CN103702573A - 食品级蓝色包封物及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了食品级蓝色包封物，其包含与金属离子和着色剂成分联合的胶凝的蛋白质。着色剂成分包含花青苷、花青素或其混合物。还公开生产该包封物的方法。

Description

食品级蓝色包封物及其生产方法
技术领域
本发明涉及食品级蓝色包封物(encapsulates)，其包含与金属离子和着色剂成分联合的胶凝的(gelled)蛋白质。着色剂成分包括花青苷(anthocyanins)、花青素(anthocyanidins)或其混合物。还公开生产所述包封物的方法。
发明背景
消费者对合成的着色剂的安全性的担心已致使在食品中限制施用人工着色剂。例如，2010年7月20日之前，含有偶氮染料的一些产品必须在包装上带有强制性警告：“可能对儿童的活动和注意力具有不良作用”。
具有替代人工着色剂的巨大潜力的天然色素之一是花青苷，其在许多植物和果实中负责产生红色、紫色和蓝色。然而，因为加工和贮存期间它们的低稳定性，并依赖于配方，花青苷在食品中作为蓝色着色剂的应用还是有限的。加工和配方参数例如温度或pH影响花青苷和花青素的稳定性。
在题目为“六种常见花青素3-葡萄糖苷在水溶液中的颜色和稳定性”(Colour and stability of the six common anthocyanidin3-glucosides inaqueous solutions)(Food Chemistry，68，101-107)的论文中，Cabrita等人描述在10-23℃在60天贮存期间，六种常见花青苷(花葵素(pelargonidin)、矢车菊素(cyanidin)、芍药花青素(peonidin)、翠雀素(delphinidin)、矮牵牛素(petunidin)和锦葵花素(malvidin)的3-葡萄糖苷)在pH1-12范围内的颜色变化。在不同pH值的缓冲水溶液中完成分析。所述论文的结论是在pH1-12范围内，花青苷的颜色、强度和稳定性显著改变。在相对强的酸性水溶液(pH1-3)中，所有花青苷以最强的淡红色存在，代表其黄
Figure BDA0000457151290000011
盐(flavylium)形式，并且即使在10℃贮存60天后，它们也是非常稳定的。接近中性(pH5-7)，花青苷稳定性和红色强度降低。在中性pH值，还存在向更淡蓝色的颜色渐变。
该论文未解决花青苷的热处理或者在宽的pH范围内蓝色的稳定性。相反，所述论文证实花青苷的颜色取决于溶液的pH。
WO79/01128A1涉及天然来源的着色剂，其在食品和饮料中产生各种颜色。着色剂是来自“天蓝(Heavenly Blue)”牵牛花的花青苷――芍药花青素3-(二咖啡酰基槐糖苷)-5-葡萄糖苷。通过将明胶加入到所述花青苷的缓冲液中制备pH2.0-8.0的凝胶。根据凝胶的pH，颜色是紫红色至深蓝色。颜色稳定至少320小时。所述文献未公开凝胶的热处理。
Sensient Technologies提出当前市售的称作栀子蓝的溶液，其通过在蛋白水解酶存在下，自栀子(Gardenia jasminoides)果实提取的环烯醚萜类化合物与α-氨基酸反应而生产。Paik等人(2001)报告栀子蓝着色剂在不同条件下的稳定性取决于着色剂生产中所用的氨基酸类型。Ecoflora和Wild公司还已基于京尼平-蛋白质或者京尼平-氨基酸反应研发了蓝色着色剂。Ecoflora已向美国食品药品管理局(FDA)提交批准其产品的申请。这些着色剂还未在欧盟或美国批准用于食品应用。
因此，需要如下的天然蓝色颜料，其可用于具有大pH范围的食物产品，特别是乳品基质，并且其在热处理条件下和不同条件包括环境条件、冷藏条件和冷冻条件下贮存期间是稳定的。保证天然蓝色包封物的充足供应也是重要的。
发明简述
满足食品级天然蓝色颜料的需求是本发明实施方案的一个目标。利用独立权利要求中定义的发明实现所述目标。从属权利要求进一步发展了本发明的核心构思。
第一方面，本发明涉及含有胶凝的蛋白质、着色剂成分和金属离子的食品级包封物，其中所述着色剂成分包含花青苷、花青素或其混合物，其中所述包封物具有稳定的蓝色。
本发明人已发现，对于热处理和贮存期间稳定蓝色而言，将金属离子和花青苷或花青素与胶凝的蛋白质混合是重要的。
在一实施方案中，所述金属离子选自Fe2+、Fe3+、Cu2+、Al2+、Al3+及其混合物。通过与花青苷或花青素络合，金属离子是产生蓝色所必需的。
可从各种食品级蛋白质制备所述包封物。在一实施方案中，所述蛋白质选自球状蛋白质，优选选自乳清蛋白(whey proteins)、大豆蛋白、卵白(eggwhite)蛋白、豌豆蛋白、羽扇豆蛋白、马铃薯蛋白、卡诺拉油菜(canola)蛋白或其混合物。在另一实施方案中，所述蛋白质是胶束酪蛋白、酸性酪蛋白、酪蛋白酸盐或其混合物。
