CN1040374A

CN1040374A - 具有耐贮存特性的改性淀粉乳化剂

Info

Publication number: CN1040374A
Application number: CN89105576A
Authority: CN
Inventors: 赵从伟
Original assignee: National Starch and Chemical Corp
Current assignee: Brunob II BV
Priority date: 1988-08-18
Filing date: 1989-08-15
Publication date: 1990-03-14
Anticipated expiration: 2004-08-15
Also published as: IL90061A0; AU607071B2; AU3476289A; JPH0255702A; JP2540204B2; CN1034578C

Abstract

能用于乳化工业制品(特别是含风味油的食品和饮料)的改性淀粉，其制备方法是用酶降解淀粉分子非还原端的1，4—α—D—糖苷键，所用的酶最好是β—淀粉酶，酶解作用可以在制备含有一个疏水基或同时含有一个亲水和一个疏水的取代基的淀粉衍生物之前或之后进行。酶解作用提供一种淀粉乳化剂，其乳浊液的特征是具有改进的货架稳定性，该乳化剂可以用作阿拉伯树胶的代用品及用在其他工业用途中。

Description

本发明涉及一种改性淀粉，这种改性淀粉可用于耐贮存的乳浊液中，并且可在需稳定的水包油乳浊液体系中用作阿拉伯树胶的代用品，特别是用在以柑桔油之类的食用香料油调香的饮料中。本发明还涉及制备这种改性淀粉的一种方法以及含有这种改性淀粉的化学组合物、食品和饮料。

许多化学成份可在食品、化妆品、油漆、药物和聚合物等工业中以及在纺织品加工、皮革加工、矿石浮选、石油钻井和农业喷雾操作中用作乳化剂。在诸多的这些应用中，乳化剂同时也起到粘度稳定剂或连续相的流动性的功能。通常，在这些应用中要求该乳浊液有较长时间的货架稳定性。

能起到水溶性乳化剂和稳定剂功能的典型成份包括有胍尔豆胶、阿拉伯树胶和其他胶类、淀粉、蛋白质、各种水溶性聚合物等。参见《化学技术百科全书》（Encyclopedia of Chemical Technology Kirk-othmer编，第三版，Wiley-Intersci-ence纽约，1979，第8卷900-910页，918页，923-925页以及第12卷55-56页）。阿拉伯树胶由于其货架稳定性在许多应用中优选，特别是在乳浊液的冷藏或冻结贮存中。

阿拉伯树胶是一种枝链的取代杂多糖，其特征为水溶性极大、粘度低，以及无嗅、无色、无味。阿拉伯树脂已经在糖果、糖浆、风味油乳剂、冰淇淋和饮料等食品中以及墨水、粘合剂、纺织品和印刷液中用作乳化剂或稳定剂。

阿拉伯树胶是生长于中东和非洲的一种天然胶。由于阿拉伯树胶得自这些地区，所以非常昂贵，并且其供应和质量也无法预定。因此长期以来工业界一直在寻找一种货架稳定的，价格低廉的阿拉伯树胶代用品，并且已发现淀粉衍生产品可用于此目地。

1953年12月1日公布的（Caldwell等人的）美国专利2，661，349号公开了取代的二羧酸酐淀粉半酯衍生物。这些衍生物中，有一些能形成稳定的水包油乳浊液，它适用于饮料乳浊液、风味物质乳浊液和其它乳浊液的应用中。参阅《改性淀粉：性质和用途》一书中的第九章（P.Trubianu，Chapter9，in Modified Starches：Properties and uses，CRC press，Boca Raton，Florida，1986，P.134-147）。可溶于冷水的、低粘度的辛烯琥珀酸盐淀粉衍生物已经成功地在充碳酸气饮料中取代了阿拉伯树胶。较高粘度的辛烯琥珀酸盐衍生物已经在色拉调味料中作为阿拉伯树胶的代用品。这些取代的二羧酸淀粉半酯衍生物也已经代替阿拉伯树胶用于外包胶囊的疏水物质，例如风味料、维生素、香料和油等。典型的外包胶囊是通过喷雾干燥一种水包油乳浊液制备的。某些胶囊介质已被改进成一种组合物，它可以逐渐地释放或有控制地释放包埋的风味物质或油。另外有一些可以在水中溶解比它相对应的阿拉伯树胶更多的固形物，在某些应用中可能更优于阿拉伯树胶。

用于饮料和风味物质乳浊液中的低粘度（转化）淀粉通常是通过淀粉的酸降解来制备的。低粘度淀粉的生产方法是已经熟知的。1977年7月12日公布的（Richards等的）美国专利4，035，235号公开了一种亲油取代淀粉的降解方法，它是用α-淀粉酶消化来代替酸降解而制备低粘度淀粉。这种亲油取代淀粉适用于风味物质的胶囊包封和水包油乳浊液。这些转化方法制得的淀粉制品适用于作为饮料中油的乳化剂和胶囊介质。使用已知的淀粉衍生物来代替阿拉伯树胶的一个缺点是这些已知的淀粉衍生物在贮存中较不稳定。这些淀粉衍生物比阿拉伯树胶的货架寿命短并且冷藏和冻结解冻稳定性差。所以，在某些应用中，例如在软饮料和类似的饮料的生产中用作风味糖浆基料时，这些淀粉衍生取代物不及阿拉伯树胶。因为饮料制造商将风味糖浆基料运送到不同地区进行瓶装，而这些糖浆基料在灌瓶操作前可能已经过长时间的冷藏，所以这些风味油乳浊液必须在贮存中保持稳定。此外，由于不同灌瓶商的冷藏温度可能不同，或一天与另一天的冷藏温度可能不同，因此风味油乳浊液必须能耐温度的交替变化，包括冻融循环。

在饮料应用中出现的稳定性问题是因为淀粉制品有回生（retrograde）倾向，使风味油乳浊液在温度交替变化或长期贮存中破坏。在严重时，淀粉可能会回生而形成一种凝胶，使风味油完全从水相中分离出来。淀粉的回生作用实质上是一个结晶过程，它是在淀粉分子的直链部分彼此之间顺序排列时和通过羟基形成链间的氢键时产生的。当产生了足够的链间键时，分子缔合以形成分子聚集体，这些聚集体有降低水合作用的能力，因此表现出较低的水溶性。这些聚集体可能会沉淀，或者，在较浓的溶液中，可能会形成一种凝胶。这种回生的趋势在含有较多线型直链淀粉分子的淀粉中更为显著。在同时含有直链淀粉和支链淀粉的淀粉中，或只含支链分子的淀粉中，这种回生的倾向较不显著，当温度下降时，同时含直链淀粉和支链淀粉的淀粉表现出较大的回生倾向。

