 36%). Сгусток дополнительно подсаливают 2,5% (от общей массы сгустка) столовой соли и формуют/прессуют в форме в течение 2 часов с получением блока сыра. После 12 часового холодильного хранения получают в результате 100% сывороточный сыр, который оценивают при участии небольшой комиссии квалифицированных дегустаторов для определения приемлемости вкуса и аромата, текстуры и внешнего вида, аналогичного таковому у свежего мексиканского сыра на основе казеина. Считается, что в этом примере молекулы сывороточного белка подвергаются одновременно самоацервации, изоэлектрическому осаждению и термическому перекрестному сшиванию.
Пример 7.
Сливочный сыр с повышенной плотностью. Сырный сгусткоподобный комплекс получают с использованием одновременных множества реакций коацервации согласно следующему рецептурному составу и процедуре и затем оценивают модель сливочного сыра с низким содержанием жира.
Раствор «А1» получают смешиванием 7% изолята сывороточного белка (Bipro) в деионизированной воде и регулируют pH раствора до 3,5 с использованием 88% молочной кислоты. Затем раствор A1 нагревают в микроволновой печи до температуры 165°F с последующим непосредственным охлаждением до комнатной температуры. Раствор «А2» получают смешиванием 7% изолята сывороточного белка (Bipro) в деионизированной воде, регулируют pH раствора до 3,5 с использованием 88% молочной кислоты и затем нагревают в микроволновой печи до температуры 195°F. Раствор A2 выдерживают при температуре в пределах от 190 до около 195°F, сохраняя раствор горячим, но не кипящим в течение 20 минут перед охлаждением до температуры ниже комнатной. Раствор «B1» получают смешиванием сухих веществ пахты (25%) и карбоксиметилцеллюлозы (0,16%) в цельном молоке и регулируют pH раствора до 8,5 с использованием 6N NaOH. Раствор «B2» получают смешиванием сухих веществ пахты (25%) и каррагинана (0,16%) в цельном молоке и регулируют pH раствора до 8,5 с использованием 6N NaOH.
Затем растворы A1 и A2 смешивают вместе при соотношении 43,7 к 8,3 соответственно с получением смеси раствора A, как показано в Таблице 3, ниже. Отдельно смешивают вместе растворы B1 и B2 при соотношении 33,3 к 16,7 соответственно с получением смеси раствора В. Одну часть смеси раствора A и одну часть смеси раствора В по отдельности нагревают до температуры 190°F. Дополнительно добавляют в горячую смесь растворов А 88% молочную кислоту до получения конечного комплекса с pH 5,1. Горячую смесь раствора B осторожно перемешивают с горячей смесью раствора A в миксере Thermomix с получением комплекса. Комплекс оставляют для охлаждения до комнатной температуры и хранят в условиях холодильного хранения до использования при получении сливочного сыра. Получают мягкий сгусткоподобный комплекс сливочного сыра.
Затем сгусткоподобный комплекс сливочного сыра используют для получения сливочного сыра согласно Таблице 4, ниже. УФ сгусток получают культивированием и ферментированием смеси и сливок и затем, используя ультрафильтрацию, отделяют сгусток от сыворотки. УФ сгусток, сгусткоподобный комплекс, сливки и пахту согласно рецептурному составу Таблицы 4 смешивают с использованием миксера Lightning (Grafton, Висконсин). pH регулируют до 4,9 с использованием небольшого количества 44% молочной кислоты. Затем смесь нагревают до температуры 140°F в миксере Thermomix. Смесь гомогенизируют при 5000/500 фунтов на квадратный дюйм с использованием двух стадийного гомогенизатора. Добавляют оставшиеся ингредиенты и нагревают смесь до температуры 185°F в миксере Thermomix. Выдерживают при температуре 185°F в течение, по меньшей мере, 30 минут. Затем смесь гомогенизируют при 5000/500 фунтов на квадратный дюйм и собирают образцы в 8-унцевые пластиковые емкости. Затем емкости охлаждают и хранят в условиях холодильного хранения.