有利地，所述包封物还包含多糖成分或明胶或者多糖成分和明胶的混合物。在一实施方案中，多糖成分选自高度分支的果胶、阿拉伯半乳聚糖、阿拉伯半乳聚糖-蛋白质复合物、谷物阿拉伯木聚糖或其混合物。在另一实施方案中，多糖成分选自高分子量多糖和/或胶凝多糖，优选选自藻酸盐、角叉菜胶、果胶、琼脂、瓜尔胶、角豆胶或黄原胶。
包封物可作为干粉或者水溶液中的凝胶或者分散体提供。优选地，包封物在水溶液中具有3.5-8.0的pH。
第二方面，本发明提出生产具有稳定的蓝色的食品级包封物的方法，其包含以下步骤：
a)胶凝蛋白质溶液，
b)步骤a)之前或之后，将选自Fe2+、Fe3+、Cu2+、Al2+、Al3+或其混合物的金属离子以水溶液形式或者粉末盐形式混合到蛋白质溶液中，
c)步骤a)或b)之前或之后，将含有花青苷、花青素或其混合物的着色剂成分加入到蛋白质溶液中。
换言之，可在蛋白质溶液胶凝之前或之后，完成金属离子的添加、着色剂成分的添加或者两者的添加。
胶凝蛋白质溶液可包含下述步骤中的至少一个：
－在5.8-8.0的pH，将蛋白质溶液加热至70℃-150℃的温度，保持10秒至2小时的一段时间，直到所述蛋白质胶凝化，
－将蛋白质溶液的pH调至所述蛋白质的等电点，
－将所述金属离子的溶液加入到蛋白质溶液中，并保持pH恒定。
在一实施方案中，蛋白质溶液含有1-10重量%浓度的蛋白质。
该方法还可包含在胶凝蛋白质溶液步骤之前或之后，将多糖成分加入到蛋白质中。
因此，该方法产生水性组合物中的包封物。任选的其他步骤是干燥所述水性组合物，以得到蓝色包封物粉末。
本发明的第三方面是含有根据本发明第一方面的包封物或者根据本发明第二方面的方法生产的包封物的食物产品。食物产品包括例如饮料和食品。粉末形式的包封物也是本发明的一部分。
一旦阅读文中提供的公开内容和附图，本发明的所述和其他方面、特征和优点对本领域技术人员将是显而易见的。尽管指明本发明的优选实施方案，详细的描述仅用于阐明本发明。
附图说明
图1显示经光学显微镜检查的根据实施例1制备的含多糖的凝胶微粒包封物。A：胶凝的蛋白质分散相；B：胶凝的多糖连续相。
图2显示实施例5的热稳定性试验结果。
图3显示实施例6在4℃和20℃的贮存稳定性试验结果。
图4显示实施例7的热稳定性试验结果。
图5显示实施例8的贮存稳定性试验结果。
图6显示根据实施例4制备的分子复合物包封物的多孔结构(光学显微镜)。标尺表示15微米。
图7显示根据实施例4制备的分子复合物包封物的多糖标记(光学显微镜)。标尺表示20微米。
图8显示经原子力显微镜检查的根据实施例4制备的分子复合物的结构。标尺表示1微米。
发明详述
颜色描述
至今已开发了尽可能准确地描述和测量颜色的各种系统。阿尔伯特·孟塞尔(Albert H.Munsell)通过测量人视觉反应而制定了颜色系统。孟塞尔颜色系统由三个独立的维度组成，其可圆柱状地表示为不规则的颜色实体。这些维度是色调(hue)、色度(chroma)和值(value)。通过环绕水平圈的度数测量色调。从中央(灰色)垂直轴向外辐射状地，从0(灰色)至12(纯色)，测量色度(彩色纯度)。从0(黑色)到10(白色)垂直地测量所述值(亮度)。通过将样品与图表中的标准比较完成样品的颜色测定。所述图表是市售的。
可能提及其他的颜色系统，例如CIELab颜色空间或者RGB颜色模型。
在本发明的上下文中，“蓝色”在孟塞尔系统中定义为具有与紫色-蓝色(PB)、蓝色(B)或蓝色-绿色(BG)相等的色调、等于或者大于2的色度和颜色空间所有可能范围内的值(优选2-8)的颜色。对于与蓝色(B)或蓝色-绿色(BG)相等的色调，色度优选是大于2。
如果处理或贮存后，色度是低于2，那么认为颜色是不稳定的。当使用CIELab颜色空间，不稳定样品的示例是大约40的L值，且a和b为正值。用于评价稳定性的代表性处理条件是在95℃下，热处理5秒或者在80℃下，热处理30分钟。代表性的贮存条件是在4℃和20℃下6个月。
着色剂组分
在根据本发明的食品级包封物中，着色剂成分包含花青苷、花青素或其混合物。花青苷和花青素是常见的黄酮类植物色素，其在本领域是众所周知的。花青苷是糖苷类，一旦水解，其产生有色的苷元花青素。除非文中另外说明，提到花青苷应包括花青苷和花青素，即糖苷和苷元。