在某些应用中，通过化学法衍生淀粉分子来部分地克服回生作用，也即通过淀粉分子之间的缔合作用或同一分子的不同部分之间的缔合作用来使淀粉稳定，从而达到在贮存时降低淀粉失去水合能力的倾向。例如，可用一种试剂同淀粉反应来引入一些取代基，如羟基丙基，磷酸酯，乙酸酯或琥珀酸酯等基团，以在贮存中稳定淀粉分子。这种衍生反应可以在淀粉上连续发生，从而通过交联或降解进一步改良以获得有特殊用途的淀粉。但是，这些衍生的淀粉不具有像阿拉伯树胶那样典型的稳定的乳化性质。

其他已知的可以在低温下限制淀粉回生的方法也不能提供稳定的乳化淀粉。例如，1970年8月25日公布的（Wurzburg等的）美国专利3，525，672号公开了用一种酶（例如β-淀粉酶）来处理交联的、抑制的淀粉增稠剂，从而使用于馅饼馅、布丁和需在低温下贮存的其他增稠食品的淀粉增稠剂具有冻融稳定性。除去上述的抑制方法外，有时部分地衍生淀粉基料也是有利的。典型的取代基包括酯基如乙酸酯、琥珀酸酯、磷酸酯和硫酸酯等基团，以及其他基团。

1984年1月31日公布的（Wurzburg等的）美国专利4，428，972号公开了一种糯性谷物淀粉增稠剂，它在水分散系中可以具有特别优良的低温稳定性，这种淀粉得自一种WXSU₂基因型的植物。

但是，在所有这些用于克服在低温贮存中回生作用的发明中，没有一个公开的淀粉制品可用于制备货架稳定的水包油乳浊液。因此，需要有一种产品，它既具有乳化性质，又能在货架贮存、冷藏、冻融循环中保持稳定，这种产品可以用来代替阿拉伯树胶。

因此，需要有一种改进的改性淀粉，它具有阿拉伯树胶的稳定的乳化特性。本发明提供了这样一种改性淀粉，同时也提供了生产这种改性淀粉的方法。

这里也提供了含有淀粉乳浊液的产品，这些产品具有良好的货架稳定性，具体说是含有风味油乳浊液的食品和饮料。

本发明提供了一种具有乳化性质的改性淀粉，这种改性淀粉的乳浊液具有改进的稳定性，以及在贮存时能耐析油和胶凝的特性。这种改性淀粉包含一种含有一个疏水基或同时含有一个亲水基和一个疏水基的淀粉衍生物，其中以重量计高达70%的淀粉衍生物已被一种外酶所降解，该外酶能从淀粉的非还原端断裂1，4-α-D-糖苷键，但是不能断裂淀粉的1，6-α-D糖苷键。

本发明还提供一种制备具有乳化性质的改性淀粉的方法，这种改性淀粉的乳浊液具有改进的稳定性，以及在贮存中能耐析油和胶凝的特性。该方法包括以下步骤：a）准备一种糊化的淀粉衍生物，该衍生物的特性为每一个取代基上都含有一个疏水基或同时含有一个亲水基和一个疏水基;b）用一种外酶将高达70%（以重量计）的淀粉衍生物降解为麦芽糖，这种外酶能够从淀粉的非还原端断裂1，4-α-D糖苷键，但是不能断裂淀粉的1，6-α-D糖苷键。

本发明方法中所用的酶处理是在淀粉已经过衍生而含有疏水基或者同时含有亲水基和疏水基之后进行的，从而使它具有乳化性质。或者，也可在制备淀粉衍生物之前进行酶处理。制备这类衍生物的方法在前面提及的美国专利2，661，349中公开。最好的淀粉衍生物是一种淀粉链烯基琥珀酸半酯，其中的羧基可以是一种酸或一种羧酸酯。但是，应注意的是任何一种可在淀粉分子上产生所需疏水功能或疏水和亲水双重功能，从而使这种改性淀粉具有乳化性质的方法都可以用来制备本发明的改性淀粉。1986年12月2日公布的（Trzasko等的）美国专利4，626，288号公开了合适的衍生物及制备这些衍生物的方法。

用一种能够在淀粉分子的非还原端断裂1，4-α-D-糖苷键但不能断裂淀粉分子的1，6-α-D-糖苷键的外酶进行处理含有一个疏水基或者同时含有一个亲水基和一个疏水基的淀粉衍生物，直到70%（最好是55%）（重量）的淀粉衍生物降解为麦芽糖。

在制备本发明的改性降解淀粉中，要求淀粉能同水以任何所需比例形成浆状物以达到所要求的酶-底物浓度或计算出的适合于最终用途的浓度。然后加热此混合物使淀粉糊化。如果需要，也可以用粒状淀粉，但是颗粒淀粉的酶解过程进行缓慢。然后将混合物的温度和PH调至用于制备淀粉产品的特定酶的生产厂家或供给商推荐的最佳值。

这种酶必须是一种外酶，它能从淀粉分子的非还原端断开1，4-α-D糖苷键，但是不能断开1，6-α-D糖苷键。优选的是β-淀粉酶，它是一种非常特殊的外酶，通过它的作用，只能在带有麦芽糖甙基的淀粉分子的非还原端形成一种反应络合物，这种麦芽糖甙基通过1，4-α-D糖苷键同葡萄糖基键合。这样，酶只能在非醛端（非还原端）同淀粉反应，因而从这些外部支链中断裂出麦芽糖单元，直至达到分支点（1，6键）。在酶处理后，淀粉分子的每一个分支点上仍残留一个麦芽糖或葡萄糖单元。由于这种外酶能够断开淀粉分子的1，4键，但是不能断开1，6键，因此降解后的残基有一个紧密的分子结构，这种结构基本上没有外部支链或只有短的外部支链。这样，产品就没有长的外部支链，这种长的外部支链会在淀粉的水分散系中引起回生作用和脱水收缩，所述淀粉水分散系经过长期贮存和/或反复冻融循环。

