CN102510725A - 油的聚合物凝胶化 - Google Patents

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Abstract

通过使乙基纤维素与食用油和表面活性剂合并，并加热混合物至乙基纤维素的玻璃化转变温度以上的温度制备含油、乙基纤维素和表面活性剂的食用油凝胶。乙基纤维素一旦完全溶解且溶液清澈，就冷却并凝结为凝胶。生成的油凝胶为均匀、有弹性、基本无水的并具有低于100℃的凝胶化温度。它可用作食品中的脂肪替代物。还提供制备油凝胶和含有油凝胶的食品组合物的方法。

Description

油的聚合物凝胶化
相关申请
本发明要求2010年6月12日提交的US61/213,480和2010年7月8日提交的US61/213,738的优先权，其全部内容通过引用结合于本文中。
发明领域
本发明涉及用乙基纤维素和表面活性剂的组合凝胶的油。
发明背景
在过去50年间，在发达国家，含反式脂肪酸的氢化油已经成为膳食的流行部分。对脂肪和油在人健康中所起作用的研究已经表明，反式脂肪酸的消费与癌症、心脏疾病、升高的胆固醇水平和其它健康问题的宿主的增加的发生率有关。尽管许多消费者意识到反式脂肪的负面影响，但这些氢化油在制备的食品中已经变得如此普遍，以致避开它们成了一个重要的功劳。
对反式脂肪酸和饱和脂肪的健康替代物的需求造成食品制造工业的技术难关。难以从食物制品中消除反式和饱和脂肪，其中的目标是将室温下为液体的油改变为室温下为‘固体’的脂肪，以提高食品的质感和外观。
在食品工业中，做过许多尝试去寻找可提供想要的质感、结构、稳定性和风味的特征的的备选组分，其通常可在动物和植物脂肪或氢化油中找到。已经认识到一种替代物，有机凝胶可具有用于在多组分食品中减少油迁移的可能性并可作为黄油或人造黄油的替代物起作用。有机凝胶可用来向食用油提供结构，从而减少对饱和和反式脂肪酸的需求。尽管认识到有机凝胶作为软质材料用于食品工业的潜在性，但缺乏良好的食品级的有机凝胶剂。仍然未满足对能以合理的代价提供固体脂肪的功能和性质的食品级组合物的需要。
US-B-6187323描述含有凝胶化油和含水凝胶的混合物的药用和化妆用组合物。该油可通过加热到140℃以溶解乙基纤维素，用乙基纤维素凝胶化。
WO2008/081175描述含有类似于US-B-6187323的那些的化妆用和药用活性剂的组合物。该组合物是油组分与含水组分的均匀混合物(非乳液)。在与含水组分混合前，于120℃或150℃用乙基纤维素凝胶化油组分。用常规化妆用凝胶化剂使含水组分凝胶化。
US-A-4098913描述结合进组织蛋白(textured protein)肉类似产品中的食用脂肪颗粒。通过于180℃用乙基纤维素使油凝胶化，制备食用脂肪产品。然后将凝胶化脂肪加至肉类似物制品中。其中未显现关于包含在凝胶化油中的表面活性剂的任何公开。
M.A.Ruiz-Martinez等在Il Farmaco，58(2003)1289-1294中描述了通过于100℃下用某些聚乙二醇(PEG)-橄榄油酸酯表面活性剂将乙基纤维素分散橄榄油中而制备的组合物。尽管将这些组合物描述为油凝胶，但在文献中的介绍和流变学数据确认它们事实上并非凝胶。特别是，当于1Hz下测量时，测出的组合物的弹性模量对粘性模量(G′/G″)之比远小于1，这与粘性液体或糊状物一致，而不是与凝胶相一致。
发明概述
在本发明的方法中，液体食用油是物理转化为稳定半固体的无水油凝胶组合物。所述组合物使用于食品的不健康的反式和饱和脂肪的量大大下降。本发明的组合物用于许多用途。只介绍几项，其用途的某些实例是在高温下稳定食物中的油(相对强烈地吸收和凝结油(bindsoil)并预防脱水收缩)、替代肉制品中的固体脂肪，凝胶化和稳定反刍动物饲料的鱼油和海藻油和制备耐热巧克力。
在第一个方面，本发明提供含有油、乙基纤维素和表面活性剂的食用油凝胶。
根据本发明的油凝胶为可食用的。因此，在另一方面，本发明提供含有根据本发明的油凝胶的食品。
在又一方面，本发明提供制备食用凝胶的方法，所述方法包括：
a)制备在食用油中的食品级乙基纤维素的混合物；
