CN101410026B - 乳清蛋白微胶粒的原位制备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及乳清蛋白微胶粒，特别是其原位形成的方法。本发明还涉及含有所述微胶粒的速溶饮料或可食用液体。
Description
技术领域
本发明涉及乳清蛋白微胶粒，特别是原位形成它们的方法和组合物。本发明还涉及含有所述微胶粒的速溶饮料(instant beverage)或可食液体。
背景技术
蛋白质构成许多人的饮食的必不可少的部分。它不仅由于其营养价值而被使用，还赋予食物期望的结构和稳定性。例如，在含脂肪的产品中，脂肪必须在产品的整个架存期维持稳定，从而不发生相分离。
为此目的，使用乳化剂，乳化剂为一旦形成的乳状液提供稳定性，这是基于乳化剂亲脂性或疏水性部分在非水相可溶，和极性或亲水性部分在水中可溶的内在特性，从而所述分子促进一相在其它相中乳化。此外，乳化剂还可以保护从聚集和聚结而一次形成的小滴。可用天然存在的物质例如水状胶体、磷脂(卵磷脂)或糖脂作为乳化剂，另一方面可用合成剂，如硬脂酰-2-乳酸或单酰甘油酯、二酰甘油酯等作为乳化剂。
这些乳化剂存在的主要缺点之一，即有时其相当程度的加大终产品的成本，而并没有增加产品的营养价值。由于此类材料与蛋白质发生界面竞争，所以有时它们不能显示足够的稳定特性。
令人感兴趣的是，因此，越来越多的蛋白质也被用作乳化剂和作为脂肪的部分替代物。
US6767575B1公开了聚集的乳清蛋白产品的制备，藉此通过酸化和加热使乳清蛋白变性。在食品应用中使用由此获得的蛋白质聚集体。
GB1079604描述了在乳酪制备中的改良，藉此乳清蛋白在最适pH值经历热处理，获得可溶的乳清蛋白，而后将其加入生牛乳中。
WO93/07761涉及提供干的微粒化的蛋白质产品，其可以被用作脂肪替代物。
US5750183公开了产生蛋白质微粒的过程，所述蛋白质微粒被用作不含脂肪的脂肪替代物。
蛋白质的脂肪替代物也公开于WO91/17665，藉此该蛋白质是可分散于水的微粒化的变性乳清蛋白的形式。
除了食品应用，蛋白质还在许多药物和化妆品组合物中存在。
通常，在生产含有球状蛋白(并且特别是乳清蛋白)的产品中遇到的问题之一是其在工业食品生产中有限的加工性。的确，例如当加热或遇到酸或碱性环境或存在盐时，蛋白质分子易于丧失其天然结构并且以多种随机的结构(例如凝胶)重新聚集。
乳清蛋白的凝胶化含水组合物的制备是EP1281322的主题。
Elofsson等人在International Dairy Journal，1997，第601-608页描述了乳清蛋白浓缩物的冷凝胶化作用。
相似的，Kilara等人在Journal of Agriculture and Food20Chemistry，1998，第1830-1835页描述了pH对乳清蛋白的聚集及其凝胶化的影响。
该凝胶效应不仅在可加工性方面提出限制(例如，在制备含有蛋白质的产品中使机器堵塞)，还限制了由此获得的结构，该结构可能不适合蛋白质的广泛应用。
因此期望控制蛋白质的变性以拓宽蛋白质的用途。
在1997年10月于芝加哥的第二国际乳清会议的议程中，发表在International Dairy Federation，1998，189-196中，Britten M.讨论了热处理改良乳清蛋白的功能特性。描述了在95℃产生乳清蛋白微粒分散物的方法。
Erdman在Journal of American College of Nutrition，1990，第398-409页描述了尽管使用高的剪切力和热，微粒化的蛋白质的质量不受影响。
EP0603981也描述了含有蛋白质的热稳定的水包油乳剂。
Sato等人在US5,882,705中通过热处理水解的乳清蛋白溶液获得微胶粒乳清蛋白。微胶粒乳清蛋白表征为不规则的形状。
因此，本发明的目标是改良蛋白质在工业生产过程中的可用性。
发明概述
因此，通过独立权利要求的特征实现这一目标。从属权利要求进一步发展本发明的中心思想。
为了实现此目标，提出制备热饮料或可食用液体的方法，该方法包括提供包含天然乳清蛋白的饮料或可食用液体包装的下列步骤，和加热所述饮料包装以制备热的易于食用的饮料或可食用液体并且同时将天然乳清蛋白至少部分的转化成为乳清蛋白微胶粒。
在第二方面，本发明涉及由此获得的食品或饮料组合物。
在第三方面，本发明还提供速溶食品包装，其包含乳清蛋白和饮料或液体可食用成份。
附图说明
以下参考在附图显示的一些优选的实施方案进一步描述本发明，其中：
图1显示证明pH和加热处理对β-乳球蛋白的微胶粒作用的影响的实验结果。
图2显示在500nm使用浊度测量确定商品化制品(，批号JE032-1-420)微胶粒化作用的pH的方法。