让酶消化淀粉直到70%（最好为达到55%）（重量）的淀粉已经降解成麦芽糖，或者已经达到所要求的终点（即此淀粉已有足够的降解度，用此淀粉制备的特种乳浊液具有改进的货架稳定性）。该终点可以用粘度的变化，还原糖的含量，或任何其它本领域已知的测量淀粉分子酶解程度的方法来测定。另一种方法是，让酶解继续进行，直到基本上全部有效的麦芽糖单元都已脱离淀粉分子为止。降解的时间随温度、酶和底物的浓度以及其它可变因数而变，通常为几小时到24小时或更长时间。然后用加热、加入化学物质或本领域已知的其他钝化酶或将酶与底物分离的方法使酶降解终止。

所形成的降解淀粉组合物可以用喷雾干燥、滚筒干燥或其它适于应用的形式进行回收。

应该明白，本发明包括任何乳化的组合物，其中的乳化剂是已经过酶法改良而改进了乳浊液货架稳定性的淀粉。因此，它意味着包括含有改性淀粉和树胶或其他乳化剂的混合物的乳浊液。

本发明的改性淀粉可以有利地应用于任何以阿拉伯树胶作为乳化剂、稳定剂等的产品中，以及应用于任何需用高分子量的水溶性乳化剂来形成或稳定乳浊液的产品中。因此，它可应用于用桔子油或柠檬油调味的饮料，各种糖食、冰淇淋，以及其它要求有货架稳定性乳化剂的饮料和食品中。它可应用于水基饮料和醇基饮料中。这种淀粉还可用于制备喷雾干燥的风味油（该油复水后可形成风味乳浊液）、墨水、纺织品和其他非食品的用途。

能用来制备本发明酶解淀粉的可用淀粉得自包括玉米、马铃薯、甘薯、小麦、大米、西谷米、木薯、粘玉米、高粱等在内的任何植物原料。也包括从上述任何一种淀粉中得到的转化产品，例如，通过氧化、α-淀粉酶转化、弱酸水解或加热糊精化等方法制备的流性淀粉或稀糊淀粉，以及醚化和酯化的衍生淀粉。

此淀粉最好是一种糊化淀粉（一种预煮过的非粒状淀粉），也可以是一种经过弱酸降解的或加热糊精化方法转化的流性淀粉，所述转化方法的技术都是熟知的。参见M.W.Rutenberg的“淀粉及其改性”（Starch and Its Modifications），《水溶性树胶和树脂手册》（Handbook of Water-Soluble Gums and Resins），R.L.Davidson，editor，HcGraw Hill，Inc.纽约，1980年，第22-36页）。这些转化技术可以单一使用或几种结合使用。这种转化作用是在用疏水/亲水试剂（或只用疏水试剂）处理之前以及在用β-淀粉酶处理之前进行的。需要时，也可用α-淀粉酶处理来转化淀粉，以产生一种像美国专利4，035，235中公开的流性淀粉。α-淀粉酶的转化一般在β-淀粉酶处理之前进行。当需要高粘度的乳化系统时，就无需转化淀粉。

淀粉可以用任何可使淀粉具有乳化性质的试剂处理来衍生。衍生作用可以在β-淀粉酶处理之前或之后进行。所述试剂必须含有一个疏水部分，并可以含有一个亲水部分。疏水部分应该是烷基、烯基、芳烷基或芳烯基，这些基团至少含5个碳原子，最好是5个到24个碳原子。可如下面所述的优选方案中提出的那样，由试剂提供亲水部分，或者如在另一些实施例中那样，以淀粉自身的羟基作为亲水部分，而试剂仅提供疏水部分。

在一个优选方案中，淀粉的衍生是用美国专利2，661，349号中所述的方法，即通过与一个链烯基环二羧酸酐起反应而进行的。但是，任何用于衍生淀粉的方法，使淀粉分子产生所需的疏水和亲水双重功能，从而使淀粉具有稳定的乳化性质，都可以用于制备本发明要求的改性淀粉，包括本领域中还不知道的方法。

当需要低粘度乳化剂时，优选的方案是一个含支链淀粉的辛烯琥珀酸淀粉半酯衍生物，例如粘玉米，其水流度（WF）已转变到约60。水流度是在一个刻度为0-90的粘度经验试验中测得的，其中的流度是粘度的倒数。淀粉水流度的典型测定方法是用一种Thomas旋转式剪切型粘度计（Thomas Rotational Shear-Type Viscometer，由美国Arthnr H.Thomas公司制造，Philadelphia，PA 19106），该粘度计用一种粘度为24.73厘泊的标准油在30℃进行标定，该油要求100次转动需23.12±0.05秒。通过在不同的固形物含量下测定每100次旋转所消耗的时间来获得准确的和可再现的水流度，不同的固形物含量是由淀粉的转化程度而定的（随着转化程度增加，粘度下降）。在一个优选的实例中，至少用0.25%，最好为3.0%的辛烯琥珀酸酐来处理转化的淀粉。需要时，还可使用一种羟丙基辛烯琥珀酸酯衍生物。

对于其他产品，可以采用任何取代程度或转化水平以产生所要求的粘度和乳化特性。例如，美国专利4，035，235号公开了一个适用的方案，它包括用来生产一种淀粉的亲水衍生物的方法，该衍生物在包封不溶于水的物质如挥发性风味油或香料时作为阿拉伯树胶的代用品。

在一个优选的实施方案中，制备淀粉衍生物之后的第二个步骤是糊化此衍生的淀粉。糊化过程使淀粉分子从颗粒状结构展开，从而使酶能更容易地并更均匀地降解淀粉分子的外部支链。在淀粉浆糊化后，把浆的固形物、温度和PH调节到可以提供最佳的酶活性。

酶活性的最佳参数将随所用的酶不同而不同。因此，酶降解的速率随各种因素而不同，这些因素包括所用的酶型、酶浓度、底物浓度、PH、温度、抑制剂存在与否以及其它因素等。根据酶型或其来源，可能需要调整各项参数以获得最佳的消化速率。通常，优选的酶消化反应是在最高的固形物含量下进行，这有利于以后淀粉组合物的干燥，同时又能保持最佳的反应速率。例如，对于在饮料中使用的由大麦β-淀粉酶生产的乳化剂而言，预煮淀粉分散体系在固形物含量达到33%时为最佳。也可以用更高的固形物含量，但是，较高的固形物含量会造成搅拌困难或效果不好，对淀粉分散体系的操作也更困难。