花青苷的示例包括花青素鼠李糖苷(antirrhinin)、紫苑苷(chrysanthenin)、锦葵花苷(malvin)、桃金娘素(myrtillin)、锦葵花素-3-葡萄糖苷(oenin)、樱草素(primulin)、pulchellidin3-葡萄糖苷、pulchellidin3-鼠李糖苷和山慈菇花苷(tulipanin)。3-羟基花青素的示例包括5-去氧-芍药花青素、aurantinidin、矢车菊素、6-羟基矢车菊素、翠雀素、菲瑟定(fisetinidin)、guibourtinidin、花葵素和刺槐定(robinetinidin)。3-去氧花青素的示例包括芹菜定(apigeninidin)、columnidin、diosmetinidin、苦苣苔苷元(gesneridin)、木樨黄定(luteolinidin)和tricetinidin。O-甲基化花青素的示例包括5-去氧-锦葵花素、capensinidin、europinidin、三甲花翠素(hirsutidin)、锦葵花素、芍药花青素、矮牵牛素、pulchellidin和rosinidin。最常见的天然存在的花青苷是cyaniding、翠雀素、芍药花青素、矮牵牛素、花葵素和锦葵花素的3-O-糖苷类和3,5-二-O-糖苷类。
花青苷可见于许多植物中。它们存在于所有植物组织中，包括叶、茎、根、花和果实中。例如，花青苷的来源包括由野樱莓(chokeberry)、草莓、苹果、樱桃、李子、黑穗状醋栗、红穗状醋栗、覆盆子(raspberry)、黑莓、接骨木果(elderberry)、酸果蔓、蓝莓、红甘蓝(red cabbage)、紫/黑胡萝卜、茄子、红葡萄、血橙或紫玉米制备的提取物。这一名单不能被认为是穷尽的。根据例如其用于食品应用的监管部门批准，技术人员可识别其他来源。通常，将它们作为浓缩植物提取物或汁液出售。供应商包括DianaNaturals、GNT、Wild、Naturex、Christian Hansen、Food IngredientsSolutions或Sensient Technologies Corporation。
根据已发表的方法，可完成花青苷的鉴别和滴定。例如，在Jakobek等人，(2007)“各种红色果汁的花青苷含量和抗氧化活性”(Anthocyanincontent and antioxidant activity of various red fruit juices)DeutscheLebensmittel-Rundschau103(2)，58-64中，描述用于提取物中花青苷滴定的方法和花青苷的HPLC分析。在Lee等人的论文“通过pH差异法测定果汁、饮料、天然着色剂和红酒的单体花青苷色素的总含量”(Determinationof Total Monomeric Anthocyanin Pigment Content of Fruit Juices,Beverages,Natural Colorants,and Wines by the pH Differential Method:Collaborative Study)(2005)描述滴定花青苷的pH差异法。
金属离子
如上所述，不同的金属离子可用于与花青苷络合。优选地，金属离子选自Fe2+、Fe3+、Cu2+、Al2+、Al3+及其混合物。以盐或者所述盐的溶液形式提供金属离子。盐可以是无机盐或者有机盐。无机盐包括氯化物和硫酸盐。可考虑其他食品级无机盐。有机盐包括延胡索酸盐、乳酸盐、柠檬酸盐、葡糖酸盐、琥珀酸盐、蔗糖酸盐、甘油磷酸盐和酒石酸盐。例如，使用硫酸铁。所述产品在食品工业中是商品。
包封物
根据本发明，用微囊化方法制备包封物。例如在Sagalowicz和Leser的论文“用于液体食物产品的递送系统(Delivery systems for liquid foodproducts)”(Current Opinion in Colloid&Interface Science15(2010)61-72)中描述了所述方法。讨论微囊化方法的另一篇文献是Zuidam和Nedovic编辑的书“Encapsulation Technologies for Active Food Ingredients andFood Processing”(2008)。经微囊化，将着色剂成分和金属离子包埋于胶凝的蛋白质基质中。换言之，在亚微米、微米或毫米尺度得到凝胶，其形成胶凝的蛋白质、着色剂成分和金属离子的稳定的胶态分散。根据所用蛋白质类型，可得到不同种类的包封物例如离散的胶凝微粒和分子复合物，其中蛋白质基质是胶凝的。根据凝胶大小分布，包封物可以是透明的蓝色至不透明的或乳状的蓝色。
在本发明的框架中，将胶凝的蛋白质定义为形成能保留溶剂(主要是水)的3-维网状结构的100至数千单体蛋白质单元的集合(assembly)。在所述集合中，蛋白质单体通常不以其天然状态存在，并通过非共价键(静电、疏水和/或氢键)和/或共价键保持在一起。在Clark和Ross-Murphy的综述性论文“Structural and mechanical properties of biopolymer gels”(Advancesin Polymer Science,83,57-192)中详述了描述蛋白质凝胶的所有物理化学特征。例如，可通过在高于引起聚集和胶凝化的变性温度下，热处理球状蛋白质而得到胶凝的蛋白质。或者，可通过接近于其等电点pH而使蛋白质聚集和胶凝化，形成胶凝的蛋白质。