Контрольный сливочный сыр (без сгусткоподобного комплекса) получают согласно рецептурному составу, приведенному в Таблице 4.
Полученные в результате сливочный сыр по настоящему изобретению и контрольный сливочный сыр имеют аналогичное содержание влаги, жира, белка, лактозы, соли и казеина/сыворотки, как показано в Таблице 5, ниже.
Образец сливочного сыра, полученный с использованием сгусткоподобного комплекса по настоящему изобретению, более чем на 20% плотнее при измерении напряжения текучести, даже при том, что в контрольной образце аналогичное содержание влаги, жира, белка, лактозы и соли. Различия между образцами сливочного сыра определяла комиссия, состоящая их квалифицированных дегустаторов. Дополнительно большая часть комиссии отметила, что образец по настоящему изобретению равен по сливочности или немного более сливочный по сравнению с контрольным, несмотря на его плотность, которая, как известно, уменьшает ощущение сливочности.
Преимущественно, содержание жира и белка ниже по сравнению таковым в традиционном легком мягком сливочном сыре (то есть 3,4 г жира 1 на унцевую порцию). Этот пример демонстрирует, что сгусткоподобный комплекс по настоящему изобретению может быть использован для получения аромата сливочного сыра без необходимости культивирования ароматов. Дополнительно этот пример демонстрирует, что сгусткоподобный комплекс по настоящему изобретению представляет собой превосходный текстурирующий агент в системах сливочного сыра.
Пример 8.
Сгусткоподобный комплекс, как текстурирующий агент и заменитель жира в сливочном сыре с низким содержанием жира.
Часть I: сгусткоподобный комплекс получают согласно следующему рецептурному составу и процедуре. Раствор A получают растворением 7% изолята сывороточного белка (Provon 90 от Glanbia Nutntionals) в деионизированной воде и подкисляют до pH 3,5 с использованием 88% молочной кислоты. Раствор В получают растворением 0,16% каррагинана и 25% сухих веществ пахты (3,62% влага, 96,38% сухие вещества, 7,03% жир, 33% белок, 50% лактоза, 8% зола) в цельном молоке (87,4% влага, 3,7% жир, 3,5% белок, 4,9% лактоза, 0,7% зола) и регулируют pH до 8,5 с использованием 6N NaOH. Дополнительно в Раствор А добавляют 88% молочную кислоту, если требуется, до получения готового комплекса с pH 5,1.
Раствор A нагревают в миксере Thermomix (Vorwerk USA Co., Longwood, FL) и выдерживают при температуре 180°F. Отдельно нагревают Раствор В до температуры 170-180°F. Горячий раствор В добавляют в Thermomix и выдерживают при температуре 180°F в течение нескольких минут, осторожно смешивая с получением комплекса с композицией, приведенной в Таблице 6. Полученный таким образом комплекс представляет собой мягкую сгусткоподобную массу сливочного сыра. Комплекс охлаждают до комнатной температуры и хранят в условиях холодильного хранения перед применением при получении сливочного сыра.
Сгусткоподобная масса включает 78,3% влаги, 21,7% сухих веществ, 2,75% жира, 9,03% белка (с соотношением казеин/сыворотка 52/48), 8,73% лактозы, и 1,35% золы.
Часть II: получают три партии легкого мягкого сливочного сыра согласно рецептурному составу, приведенному в Таблице 7, ниже. УФ сгусток получают культивированием и ферментированием смеси молока и сливок с последующим концентрированием или удалением избытка воды с использованием ультрафильтрации. УФ сгусток, SMAR комплекс, полученный, как описано выше, пахту и изолят сывороточного белка (Bipro 95 от Danisco Food International) комбинируют в лабораторном стакане и перемешивают с использованием миксера (Lightning Grafton, Висконсин). Количество сливок, используемое в каждом образце, варьирует для регулирования общего содержания жира в конечном сливочном сыре, поскольку молочный жир (главным образом из сливок) очень функциональный компонент сливочного сыра. pH каждой смеси регулируют до pH 4,9 с использованием 44% молочной кислоты и нагревают в миксере Thermomix до температуры 140°F. Проверяют содержание влаги и затем, если требуется, регулируют до целевого показателя около 71%. Затем каждую смесь гомогенизируют при 5000/500 фунтов на квадратный дюйм и добавляют оставшиеся ингредиенты. Затем каждую смесь нагревают в миксере Thermomix до температуры 180°F и выдерживают в течение, по меньшей мере, 15 минут, при этом укупоривая для минимальной потери влаги. Затем смеси снова гомогенизируют при 5000/500 фунтов на квадратный дюйм и собирают образцы в 8-унцевые пластиковые емкости. Затем емкости охлаждают и хранят в условиях холодильного хранения.