b)将表面活性剂加至乙基纤维素和油的混合物中；
c)混合下加热乙基纤维素/油/表面活性剂的混合物至乙基纤维素的玻璃化转变温度以上的温度，和
d)冷却混合物从而形成所述凝胶。
适当地，修改本方法以制备根据本发明第一个方面的油凝胶。
图的描述
从参照附图的以下描述中，本发明的这些和其它特征将变得更加显而易见，其中：
图1是举例说明通过热处理形成聚合物有机凝胶的示意图；
图2表示测出的实施例4的有机凝胶的粘弹性数据；
图3表示含有多种油、脂肪和根据本发明的有机凝胶的肉糜试样的(a)液体损失，(b)硬度，(c)弹性，(d)粘结性，(e)咀嚼性和(f)胶粘性的测量数据；和
图4表示针对一系列油-乙基纤维素-表面活性剂油凝胶的测量的凝胶强度相对于油类型的关系。
发明详述
本发明涉及可食用半固体、无水聚合物/油/表面活性剂凝胶并涉及含有这类凝胶的食品。
通过使乙基纤维素与食用油和表面活性剂合并，和加热混合物至乙基纤维素的玻璃化转变温度以上的温度，适当地制备聚合物凝胶。一旦聚合物完全溶解，溶液清澈，就使其冷却和凝结为凝胶。
本文的术语“凝胶”以其对具有肉眼可见的尺寸的连续结构材料的通常意义采用，它在分析实验的时间尺度上是固定的并在其流变学性质方面是固态样的(Flory，1974)。在低于其屈服应力的压力下，凝胶弹起而并非流动，并表现出基本上线性的粘弹特性。凝胶具有熔点。通过其流变学性质，尤其是如在20℃和1Hz下用如下所述的常规粘弹性分析仪测定的其屈服应力及其弹性模量对其粘性模量(G′/G″)之比，方便地定义凝胶。凝胶样行为的特征在于在这些条件下的G′/G″大于约1。本发明的凝胶适当地具有大于约10Pa，更适当地大于约20Pa，例如约25Pa-约300Pa的屈服应力。在这些条件下，本发明的凝胶适当地具有大于约1，更适当地大于约2的G′/G″。
根据本发明的凝胶适当地为强凝胶。对于食品用途优选强凝胶，因为它们具有更接近于脂肪的物理性质，并更有效地减少油迁移。本文的术语“强凝胶”指具有高机械强度和弹性的凝胶。适当地，1Hz和20℃下，强凝胶的屈服应力大于约50Pa和G′/G″大于约3。
本文的术语“油凝胶”指具有使乙基纤维素均匀分散于凝胶相和起凝胶剂作用的连续油相的凝胶。适当地，油凝胶为清澈和半透明的，通常是具有如上所述的真凝胶的物理性质的透明材料。同样，表面活性剂均匀分布于整个凝胶。因此，在油或水胶束的表面，表面活性剂并不浓缩为乳液。油凝胶可基本由一种或多种油或脂肪、乙基纤维素和表面活性剂组成。适当地，油凝胶是无水的，即是说，它适当地具有少于约10％w/w，例如少于约5％w/w的水含量。
聚合物油凝胶是称为大分子凝胶、看起来像大于100nm的长度标尺(length scales)的单相系统的那些物质。聚合物各股形成交联网状物，其中在聚合物大小范围内可验证结构只有极小的长度。与其中的颗粒介于几百纳米到几纳米范围的胶态凝胶相比，这是明显的。聚合物油凝胶是独特的，因为在中等尺度下其结构是同质的，而其它有机凝胶在这个长度标尺下不是同质的。
根据本发明的油凝胶是可食用的。因此，在另一方面，本发明提供含有根据本发明的油凝胶的食品。可通过使食品组分与根据本发明的油凝胶混合，制备食品。用处于凝胶态的油凝胶或用处于熔化状态的油凝胶组合物进行混合，随后冷却。
本文的术语“食品”指也适当地含有选自碳水化合物(例如糖和淀粉)、蛋白、食物纤维、水和调味剂诸如盐的一种或多种成分的可食用产品。该术语不涵盖药用或化妆用品，诸如含有药用成分、非食物可接受的洗涤剂或芳香剂的产品。适当地，所述食品含有至少约1％重量的油凝胶，例如至少约5％重量、10％重量或15％重量的油凝胶。适当地，所述食品含有低于约95％的油凝胶，例如低于约90％的油凝胶。
在某些实施方案中，根据本发明的食品是肉制品。例如，碎肉制品诸如汉堡包内碎肉或肉糜制品诸如波洛尼亚香肠、摩泰台拉香肚、法兰克福香肠或其它香肠制品。典型地，本发明的肉制品含有约10％-约25％蛋白，约5％-约35％脂肪(包括油和凝胶化油)和约40％-约60％总水分。