在一实施方案中，包封物还包含多糖成分，其改善胶凝的蛋白质基质，以及基质中着色剂成分和金属离子络合物的稳定性。在另一实施方案中，包封物包含明胶。已发现：与多糖成分类似，明胶可改善胶凝的蛋白质基质、以及基质中着色剂成分和金属离子络合物的稳定性。还在另一实施方案中，包封物包含多糖成分和明胶。这将在下文中更详细地描述。
包封物的大小和结构主要取决于用于制备所述包封物的蛋白质的性质、制备方法，以及任选的多糖成分或明胶的性质。
不希望受理论束缚，本发明人认为处理(温度、pH)和贮存过程中，胶凝的蛋白质基质保护花青苷。
现在，将更详细地描述包封物的生产。
凝胶微粒包封物
凝胶微粒包封物由胶凝的多糖基质中的胶凝的蛋白质微粒构成。凝胶微粒包封物是具有20-5000微米平均直径的离散(discrete)颗粒。胶凝的蛋白质微粒具有大约200nm至大约20微米的平均直径。利用例如装配Malvern Hydro2000G(大样品分散单元)、Honeywell水减压器(最大去离子水压力：1bar)和ERMA水脱气器(以减少去离子水中溶解的空气)的Malvern MasterSizer2000(激光衍射单元，具有0.02-2000微米的尺寸范围)，通过漫射光散射，可测量平均直径。用基于Mie理论用Malvern软件计算测量结果。下述参数用于测量凝胶微粒包封物的大小分布：1.460，对于颗粒的折射指数；0.01，对于颗粒吸收；所用的分散剂是具有1.330折射指数的水。
在本发明的第一个实施方案中，用球状蛋白质作为蛋白质源生产凝胶微粒包封物。球状蛋白质包括乳清蛋白质、大豆蛋白质、卵白蛋白质、豌豆蛋白质、羽扇豆蛋白质、马铃薯蛋白质、卡诺拉油菜蛋白质或其混合物。可至少提供两种生产方法：滴注(drip)方法或者挤出方法。
将球状蛋白质溶液热处理，以使蛋白质变性。通常，蛋白质溶液具有1-11重量%的蛋白质浓度，优选8-10重量%的蛋白质浓度。热处理的条件取决于球状蛋白质。通常，找到加热时间和温度间的平衡，以保证实现最小比率的变性。可测定这些条件，以便至少90%的蛋白质变性，优选至少95%的蛋白质变性，并甚至更优选至少98%的蛋白质变性。优选地，将蛋白质溶液在5.8-8.0的pH下，加热至70℃-150℃的温度，保持10秒至2小时的一段时间。例如，可将乳清蛋白分离物在大约7的pH下，在80℃的温度下，处理至少30分钟，以实现99%以上的变性比率。
然后，通过滴注或挤出，将变性的蛋白质转移到金属离子溶液中。这引起蛋白质胶凝。通过剪切溶液射流(jet)、通过射流振动或者通过射流压力，可致使滴(drop)破碎。胶凝的颗粒的大小将取决于喷嘴的大小、剪切的速率、振动模式和/或施用的压力。技术人员可选择所述处理参数。上文已描述了金属离子。优选地，金属离子溶液具有0.1-0.6M的金属盐浓度。
如果用稀释的蛋白质溶液进行蛋白质变性，则可能需要在将蛋白质溶液转移到金属离子溶液中之前，将蛋白质溶液浓缩至6-10重量%的浓度。
在蛋白质变性之前或之后或者蛋白质变性之前和之后，可加入着色剂成分，例如植物提取物或者汁液浓缩物。或者，可在胶凝蛋白质之后或者甚至自金属离子溶液中收获胶凝微粒包封物之后，加入着色剂成分。根据上文公开的，着色剂成分包含花青苷。要加入到蛋白质中的着色剂成分的量取决于目标蓝色。优选地，凝胶微粒包封物在湿凝胶微粒中含有0.01-0.2重量%的花青苷。
所述方法产生具有蓝色的凝胶微粒包封物在水性介质中的混悬液。可自水性介质例如通过离心或者过滤，收获微粒包封物。
有利地，然后干燥微粒包封物。可应用不同的干燥方法，例如喷雾干燥或者流化床干燥。这产生含有蓝色胶凝微粒的粉末。
含有多糖成分的凝胶微粒包封物
在本发明的第二个实施方案中，用酪蛋白或球状蛋白质作为蛋白质源生产凝胶微粒包封物。酪蛋白包括胶束酪蛋白、酸性酪蛋白、酪蛋白酸盐或其混合物。如同第一个实施方案中，可提供至少两种方法：滴注或者挤出方法。球状蛋白质已在上文第一个实施方案中进行描述。
在第二个实施方案的变体中，首先制备酪蛋白溶液，其优选具有1-10重量%的酪蛋白浓度。更优选地，酪蛋白浓度是6-9重量%。然后，在搅拌下，将金属离子溶液混合到酪蛋白溶液中。上文已对金属离子进行描述。优选地，溶液含有柠檬酸钠。优选地，金属离子溶液处于5-7的pH。