图3是在pH7.4的乳清蛋白微胶粒(2wt％，WPI95，Lactalis)的透射电子显微镜显微照相。标尺是200nm。
图4显示评估在恒定pH7.0时离子强度(精氨酸盐酸盐)对蛋白质微胶粒形成的影响的实验结果。
图5显示与未微胶粒化的β-乳球蛋白相比，在60mM精氨酸盐酸盐存在下，在pH7.0，由1wt％β-乳球蛋白微胶粒(Davisco)稳定的泡沫的体积稳定性(FVS)。
图6显示通过在从2至8的pH范围在85℃热处理1wt％β-乳球蛋白分散物15分钟获得的乳清蛋白的基于强度的当量流体直径。在pH4.25(正电荷，具有ζ电势约为+25mV)和在pH6.0(负电荷，具有ζ电势约为-30mV)获得乳清蛋白微胶粒。微胶粒的Z-平均流体直径在pH4.25为229.3nm和在pH6.0为227.2nm。显示在负染后通过TEM获得的微胶粒的相应显微照相。标尺是1μm。
图7显示乳清蛋白微胶粒的高度示意的结构。
图8是在4％蛋白质含量获得的乳清蛋白微胶粒分散物的负染TEM显微照相。
图9是微量过滤之后，在20％蛋白质浓度获得的乳清蛋白微胶粒分散物的负染TEM显微照相。
图10显示于85℃加热15分钟之后，在NaCl存在下，在pH7.0微量过滤之后，10％蛋白质浓度获得的乳清蛋白微胶粒分散物的热稳定性。
图11显示于85℃加热15分钟之后，在NaCl存在下，在pH7.0、4％蛋白质浓度获得的乳清蛋白微胶粒分散物的热稳定性。
图12显示通过本发明的方法获得的微胶粒的大小分布图，使用在pH5.9处理的4％Prolacta90乳清蛋白分离物。
发明详述
根据本发明，提供制备热饮料或可食用液体的方法，藉此在加热之前将在包装中存在的天然乳清蛋白至少部分的转化为乳清蛋白微胶粒。
图7是通过本发明的方法获得的微胶粒的示意图，其中乳清蛋白这样的排列使蛋白质的亲水部分朝向聚结体的外部，和蛋白质的疏水部分朝向微胶粒的内部“核心”。这一积极有利的构象为这些结构在亲水环境中提供良好的稳定性。
从图，特别是图3、8、9可见特异性的微胶粒结构，其中本发明的微胶粒基本由变性的乳清蛋白的球状聚集体组成。本发明的微胶粒特别表征为其规则的球形形状。
由于它们的双重特性(亲水和疏水)，蛋白质的这一变性状态似乎允许与疏水相(例如脂肪微滴或空气)和亲水相相互作用。因此乳清蛋白微胶粒具有完美的乳化和发泡特性。
而且，通过本发明方法产生的微胶粒具有清晰的大小分布(见图12)，从而超过80％的产生的微胶粒的大小小于1微米，优选在100nm和900nm之间，更优选在100-770nm之间，最优选在200和400nm之间。
使用透射电子显微镜法(TEM)能够确定微胶粒的平均直径。为了这样做，在琼脂凝胶管中胶囊化液体微胶粒样品。通过浸没在0.1M，pH7.4的二甲砷酸盐缓冲液中的2.5％戊二醛溶液和其后在相同缓冲液中用2％的四氧化锇固定而实现固定。在梯度乙醇系列(70、80、90、96、100％乙醇)脱水之后，将样品包埋在Spurr树脂(Spurr/乙醇1:1、2:1、100％)。树脂聚合(700C???，48小时)之后，用莱卡超级切割UCT超薄切片机切割出半薄和超薄切片。超薄切片用含水醋酸双氧铀和柠檬酸铅染色，然后通过透射电子显微镜法(Philips CM12，80kV)检查。
不期望被理论所束缚，认为在根据本发明方法的微胶粒形成期间，微胶粒达到“最大”尺寸，由于微胶粒的整体静电电荷排斥任何另外的蛋白质分子，从而微胶粒在尺寸上不能长的更长。这解释了观察到的狭窄的尺寸分布(参见图12)。
以上描述的微胶粒可以根据本发明原位的形成，并且存在于通过本发明的方法可以获得的食品或饮料组合物中。
本发明方法中的第一步是提供包含天然乳清蛋白的饮料或可食用液体包装。
至于在本方法中使用的乳清蛋白，可以使用任何可商购的乳清蛋白分离物或浓缩物，即，通过本领域公知的乳清蛋白制备的任何方法获得的乳清蛋白，以及从其制备的乳清蛋白片段或例如β-乳球蛋白(BLG)、α-乳白蛋白和血清白蛋白的蛋白质。具体而言，作为干酪加工副产品获得的甜乳清和作为酸酪蛋白加工副产品获得的酸乳清、通过牛奶微过滤得到的天然乳清或者作为凝乳酶酪蛋白加工副产品的凝乳酶乳清可用作乳清蛋白。乳清蛋白可以来自单一来源或来自任何来源的混合。优选乳清蛋白在微胶粒形成之前未经历任何水解作用。因此，乳清蛋白在微胶粒化作用之前不经历任何酶处理。根据本发明，在微胶粒形成过程中使用乳清蛋白而非其水解产物是重要的。
本发明不限于来自牛来源的乳清分离物，本发明还适合来自所有哺乳动物物种如绵羊、山羊、马和骆驼的乳清分离物。而且，根据本发明的方法适用于矿化、去矿化或稍微矿化的乳清制品。应当理解，“稍微矿化”意思是将可透析或可渗滤的游离矿物质去除之后的任何乳清制品，而其例如在制备乳清蛋白浓缩物或分离物之后保持通过天然矿化与其结合的矿物质。这些“稍微矿化”的乳清制品不具有特定矿物质的富集。