典型地，通过以生产含有被蛋白覆盖的细小脂肪颗粒的乳剂的方法混合、切碎和乳化生肉原料诸如瘦骨骼牛肉和猪肉和肉类副产品与冰和非肉成分诸如盐、香料、非肉类蛋白和腌制盐的混合物，制备肉糜制品。蛋白溶解自肉成分和/或衍生自加入的蛋白诸如植物蛋白、乳清或血浆蛋白。在香肠制品的情况下，将生成的肉糜塞入用作加工模子的适用的肠衣。然后热处理肉糜。对肉糜的加热导致包含于其中的蛋白凝固，形成弹性、半固体质地。因此使脂肪颗粒被蛋白基质裹住，从而形成坚硬的肉糜制品。生成的肉糜制品是也可能含有分离的肉块或其它内容物的一致、均匀的团块并保持凝固时肠衣的形状。
用油，适用的植物油替代存在于这类制品中的部分动物脂肪在烹调时产生具有不可接受的硬度、难于咀嚼的和/或胶粘性质地。然而，已经发现，用根据本发明的油凝胶替代一部分动物脂肪生成不表现出这些缺点的肉制品。
本发明人已经发现，通过使乙基纤维素和表面活性剂分散于油中形成的凝胶强度取决于乙基纤维素、油、表面活性剂和分散温度的选择。
可采用各种类型的油诸如，但不限于，大豆油、芥花籽油、玉米油、葵花籽油、红花籽油、亚麻籽油、杏仁油、花生油、鱼油、海藻油、棕榈油、棕榈硬脂、棕榈软脂、棕榈仁油、高油酸的大豆、芥花籽、葵花籽、红花籽油、氢化棕榈仁油、氢化棕榈硬脂、全氢化大豆、芥花籽或棉籽油、高硬脂酸葵花籽油、橄榄油、酶或化学交酯化油、奶油、可可脂、鳄梨油、杏仁油、椰子油、棉籽油和它们的混合物。一部分，例如，自动约50％w/w的油可被一种或多种脂肪替代。
大豆油形成极强凝胶，玉米油和亚麻籽油也是如此。另一方面，芥花籽油和高油酸油形成更弱的凝胶。亚麻籽油和最高的多不饱和坚果油、海藻油和鱼油形成极强凝胶。似乎多不饱和性高的油诸如亚油酸、亚麻酸、DHA和EPA酸形成最强凝胶，而具有高油酸含量的油并不形成为强凝胶。适当地，本发明组合物中的凝胶化油含有少于约50％的橄榄油，例如它们可基本不含有橄榄油。更高度多不饱和油也比更饱和油具有更多的极性和更高的密度。鉴于全部上述，针对普通脂肪应用，大豆油或玉米油是形成凝胶的优选油。中链和短链饱和脂肪和油(MCTs)诸如棕榈仁油和椰子油也形成强凝胶。中和短链饱和脂肪和油(MCTs)诸如棕榈仁油和椰子油也形成强凝胶。适当地，本发明组合物中的凝胶化油含有少于约50％的橄榄油，例如它们可能基本不含橄榄油。
适当地，本发明的油凝胶含有约70％-约95％的油(包括任何脂肪)，例如约80％-约90％的油。
已经表明，将表面活性剂加至聚合物-油混合物中导致所需的聚合物凝胶的形成。表面活性剂/溶剂组分的实例包括，但不限于，聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯(Tween 80)、聚氧乙烯山梨糖醇酐单硬脂酸酯(Tween 60)、山梨糖醇酐单油酸酯(SMO或Span 80)、单硬脂酸山梨糖醇酐酯(SMS或Span 60)、甘油单油酸酯(GMO)、甘油单硬脂酸酯(GMS)甘油单棕榈酸酯(GMP)、聚月桂酸甘油酯-聚甘油聚月桂酸酯(PGPL)、聚硬脂酸甘油酯-聚甘油聚硬脂酸酯(PGPS)、聚油酸甘油酯(PGPO)-聚甘油聚油酸酯(PGPO)和聚蓖麻油酸甘油酯(PGPR)-聚甘油聚蓖麻油酸酯(PGPR)。
加入适配的表面活性剂增加聚合物的可塑性，减慢凝胶化过程(增加凝胶化时间)和介导导致稳定、半透明、弹性、非脆性凝胶的形成。表面活性剂不会降低最初在油中分散乙基纤维素所需要的温度(见下文)，但表面活性剂会降低聚合物/表面活性剂/油溶液冷却时的胶凝温度和在其形成后的熔化温度。适当地，凝胶的胶凝温度被表面活性剂降至约40℃-约90℃，例如约60℃-约80℃。在100℃以上凝结的凝胶化油在大多数食品组合中并不适用，因为将食品加热到这么高的温度对于聚合物溶液的内容物而言将破坏或严重改变天然食物结构。而且，快速凝胶过程会因为这些聚合物加至食品中而变得极为困难-对于合适的结合和混合而言，它们将过快地凝结为凝胶。用于食物的优选表面活性剂是能降低凝胶温度和减慢凝胶化过程的表面活性剂。
确定的优选的表面活性剂有SMS、GMS、GMO、SMO和PGPL。
从上文显而易见，表面活性剂通常是非离子型表面活性剂。尤其是当表面活性剂是饱和C10-C24，适当地C14-C20脂肪酸与多羟基醇的酯以致酯具有2、3或更多个游离羟基时，观察到强凝胶。适用的饱和脂肪酸包括硬脂酸(C18)和棕榈酸(C16)。适当地，多羟基醇具有至少4个羟基，诸如糖酸或聚甘油。这种类型的特别适用的表面活性剂是SMS。