Образцы легкого мягкого сливочного сыра с идентичным общим составом (например, содержание сыра) и с повышенным уровнем замещения сырного сгустка на SMAR комплекс оказались плотнее и в общем более сливочными. Образец 2 был оценен комиссией, состоящей из квалифицированных дегустаторов, как самый сливочный из трех образцов. Хотя Образец 3 остается очень сливочным, его сливочность относительно ниже (имеет наивысший уровень замещения сгустка), это может быть частично объяснено значительно (вплоть до 37%) более высокой плотностью Образца 3. Авторы настоящего изобретения пришли к выводу, что SMAR комплекс представляет собой исключительный текстурирующий агент/агент улучшающий плотность, который при этом еще и сохраняет высокую степень сливочности при высокой степени содержания влаги, низком содержании жира, низком содержании белка в сливочном сыре.
Пример 9.
Мясное белковое волокно. Индейку механической обвалки («MST») смешивают с кислой водой (pH 3,0) или щелочной водой (pH 11) при соотношении 1 часть MST и 4 части воды с отрегулированным pH для экстракции белка мяса с максимальным растворением белка и минимальным денатурированием белка. Дополнительно, если требуется, периодически добавляют HCl или NaOH для сохранения начального pH для максимальной эффективности экстракции в течение около 20 минут. Затем каждую pH отрегулированную смесь центрифугируют при 3000 оборотов в минуту в течение 30 минут и жир и преципитат удаляют с получением кислого и щелочного богатых белком растворов. Затем кислый и щелочной богатые белком растворы смешивают вместе в соотношении 1:1 и регулируют рН с получением смеси с конечным равновесным pH около 5,5, в которой белок из обоих растворов изоэлектрически осажден в бесструктурный, тонкий порошок уловлен на сите.
Повторяют тот же эксперимент, за исключением того, что кислый и щелочной растворы белка сначала нагревают до температуры 190°F в течение 30 минут перед смешиванием вместе при температуре 190°F. При смешивании и изоэлектрическое осаждение, и термическое перекрестное сшивание происходят одновременно с получением нерастворимой белковой массы с неожиданно сильно выраженной, грубой, волокнистой структурой.
Пример 10.
Измельченная индейка с улучшенной влагоудерживающей способностью. Этот пример демонстрирует применение одновременных реакций ацервации для получения большого объема, с большим содержанием влаги реструктурированного мяса индейки. Измельченную эмульсию индейки («эмульсия A») получают смешиванием одной части измельченных мышечных тканей индейки с двумя частями деионизированной воды. Часть эмульсии разделяют на эмульсию A1 и A2. Часть эмульсии индейки A1 регулируют до pH 3,0 с использованием 5N HCl. Часть эмульсии A2 регулируют до pH 11,0 с использованием 5N NaOH. Для демонстрации важности одновременных реакций проводят три ряда экспериментов.
В первом эксперименте (здесь и далее «контроль 1»), эмульсию нагревают до температуры 180°F в течение 2 минут. Контроль 1 демонстрирует традиционное термическое денатурирование эмульсии индейки.
Во втором эксперименте (здесь и далее «контроль 2»), равные количества эмульсии A1 и эмульсии A2 смешивают при комнатной температуре и затем нагревают до температуры 180°F в течение 2 минут. Контроль 2 демонстрирует коацервацию и термическое денатурирование белка индейки, проводимые последовательно.