然后，仍在搅拌条件下，将含有高分子量多糖和/或胶凝多糖的第一种溶液混合到酪蛋白和金属离子溶液中。优选地，所述多糖选自藻酸盐、角叉菜胶、果胶、琼脂、瓜尔胶、角豆胶或黄原胶。在所述变体中，所述多糖的加入是必需的，以便实现凝胶微粒包封物的蓝色的稳定性。
优选地，生物聚合物总含量和蛋白质与多糖的比率应该是使混合物落入到相图的不相容(2-相)区域。相图的不相容区域可通过光学显微镜测定。所述测定可如下进行：将蛋白质和多糖溶液的混合物用罗丹明染色，然后置于玻璃载玻片上，并用盖玻片盖住。然后，在偶联有DC300F相机的莱卡DMR显微镜中，在450-490nm波长的光激发下观察样品。利用40倍或10倍物镜照相。认为显示分散的和连续的相的所有混合物是不相容的。为了实现蛋白质的分散相，蛋白质的相体积应是低于50%。
例如，当藻酸盐用作多糖时，那么酪蛋白酸盐：藻酸盐的重量比率可是2:1。当乳清蛋白质(变性的)与作为多糖的藻酸盐一起使用时，那么乳清:藻酸盐的重量比率可以是4:1。当使用乳清蛋白质(变性的)与角叉菜胶时，乳清：角叉菜胶的重量比率可以是7:1。
然后，将酪蛋白和多糖溶液的pH调至酪蛋白的等电点。这可通过加入(优选逐步地加入)酸性溶液，直到达到等电点，来实现。这引起酪蛋白的胶凝。例如，可使用0.1M的柠檬酸溶液。
正如图1中可见，所述凝胶微粒是离散的结构，其在胶凝的多糖的连续相中具有胶凝的蛋白质的分散相。
在第二个实施方案的另一个变体中，首先，如第一个实施方案中所述，制备球状蛋白质溶液，并利用热处理使蛋白质变性。然后，将含有多糖的第一溶液加入到球状蛋白质溶液中。详情与上面的第一个变体相似。然后，如上文第一个变体所述，调节球状蛋白质和多糖溶液的pH。
然后，通过滴注或挤出，将蛋白质和多糖的酸化溶液转移到含有钙、锌或钾阳离子或能胶凝高分子量多糖的其他离子的第二种溶液中。还可将所述酸化溶液喷雾干燥或者喷雾-冷冻。优选地，当多糖是藻酸盐时，第二种溶液含有钙或锌阳离子。优选地，当多糖是角叉菜胶时，第二种溶液含有钙或钾阳离子。通过剪切溶液射流、通过射流振动或者通过射流压力，可致使滴破碎。胶凝的颗粒的大小将取决于喷嘴的大小、剪切的速率、振动模式和/或施用的压力。技术人员可选择所述处理参数。第二种溶液中的抗衡离子可以是卤离子，例如氯离子或碘离子。可使用其他食品级抗衡离子例如乳酸根或葡糖酸根。优选地，第二种溶液是具有0.1-0.6M的金属盐浓度的氯化钙溶液。
可将着色剂成分例如植物提取物或汁液浓缩物与金属离子溶液一起或者与多糖溶液一起或者与蛋白质/金属离子溶液一起加入或者在所述两个步骤中都加入。或者，着色剂成分还可用于将蛋白质-多糖混合物酸化至pH5或蛋白质等电点或者将着色剂成分在胶凝酪蛋白之后或在制备微粒包封物之后(干燥之前或之后)加入。如上文所公开，着色剂成分包括花青苷。要加入到酪蛋白的着色剂成分的量取决于目标蓝色。优选地，在湿凝胶微粒包封物中，凝胶微粒包封物含有0.01-0.2重量%的花青苷。
该方法形成蓝色凝胶微粒包封物在液体介质中的混悬液。可以例如通过离心或过滤从液体介质中分离微粒包封物。
然后，有利地将微粒包封物干燥。可应用不同的干燥方法，例如喷雾干燥或者流化床干燥。所述产生含有蓝色胶凝微粒包封物的粉末。
根据第一个和第二个实施方案制备的凝胶微粒包封物是离散的颗粒，其可用肉眼看见。它们可在最终食物产品中用作视觉线索(visual cue)。可将它们加入到水性产品形式或者干燥产品形式的最终食物产品中。
分子复合物包封物
由分子复合物构成的包封物具有(亚)微米尺寸。优选地，所述分子复合物具有50-600nm，优选大约100nm的尺寸。可将所述分子复合物作为初级复合物。当使用初级复合物时，可将其通过多糖成分或者明胶桥接在一起，以形成更大的结构或者次级分子复合物包封物。所述次级分子复合物可具有200nm-100微米的尺寸。可利用例如Zetasizer Nano ZS仪器(Malvern Instruments,Ltd.)，通过动态光散射评价分子复合物的尺寸。所述仪器装配有在633nm发射的He-Ne激光，以及4.0mW的能量源。该仪器使用反向散射装置，利用雪崩光电二极管在173°的散射角度进行检测。用Millipore水将分子复合物包封物稀释成低于1.0wt%，并倒入到正方形塑料容器(Sarstedt，德国)中。在25℃下，完成测量。根据样品浊度，仪器自动设定光的光路长度。根据散射强度随时间的波动计算自相关函数G2(t)。假定弥散的颗粒是单分散球体，利用“累积量”方法，由相关函数的对数的多项式拟合，计算颗粒的z-平均流体力学直径(hydrodynamicdiameter)。
当制备分子复合物时，优选将球状蛋白质用作蛋白质源。球状蛋白质包括乳清蛋白质、大豆蛋白质、卵白蛋白质、豌豆蛋白质、羽扇豆蛋白质、马铃薯蛋白质、卡诺拉油菜蛋白质或其混合物。如与凝胶微粒包封物相关的公开，将球状蛋白质溶液热处理，以使蛋白质变性。由于疏水相互作用和共价键的形成，这引起球状蛋白质的胶凝。通常，蛋白质溶液具有1-8重量%的蛋白质浓度，优选3-6重量%的蛋白质浓度。