SMS和SMO的口感优于其它表面活性剂。
对于胶凝温度下降可能过于急剧，导致下降的耐热性的凝胶形成的情况，不饱和脂肪酸的表面活性剂酯，诸如GMO和SMO是极好的增塑剂。这可解释为在最终产物中需要具有更高的聚合物浓度。PGPL是极好的增塑剂，但PGPL过热可能导致月桂酸的水解，其具有极不想要的味道。适当地，用于本发明的表面活性剂不包括PEG橄榄油脂，更特别是Olivem 900、700或300。
可加至食物中的表面活性剂的量的多少有一个限制。实际范围为10∶1-1∶1w/w的聚合物-对-表面活性剂比例。发现约4∶1-约2∶1w/w例如3∶1w/w的聚合物-对-表面活性剂的比例是在获得良好凝胶强度和使加入食品中的表面活性剂的量最小化之间的良好折中方案。
已经表明，在油中大于3％(w/w)的浓度下，乙基纤维素(EC)形成食用油的无水聚合物有机凝胶。为实现这一点，在持续混合下，将油中的EC和表面活性剂加热至高达聚合物的玻璃化转变温度(Tg＝130℃)以上的温度。适当地，将混合物加热到至少约130℃，例如约135°-约160℃，典型地约140°-约150℃。已经发现，高于乙基纤维素的玻璃化转变温度的最初分散温度对于完成乙基纤维素和强凝胶的完全溶解是重要的。几分钟后，全部EC粉末已经溶解，溶液清澈并极其粘稠(取决于EC在油中的浓度)。EC在油中有用的浓度范围介于4％和20％(w/w)之间，例如约4％-约10％w/w。EC本身可凝胶油；可制备半透明和稠厚的稳定凝胶，但它们实际上是粒状并易碎，凝结极其快速，并具有相对高的胶凝温度，典型地约110-120℃，这不适于许多食物应用。因此在本发明组合物中加入表面活性剂提供重要优点。表面活性剂并不降低最初溶解乙基纤维素所需要的温度，其甚至在表面活性剂的存在下保持玻璃化转变温度。然而，一旦乙基纤维素溶解而形成凝胶，表面活性剂使凝胶增塑，并降低胶凝温度和改善形成的凝胶的性质。
不希望囿于任何理论，提出的热凝胶形成和表面活性剂相互作用的机理表示于图1。在这个实施例中，SMS是表面活性剂。本领域技术人员清楚，相同类型的示意图可应用于其它表面活性剂。
聚合物的分子量在形成凝胶中起作用。已经测试乙基纤维素4cp、10cp、22cp、45cp、100cp和300cp(cp＝厘泊，5％乙基纤维素的甲苯溶液的粘度的测量单位；分子量越高，乙基纤维素的分子量越高)。
已经发现，甚至在10％(w/w)浓度下EC4cp形成极弱的凝胶。EC100cp和300cp是极高分子量聚合物的混合物，难以溶解和混合，形成极粘的溶胶，并在高温(超过100℃)下快速凝结。这还促进空气泡结合进熔化物中，这是不想要的。因此，在大总数食物应用中，采用EC 100cp和EC cp 300是很不实际的。在油相中以5-6％(w/w)浓度，EC 10cp、22cp和EC 45cp形成粘稠的、半透明和弹性凝胶。EC 10cp、22cp和45cp易于溶解于油，在10-15％浓度时，溶胶并不太粘，它们于70和90℃之间的温度开始凝胶化。
乙基纤维素是营养上有益的纤维，而营养纤维在我们的膳食中常常缺乏。而且，乙基纤维素是用于食品制备的GRAS原料(通常认为是安全的)，EC尤其是EC 10cp、22cp和EC 45cp更特别是EC 22cp和EC 45cp是用于食品的所需聚合物。乙基纤维素的乙氧基化的程度适合为约25％-约75％，例如约40％-约60％重量。
如上所讨论的，EC 22cp是用于本发明的优选聚合物。假定EC22cp的分子量大约为40,000g/mol和SMS的分子量大约为430.62g/mol，3∶1w/w聚合物-对-表面活性剂之比理解为1∶31mol/mol聚合物-对-表面活性剂之比。认为葡萄糖的分子量为180g/mol、50％取代的乙基葡萄糖的分子量为222g/mol和纤维素中乙基葡萄糖单体的分子量为204g/mol，这可解释为在EC22cp中有约196个葡萄糖单体。因此196/31＝6，意味着在EC22cp聚合物中一分子的SMS连着每第六个葡萄糖单体。这是适当的，因为适当的凝胶形成取决于聚合物-溶剂和聚合物-聚合物之间相互作用的平衡。聚合物在油中的溶解度太高会在冷却时妨碍凝胶的形成。不充分的溶解会妨碍适当的聚合物链在溶剂中的溶胀和延伸，然后这样将相互作用并在冷却时形成结合区，产生凝胶。似乎结合强度以及聚合物构造都是重要因素。