乳清蛋白是优良的必需氨基酸(AA)来源(45％)。与酪蛋白(含有0.3g半胱氨酸/100g蛋白质)相比，甜乳清蛋白含有7倍更多的半胱氨酸，并且酸乳清含有10倍更多的半胱氨酸。半胱氨酸是谷胱甘肽(GSH)合成中的限速氨基酸。谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽，其在应激条件下的身体防御中起着首要的作用。在应激条件下和在年老人群中，对这些氨基酸的需要增加。而且，已经显示，口服补充乳清蛋白的谷胱甘肽提高了HIV感染患者中的血浆GSH水平(Eur.J.Clin.Invest.2001；31，171-178)。
通过乳清蛋白提供的其它健康益处包括肌肉发育和建立的提高，以及在儿童、成人或老人中的肌肉维持、免疫功能的提高、认知功能的改善、血糖的控制(因此它们适用于糖尿病)、体重控制和饱食、抗炎症效应、伤口治疗和皮肤修复、降低血压等。
与例如酪蛋白(PER＝100)相比，乳清蛋白具有更高的蛋白质效力比(PER＝118)。PER是通过测定这类蛋白质多大程度支持体重获得来评估的蛋白质的测量。可以通过以下公式计算：
PER＝体重生长(g)/摄入蛋白质重量(g)。
实例： PER ％酪蛋白
酪蛋白 3.2 100
鸡蛋 3.8 118
乳清 3.8 118
全大豆 2.5 78
小麦谷蛋白 0.3 9
在本发明的方法中，提供在包装中的天然乳清蛋白。包装的内容可以是待溶解的干成份的形式或液体形式。
当以干成份提供时，包装的内容优选基本干的粉末。所述粉末包含至少4％，优选不超过6％的量的天然乳清蛋白。此外，该粉末可以以粉末形式包含更多的食品成份，例如脱水的调料、盐、干的可溶咖啡颗粒、茶提取物、植物提取物、蔗糖等。
加热之前，将干的包装内容物溶解从而使在溶液时乳清蛋白以基于溶液的总重量的0.1wt％至12wt％，优选0.1wt％至8wt％、更优选0.2wt％至7wt％、甚至更优选0.5wt％至6wt％、最优选以1wt％至4wt％的量存在。
该粉末优选用水溶解。
当包装的内容物以液体形式提供时，该液体以基于溶液的总重量的0.1wt％至12wt％，优选0.1wt％至8wt％、更优选0.2wt％至7wt％、甚至更优选0.5wt％至6wt％、最优选以1wt％至4wt％的量包含天然乳清蛋白。
在加热步骤之前所存在的乳清蛋白制品的水溶液还可包含另外的化合物，其可以来自粉末成份或来自溶液本身。这样的另外的化合物是例如各个乳清蛋白产生过程中的副产品、其它蛋白质、胶质或糖。
该包装还可以包含其它食物成分，例如汤成份、调味料成份、可可成份、茶成份、植物提取物、甜点成份、脂肪、盐、乳化剂、蔗糖、麦芽糊精、多糖(例如阿拉伯胶或角叉菜)、谷物或可溶纤维等。其可以包含香料例如香草、焦糖、果实、巧克力、咖啡、肉桂香料等。其还可以包含更多的功能成份，例如甜味剂、咖啡因、维生素、矿物质、药物、配体、生物活性物质等。
可以以纯化形式或者粗产物形式使用乳清蛋白以及其部分的和/或主要的蛋白质。根据优选的实施方案，用于制备饮料或可食用液体的乳清蛋白中的二价阳离子含量可以小于2.5％、更优选小于2％，甚至更优选小于0.2％。最优选乳清蛋白是完全去除矿物质的。
根据本发现，天然乳清蛋白水溶液的pH和离子强度是本方法的重要因素。因此，对于天然乳清蛋白的充分透析的样品(实际上不含有如Ca、K、Na、Mg的游离阳离子)，已经发现，当将该样品在低于5.4的pH下加热处理10秒至2小时期间会得到凝结，而在pH超过6.8时会得到可溶的乳清蛋白(见图1)。因此，仅在此相当窄的pH范围内可以得到直径小于1μm的乳清蛋白微胶粒。这些微胶粒具有总体的负电荷。在低于等电pH(即3.5至5.0，更优选3.8至4.5)以下，也可对称的得到相同的微胶粒形式，产生带有正电荷的微胶粒(见图6)。
因此，为了得到带正电荷的微胶粒，在调节在3.8和4.5之间的pH下(取决于蛋白质源的矿物质含量)无盐溶液中进行乳清蛋白的微胶粒化作用。
优选的，通过本发明的方法获得的微胶粒具有总体的负电荷。因此，在优选的实施方案中，加热之前水溶液的pH可以在从5至9的范围内。
更具体的，为了得到带负电荷的微胶粒，对于低含量二价阳离子(例如，小于原始乳清蛋白粉末的0.2％)，将pH调节到5.6至6.4范围内、更优选5.8至6.0范围内。取决于乳清蛋白源(浓缩物或分离物)的矿物质含量，pH可提高至8.4。具体而言，在大量游离矿物质存在下，为得到带负电荷的微胶粒，pH可为7.5至8.4，优选7.6至8.0之间，而在适中含量游离矿物质存在下，为得到带负电荷的微胶粒，pH可为6.4至7.4，优选6.6至7.2之间。通常，原始乳清蛋白粉末的钙和/或镁含量越高，微胶粒化作用的pH越高。