虽然本发明的方法是采用β-淀粉酶作为酶成分来说明的，其他的酶也可用于制备本发明的改性淀粉，例如，外-α-1.4-葡糖苷酶，外-1，4-α-D-葡聚糖麦芽四氢水解酶，外-1，4-α-D-葡聚糖麦芽六氢水解酶，或任何其他能选择性地从淀粉分子的非还原端断开1，4-键但是不能断开1，6-键的外酶。

因为这些外酶只能从支链淀粉分子的外部支链上去除葡萄糖、麦芽糖或较大的糖单元，而不能使分子脱去支链，所以此酶降解过程产生其短链分支点保持完整的分子。在支链淀粉中，分支点约占分子的单糖单元的4-5%。随着支链淀粉的酶解，分子的外部支链被缩短，直到与其他支链的缔合减少或消除的那一点，留下的那些1，6分支点阻止了内部支链的缔合。所以，降解的分子在贮存和冻/融循环中显示出改进的抗回生作用。正是由于这一原因，只能从淀粉分子的非还原端断开1，4键而不能断开1，6键的外酶是本发明的一个必要的要素。

虽然本发明的方法中使用了溶液中的酶，但是利用固定在固体载体上的酶的方法也适用于本发明。

酶和底物的最佳浓度是由酶活水平决定的。酶活性可以用每毫升酶水溶液的糖化力度数（DP°）来表示。DP°是含在0.1毫升的5%的样品酶制剂溶液中的酶量，当该样品用100毫升底物在20℃下保温一小时时，所述酶量能产生足够的还原糖来还原5毫升费林氏溶液。这种测定DP°的方法见《食品化学品规范》（Food Chemicnls Codex第三版Nafional Acndemy Press Washing ton D.C.1981，P.484）。

在最佳温度和PH条件下，以干重计100克淀粉，需要超过334DP°以便在8小时内降解含33%固形物的糊化淀粉溶液。以干重计100克淀粉（PH为5.3，温度是57℃），DP°值最好是840-1110。

反应可以在缓冲溶液存在下进行，以保证在整个降解过程中，PH值保持最佳。缓冲液可以用乙酸盐、柠檬酸盐或其他弱酸的盐。还可以利用其他试剂以得到最佳的酶活性。反应可以在55～60℃PH3～10之间进行，优选的PH为5～7，最佳PH为5.7。

在酶消化过程中，淀粉的水分散体系的温度应保持在20～100℃，优选的温度为55～60℃，最佳温度为57℃。但是，如果要求较短的反应时间，则温度可以在60～63℃之间，或者用较高的酶浓度。至于酶反应中的其他参数，优选和最佳的温度范围将随其他参数的变化而改变，这些参数包括底物浓度、PH和影响酶活性的其他因素，这些可以由实践者来决定。

酶反应可以继续进行至达到所要求的降解程度，或者继续进行到全部可利用麦芽糖基本上都已从淀粉分子上去除。酶反应的进程可以用各种方法测定。如果获得某一特定的淀粉组合物的所有的关键参数都已确定，则可以让反应进行到预定的相对的时间终点（即如实施例1中的8小时）。该终点也可以通过测定还原糖的浓度来控制和限定。由1，4-α-D-葡糖苷酶活性产生的麦芽糖是一种还原糖，它可以用本领域熟知的方法定量。其他技术，例如控制粘度的变化或分子量的变化，也可以用来限定反应的终点。

在一个优选的实施方案中，通过测量含在反应介质中的还原糖的百分比来确定降解终点。每一个麦芽糖单元含有二个葡萄糖单元，但是只有一个还原基团可以在还原糖分析中予以测定。所以，还原糖的重量百分比（以葡萄糖计算）差不多等于由淀粉分子降解而形成的麦芽糖单元的重量百分比的一半。如果β-淀粉酶中污染有大量的α-淀粉酶，则反应介质中可能会含有更多的还原基团，考虑到这些污染物对测定酶反应过程的影响，测定还原糖时必须使之标准化。另一种办法是可以利用本领域已知的其他分析方法直接测定麦芽糖。

对于改进淀粉成份的低温稳定性所需要的淀粉降解程度是可以变化的。它取决于所用淀粉的类型、取代基的存在与性质，以及如果有取代的话，转化的程度。已知淀粉在降解13～55%（以重量计）时，可以改进增稠剂的低温稳定性（见美国专利，3，525，672号）。为了低粘度乳化作用的用途（即淀粉转化到水流度为40～60），降解过程须进行到70%（重量）的淀粉已经水解成麦芽糖为止，这是通过测定淀粉分散体系中的还原糖含量来确定的。

从理论上讲，利用纯β-淀粉酶和未转化的淀粉进行酶解，将淀粉降解为麦芽糖的最大量可以达到淀粉重量的约55%。但是没有纯的商品β-淀粉酶。商品β-淀粉酶含有少量的α-淀粉酶，α-淀粉酶是一种内酶，它能任意断开内部的淀粉支链，使断开的支链同β-淀粉酶起作用。用酸、加热或氧化也能使淀粉转化，但对淀粉的作用不如β-淀粉酶显著。因此，使用污染有少量α-淀粉酶的β-淀粉酶可以使淀粉的降解达到70%（重量）。

在已经达到所要求的淀粉降解程度之后，可以将酶钝化。β-淀粉酶在约100℃的温度下很快被钝化，因此，通过把淀粉分散体系的温度升高到至少75℃，时间至少15分钟，即可方便地使反应终止。

实践者将会发现本发明方法中步骤的顺序可以以任何次序进行，而不局限于上述优选实施方案中的次序。因此，在第二个优选的实施方案中，顺序相反，酶解步骤是在衍生作用步骤之前完成。