程序1
为评价凝胶的流变学性质，进行受控压力的流变学测试。切出1cm直径3mm高的凝胶圆片并放在一片浸泡于亚麻籽油中的60-grit木砂纸上。将一片60-grit木砂纸粘到1cm直径的平整不锈钢几何体上。将油浸泡的砂纸片(3x2cm)上的凝胶试样系在流变仪的底部Peltier盘上。用手压紧试样达到约0.2N的正交力，确保良好的机械接触和没有滑动。使流变仪程序化以在包括1Hz的频率范围内进行1-4000Pa的压力扫描。
程序2
如下确定乙基纤维素-表面活性剂-油溶液的胶凝温度。将加热至超过乙基纤维素的玻璃化转变温度的溶液放在加热的50ml玻璃小瓶中，置于金属支架中并转移至加热的水浴中。在为凝胶化证据对其进行视觉检查之前，于特定温度下稳定溶液30分钟。通过倾斜玻璃小瓶90度视觉检查流动，判断凝胶化。如果溶液是液体并流动，刚将温度下降至新的凝结点。认为试样不再流动的那个温度点是胶凝温度。
实施例1
在一个实施方案中，如下制备脂肪替代物。将在完全氢化的大豆油与液体大豆油的30∶70w/w混合物中的乙基纤维素22cp或45cp 9％w/w(ETHOCEL
Figure BPA00001481746700101
，Dow化学公司)和3％w/w SMS加热到140℃，以确保聚合物在油中完全溶解。当于100℃下冷却熔化物时，以1∶2比例(1/3稀释)加入加热至100℃的大豆油。各组分的最终浓度是6％EC、2％SMS、20％完全氢化的大豆油和72％大豆油。然后将混合物冷却并凝结。还可加入作为硬浆的完全氢化的棉籽油、完全氢化的芥花籽油、牛脂、猪油、乳脂。该原料具有脂肪的功能和质地。
实施例2
在另一个实施方案中，提供反刍动物饲料的鱼油凝胶。将在完全氢化的大豆油与液体大豆油的30∶70w/w混合物中的乙基纤维素22cp或45cp 9％w/w(如同在实施例1中的来源)和3％w/w SMS加热到140℃，以确保聚合物在油中完全溶解。于90℃下冷却熔化物，在减压下或在氮气层下以1∶2比例(1/3稀释)加入加热至90℃的鱼油和海藻油。各组分的最终浓度为6％EC、2％SMS、20％完全氢化的大豆油和72％鱼油或海藻油。原料足够硬以致它可被切成小片，以包含在动物饲料中。用稳定的鱼油补充奶牛饲料将保护鱼油免于在牛瘤胃中的生物氢化，从而使奶牛在产出的奶中积聚DHA和EPA。天然分泌的牛奶极有可能作为长链Ω-3脂肪酸的来源。
实施例3
在又一个实施方案中，制备含有在亚麻籽油中的5％山梨糖醇酐单硬脂酸酯的10％乙基纤维素22cp凝胶。经上述热处理并于22℃下凝结一天，制备凝胶。流变学试验结果表明，试验凝胶非常像固体(硬凝胶)，在1Hz下其G′/G″值为约4。凝胶的屈服应力为100-300Pa。
实施例4
制备在大豆油中的7％重量乙基纤维素22cp、3.5％SMS的凝胶，并如在上述实施例1中那样试验。粘弹性数据表示于图2。可见凝胶表现出典型的凝胶行为，1Hz下其线性应力/应变行为高达约1000Pa的破裂应力，其G′＞＞G″。
实施例5
如下研究乙基纤维素的溶解温度对油凝胶的性质的影响。制备由在大豆油中的10％Ethocel(乙基纤维素)45cP和3％山梨糖醇酐单硬脂酸酯组成的混合物。在125℃、130℃、140℃和150℃下加热混合物的期间取出试样。于约125℃，油中的颗粒开始清晰。然而，它们在约130℃前并不完全清晰。室温(25℃)下凝结试样。在室温下凝结3hr后，它是清澈的，以致于125或130℃下取出的凝胶试样几乎未达到与加热到140或150℃的试样相同的硬度。
通常，在持续搅拌下，加热含有EC、表面活性剂和油的本文试样至最高140℃30分钟，直到全部EC溶解，经视觉检查显示为半透明的油。当试样仅加热到最高100℃时，EC显然未完全溶解，可用肉眼看见大片EC。当冷却到室温时，只加热到100℃的这些试样不凝胶并仍为液体。这证明将油中的EC加热至超过其玻璃化转变温度的重要性。