为了使乳清蛋白微胶粒的形成条件标准化，最优选通过任何已知的去除矿物质技术(透析、超滤、反向渗透、离子交换色谱......)对任何来源的液体天然乳清蛋白脱矿物质，所述液体天然乳清蛋白具有的蛋白质浓缩物范围从甜乳清、牛奶的微过滤渗透物或酸乳清(0.9％蛋白质含量)到30％蛋白质含量的浓缩物。可以对水(蒸馏水、去离子水或软水)进行透析，但是如此仅使能够除去微弱结合于乳清蛋白的离子，更优选对pH小于4.0的酸(有机酸或无机酸)透析以更好控制乳清蛋白的离子组合物。通过这样做，乳清蛋白微胶粒形成的pH将低于pH7.0，更优选包含在5.8至6.6之间。
当包装的内容物是液体形式时，通常通过加入酸调节pH，所述酸优选是食物级，例如，盐酸、磷酸、醋酸、柠檬酸、葡糖酸或乳酸。如果矿物质含量高，通常通过加入碱性溶液调节pH，所述碱性溶液优选为食物级，例如氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铵。在任何情况下，液体的pH在5和9之间，优选在5和8之间。
当包装的内容物是干的形式时，选择干的成份从而当用水稀释时，在加热之前溶液的pH是在5和9之间，优选在5和8之间。
或者，如果不需要pH调节步骤，调节乳清蛋白制品的离子强度而保持pH恒定是可能的。那么，可以通过有机或无机离子调节离子强度，从而允许在pH为7的恒定值下微胶粒化作用。图4显示微胶粒可以在pH为7的恒定值下形成，同时通过加入70-80mM的精氨酸盐酸盐改变离子强度。
还可以向乳清蛋白水溶液或干的粉末中加入缓冲液，以避免在对乳清蛋白进行加热处理过程中pH值相当大地变化。原则上，缓冲液可选自任何食品级缓冲系统，即乙酸和其盐(例如乙酸钠或乙酸钾)、磷酸及其盐(例如NaH2PO4、Na2HPO4、KH2PO4、K2HPO4)、或者柠檬酸及其盐等。
调节水溶液的pH和/或离子强度产生提供微胶粒的控制的操作法，所述微胶粒具有的大小在100nm-900nm，优选在100-700nm，最优选在200-400nm之间。优选的，当执行本发明的操作法时，具有大小在100-700nm之间的微胶粒的分布超过80％(见图12)。
为了获得规则形状的微胶粒，根据本发明，也很重要的是乳清蛋白在微胶粒形成之前不经历任何水解作用步骤。
在本发明操作法的第二步骤中，接着将包含天然乳清蛋白的制品进行热处理。当本发明的包装是粉末形式时，通常在加热步骤之前加入水。在这方面，已经发现为了获得乳清蛋白微胶粒，重要的是具有温度范围从约70至低于950℃，优选从约82至约89℃，更优选从约84至约87℃，最优选在约85℃。
一旦已经达到期望的温度，在这一温度最少保持10秒和最多保持2小时。优选的，在此时间内乳清蛋白水溶液保持在期望的温度范围从12至25分钟，更优选从12至20分钟，或最优选约15分钟。
还可以在微波炉或在任何允许通过微波加热的相似的装置中实现热处理，使用时间/数量比率在溶液的0.8s/mL和1.2s/mL之间。这依赖于加热之前溶液的起始温度和微波炉的功率。例如，4wt％蛋白质溶液在1500W设备中加热至沸腾温度(在海拔833m为98℃)需要约1s/mL的溶液。
加热根据本发明的包装的内容物，使能够制备即刻食用的饮料或可食用液体，而同时至少部分的转化天然乳清蛋白为乳清蛋白微胶粒。优选的，将溶液加热到温度在80℃和100℃之间，优选70至低于95℃。
如在图2中所示，浊度测量是微胶粒形成的指示。根据本发明，通过在500nm的光吸收测量的浊度是对于1％蛋白质溶液为至少3个光吸收单位，但是当微胶粒化作用的产量在80％以上时能够到达16个光吸收单位(见图2)。作为本发明的结果，由于乳清蛋白微胶粒的存在，加热的溶液将具有乳状外观。
为了从物理化学的角度进一步说明微胶粒形成的影响，在MilliQ超纯水中在pH6.0和6.8于85℃加热的1wt％分散物15分钟。通过动态光散射测量在加热处理后获得的聚集物的流体直径。使用所谓的德拜曲线(Debye plot)通过固定光反射测定聚集体的表观分子量。使用半胱氨酸作为标准氨基酸通过DTNB方法使用疏水ANS探针和游离的可及的巯基探测表面疏水性。最后，通过负染TEM研究聚集体的形态学。结果在表1中显示。
表1：在存在或缺乏NaCl条件下，通过加热处理(85℃，15分钟)1wt％蛋白质分散物获得的可溶乳清蛋白聚集体的物理化学特性。