如果最终的应用目的要求把淀粉成分净化，则麦芽糖和其他的反应杂质以及副产品都可以通过透析、过滤、离心或任何其他本领域已知的用于离析和浓缩淀粉成分的技术来将其除去。

如果最终的应用目的要求干燥的淀粉成分，则可以用本领域任何已知的技术使淀粉成分脱水。

在饮料风味乳浊液应用中，最好用转化成水流度约为40～60的粘玉米淀粉。

对低粘度乳化剂来说，可以用酶反应中粘度的降低来测定降解是否已达到要求的程度。在实施例1中阐述了控制反应溶液粘度的一种方法。可以采用已知的许多测定粘度的方法中的任何一种方法。但是，除了所要求的酶活性外，还有许多因素会使粘度产生变化。例如，如果β-淀粉酶中含有大量的α-淀粉酶，则粘度的降低和β-淀粉酶活性之间就没有直接的相关关系。所以，如果用粘度的变化来测定酶降解的程度，则必须小心监测和控制α-淀粉酶污染的程度。如果这里所用的β-淀粉酶或任何其他的1，4-α-D-葡糖苷酶含有大量的α-淀粉酶污染物，则β-淀粉酶在使用前应先纯化，或者在反应分散液中加入α-淀粉酶抑制剂。

以下实施例将更充分地阐明本发明。在这些实施例中，除非另有说明，否则提到的部分或百分比都是以干重计，温度都是摄氏度。货架稳定性在低温测定以加速回生和缩短试验周期。

实施例1

本实施例阐述了本发明用于饮料风味物质的乳化作用中的一种改性淀粉的制备方法。

利用美国专利2，661，349号实施例Ⅱ中公开的方法从粘玉米淀粉中制备了一种辛烯基琥珀酸酯衍生物（OSA），所不同的只是用粘玉米代替了玉米淀粉。此外，用3%的辛烯基琥珀酸酐同淀粉反应，而不是像公开专利中所用的0.5%。一个28%的粘玉米OSA浆液在约149℃（300°F）下喷射蒸煮。然后将煮毕的粘玉米OSA放在55～60℃恒温水浴上，同时加以搅拌。用3%的盐酸将PH调到5.3。

把煮毕的粘玉米OSA分散液分成四份，在每一份中加进不同量的大麦β-淀粉酶（1，4-α-D-葡聚糖麦芽糖水解酶），该大麦β-淀粉酶购自Fermco Biochemicals，lnc.ELK Grove Village，Illinois）。加入的酶量，分别为168、334、840和1110DP°/100g粘玉米OSA干重。在前面的实验中已经测得酶浓度的这一范围可以在约8小时内产生所要求的淀粉降解程度。每100克淀粉含有至少334DP°的那三批淀粉都在3-8小时内达到了所要求的降解程度。

降解程度是用控制分散液的“漏斗”粘度（funnel Visco sity）来测定的。相应地，应控制大麦β-淀粉酶中存在的α-淀粉酶污染程度，限制到每毫升酶溶液不超过0.4个糊精化单位（DU），这样可使粘度不受这一变量的影响。一个糊精化单位是指在有过量的β-淀粉酶存在下，在20℃能以每小时1克的速率糊化可溶性淀粉时的α-淀粉酶的数量。

为测定“漏斗”粘度，称取38克变性淀粉（析干计算）到一个已称皮重的250毫升烧杯（不锈钢）中，烧杯中有一个温度计，加入蒸馏水到总重量为200克。将试样混和以溶解所有团块，并加热或冷却到22℃（72°F）。将煮过的淀粉分散液加到一个带刻度的量筒中，量100毫升。然后倒入一个校准过的漏斗中，同时用手指封住小孔。让少量分散液流回量筒以去除夹入的空气，再将留在量筒中的分散液倒回漏斗。用一个计时器来记录此100毫升试样流过漏斗末端所需的时间。

此漏斗是一个标准的58°、厚壁，抗变玻璃漏斗，顶部直径为9～10厘米，漏斗细颈部的内部直径约为0.381厘米。漏斗用上述方法进行校准，使得100毫升水以6秒钟通过。

通过仔细控制漏斗粘度试验的参数以及限制α-淀粉酶污染，使β-淀粉酶使淀粉降解的程度同粘度的损失之间具有相关性。用费林方法来测定还原糖以确定降解的程度。

在本实施例中，所要求的酶反应终点是在漏斗粘度9～50秒之间达到的。这些试样的还原糖含量在29～35%之间。相应的以重量计的淀粉降解为58～70%。当粘度已达到标准时，向反应溶液中通入直接蒸气，直到温度达至少75℃，并保持此温度至少15分钟，以使酶钝化。然后将各批分散液喷雾干燥，用喷雾装置公司（Spraying System Company）的标准＃22 1 1/4 J喷嘴，进口温度为200～210℃，出口温度为85～90℃。最后把喷雾干燥的产品用40目筛过筛。

实施例Ⅱ

本实施例说明：在实施例Ⅰ中得到的产品的水分散液经过多次冻/融循环后仍是稳定的，由此推论，经过延长贮存期后仍是稳定的。本实施例还阐明本发明的β-淀粉酶降解的淀粉比未经β-淀粉酶降解的对照淀粉在低温时更为稳定。

利用实施例Ⅰ中提出的方法，用β-淀粉酶降解粘玉米OSA和经酸降解的50WF的粘玉米OSA。同时用一个经酸转化的粘玉米OSA作为对照，该衍生物现在常用于饮料风味乳浊液中，β-淀粉酶降解的淀粉以20%固形物分散在水中并放在冻结器中。在一组试验中，分散液经受6次冻/融循环，其中，循环中的冻结部分持续1～5天，全部时间为22天。在另一组试验中，分散液经受连续6次冻/融循环，其中循环中的冻结部分持续1～5天，全部时间为18天。在每一个冻/融循环后，用一个Brookfield粘度计在室温下（约22℃（72°F）〕测定粘度，粘度计有一个＃3心轴，每分钟旋转10次。

对照的粘度增加，形成了可见的絮状物，于是粘度下降。酶处理过的试样的粘度除去在低粘度时Brookfield粘度计读数所固有的变动外几乎没有改变。此外，在对照中经一个冻/融循环后所形成的絮状物，在酶处理过的试样中是不存在的，即使在经6个冻/融循环后仍无絮状物出现。因此，酶降解的淀粉成分表现出在温度循环中有更大的抗回生作用，并由此推论，它比现在应用的对照成分更可以在饮料中代替阿拉伯树胶。