В третьем эксперименте (здесь и далее «по настоящему изобретению»), равные количества эмульсии A1 и эмульсии A2 по отдельности нагревают до температуры 180°F, затем смешивают вместе и выдерживают в течение 2 минут. Этот эксперимент демонстрирует две реакции - коацервацию и термическое денатурирование - проводимые одновременно.
Все эксперименты имели конечный pH 6,37±0,07. Затем измеряют массовый процент мяса, оставшегося на сите № 18 США. Результаты приведены в Таблице 8, ниже. Образец, полученный с использованием одновременных реакций по настоящему изобретению, имеет гораздо большую массу сухого вещества по сравнению с таковым, полученным термическим денатурированием (контроль 1) и коацервацией и термическим денатурированием, проведенными последовательно (контроль 2). Как показано в Таблице 8 ниже, процент сухого вещества контроля 1, контроля 2, и образца по настоящему изобретению составляют 41,1 процент: 36,4%, и 50,1% соответственно. Образец по настоящему изобретению показал улучшение на 18% по сравнению с контролем 1 и улучшение на около 27% по сравнению с контролем 2.
Специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение следует понимать, что при осуществлении способов по настоящему изобретению могут быть сделаны многочисленные модификации и вариации. Следовательно, такие модификации и вариации входят в объем притязаний настоящего изобретения, изложенный в приложенной формуле изобретения.
Группа изобретений относится, в частности, к молочной промышленности. Получают, по меньшей мере, один водный раствор, содержащий один или более пищевой полимер. Полимер способен, по меньшей мере, к двум механизмам ацервации, где условия являются таковыми, что, по меньшей мере, два механизма ацервации не активируются перед стадией активации. Два механизма ацервации выбирают из группы, состоящей из полимеризации, термического перекрестного сшивания, коацервации, химического комплексообразования, изоэлектрического осаждения, ионного осаждения, осаждения растворителем, желатинизиции и денатурирования. Один из вариантов способа получения матрицы включает получение двух или более водных растворов полимеров, каждый раствор включает один или более пищевой полимер, где один или более пищевой полимер в каждом растворе способен, по меньшей мере, к одному механизму ацервации, где условия в каждом растворе являются таковыми, что, по меньшей мере, один механизм ацервации не активируется. Комбинирование двух или более водных растворов полимеров с получением условий, при которых два или более механизма ацервации активируются одновременно. В качестве полимера может быть использован молочный, яичный, растительный белок, полисахарид или их смесь. Полисахарид выбран из группы, состоящей из каррагинана, пектина, альгината, карбоксиметилцеллюлозы, ксантана, гуммиарабика, камеди карайя, камеди гхатти, геллана, агара и их смесей. Пищевой продукт включает структурированную полимерную матрицу. Пищевой продукт выбирают из группы, состоящей из сливочного сыра, натурального сыра, сыроподобных продуктов, мясных продуктов или аналогов, соевых продуктов, колбасных изделий, дрессингов, десертов, кондитерских изделий и наполнителей для хлебобулочных изделий. 8 н. и 29 з.п. ф-лы, 8 табл., 10 пр.
1. Способ получения структурированной полимерной матрицы, включающий:
получение, по меньшей мере, одного водного раствора, содержащего один или более пищевой полимер, где один или более пищевой полимер способен к, по меньшей мере, двум механизмам ацервации и где условия являются таковыми, что, по меньшей мере, два механизма ацервации не активируются перед стадией активации;
обработку, по меньшей мере, одного водного раствора, содержащего один или более пищевой полимер для активации, по меньшей мере, двух механизмов ацервации одновременно; и
обеспечение возможности проходить, по меньшей мере, двум активированным механизмам ацервации до получения структурированной полимерной матрицы.
2. Способ по п.1, где, по меньшей мере, один водный раствор включает, по меньшей мере, один пищевой полимер, выбранный из группы, состоящей из белков, полисахаридов и их смесей.