从表1，很明显的，与在相同条件而在pH6.8被加热的未微胶粒化的乳清蛋白相比，在pH6.0形成的乳清蛋白微胶粒使其特异性的ANS表面疏水性能够减少一半。与未微胶粒化的蛋白质0.64×106g.mol-1相比，在非常高的分子量27×106g.mol-1也可见微胶粒形成，说明在微胶粒内部非常致密的状态(含水量低)。非常有趣的，微胶粒的ζ-电势甚至更负于未微胶粒化的蛋白质，即使后者与微胶粒相比是在更碱性的pH下形成。这是由于暴露于溶剂的微胶粒的更亲水表面导致的。最后，应该注意的是，因为加热处理的不同pH，微胶粒的巯基反应性远低于未微胶粒化的蛋白质。
已经发现当天然乳清蛋白的最初蛋白质浓度高时，天然乳清蛋白向微胶粒的转换产量减少。例如，当以乳清蛋白分离物Prolacta90(批号673来自Lactalis)开始时，乳清蛋白微胶粒的形成的产量从85％(当以4％蛋白质开始时)下降至50％(当以12％蛋白质开始时)。为了乳清蛋白微胶粒形成的最大化(>起始蛋白质含量的85％)，以具有蛋白质浓度小于12％，优选小于4％的乳清蛋白水溶液开始较好。依赖于预期的最后应用，在加热处理之前调节蛋白质浓度以达到最佳乳清蛋白微胶粒产率。
根据本方法，在加热步骤期间将天然乳清蛋白转换为乳清蛋白微胶粒。
天然乳清蛋白转换为微胶粒的产率是至少20％，优选至少50％，更优选至少80％，并且剩余的可溶聚集体或可溶蛋白质含量优选低于20％。根据本方法获得的乳清蛋白微胶粒具有的平均直径小于1μm，优选从100至900nm，更优选从100至700nm，最优选从200-400nm。
平均微胶粒大小通过低于0.200的多分散性指数表征。
本发明的方法的好处是，与传统操作法相比，相应制备的乳清蛋白微胶粒在形成期间未经过任何导致颗粒大小减少的物理应力。这一方法在缺乏剪切力的加热处理期间诱导乳清蛋白的自发的微胶粒形成。
已经显示乳清蛋白微胶粒理想的适于用作增白剂、乳化剂、脂肪替代物、微胶粒酪蛋白的替代物或发泡剂，因为它们能够在延长的期间内在含水系统中稳定脂肪和/或空气。
例如，它们已经显示在乳状泡沫基质中作为稳定剂。泡沫稳定性在图5中显示，其对未微胶粒化的乳清蛋白相对本发明的微胶粒化的乳清蛋白的使用进行比较。
因此，可以使用乳清蛋白微胶粒作为乳化剂，对于该用途它是十分适宜的材料，因为它具有中性的口味，即，使用此种材料不会产生异味。也可以用其作为微胶粒酪蛋白替代物。
此外，本发明的乳清蛋白微胶粒还可用作增白剂，从而可以实现一种化合物完成多种功能。因为乳清是丰富可获得的材料，其使用减少了需要乳化、填充、增白或发泡剂的产品的成本，而同时增加其营养价值。实际上，通过本发明获得的微胶粒具有的蛋白质效力比相当于起始蛋白质的至少100、优选至少110，这使它们成为重要的营养成份。
因此，根据本发明的包装可以包含咖啡因成份和乳清蛋白，从而当加热时乳清蛋白微胶粒作为增白剂起作用。在包装中的咖啡成份可以是干的、可溶的状态。
由于它们的中性味道、它们的增白能力及其加热处理之后的稳定性，可以使用本发明的乳清蛋白微胶粒增加脱脂奶的白度和口感。
对于相同总蛋白质含量，在增加乳品系统的增白能力同时可以减少食品基质中的脂肪含量。这一特性代表了本发明的乳清蛋白微胶粒的特殊益处，因为其允许，例如，加入奶精而不加入衍生自这样的牛奶的额外脂肪。
因此，本发明的方法可以用于制备需要稳定乳状液或泡沫的任何种类速溶饮料或可食用液体产品(例如，热牛奶咖啡速溶饮料、咖啡奶精)，或用于低脂或基本不含脂肪的乳制品中，或者在需要之处用作微胶粒酪蛋白替代物。“可食用液体”意指液体或半液体形式的任何食品产品，其能够被人或动物消费。
因此，本发明的包装还包含选自以下的成份：咖啡、汤成份、调味料成份、可可成份、茶成份、植物提取物成份、甜点成份等。
可以应用本发明的乳清蛋白微胶粒的产品实例为，例如，汤、奶制品、巴斯德灭菌UHT奶、甜炼乳、冰冻饮料、发酵乳、基于奶的发酵产品、牛奶巧克力、白巧克力、黑巧克力、热巧克力、调味料、甜点制品、热牛奶咖啡、咖啡奶精、泡沫、乳化剂、基于发酵谷类的产品、婴儿配方乳粉、宠物食品、液体口服补充剂等。
而且，本发明提供速溶食品包装，其包含天然乳清蛋白和更多的饮料或可食用液体成份。通过加热包装的内容物，在简单的步骤中原位获得乳清蛋白微胶粒。因此，获得与乳清蛋白微胶粒有关的全部益处(例如，乳化剂、增白剂、稳定剂、营养剂等)而无需为形成乳清蛋白微胶粒而使用复杂的技术。而且，在使用天然乳清蛋白代替昂贵的乳化剂、稳定剂等的成本益处是巨大的。因此，可以容易的获得营养平衡的、诱人的热饮料或可消费液体。
在本发明的另一方面，产生的易食用饮料或可食用液体可以在消费之前被冷却。或者，其还可以用作其它的可消费制品中的成份，例如奶制品、蛋黄酱、沙拉酱、巴斯德灭菌UHT奶、甜炼乳、酸乳酪、发酵乳、基于奶的发酵产品、牛奶巧克力、白巧克力、黑巧克力、慕斯、泡沫、乳状液、冰淇淋、基于发酵谷类的产品、奶粉、婴儿配方乳粉、食物强化产品、宠物食品、片剂、液体细菌悬浮液、干的口服补充剂、液体口服补充剂等。