实施例Ⅲ

本实施例说明：改性淀粉能在贮存中保持抗回生作用，该改性淀粉已经通过去除由β-淀粉酶释出的麦芽糖而被净化。

把利用实施例Ⅰ的方法制备的β-淀粉酶降解的粘玉米OSA通过渗析法除去麦芽糖。把该淀粉以15-20%的固形物比例分散在蒸馏水中，并放在能截留分子量大于6000-8000的分子的渗析管中（得自Spectropor Membrane）。将分散液对蒸馏水渗析，直到渗析物中不含任何有机物。然后用乙醇沉淀收集淀粉。

把不含麦芽糖的试样同实施例Ⅰ中制备的含麦芽糖试样一起置于5-7℃冷藏83天。定期取样进行差示扫描量热法（DSC）分析以测定使该试样回生所需的最少天数。差示扫描量热法（DSC）分析是按照A.C.Eliasson在Prog.Biotechnology，1∶93-8（1985）中的“用差示扫描量热法测定淀粉的回生”进行的。

不含麦芽糖的试样即使冷藏83天后也没有回生。因此，如同含麦芽糖的β-淀粉酶降解淀粉那样，不含麦芽糖的淀粉比现在通常使用的粘玉米OSA乳化剂更能抗回生（见表Ⅰ）。所以，麦芽糖的存在并不是改进降解淀粉稳定性的必不可少的条件。

表Ⅰ

淀粉用差示扫描量热计能检测到的

50%淀粉分散液回生的天数

β-淀粉酶降解的粘玉米OSA 83天以上

衍生物

β-淀粉酶降解的经酸转化的 83天以上

粘玉米OSA衍生物

β-淀粉酶降解的经酸转化的 83天以上

粘玉米的肉豆蔻酸酯衍生物

不含麦芽糖的β-淀粉酶降解的 83天以上

粘玉米OSA衍生物

对照：

粘玉米OSA衍生物 4天

对照：

α-淀粉酶转化的粘玉米OSA 14天

衍生物

对照：

酸转化的粘玉米OSA衍生物 4天

对照：

酸转化的粘玉米的肉豆蔻酸酯少于1天

衍生物

实施例Ⅳ

本实施例阐明了β-淀粉酶降解的淀粉在贮存中更能抗回生。

用下列淀粉制备50%固形物的水分散液：

（1）β-淀粉酶降解的粘玉米OSA（从上述实施例Ⅰ中获得）

（2）β-淀粉酶降解的50WF的酸转化的粘玉米OSA（从上述实施例Ⅱ中获得）

（3）β-淀粉酶降解的50WF的酸转化的粘玉米的肉豆蔻酸酯，由下面的方法制备，

（4）50WF的酸转化的粘玉米的肉豆蔻酸酯对照试样，由下面的方法制备，

（5）α-淀粉酶转化的粘玉米OSA对照试样，

（6）酸转化的粘玉米OSA对照试样，和

（7）粘玉米OSA对照试样。

所有的β-淀粉酶降解的试样都是按实施例Ⅰ中的方法制备的。所有的OSA试样都是按实施例Ⅰ中的方法制备的。肉豆蔻酸酯试样的制备方法是：在300毫升水中加入200克50WF的酸转化的粘玉米淀粉使其成浆状，加入3%NaOH将PH调节到8.0，再在10至15分钟内加入20克N-肉豆蔻基-N-甲基咪唑氯化物。反应延续2小时，当反应混合物变稠时，再加入水以利于搅拌。过滤此反应混合物，然后将淀粉再悬浮，调整PH至5.5，然后再过滤，用甲醇洗涤和干燥。此淀粉产品含有约5%（重量）的肉豆蔻酸酯。

将这些淀粉悬浮液同对照试样以及上面实施例Ⅲ的不含麦芽糖的试样一起，置于5～7℃进行冷藏。定期取样，用实施例Ⅲ中的差示扫描量热法评价其回生作用。

表Ⅰ概括了对每一种淀粉用差示扫描量热法分析检测到一定程度回生时所需的天数。

这些结果表明没有用β-淀粉酶处理过的对照试样很快回生，而处理过的试样在进行研究的83天中用DSC分析不能检测到回生作用。

实施例Ⅴ

本实施例阐明了各种不同的淀粉和淀粉衍生物经β-淀粉酶降解后呈现出改进的货架稳定性，在某些情况中，呈现出改进的形成乳浊液的能力。

按实施例Ⅰ中的方法，用辛烯基琥珀酸酐处理一组淀粉以形成OSA衍生物，这组淀粉包括在19%固形物和22℃（72°F）时漏斗粘度为33.6秒的酸转化的木薯淀粉，40WF流动性的玉米淀粉，和一种羟丙基，84WF的酸转化的粘玉米衍生物。用实施例Ⅳ中的方法制备一个50WF粘玉米的5%肉豆蔻酯衍生物。利用下述方法制备一个粘玉米淀粉的16碳至24碳的烃链醚混合物：即将100g淀粉同3克3-氯-2-羟丙基-16-24烷基二甲基铵氯化物（得自Degussa公司的Quab 360〔C_16-24H_25-33NOCl₂〕）在PH11，5-12下混合。将淀粉混合物加热到40℃，使之反应16小时，然后中和到PH5.5-6，用水洗涤3次并干燥。按实施例Ⅰ中的方法用β-淀粉酶降解此淀粉醚衍生物（只有一例除外），然后喷雾干燥。例外的是当反应介质的漏斗粘度达到50WF的粘玉米淀粉的16-24碳烃链醚的对照混合物的水平时，即终止β-淀粉酶的降解作用。该对照淀粉醚按前面提及的方法制备，但所用的起始物料是一种酸转化的50WF的粘玉米淀粉。

每一种淀粉衍生物所有其他的试样都按实施例Ⅰ中的方法进行酶降解和喷雾干燥。

取20克喷雾干燥的淀粉衍生物试样同180克蒸馏水混合。在一个韦林氏混合机（Waling blender）中低速搅拌此分散液，调压变压器定在25-30进行2分钟。取80克柑桔油混合物缓慢地加到旋涡的中心。柑桔油混合物是由12份的从Fritzsche Dodge Oleott取得的简单榨取的柑桔油和3、4份从Hercules公司取得的酯胶＃8BE掺和。在韦林氏混合机中高速搅拌使淀粉分散液同油乳化2分钟。将形成的乳浊液放在一个玻璃广口瓶中，加盖，放在冻结器中，定期取出并升温到室温。用目测检验乳化液的分离、析油和胶凝状况。除去在室温时不能形成稳定的乳浊液外，全部试样在经冷藏后再经检验评价。