实施例6
如下研究不同量和类型的表面活性剂对乙基纤维素油凝胶的胶凝温度的影响。以通常方法由芥花籽油、乙基纤维素和各种表面活性剂形成凝胶。在加热各成分至150℃后，将少量熔化凝胶倒入试管底部。然后立即将试管放入97.5℃热水浴中。于该温度下放置试管10min。如果10min后，当以某角度反转和轻微摇晃时凝胶不表现出流动行为，则纪录胶凝温度为＞97.5℃。如果观察到流动行为，就将试管放回热水浴中。然后将水浴温度降低5℃。一旦达到更低的温度，于该温度下放置试管10min，然后检查凝胶化。重复进行直到观察到凝胶化。测出的用℃表示的胶凝温度如下：
表1
在芥花籽油凝胶中9％EC 1.8％表面活性剂
  表面活性剂   无   SMS   SMO   GMS   GMO
  Ethocel(乙基纤维素)cP 10   85   60   80   75   70
  Ethocel(乙基纤维素)cP 20   ＞97.5   ＞97.5   90   90   90
  Ethocel(乙基纤维素)cP 45   ＞97.5   ＞97.5   90   85   ＞97.5
表2
芥花籽油凝胶中的9％EC 3％表面活性剂
  表面活性剂   无   SMS   SMO   GMS   GMO
  Ethocel(乙基纤维素)cP 10   85   85   85   75   75
  Ethocel(乙基纤维素)cP 20   ＞97.5   80   85   80   90
  Ethocel(乙基纤维素)cP 45   ＞97.5   85   85   90   95
可看出，加入表面活性剂降低胶凝温度。对于更高粘度(分子量)的乙基纤维素，胶凝温度更高。
实施例7
通过加热不同比例的芥花籽油、ETHOCEL(乙基纤维素)22cp和表面活性剂到约140℃，以溶解乙基纤维素，制备一系列油凝胶，随后测量生成的凝胶的粘弹性，研究不同量和类型的表面活性剂和乙基纤维素对乙基纤维素油凝胶粘弹性的作用。结果如下：
表3
Figure BPA00001481746700131
这些数据表明，凝胶强度取决于EC浓度和表面活性剂的类型和浓度。在EC 22cp对SMS的固定的2∶1(W/W)比例下，当EC浓度从从5％分别增加到6％、7％时，油凝胶的G′从4085Pa增加到6762Pa、43088Pa。因此，EC浓度对凝胶强度具有深远的影响。对于6％EC 22cp凝胶，将聚合物对表面活性剂比例从2∶1增加到3∶2w/w导致G′从6762Pa大大增加至24630Pa。这表明凝胶强度对表面活性剂的存在和聚合物对表面活性剂比例的敏感性。在以类似的聚合物对表面活性剂的比例含有SMO的EC 22cp凝胶的情况下，EC浓度从5％增加到6％导致G′从3261Pa稍微增加到3933Pa。然而，对于6％EC 22cp凝胶，聚合物对表面活性剂比例从2∶1提高到3∶2导致G′从3933Pa下降到2751Pa。看来，SMO是比SMS更强的增塑剂，因此表现出相对于SMS在凝胶中的比例增加的相反趋势。显然，含SMO的凝胶比含有SMS的凝胶柔软得多，例如，含有3％SMO的6％EC 22cp凝胶的G′为3933Pa，而类似的含有3％SMS的凝胶显示出的G′为6762Pa。对于含有4％SMS或SMO的6％EC 22cp凝胶影响甚至更明显，其中SMS凝胶的G′为24630Pa，而SMO凝胶显示的G′只有2751Pa。因此，乙基纤维素的量和表面活性剂的量和类型的选择可用来调整油凝胶以适合任何想要的应用。
实施例8
通过比较用牛脂、芥花籽油、大豆油和亚麻籽油制备的油凝胶的粘弹性，研究用来制备油凝胶的各种类型的油的作用。每一凝胶含有10％重量的ETHOCEL(乙基纤维素)100cp和5％重量的SMS。通过加热混合物至150℃以溶解各组分，随后冷却至室温以凝结凝胶，制备各种凝胶。全部四种油都形成强凝胶。图4表示测定的生成的凝胶的屈服应力，显示不同油的作用。可以看出，凝胶强度增加的顺序为牛脂＜芥花籽油＜大豆油＜亚麻籽油。
实施例9
