CN109803541B - 脱酸蔓越莓果汁及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及脱酸果汁以及将待脱酸的蔓越莓果汁脱酸的方法,所述待脱酸的蔓越莓果汁在柱床或弱阴离子交换树脂上以一定速率(BV/h)洗脱,使得洗脱后的脱酸蔓越莓果汁的pH=pKa1(苹果酸)<pH<pKa(苯甲酸)。本发明还涉及包含这种脱酸果汁的食品组合物。
Description
技术领域
本发明涉及脱酸蔓越莓果汁、将果汁脱酸的方法以及使用此方法得到的脱酸果汁的各种用途。
蔓越莓是北美蓝莓、欧洲越橘和越橘(Vaccinium)属的各种其他莓的近亲。所有这些植物拥有小且匍匐、生长于酸性土壤和产生特别富含抗氧化剂的莓的共同点。
蔓越莓是直径为10~20mm的水果,在成熟时具有亮红色。其味道非常有特征,因为其具有高酸度和涩味。
蔓越莓因为其健康益处和预防某些疾病而公知。
蔓越莓的健康益处具体解释为:这种植物含有各种黄酮类,其参与预防如心血管疾病、某些癌症和与衰老相关的各种病等疾病的发生。
蔓越莓的主要黄酮类为:
-花青素(也称为“花青素苷”或“花色素苷”),其赋予水果的特征红色;
-花色素;
-黄烷醇,特别是:
黄烷-3-醇单体(例如,儿茶素、表儿茶素、没食子儿茶素和表没食子儿茶素);黄烷-3-醇聚合物(例如,原花青素(也称为“缩合单宁”));
-没食子单宁和鞣花单宁(也称为“可水解单宁”);
-黄酮醇,如槲皮素,糖基化和/或糖苷配基形式)。
“花青素类”指的是花色素异糖苷,即,带有花色素的糖。花青素类的糖苷部可以为单糖(葡萄糖、半乳糖、鼠李糖)、二糖(由连接到鼠李糖的葡萄糖组成的芦丁糖、木葡萄糖)或三糖。大多数花青素苷为花色素3-单苷和3,5-二苷。
“花色素”指的是黄酮类的子类,其基本结构由经3个碳与氧形成的C环结合的两个芳香环A和B组成。六种最常见花色素为:矢车菊素、飞燕草素、花葵素、芍药色素、牵牛花色素和锦葵色素。
在蔓越莓中,糖表示相对于干提取物的总重量的约45~67重量%的糖。具体存在的糖包括葡萄糖、果糖、蔗糖和山梨醇。
最后,蔓越莓中存在的主要有机酸为奎尼酸、柠檬酸、苹果酸和酚酸(如羟基苯甲酸和羟基肉桂酸)。每100g蔓越莓含有:约0.05g的羟基苯甲酸(主要由苯甲酸表示)和不到0.1g的羟基肉桂酸(主要由对-香豆酸、芥子酸和咖啡酸表示)。
蔓越莓的传统用途基本上基于其果实的转化形式,即:
-凝胶状果实,
-果汁,最常见为浓缩或干燥的,
-通过对本植物含有的各种化合物(包括原花青素)或由源自果汁生产活动的果实、果汁或果皮和果肉(统称为果渣)经各种方法纯化得到的提取物。
在果实完全成熟时,蔓越莓具有非常低的天然pH,接近2.3。这种高酸性使天然蔓越莓果汁在食品组合物中的应用非常棘手。实际上,许多人因其过度酸涩的味道而拒绝饮用它。
这就是为何蔓越莓果汁通常不单纯地或作为果汁型农产品配方的主要成分食用的原因。实际上,在目前销售的基于蔓越莓果汁的果汁配方中,相对于果汁的总质量,蔓越莓果汁的重量含量为不超过15%至20%。其通常为约7%。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种将待脱酸的蔓越莓果汁脱酸的方法。