对照的40WF的酸转化的玉米淀粉OSA在室温下胶凝而不形成乳浊液。对照的84WF的酸转化的粘玉米淀粉和对照的50WF的酸转化的粘玉米淀粉肉豆蔻酸酯形成乳浊液，但在室温下很快分离。同样地，对照的酸转化的木薯淀粉也不形成乳浊液。对照的50WF的酸转化的粘玉米淀粉醚形成一个不良的乳浊液，该乳浊液在室温下呈浅黄奶油色，并在冷藏一天后析油。

相反，β-淀粉酶降解的40WF的酸转化的玉米淀粉OSA形成的乳浊液在二个冻/融循环后分离，而由β-淀粉酶降解的酸转化的木薯淀粉OSA形成的乳浊液在一次冻/融循环后分离。β-淀粉酶降解的羟丙基淀粉OSA在七次冻/融循环中是稳定的。由β-淀粉酶降解的粘玉米淀粉的5%肉豆蔻酸酯衍生物形成的乳浊液在经一次冻/融循环后以及在三周冷藏后都是稳定的。由β-淀粉酶降解的粘玉米淀粉醚形成的乳浊液在室温下以及在十二天中的二次冻/融循环后仍是稳定的。所有其他用β-淀粉酶处理过的试样所形成的乳浊液在冷藏六个月后都是稳定的。在全部实例中，用β-淀粉酶降解的试样优于它的相对应的对照物。

这些结果表明，β-淀粉酶降解的淀粉OSA（例如粘玉米、玉米和木薯等的淀粉衍生物）能改进由这些淀粉形成的水包油乳浊液的贮存稳定性。无论淀粉是用一种疏水/亲水取代物衍生（例如OSA），或是只用一种疏水取代物衍生（例如肉豆蔻酸酯），其结果都是相同的。此外，这些结果还表明在有特殊应用要求的地方，可以用羟丙基粘玉米淀粉OSA衍生物，该衍生物的酶降解作用可以得到一种低温稳定的水包油乳浊液。

实施例Ⅵ

本实施例表明本发明的改性淀粉同阿拉伯树胶一样能耐贮存，而且比现在用于乳化饮料风味油中的以淀粉为基料的乳化剂更耐贮存。

酶降解的粘玉米OSA衍生物和50WF的酸转化的粘玉米OSA都是按实施例Ⅰ中的方法制备的。这些淀粉成份和包括阿拉伯树胶在内的对照试样以及通常用于饮料风味油乳浊液中的酸转化的粘玉米OSA都是按实施例Ⅴ中描述的方法进行乳化的。

将这些乳浊液冷藏三个月。在冷藏开始前和冷藏三个月后用实施例Ⅱ中的方法（除去粘度为1000至5000厘泊时用＃5心轴）测定Brookfield粘度。目视检验冷藏三个月后的酶降解的试样，表明具有良好的乳浊液稳定性。粘度测定结果概括于表Ⅱ。

表 Ⅱ

冷藏三个月后风味油乳浊液中的粘度

乳化剂变化

开始的粘度三个月后的粘度

（厘泊）（厘泊）

β-淀粉酶降解的酸转化的酶 1256 1576

粘玉米的OSA衍生物

β-淀粉酶降解的粘玉米的 1520 1864

OSA衍生物

β-淀粉酶降解的粘玉米的 160 112

OSA衍生物

对照：酸转化的粘玉米的 160 1880

OSA衍生物

对照：阿拉伯树胶 136 108

这些结果表明用β-淀粉酶降解的淀粉成份制得的乳浊液同阿拉伯树胶乳浊液一样在贮存时能耐粘度变化、胶凝和析油。

因此，在水分散液中和在乳浊液中，用本权利要求中的改性淀粉显示出比当前已知的淀粉乳化剂在贮存中具有改进的抗回生性和稳定性。

实施例Ⅶ

本实施例阐明了本发明改性淀粉的制备方法可以通过实施例Ⅰ中步骤的相反顺序进行。

制备一个含28%固形物的粘玉米淀粉的浆液，加入3%的NaoH调整PH到6.0～6.3，在约149℃（300°F）下喷射煮浆。煮熟的淀粉放在55～60℃的恒温水浴上并恒定地搅拌。取实施例Ⅰ中的大麦β-淀粉酶以每100克（干基）淀粉1.650DP°的浓度加到煮熟的淀粉中。本实施例中所用的这批β-淀粉酶每毫升含有0.9DU的α-淀粉酶活性。用实施例Ⅰ中提出的漏斗粘度方法控制降解的程度。

当淀粉已达到30秒漏斗粘度时，通过加入10%HCl把PH降到低于3.5～4.0使酶钝化，并让淀粉保持在此PH值30～60分钟。钝化以后，通过加入3%NaOH调整PH到7.0。

OSA衍生物的制备方法是每100克（析干计算）淀粉用3克辛烯基琥珀酸酐，加到中和的、去除支链的淀粉分散液中，并充分混和。反应在室温下继续进行4小时，同时加以妥善搅拌。

用实施例Ⅰ中描述的方法喷雾干燥一部分此淀粉分散液。

按实施例Ⅴ中的方法用一种商品乳化剂（一种酸转化的粘玉米OSA衍生物），和用喷雾干燥的以及去除支链的淀粉的水分散液试样制备柑桔油乳浊液。对这些乳浊液进行至少8次冻/融循环，时间从1天到10天，然后像实施例Ⅴ中那样进行评价。

由对照淀粉形成的乳浊液经过一次冻/融循环后，表面上即覆盖一层柑桔油的油膜。相反，去除支链的淀粉形成的乳浊液，经过至少5次冻/融循环后仍是稳定的。喷雾干燥的淀粉试样经过8次循环后仍是稳定的。淀粉水分散液试样在第六次循环开始时出现一层浅黄色的油膜。