结合由液体植物油制备的有机凝胶，制备一系列肉糜制品。将其与采用常规牛脂肪和提炼的(rendered)牛脂肪的相同肉糜系统相比较。采用在相同肉糜系统中的常规牛脂肪和提炼的牛脂肪的有机凝胶制备其它比较实施例。以不同的加热速度烹调试样，评价性质。方法如下。
用无噪音绞肉机绞碎瘦肉片一段短时间，以打开结构并增加肉的表面积。随后加入2％盐和有助于萃取几种肉蛋白的0.25％多磷酸盐。这在持续绞碎时进行。随后中断数分钟，留出蛋白萃取的时间。接着，加入动物脂肪和/或植物油，并以设定的高速绞碎，以减小脂肪/油小球的颗粒大小。在本文制备的具体产物中，将动物脂肪和/或植物油加至瘦牛肉(通常含有5-10％脂肪)，得到在最终肉糜中的25％目标脂肪/油水平。以其天然状态或制备成乙基纤维素油凝胶采用牛脂肪和植物油并加至产物中。然后将肉糜绞碎直到得到想要的均匀质地。将本文所述的产物制成约25mm直径香肠并在置于水浴中的塑料盒中烹调，并以慢(0.5℃/min)和快(3.7℃/min)的加热速度加热到最高72℃。
通过加热85％脂肪/油、10％ETHOCEL(乙基纤维素)100cp和5％山梨糖醇酐单硬脂酸酯(Span 60)溶液至最高180℃-190℃，溶解全部成分，生成均匀团块，由普通牛脂肪、提炼的牛脂肪、芥花籽油、大豆油和亚麻籽油，制备用于本实施例的油凝胶。随后冷却并硬化凝胶，稍后将凝胶加至研碎钵并掺入肉糜中。
于冷水浴中冷却5min后，测量烹调期间自肉糜中分离的液体(烹调损失)，并表示为排出液体(g)对生肉糊(raw batter)重量的比(损失百分比)。将试样置于5℃冷却器中过夜，从而脂肪/油浮到上面，可分别测定。
如下进行烹调肉糜的质地分析。在贮存(5℃)过夜后，进行标准质地剖面分析(TPA)试验(Bourne，1978.Food Technology，32：62-66)。简言之，以1.5mm/s的剪切头速度(crosshead speed)，经质地分析仪，将烹调的肉核心(16mm直径，10mm高)压缩到其原来高度的75％两次。经附接于分析仪的计算机软件自动计算确定的参数(硬度、弹性、粘结性、咀嚼性和胶粘性)。结果概述于图3，如下：
T1-以0.5℃/min加热的牛脂肪
T2-以3.7℃/min加热的牛脂肪
T3-以0.5℃/min加热的牛脂肪有机凝胶
T4-以3.7℃/min加热的牛脂肪有机凝胶
T5-以0.5℃/min加热的芥花籽油
T6-以3.7℃/min加热的芥花籽油
T7-以0.5℃/min加热的芥花籽油有机凝胶
T8-以3.7℃/min加热的芥花籽油有机凝胶
T9-以0.5℃/min加热的大豆油
T10-以3.7℃/min加热的大豆油
T11-以0.5℃/min加热的大豆油有机凝胶
T12-以3.7℃/min加热的大豆油有机凝胶
T13-以0.5℃/min加热的亚麻籽油
T14-以3.7℃/min加热的亚麻籽油
T15-以0.5℃/min加热的亚麻籽油有机凝胶
T16-以3.7℃/min加热的亚麻籽油有机凝胶
T17-以0.5℃/min加热的提炼的牛脂肪
T18-以3.7℃/min加热的提炼的牛脂肪
T19-以0.5℃/min加热的提炼的牛脂肪有机凝胶
T20-以3.7℃/min加热的提炼的牛脂肪有机凝胶
可见，当用传统牛脂肪，天然和提炼的牛脂肪，形成有机凝胶时，生成的肉制品的硬度值都增加。然而，由植物油制备的有机凝胶恰恰产生相反的作用。硬度下降30和50％之间，这是非常独特的并表明植物油有机凝胶和肉基质系统之间的不同的相互作用。在这种降低后，硬度值与用牛脂肪制备的常规肉糜的水平相同。对各制剂测定的弹性、粘结性、咀嚼性和胶粘性表现出类似结果。因此，采用新的有机凝胶技术对加工厂商和消费者两者都将极具吸引力。
常规牛脂肪肉制品的硬度并不受加热速度的影响。提高加热速度导致常规细小绞碎的肉糊的烹调损失更小。总的来说，烹调损失只由在这些25％脂肪/油制品中的水分组成(即，无脂肪损失)，表明良好的脂肪保持能力(即，稳定的肉糜)。当将牛脂肪制备为有机凝胶时，观察到相同趋势的烹调损失。然后，对于植物油(芥花籽油、大豆油和亚麻籽油)和提炼的牛脂肪(从组织中加热和分离脂肪)，观察到相反的效果；即，与采用呈其天然形式的油相比，有机凝胶处理表现出更高的液体损失。这表明有机凝胶在蛋白基质内的不同的相互作用，但在任何情况下，有机凝胶处理中看到的约1％的烹调损失水平完全在肉类工业的可接受的水平内。