在本发明的第三个实施方案中，热处理之前，将金属离子加入到蛋白质溶液中。上文详细描述了金属离子。优选地，将金属离子以干燥状态的盐加入。还可将金属离子作为溶液加入。然后，例如通过蒸发或者微滤除去过量的水。
本发明人已发现：热处理之后，通过向蛋白质溶液中加入多糖成分可改善分子复合物的稳定性。多糖成分优选是高度分支的果胶、阿拉伯半乳聚糖、阿拉伯半乳聚糖-蛋白质复合物、谷物阿拉伯木聚糖或其混合物。
在蛋白质变性之前或之后或者蛋白质变性之前和之后，可加入着色剂成分例如植物提取物。或者，除去过量的水或加入多糖成分之后，可加入着色剂成分。如上文所公开，着色剂成分包括花青苷。要加入到蛋白质中的着色剂成分的量取决于目标蓝色。优选地，分子复合物含有0.04-0.4重量%的花青苷。
可有利地将分子复合物分散体的pH调至2.0-7.0的值，优选4.0-5.0的pH值。
然后，有利地将分子复合物干燥。可应用不同的干燥方法，例如喷雾干燥或者冷冻干燥。所述产生含有蓝色包封物的粉末。
在本发明的第四个实施方案中，热处理之后，将金属离子加入到蛋白质溶液中。上文详细描述了金属离子。优选地，将其作为溶液加入。搅拌后，将多糖成分加入到胶凝的蛋白质中。多糖成分优选是高度分支的果胶、阿拉伯半乳聚糖、阿拉伯半乳聚糖-蛋白质复合物、谷物阿拉伯木聚糖或其混合物。
在蛋白质变性之前或之后或者蛋白质变性之前和之后，可加入着色剂成分例如植物提取物。或者，加入多糖成分之后，可加入着色剂成分。如上文所公开，着色剂成分包括花青苷。要加入到蛋白质中的着色剂成分的量取决于目标蓝色。优选地，分子复合物含有0.04-0.4重量%的花青苷。
可有利地将分子复合物分散体的pH调至2.0-7.0的值，优选4.0-5.0的pH值。
然后，有利地将分子复合物干燥。可应用不同的干燥方法，例如喷雾干燥或者流化床干燥。所述产生含有蓝色包封物的粉末。
可将根据第三个和第四个实施方案得到的分子复合物用作着色剂，以向食品提供均匀的颜色。可将它们作为含水产品或粉末形式的成分，加入到最终食物产品中。
根据上文所述，本发明提出生产具有稳定蓝色的食品级包封物的方法，其包含下述步骤：
a)胶凝蛋白质溶液，
b)步骤a)之前或之后，将水溶液形式或者粉末盐形式的选自Fe2+、Fe3+、Cu2+、Al2+、Al3+和其混合物的金属离子混合到蛋白质溶液中，
c)步骤a)或b)之前或之后，将含有花青苷、花青素或其混合物的着色剂成分加入到蛋白质溶液中。
因此，数种步骤组合包含在本发明的上下文中：a-b-c、a-c-b、b-a-c、b-c-a、c-a-b和c-b-a。这些组合的每一个之后可跟随有干燥步骤。
最终食物产品包括冷藏的(chilled)乳制品(酸乳、奶油(cream)、甜点、奶油冻)、环境温度(ambient)乳制品(炼乳、奶精粉(creamer powder)、奶粉)，冷冻食品(冰奶酪、雪葩(sorbet))、糖果产品(糖果(sugar candies))和烹调用品(汤、肉汤)或饮料。所述最终食物产品可含有食品级包封物：凝胶微粒包封物或分子复合物的两种形式之一或两者。此外，通过将不同比率的蓝色粉末和其他食品级着色剂混合，最终食物产品中可得到多种颜色，例如通过混合黄色和蓝色得到绿色。因此，应用相加颜色合成的原则，得到几种其他的颜色是可能的。
根据包封物的大小，终产品中的蓝色可从均匀蓝色变化至视觉线索。
现在，应该提到的是：本发明提供食品级天然和稳定的蓝色。事实上，正如将在实施例中所示的，处理和贮存期间，包封物显示稳定的颜色。蓝色是由含有花青苷的天然植物提取物或汁液浓缩物提供的，然后，与金属离子络合。因此，此类蓝色非产生自合成分子。尽管天然蓝色是已知的，但是必须注意：本发明人认为这是第一次利用胶凝的蛋白质得到稳定和食品级的蓝色。
包封物的颜色取决于金属离子浓度、花青苷浓度和pH。当金属离子浓度或花青苷浓度增加时，色度增加，且值降低(在孟塞尔颜色系统中)。
包封物可用于染色食物产品例如食物本身或饮料。在一实施方案中，将包封物作为成分加入到食物产品中。可将它们作为水性组合物或干燥粉末加入。
实施例
在下面的实施例中，果实或植物浓缩物可以是樱桃红(GNT)、红甘蓝提取物(Diana Naturals)或紫色胡萝卜汁(Diana Naturals)。用CIELab颜色空间测量颜色，并将颜色转化到孟塞尔颜色空间。
其他成分是食品级质量，且可由Davisco Foods International、Dr.PaulLohmann、CP Kelco、Emmi Schweiz AG、International Specialty ProductsInc.提供。