实际上，无论任何冷却或进一步的加工，在加热处理中产生的微胶粒将保留其特征和功能。
图10和11比较乳清蛋白微胶粒与天然乳清蛋白的热稳定性，由此该乳清蛋白微胶粒明显更具有抗热性。
而且，尽管进一步的加工，例如浓缩、喷雾干燥、冷冻干燥、滚动干燥等，已经显示乳清蛋白的基本微胶粒结构是保守的。实际上，在室温或在50℃，从乳清蛋白微胶粒浓缩物获得的粉末能够更容易的重分散在水中。与最初的浓缩物相比，乳清蛋白微胶粒的大小和结构是完全保守的。例如，在20％的蛋白质浓度喷雾干燥的乳清蛋白微胶粒浓缩物在50℃以50％蛋白质浓度重分散在去离子化的水中。通过TEM检测微胶粒的结构并且与图9比较。获得相似形状的微胶粒。通过具有多分散性指数0.2的动态光散射发现微胶粒的直径为315nm。
下列实施例用来说明本发明而非意在限制。
实施例
还通过参考下列具体描述本发明微胶粒的制备的实施例进一步定义本发明。本发明所描述和本文要求的不限于本文公开的特定实施方案的范围，因为这些实施方案意在说明本发明的多个方面。任何相当的实施方案应该在本发明的范围之内。实际上，根据前面的描述，除了本文显示和描述的那些之外，本发明的多种修改是对本领域技术人员显而易见的。这类修改也应该属于所附权利要求的范围之内。
实施例1：β-乳球蛋白的微胶粒化作用
β-乳球蛋白(批号JE002-8-922，13-12-2000)获自Davisco(Le Sueur，MN，USA)。通过超滤和离子交换色谱从甜乳清纯化该蛋白质。粉末的组成为89.7％蛋白质、8.85％水份、1.36％灰质(0.079％Ca2+、0.013％Mg2+、0.097％K+、0.576％Na+、0.050％Cl-1)。使用的全部其它试剂是分析级的(默克公司，德国)。
通过在
超纯水(Millipore)中溶解β-乳球蛋白，并且在20℃搅拌2小时来制备0.2％浓度的蛋白质溶液。然后通过加入盐酸，将等分试样的pH调节为5.0、5.2、5.4、5.6、5.8、6.0、6.2、6.4、6.6、6.8、7.0。将溶液放入20ml玻璃瓶(安捷伦技术(Agilent Technologies))和用含有硅/PTFE封口的铝胶囊密封。将溶液在85℃加热15分钟(到达该温度的时间为2.30-3.00分钟)。加热处理之后，在冰水中冷却样品至20℃。
产品的可视外观(图1)表明微胶粒化作用的最佳pH是5.8。
实施例2：乳清蛋白分离物的微胶粒化作用
乳清蛋白分离物(WPI)(
，批次JE032-1-420)获自Davisco(LeSueur，MN，USA)。粉末的组成在表2中报告。
通过在
超纯水(Millipore)中溶解乳清蛋白粉末并且在20℃搅拌2小时来制备3.4％蛋白质的蛋白质溶液。最初pH是7.2。然后通过加入0.1N的盐酸，将等分试样的pH调节为5.6、5.8、6.0、6.2、6.4和6.6。
将溶液放入20ml玻璃瓶(安捷伦技术)和用含有硅/PTFE封口的铝胶囊密封。将溶液在85℃加热15分钟(到达该温度的时间为2.30-2.50分钟)。加热处理之后，在冰水中冷却样品至20℃。
已经在500nm和25℃测定加热的乳清蛋白的浊度，稀释样品从而在0.1-3吸光度单位的范围中测量(分光光度计Uvikon810，KontronInstrument)。计算起始蛋白质浓度3.4％的数值。
如通过图2所说明的，当测量的吸光度稳定(少于起始值的5％的变化)认为到达微胶粒化作用的pH，所述吸光度是对于相同样品在10分钟间隔期内在500nm测量的。对于这一产品，微胶粒化作用的最佳pH是6.0至6.2。对于在加热处理之前调节的这一pH，稳定的浊度是21，和在离心后通过在280nm的光吸收评估的剩余的可溶蛋白是1.9％。我们可以推断在pH6.0，45％的起始蛋白质被转化在微胶粒中。
表2：微胶粒化作用之后WPI的成份和样品特征
| 供应商 | Davisco |
| 产品名 | Bipro |
| 批号 | JE032-1-420 |
| 成份(mg/100g) | |
| 钠 | 650 |
| 钾 | 44 |
| 氯化物×10如果≤40 | 10 |
| 钙 | 82 |
| 磷 | 49 |
| 镁 | 6 |
| 起始pH | 7.2 |
| pH微胶粒化作用 | 6.0 |
| 3.4％蛋白质在溶液中的浊度(500nm) | 21 |
| 剩余可溶蛋白(％)，通过在280nm光吸收测量 | 1.9 |
实施例3：微胶粒的显微镜观察
微胶粒的产生：
通过在
超纯水(Millipore)中溶解乳清蛋白粉末(WPI90批号989/2，Lactalis，Retier，法国)并且在20℃搅拌2小时制备2％浓度的蛋白质溶液。然后使用0.1N的盐酸或0.1N的氢氧化钠调节等分试样的pH。