3. Способ по п.1, где, по меньшей мере, один водный раствор включает пищевой белок и анионный полисахарид.
4. Способ по п.1, где, по меньшей мере, два механизма ацервации выбирают из группы, состоящей из полимеризации, термического перекрестного сшивания, коацервации, химического комплексообразования, изоэлектрического осаждения, ионного осаждения, осаждения растворителем, желатинизиции и денатурирования.
5. Способ по п.4, где, по меньшей мере, два механизма ацервации включают термическое перекрестное сшивание и коацервацию.
6. Способ получения структурированной полимерной матрицы, включающий:
получение двух или более водных растворов полимеров, каждый раствор включает один или более пищевой полимер, где один или более пищевой полимер в каждом растворе способен к, по меньшей мере, одному механизму ацервации и где условия в каждом растворе являются таковыми, что, по меньшей мере, один механизм ацервации не активируется; и
комбинирование двух или более водных растворов полимеров с получением условий, при которых два или более механизма ацервации активируются одновременно.
7. Способ по п.6, где каждый из двух или более растворов полимеров включает, по меньшей мере, один пищевой полимер, выбранный из группы, состоящей из белков, полисахаридов и их смесей.
8. Способ по п.6, где, по меньшей мере, один из растворов полимеров получают с использованием пищевых ингредиентов из группы, состоящей из молока, подсырной сыворотки, яиц и мясной суспензии.
9. Способ по п.6, где, по меньшей мере, один из растворов полимеров включает пищевой белок и, по меньшей мере, один из полимерных растворов включает анионный полисахарид.
10. Способ по п.9, где, по меньшей мере, один из растворов полимеров включает анионный полисахарид, выбранный из группы, состоящей из каррагинана, пектина, альгината, карбоксиметилцеллюлозы, ксантана, гуммиарабика, камеди карайя, камеди гхатти, геллана, агара и их смесей.
11. Способ по п.6, где два или более механизма ацервации выбирают из группы, состоящей из полимеризации, термического перекрестного сшивания, коацервации, химического комплексообразования, изоэлектрического осаждения, ионного осаждения, осаждения растворителем, желатинизиции и денатурирования.
12. Способ по п.6, где два или более механизма ацервации выбирают из группы, состоящей из коацервации и термического перекрестного сшивания, изоэлектрического осаждения и ионного осаждения, ионного перекрестного сшивания и ионного осаждения, коацервации, термического денатурирования и изоэлектрического осаждения и термического перекрестного сшивания.
13. Способ по п.12, где два или более механизма ацервации включают коацервацию и термическое денатурирование и где два или более раствора полимеров включают мясную суспензию.
14. Способ по п.12, где два или более механизма ацервации включают изоэлектрическое осаждение и термическое перекрестное сшивание и где два или более раствора полимеров включают мясную суспензию.
15. Способ по п.12, где два или более механизма ацервации включают коацервацию и термическое перекрестное сшивание и где, по меньшей мере, один из двух или более растворов полимеров включает сывороточный белок и, по меньшей мере, один из двух или более растворов полимеров включает полимер, выбранный группы, состоящей из каррагинана, концентрата молочного белка, ксантана, пектина, альгината, карбоксиметилцеллюлозы, гуммиарабика, камеди карайя, камеди гхатти, геллана, агара и их смесей.
16. Способ по п.12, где два или более механизма ацервации включают ионное перекрестное сшивание и ионное осаждение и где, по меньшей мере, один из растворов полимеров включает альгинат и, по меньшей мере, один из растворов полимеров включает белок молока.
17. Способ получения структурированной полимерной матрицы, включающий:
получение положительно заряженного водного раствора полимера с pH в пределах от около 2 до около 5 и температурой, по меньшей мере, около 160°F, где раствор включает, по меньшей мере, один пищевой полимер, который способен к, по меньшей мере, одному механизму ацервации, где условия в растворе таковы, что, по меньшей мере, один механизм ацервации не активируется;
получение второго водного отрицательно заряженного раствора полимера с pH в пределах от около 8 до около 11 и температурой, по меньшей мере, около 160°F, где раствор включает, по меньшей мере, один пищевой полимер, который способен к, по меньшей мере, одному механизму ацервации, где условия в растворе таковы, что, по меньшей мере, один механизм ацервации не активируется; и
комбинирование двух нагретых растворов полимеров с получением условий, при которых два или более механизма ацервации активируются одновременно.