总的说来，在肉系统中采用有机凝胶的概念是新颖的，不管加热速度如何，有机凝胶影响硬度以及液体保留的事实对肉类加工厂商和消费者都是极有前途的。提到由提炼的牛脂肪制备的有机凝胶类似三种植物油的行为(表现出在质地和烹调损失方面相同的趋势)而并非天然牛脂肪的行为也是重要的。
本发明提供制备具有用于食品中所需性质的无水聚合物油凝胶的新方法。聚合物凝胶可用于多种用途诸如替代食物中的不健康脂肪、预防食品中的油迁移和提高在不同条件下的稳定性。本发明的食品表现出对热、化学和物理挑战的增加的抵抗性。
已经描述仅作为示例的以上实施方案。落入所附权利要求书范围内的其它许多实施方案对本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims (16)

1.一种含有油、乙基纤维素和表面活性剂的食用油凝胶。
2.根据权利要求1的油凝胶，其凝胶化温度为约40℃-约90℃。
3.根据任一项前述权利要求的油凝胶，其中的油选自大豆油、芥花籽油、玉米油、葵花籽油、红花籽油、亚麻籽油、杏仁油、花生油、鱼油、海藻油、棕榈油、棕榈硬脂、棕榈软脂、棕榈仁油、高油酸大豆/芥花籽/葵花籽/红花籽油、氢化棕榈仁油、氢化棕榈硬脂、全氢化大豆/芥花籽/棉籽油、高硬脂酸葵花籽油、酶或化学交酯化油、奶油、可可脂、鳄梨油、杏仁油、椰子油和棉籽油。
4.根据权利要求3的油凝胶，其中的油是大豆油或玉米油。
5.根据任一项前述权利要求的油凝胶，其中的表面活性剂选自聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯(Tween 80)、聚氧乙烯山梨糖醇酐单硬脂酸酯(Tween 60)、山梨糖醇酐单油酸酯(SMO或Span 80)、山梨糖醇酐单硬脂酸酯(SMS或Span 60)、甘油单油酸酯(GMO)、甘油单硬脂酸酯(GMS)、甘油单棕榈酸酯(GMP)、聚月桂酸甘油酯-聚甘油聚月桂酸酯(PGPL)、聚硬脂酸甘油酯-聚甘油聚硬脂酸酯(PGPS)、聚油酸甘油酯(PGPO)-聚甘油聚油酸酯(PGPO)和聚蓖麻油酸甘油酯(PGPR)-聚甘油聚蓖麻油酸酯(PGPR)。
6.根据权利要求5的油凝胶，其中的表面活性剂选自SMS、GMS、SMO、GMO和PGPL。
7.根据权利要求5的油凝胶，其中的表面活性剂是SMS。
8.根据权利要求1的油凝胶，其中的表面活性剂是饱和C12-C24脂肪酸与具有4或更多个羟基的多羟基醇的酯。
9.根据任一项前述权利要求的油凝胶，其中的乙基纤维素-对-表面活性剂的比例为10∶1-1∶1w/w。
10.根据任一项前述权利要求的油凝胶，其G′/G″在1Hz和20℃下测量时大于约1。
11.一种食品组合物，其包含根据权利要求1-10中任一项的油凝胶并还包含一种或多种碳水化合物、蛋白、食物纤维或它们的混合物。
12.根据权利要求11的食品组合物，其含有肉。
13.根据权利要求12的食品组合物，其为碎肉制品或肉糜制品。
14.一种制备食用凝胶的方法，所述方法包括：
a)制备在食用油中的食品级乙基纤维素的混合物；
b)将表面活性剂加至乙基纤维素和油的混合物中；
c)搅拌下，加热乙基纤维素/油/表面活性剂的混合物至乙基纤维素的玻璃化转变温度以上的温度，和
d)使该混合物冷却，从而形成所述油凝胶。
15.根据权利要求14的方法，其用于制备根据权利要求1-10中任一项的油凝胶。
16.根据权利要求14的方法，所述方法包括以下步骤：
a.)制备约18∶6∶76w/w/w的比例的乙基纤维素、山梨糖醇酐单硬脂酸酯(SMS)和油的混合物
b)边混合边加热混合物至乙基纤维素聚合物的玻璃化转变温度以上的温度，和
c)60℃-90℃下，以1∶3-1∶9(w/w)水平将该原料加至减少脂肪的、经加热的食品组合物中；和
d)冷却混合物，形成所述凝胶。
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