将溶液放入20ml玻璃瓶(安捷伦技术)和用含有硅/PTFE封口的铝胶囊密封。将溶液在85℃加热15分钟(到达该温度的时间2.30-2.50分钟)。加热处理之后，在冰水中冷却样品至20℃。此产品微胶粒化作用的最佳pH是7.4。
显微镜观察：
在琼脂凝胶管中胶囊化液体微胶粒样品。固定是通过浸没在0.1M，pH7.4的二甲砷酸盐缓冲液的2.5％戊二醛溶液中和其后在相同缓冲液中用2％的四氧化锇固定而实现。在梯度乙醇系列(70、80、90、96、100％乙醇)脱水之后，将样品包埋在Spurr树脂(Spurr/乙醇1:1、2:1，100％)。树脂聚合作用(700C???，48小时)之后，用莱卡超级切割UCT超薄切片机切割出半薄和超薄切片。超薄切片用含水醋酸双氧铀和柠檬酸铅染色，然后通过透射电子显微镜法(Philips CM12，80kV)检查。
在图3中显示TEM显微照相。获得的微胶粒以200nm直径的球形存在。
颗粒大小分布
通过在pH4.25(带正电荷，具有ζ电势约+25mV)和在pH6.0(带负电荷，具有ζ电势约-30mV)于85℃热处理1wt％β-乳球蛋白分散物15分钟，测量微胶粒的基于强度的大小分布。微胶粒的z轴平均的流体直径是在pH4.25为229.3mm，在pH6.0为227.2。继之对β-LG和乳清蛋白聚集体使用动态光散射。使用装备有在633nm激光发射和具有4.0mW能量的毫微尺寸ZS设备(Malvern Instrument，UK)。在反向散射构象中使用该设备，其中在散射角173°进行检测。这允许在浊度样品中发现多散射信号的大量减少。将样品置于石英杯(Helima，1cm光路长度)中。根据样品的浊度(衰减)，通过设备自动设定光束的光路长。从散射强度的波动计算自相关函数功能。结果显示于图6。其显示平均颗粒表征为非常狭窄的多分散性指数(<0.200)。
实施例4：在恒定pH下β-乳球蛋白的微胶粒化作用
使用2％β-乳球蛋白的水溶液重复在实施例1中描述的方法。在加入精氨酸盐酸盐溶液之后调节溶液的pH至7.0以获得最终盐浓度范围从5至200mM和最终β-乳球蛋白浓度为1％。随后进行加热处理(800C???，10分钟，约2分钟加热上升)以产生微胶粒。
结果在图4中显示并且清楚表明仅在从约50至70mM的离子强度范围，可以观察到基本的浊度，指示存在乳清蛋白微胶粒。
实施例5：制备增白剂
根据实施例2处理天然乳清蛋白(WPI95批号848，Lactalis；8wt-％水溶液)。使用配备有2mm测量室的MacBeth CE-XTH D6510°SCE设备在透射-反射模型中测量所得产品的光亮度(L)。所得到的光亮度为L＝74.8，可以将其与全脂奶的数值L＝74.5进行比较。
实施例6：乳清蛋白微胶粒的原位形成
材料
| 成份 | 干产品的百分数 | 液体产品的百分数 |
| 速溶天然乳清蛋白分离物(WPI) | 30-40％ | 3-4％ |
| 磷酸二氢钠一水合物 | 5-15％ | 0.5-1.5％ |
| 咖啡粉末 | 10-20％ | 1-2％ |
| 蔗糖 | 35-45％ | 3-5％ |
| 水 | 85-95％ |
生产三合一(咖啡、甜味剂、增白剂)咖啡干产品的方法
将可溶咖啡与速溶WPI粉末、蔗糖和磷酸二氢钠一水合物干混合。然后将此混合物储存在密封的铝袋中以保证恒定的含水量。10g的此干混合物可以在杯子中被分散在90g水中并且在微波炉加热100秒获得富含乳清蛋白的乳状咖啡。
生产液体产品的方法
将可溶咖啡与速溶WPI粉末、蔗糖和磷酸二氢钠一水合物一起分散在水中。然后将此液体混合物微量过滤并且储存在4℃聚丙烯容器中。将100mL这样的即用三合一咖啡混合物倒入杯子并且在微波炉中加热100秒获得富含乳清蛋白的乳状咖啡。
Claims (34)
1.制备热饮料或可食用液体的方法，该方法包括下列步骤：
-提供包含天然乳清蛋白的饮料或可食用液体包装，
-加热包装的内容物以制备加热的易食用饮料或可食用液体和同时将天然乳清蛋白至少部分的转化为乳清蛋白微胶粒，其中天然乳清蛋白转换为微胶粒的产率是至少20％，
其中在加热之前溶液的pH是在5和9之间；
其中在每毫升产品0.3和3秒之间进行加热；
并且其中将溶液加热至80℃和100℃的温度之间。
2.根据权利要求1的方法，其中该包装的内容物是以粉末形式，在加热步骤之前向其加入水。
3.根据权利要求1的方法，其中该包装的内容物是以液体形式。
4.根据权利要求2或3的方法，其中在加热之前溶液的pH是在5和8之间。
5.根据权利要求2或3的方法，其中在加热之前溶液中天然乳清蛋白含量小于12％。