18. Способ по п.17, где каждый из первого и второго раствора полимеров включает, по меньшей мере, один пищевой полимер, выбранный из группы, состоящей из белков и полисахаридов.
19. Способ по п.17, где, по меньшей мере, один из растворов полимеров получают с использованием пищевого ингредиента, состоящего из молока, подсырной сыворотки, яиц и мясной суспензии.
20. Способ по п.17, где два или более механизма ацервации включают коацервацию и термическое перекрестное сшивание и где, по меньшей мере, один из растворов полимеров включает сывороточный белок и, по меньшей мере, один из растворов полимеров включает полимер, выбранный группы, состоящей из концентрата молочного белка, каррагинана, пектина, альгината, карбоксиметилцеллюлозы, ксантана, гуммиарабика, камеди карайя, камеди гхатти, геллана и их смесей.
21. Способ по п.17, где два или более механизма ацервации выбирают из группы, состоящей из коацервации и термического перекрестного сшивания, изоэлектрического осаждения и ионного осаждения, ионного перекрестного сшивания и ионного осаждения, коацервации, термического денатурирования и изоэлектрического осаждения и термического перекрестного сшивания.
22. Способ по п.21, где два или более механизма ацервации включают коацервацию и термическое денатурирование и где два или более раствора полимеров включают мясную суспензию.
23. Способ по п.21, где два или более механизма ацервации включают изоэлектрическое осаждение и термическое перекрестное сшивание и где два или более раствора полимеров включают мясную суспензию.
24. Способ по п.21, где два или более механизма ацервации включают коацервацию и термическое перекрестное сшивание и где, по меньшей мере, один из двух или более растворов полимеров включает сывороточный белок и, по меньшей мере, один из двух или более растворов полимеров включает полимер, выбранный группы, состоящей из каррагинана, концентрата молочного белка, ксантана, пектина, альгината, карбоксиметилцеллюлозы, гуммиарабика, камеди карайя, камеди гхатти, геллана, агара и их смесей.
25. Способ по п.21, где два или более механизма ацервации включают ионное перекрестное сшивание и ионное осаждение и где, по меньшей мере, один из растворов полимеров включает альгинат и, по меньшей мере, один из растворов полимеров включает белок молока.
26. Способ по п.17, где первый и второй растворы полимеров включают один и тот же полимер.
27. Способ получения структурированной полимерной матрицы, включающий:
получение положительно заряженного водного раствора полимера с pH в пределах от около 2 до около 5 и температурой, по меньшей мере, около 160°F, где раствор включает, по меньшей мере, один пищевой полимер, который способен к, по меньшей мере, одному механизму ацервации, где условия в растворе таковы, что, по меньшей мере, один механизм ацервации не активируется;
получение отрицательно заряженного второго водного раствора полимера с pH в пределах от около 8 до около 11 и температурой, по меньшей мере, около 160°F, где раствор включает, по меньшей мере, один пищевой полимер, который способен к, по меньшей мере, одному механизму ацервации, где условия в растворе таковы, что, по меньшей мере, один механизм ацервации не активируется;
нагревание первого раствора полимеров до температуры, выше чем или равной температуре, при которой первый полимер будет образовывать узлы полимерной сетки, при pH менее чем около на 1 единицу pH ниже, чем изоэлектрическая точка первого полимера;
нагревание второго раствора полимеров до температуры, выше чем или равной температуре первого раствора полимеров; и
комбинирование двух нагретых растворов полимеров с получением конечного pH при смешивании, такого, что механизмы коацервации и термического перекрестного сшивания действуют одновременно.