实施例1：含有酪蛋白酸钠和多糖成分的微粒包封物的制备
包封物的最终组成(干燥之前)：3wt%酪蛋白酸钠/1.4wt%藻酸钠/0.21wt%Fe/0.4wt%植物汁。
方法描述：
1)将37.5g8wt%酪蛋白酸钠溶液与0.5g1.2M FeSO4/1.2M-柠檬酸钠溶液混合15min。
2)加入56g2.5wt%藻酸钠溶液并搅拌15min。
3)加入大约9g0.1M柠檬酸溶液，同时搅拌，将pH降低到5.0，以与铁胶凝蛋白质。pH的降低是逐渐进行的，这意指每降低0.2单位pH，将混合物搅拌1min。
4)在搅拌条件下，将混合物(pH5.0)滴注到8wt%的氯化钙溶液中(在搅拌条件下保持30min)。通过剪切溶液射流、通过射流振动或者通过射流压力，可致使液滴破碎。胶凝的颗粒的大小(20-5000μm)将取决于喷嘴的大小、剪切的速率、振动模式和/或施用的压力。
5)通过过滤或者通过离心分离包封物。
6)将包封物加入到0.4wt%果实或植物汁浓缩物中，并将该分散物搅拌30min。
7)通过喷雾-干燥(小颗粒)或者通过流化床(之前需要分离颗粒)，干燥包封物。
用光学显微镜观察(图1)
将凝胶微粒通过固定于无水戊二醛的甲醇溶液中来稳定并埋植于Spurr树脂中。将薄切片(0.5微米厚度)就蛋白质(浅绿色)和多糖(钌红)或者用甲苯胺蓝(通用染色)染色。使用装有数字相机Axiocam MRc5的显微镜Zeiss Axioplan II。图1显示胶凝的蛋白质分散相(A)和胶凝的多糖连续相(B)。
实施例2：含有乳清蛋白分离物(WPI)的微粒包封物的制备
干燥的包封物的最终组成：～90wt%WPI/2wt%Fe/0.4wt%植物汁
方法步骤的描述：
1)通过在80℃下将溶液加热30min(或者等价的时间/温度组合)，在pH>5.9(优选在pH7)，完全变性11wt%WPI溶液。
2)在搅拌条件下，将所述混合物滴注到5%硫酸铁溶液中(在搅拌条件下保持30min)。
3)重复实施例1的步骤5-7。
实施例3：含有乳清蛋白分离物的分子复合物包封物的制备
包封物的最终组成(干燥之前)：4wt%WPI/3.5wt%植物汁/0.11wt%Fe
方法步骤的描述：
1)在pH6.4–7.0，在85℃下，使6wt%WPI/0.16wt%mM Fe溶液变性，持续15min。
2)将67g变性的溶液与33g10.5wt%植物汁溶液混合；不断地调整pH，从而使pH不低于pH6.0。
3)喷雾干燥混合物。
实施例4：含有乳清蛋白分离物和阿拉伯胶的分子复合物包封物的制备
包封物的最终组成(干燥之前)：4wt%WPI/2.8wt%阿拉伯胶/4.5wt%植物汁/0.017wt%Fe
方法步骤的描述：
1)在水中混合并水合4wt%WPI粉末。
2)加入0.09wt%FeSO4·7H2O粉末，并将溶液pH调至6.5。
3)在pH6.5，在85℃下，变性WPI-铁混合物，持续15min。
4)加入2.8wt%阿拉伯胶粉末，致使最终pH值为5.5-6.0。
5)加入4.6%植物汁浓缩物，用2M NaOH(约总混合物的0.8wt%)连续地调节pH至5.0。
6)喷雾干燥混合物。
用光学显微镜观察(图6和7)
在PBS pH7.2中、50μg/mL的浓度，用FITC(异硫氰酸荧光素)、凝集素(Bandeiraea simplicifolia，Sigma，#9381)标记阿拉伯胶，持续2小时。通过装有Polyvar显微镜(激发：488nm；发射：>505nm)的表面荧光观察到它们。
用原子力显微镜(AFM)观察(图8)
将载有切片的玻璃载玻片固定到磁性板上，并放在AFM(PSIA,XE-100)的磁性样品支架上。利用SSS-NCLR(Nanosensors)尖端(厚度7+/-1μm；长度225+/-10μm；宽度28+/-7.5μm，共振频率：146-236kHz，力常数：20-98N/m；尖端高度10-15μm；尖端半径：2nm)，以1-2.5Hz的速率，用断续接触模式(轻叩(tapping)模式)，获得成像。
如图7和8中可见，大约130nm直径的蛋白质凝胶由阿拉伯胶桥接在一起，形成5-20微米直径的次级分子复合物。
实施例5：甜炼乳处理期间来自微粒包封物的蓝色的稳定性
实验室规模试验期间，评价甜炼乳(SCM)历经热处理(95℃，5秒)的蓝色微粒包封物的颜色稳定性。下面的表1显示孟塞尔颜色分级。图2提供微粒的照片。根据实施例3，制备含有酪蛋白酸钠的微粒。
结果(孟塞尔表示法)显示SCM在95℃热处理5秒期间，蓝色微粒的颜色是稳定的。
表1
Figure BDA0000457151290000181
实施例6：含有微粒包封物的甜炼乳贮存期间的蓝色稳定性