所以，在本发明中，用经酶降解的改性淀粉制备的乳浊液。无论在制备淀粉衍生物之前或之后，在贮存中都比用商品淀粉乳化剂制备的乳浊液具有改进的抗回生性和改进的稳定性。

Claims

1、一种具有乳化性质的改性淀粉，它的乳浊液在贮存中具有改进的稳定性和防析油及防胶凝的特性，这种改性淀粉包含一种含有一个疏水基或同时含一个亲水基和一个疏水基的淀粉衍生物，该衍生物中有70%(重量)已经被一种外酶降解，这种外酶能够从淀粉的非还原端断开1，4-α-D-糖苷键，但是不能够断开淀粉的1，6-α-D糖苷键。

2、权利要求1的改性淀粉，其特征在于所述淀粉是经酸或热转化的或由α-淀粉酶转化的WF达到60左右的淀粉。

3、权利要求1的改性淀粉，其特征在于所述外酶是β-淀粉酶，所述淀粉是一种粘玉米淀粉，并且该淀粉已经糊化并已用至少0.25%（按淀粉干重计算）的辛烯基琥珀酸酐处理而衍生。

4、权利要求3的改性淀粉，其特征在于所述淀粉被进一步衍生而含有羟丙基。

5、权利要求1的改性淀粉，其特征在于所述含有一个疏水基的淀粉衍生物是经糊化的，所述疏水基包括含有至少5个碳原子的烷基、链烯基、芳烷基或芳链烯基组成。

6、权利要求1的改性淀粉，其特征在于所述含有一个亲水基和一个疏水基的淀粉衍生物是经糊化的并含有一个具以下化学式的取代基：

式中R选自二亚甲基和三亚甲基类的基团，R′是至少含五个碳原子的烷基、链烯基、芳烷基或芳链烯基的疏水基，式中的羧基COOH是亲水基。

7、一种用于制备具有乳化性质的改性淀粉的方法，该淀粉的乳浊液在贮存中具有改进的稳定性和防析油及防胶凝的特性，该方法包括以下步骤：（a）提供一种糊化的淀粉衍生物，该衍生物的特性是每个取代基都含有一个疏水基或同时含有一个亲水基和一个疏水基;（b）用一种外酶将此淀粉衍生物的70%（重量）降解为麦芽糖，所述外酶能从淀粉的非还原端断开1，4-α-D-糖苷键，但是不能断开淀粉的1，6-α-D-糖苷键。

8、权利要求7的方法，其特征在于所述淀粉是一种粘玉米淀粉;该淀粉在用外酶处理前已经被酶转化或热转化，或被α-淀粉酶转化，直至WF达60左右，所述外酶能从淀粉的非还原端断开1，4-α-D-糖苷键，但不能断开淀粉的1，6-α-D-糖苷键;该淀粉已经用至少0.25%（以淀粉干重计算）的辛烯基琥珀酸酐处理而衍生。

9、权利要求7的方法，其特征在于所述外切酶为β-淀粉酶，所述酶解作用是在含有高达33%固形物的水分散液中进行的，酶的浓度为每100克淀粉（以干重计）334-1110度糖化力，水分散液的PH为3-10，温度在20～75℃之间。

10、权利要求7的方法，其特征在于所述淀粉衍生物含有一个疏水基，该疏水基包括至少含有5个碳原子的烷基、链烯基、芳烷基或芳链烯基。

11、权利要求7的方法，其特征在于所述同时含有一个亲水基和一个疏水基的淀粉衍生物含有一个具有下列化学式的取代基：

式中R选自二亚甲基和三亚甲基类的基团，R′是包括至少含有五个碳原子的烷基、链烯基、芳烷基或芳链烯基在内的取代疏水基，式中的羧基COOH是亲水基。

12、一种用于制备具有乳化作用性质的改性淀粉的方法，该淀粉的乳浊液在贮存中具有改进的稳定性和防析油及防胶凝的特性，该方法包括以下步骤：（a）用一种外酶降解糊化淀粉，直至70%（重量）的糊化淀粉降解为麦芽糖，所述外酶能从淀粉的非还原端断开1，4-α-D-糖苷键，但是不能断开淀粉的1，6-α-D-糖苷键;（b）用一种试剂同此酶降解的淀粉反应以提供一种含有一个疏水基或同时含有一个亲水基和一个疏水基的淀粉衍生物。

13、权利要求12的方法，其特征在于所述淀粉是一种粘玉米淀粉;该淀粉在用一种外酶处理前已经被酸转化或热转化、或被α-淀粉酶转化直至WF达60左右，所述外酶能从淀粉的非还原端断开1，4-α-D-糖苷键，但不能断开淀粉的1，6-α-D-糖苷键;该淀粉已经用按淀粉干重计算至少0.25%的辛烯基琥珀酸酐处理而衍生。

14、权利要求12的方法，其特征在于所述外酶为β-淀粉酶，酶降解作用是在含有高达33%固形物的水分散液中进行的，酶的浓度为每100克淀粉（以干重计）334至1110度糖化力，水分散液的PH为3-10，温度在20～75℃之间。

15、权利要求12的方法，其特征在于所述淀粉衍生物含有一个疏水基，该疏水基包括至少含有五个碳原子的烷基、链烯基、芳烷基或芳链烯基。

16、权利要求12的方法，其特征在于所述同时含有一个亲水基和一个疏水基的淀粉衍生物含有一个具以下化学式的取代基：

式中R选自二亚甲基和三亚甲基类的基团，R′是包括至少含五个碳原子的烷基、链烯基、芳烷基或芳链烯基在内的取代疏水基，式中的羧基COOH是亲水基。

17、一种含有权利要求1的改性淀粉的工业用乳浊液。

18、一种含有利用权利要求7的方法制备的改性淀粉的工业用乳浊液。

19、一种含有利用权利要求12的方法制备的改性淀粉的工业用乳浊液。

20、一种食品或饮料，它含有一种在贮存中具有改进的稳定性和防析油及防胶凝的特性的乳浊液，该乳浊液系用一种淀粉衍生物制备，该淀粉衍生物含有一个疏水基或同时含有一个亲水基和一个疏水基，淀粉衍生物的70%（重量）已通过同一种外酶起反应而降解成麦芽糖，所述外酶能断开淀粉非还原端的1，4-α-D-糖苷键，但不能断开淀粉的1，6-α-D-糖苷键。