28. Способ по п.27, где первый полимер представляет собой сывороточный белок, и второй полимер выбран из группы, состоящей из каррагинана, концентрата молочного белка, ксантана, концентрата сывороточного белка, изолята сывороточного белка и альгината.
29. Способ получения структурированной полимерной матрицы, включающий:
получение положительно заряженного первого водного раствора полимера с pH в пределах от около 2 до около 4, где раствор включает, по меньшей мере, один пищевой полимер, который способен к, по меньшей мере, одному механизму ацервации, и где условия в растворе являются таковыми, что, по меньшей мере, один механизм ацервации не активируется;
получение отрицательно заряженного второго водного раствора полимера с pH в пределах от около 8 до около 10 и температурой, где раствор включает, по меньшей мере, один пищевой полимер, который способен к, по меньшей мере, одному механизму ацервации, и где условия в растворе являются таковыми, что, по меньшей мере, один механизм ацервации не активируется;
добавление многовалентных катионов минерального вещества в первый и второй раствор полимеров.
нагревание первого и второго растворов полимеров до температуры, по меньшей мере, около 160°F; и
комбинирование двух нагретых растворов полимеров с получением конечного pH при смешивании, такого, что механизмы изоэлектрического осаждения и ионного осаждения действуют одновременно.
30. Способ по п.29, где первый полимер выбирают из группы, состоящей из сывороточного белкового концентрата и сывороточного белкового изолята, и второй полимер выбирают из группы, состоящей из каррагинана, ксаната и альгината.
31. Структурированная полимерная матрица, полученная способом, включающим:
получение, по меньшей мере, одного водного раствора, содержащего один или более пищевой полимер, который способен к, по меньшей мере, двум механизмам ацервации, и где условия являются таковыми, что, по меньшей мере, два механизма ацервации не активируются перед стадией активации;
обработку, по меньшей мере, одного водного раствора для активации, по меньшей мере, двух механизмов ацервации одновременно; и
обеспечение возможности проходить, по меньшей мере, двум активированным механизмам ацервации до получения структурированной полимерной матрицы.
32. Структурированная полимерная матрица по п.31, где каждый из двух или более растворов полимеров включает, по меньшей мере, один пищевой полимер, выбранный из группы, состоящей из белков, полисахаридов и их смесей.
33. Структурированная полимерная матрица по п.31, где, по меньшей мере, один из растворов полимеров включает пищевой белок и, по меньшей мере, один из растворов полимеров включает анионный полисахарид.
34. Структурированная полимерная матрица по п.31, где два или более механизма ацервации выбирают из группы, состоящей из полимеризации, термического перекрестного сшивания, коацервации, химического комплексообразования, изоэлектрического осаждения, ионного осаждения, осаждения растворителем, желатинизиции и денатурирования.
35. Структурированная полимерная матрица, полученная способом, включающим:
получение двух или более водных растворов полимеров, включающих один или более пищевой полимер, где один или более пищевой полимер в каждом растворе способен к, по меньшей мере, одному механизму ацервации и где условия в растворе являются таковыми, что, по меньшей мере, один механизм ацервации не активируется; и
комбинирование двух или более водных растворов полимеров с получением условий, при которых два или более механизма ацервации действуют одновременно.
36. Пищевой продукт, включающий структурированную полимерную матрицу по пп.31 или 35.
37. Пищевой продукт по п.36, где пищевой продукт выбирают из группы, состоящей из сливочного сыра, натурального сыра, сыроподобных продуктов, мясных продуктов или аналогов, соевых продуктов, колбасных изделий, дрессингов, десертов, кондитерских изделий и наполнители для хлебобулочных изделий.
| ВОДНАЯ ДИСПЕРСИЯ, СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ И ПИЩЕВОЙ ЗАМЕНИТЕЛЬ ЖИРА, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ | 1987 |
|
RU2107441C1 |
| ПЛАЗМЕННАЯ ГОРЕЛКА ДЛЯ НАПЫЛЕНИЯ | 1986 |
|
SU1371410A1 |
| US 5952007 A, 14.09.1999. | |||