用含有凝胶微粒包封物的SCM评价蓝色随时间推移的稳定性。在4℃和20℃下，于3个月、6个月和9个月的3个时间点进行贮存测试。下面的表2显示SCM中和洗涤后的孟塞尔颜色分级。图3提供微粒的图片。
结果是颜色在20℃的贮存温度下稳定甚至超过9个月。
表2
Figure BDA0000457151290000182
Figure BDA0000457151290000191
实施例7：甜炼乳处理期间来自分子复合物包封物的蓝色的稳定性
实验室规模试验期间，评价甜炼乳(SCM)历经热处理(95℃，5秒)的蓝色微粒包封物的颜色稳定性。下面的表3显示孟塞尔和CIELab颜色空间。在CIELab系统中进行测量，并将值转化成孟塞尔颜色空间。图4提供了有颜色的甜炼乳的照片。根据实施例4，制备微粒。
结果(孟塞尔表示法)显示在SCM中、在95℃热处理5秒期间，蓝色微粒的颜色是稳定的。
表3
实施例8：含有分子复合物包封物的甜炼乳贮存期间的蓝色稳定性
在含有分子复合物包封物的SCM中评价蓝色随时间推移的稳定性。热处理步骤(95℃/5s)之前，将根据实施例7中所述制备的分子复合物包封物加入到甜炼乳(SCM)中。在三种温度：4℃、20℃和30℃，将SCM样品在暗室的玻璃罐中贮存。评价经过贮存期(1、3、6和9个月)蓝色的稳定性。图5提供图片，以及含有蓝色分子复合物包封物的甜炼乳的L、a、b颜色值。在CIELab系统中进行测量。
结果是：在高达20℃的贮存温度，9个月后，颜色保持稳定。在30℃下，高达6个月的贮存期间，颜色是稳定的。在该温度下，变色是部分由甜炼乳中的美拉德反应(其产生黄褐色)引起的。
在本说明书的上下文中，术语“包含”不排除其他可能元素或步骤。并且，提及例如“一种或一个(a或an)”等时不应解释为排除复数。权利要求书中关于图中标明的元素的参考标记的应用也不应理解为限制本发明的范围。
应该理解：在不背离本发明公开和教导的方法和组合物的条件下，所用的材料和化学细节可以是与文中描述的略微不同或变更。
尽管在前面的描述中已描述了优选的实施方案，但是应该理解本发明不限于公开的具体实施方案。各种变更对本领域普通技术人员可能是显而易见的，并且可从本发明的实践中获得。在不同权利要求中提到的个别特征可能可以有利地组合，并且在不同权利要求中这些特征的提及不排除不可能的和不利的特征的组合。

Claims (13)

1.具有50nm-5mm直径的食品级包封物，其包含胶凝的蛋白质、着色剂成分和金属离子，其中所述着色剂成分包含花青苷、花青素或其混合物，其中所述包封物具有稳定的蓝色。
2.根据权利要求1所述的包封物，其中所述蛋白质选自球状蛋白质，优选选自乳清蛋白、大豆蛋白、卵白蛋白、豌豆蛋白、羽扇豆蛋白、马铃薯蛋白、卡诺拉油菜蛋白或其混合物。
3.根据权利要求1或2中任何一项所述的包封物，其中所述蛋白质是胶束酪蛋白、酸性酪蛋白、酪蛋白酸盐或其混合物
4.根据权利要求1-3中任何一项所述的包封物，其还包含多糖成分或明胶或者多糖成分和明胶的混合物。
5.根据权利要求4所述的包封物，其中多糖成分选自高度分支的果胶、阿拉伯半乳聚糖、阿拉伯半乳聚糖-蛋白质复合物、谷物阿拉伯木聚糖或其组合物。
6.根据权利要求4所述的包封物，其中多糖成分选自高分子量多糖和/或胶凝多糖，优选选自藻酸盐、角叉菜胶、果胶、琼脂、瓜尔胶、角豆胶或黄原胶。
7.根据权利要求1-6中任何一项所述的包封物，其具有3.5-8.0的pH。
8.用于生产具有稳定蓝色的食品级包封物的方法，其包括以下步骤：
a)胶凝蛋白质溶液，
b)步骤a)之前或之后，将选自Fe2+、Fe3+、Cu2+、Al2+、Al3+和其混合物的金属离子溶液加入到蛋白质溶液中，
c)步骤a)或b)之前或之后，将含有花青苷、花青素或其混合物的着色剂成分加入到蛋白质溶液中。
9.根据权利要求8所述的方法，其中步骤a)含有至少下述步骤之一：
－在5.8-8.0的pH，将蛋白质溶液加热至70℃-150℃的温度，保持10秒至2小时的一段时间，直到所述蛋白质胶凝化，
－将蛋白质溶液的pH调至所述蛋白质的等电点，
－将所述金属离子的溶液加入到蛋白质溶液中，并保持pH恒定。
其中，所述蛋白质溶液含有1-10重量%浓度的蛋白质。
10.根据权利要求8或9中任何一项所述的方法，其还包含在步骤a)之前或之后，将多糖成分加入到蛋白质溶液中。
11.根据权利要求8-10中任何一项所述的方法，其包括进行完步骤a)、b)和c)之后的干燥步骤。
12.食物产品，其包含根据权利要求1-7中任何一项所述的包封物或者其根据权利要求8-11中任何一项所述的方法生产。
13.根据权利要求1-7中任何一项所述的包封物，其是粉末形式的。
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