6.权利要求5的方法，其中在加热之前溶液中天然乳清蛋白含量小于4％。
7.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中在每毫升产品0.8和1.2秒之间对产品进行加热。
8.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中使用微波炉辐射源进行加热。
9.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中该包装包含咖啡成份并且乳清蛋白微胶粒作为增白剂作用。
10.根据权利要求9的方法，其中咖啡成份是干的、可溶状态。
11.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中该包装包含至少一种选自以下的成份：汤成份、调味料成份、植物提取物成分、甜点成份、脂肪、乳化剂、麦芽糊精、多糖、谷物、可溶纤维或其任意组合。
12.根据权利要求11的方法，其中所述植物提取物成分包括糖、可可成分和/或茶成分。
13.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中该包装包含至少一种选自盐和/或糖的成分。
14.根据权利要求13的方法，其中糖选自多糖。
15.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中在加热步骤中将天然乳清蛋白变性和转化成为微胶粒。
16.权利要求15的方法，其中转化产率是至少50％。
17.权利要求15或16的方法，其中转化产率是至少80％。
18.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中微胶粒具有100nm至900nm的平均直径。
19.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中形成的微胶粒作为增白剂作用。
20.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中在消费前将易于食用的饮料或可食用液体冷却。
21.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中使用易于食用的饮料或可食用液体作为在其它可消费产品的制品中的成份。
22.通过根据权利要求1至21的任一项的方法能够获得的食品或饮料组合物。
23.速食食品包装，其包含天然乳清蛋白和饮料或可食用液体成份，
其中该包装的内容物是基本干的粉末且干的粉末是这样的，当被水合时，乳清蛋白被分散在具有确定pH值的液体中，所述pH值范围为5至9；
或其中该包装的内容物包含在液体中的天然乳清蛋白，所述液体具有在5至9之间的pH；
其中加热时将天然乳清蛋白至少部分地转化为乳清蛋白微胶粒，且在每毫升产品0.3和3秒之间进行加热，且将溶液加热至80℃和100℃的温度之间。
24.根据权利要求23的包装，其中干的粉末是这样的，当被水合时，乳清蛋白被分散在具有确定pH值的液体中，所述pH值范围为5至8。
25.根据权利要求23的包装，其中该包装的内容物包含在液体中的天然乳清蛋白，所述液体具有在5至8之间的pH。
26.根据权利要求23-25的任一项的包装，其中该包装的内容物包含咖啡成份并且乳清蛋白微胶粒作为增白剂起作用。
27.根据权利要求26的包装，其中该咖啡成份是干的、可溶状态。
28.根据权利要求23-25的任一项的包装，其中该包装包含选自以下的至少一种成份：汤成份、调味料成份、植物提取物成分、甜点成份、脂肪、乳化剂、麦芽糊精、多糖、谷物、可溶纤维或其两种或更多成份的任意组合。
29.根据权利要求28的包装，其中所述植物提取物成分包括糖、可可成分和/或茶成分。
30.根据权利要求23-25中任一项的包装，其中该包装包含至少一种选自盐和/或糖的成分。
31.根据权利要求30的包装，其中糖选自多糖。
32.根据权利要求23至25的任一项的包装，其中该包装包含香料。
33.根据权利要求32的包装，其中所述香料选自香草、焦糖、水果、巧克力、咖啡、肉桂。
34.根据权利要求23至25的任一项的包装，还包含至少一种功能成份，所述功能成份选自甜味剂、咖啡因、维生素、矿物质、药物、配体、生物活性物质或其两种或多种成份的任意组合。
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Granted publication date: 20130619 |
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