本发明的一个方面涉及脱酸蔓越莓果汁。
本发明的另一个方面涉及使用本发明的方法能够得到的脱酸蔓越莓果汁。
本发明的另一个方面涉及例如使用下述方法的包含脱酸蔓越莓果汁的食品组合物。
具体实施方式
本发明涉及一种脱酸蔓越莓果汁,其特征在于:
-所述脱酸果汁的pH为3至5,更优选为3.2至3.8;
-所述脱酸果汁的奎尼酸/苹果酸比大于0.7,优选大于0.8,或约0.8~约1或约0.85~约0.99;
-所述脱酸果汁不含添加的糖、如碱或螯合剂等掩蔽剂或缓冲剂。
一个实施方式包括一种将待脱酸的蔓越莓果汁脱酸的方法,其特征在于:
-将所述待脱酸的蔓越莓果汁在弱阴离子交换树脂上洗脱,从而在洗脱后提供脱酸蔓越莓果汁;
-所述弱阴离子交换树脂为丙烯酸或苯乙烯类树脂;
-将所述待脱酸的蔓越莓果汁在所述树脂上以一定速率(BV/h)洗脱,使得洗脱后的脱酸蔓越莓果汁的pH=pKa1(苹果酸)<pH<pKa(苯甲酸);
其中,“pKa1(苹果酸)”表示苹果酸的第一酸度的pKa,“pKa(苯甲酸)”表示苯甲酸的pKa。
而且,应注意到,大于约6的pH值黄酮类结构的重要改性(或者换言之,改变)通常是不可逆的。
在蔓越莓的情况中,在对于过高pH值特别敏感的关注的这些化合物中,实例包括花青素类,其结构变化会由于以下情况而可见:如果pH在6左右,则蔓越莓果汁的颜色(具有红色天然渐变)将首先偏向蓝色渐变,然后如果pH为8至9,则偏向绿色渐变,最后如果pH为9至10,则为黑色。
换言之,如果蔓越莓果汁的pH达到约6的阈值,则这引起这种果汁天然含有的某些关注的化合物的化学分解。在关注的化合物改变后,其可能不再具有其天然性质,例如抗氧化性和有助于赋予蔓越莓果汁有益健康效果(特别是对于上述某些疾病的预防效果)的性质。这就是为何关键的是在蔓越莓果汁的脱酸过程中避免对关注的化合物(特别是黄酮类)的任何化学应力以防止它们发生改变然后丧失其有益健康性质的原因。
因此一个优选实施方式是脱酸果汁的pH不超过(优选在过程中的任何时间)pH阈值或约6的pH的方法。
本发明的发明人开发出一种将蔓越莓果汁脱酸的新方法,其是完全有效的,因为其不改变上述的关注的化合物。而且,本发明的方法可以在果汁生产和转化装置中实施,无需修改现有设备。
本发明的方法还具有提供具有下述性质的蔓越莓果汁的优点:
-对于希望的应用,pH在希望的值标准化,该值定义为要达到的设定点;
-与天然果汁类似因而为其消费者所熟悉的颜色;
-在蔓越莓果汁的情况中,根据对脱酸蔓越莓果汁是否进行后续浓缩步骤,浓度指标可以为5至65白利度;
-在蔓越莓果汁的情况中,涩味相对于天然蔓越莓果汁少得多,这使其非常适合于食物和医药应用,无需添加糖和/或化学掩蔽化合物或将其稀释;
-与天然果汁极其相似的感官性质,因此可被其消费者完美认识。
结果,本发明的脱酸蔓越莓果汁可以用于重量含量水平高于目前实施(至多为15~20%,通常7%)的果汁配方。其优点在于,相对于目前市售的基于蔓越莓果汁的果汁,提供含有更高含量水平的这种果汁含有的各种关注的化合物(如上述的维生素和黄酮类(即,抗氧化剂))的基于蔓越莓果汁的果汁配方。
根据一个实施方式,脱酸过程在含有阴离子交换树脂的柱中进行,所述柱具有柱入口和柱出口,并且所述洗脱包括将所述待脱酸的蔓越莓果汁循环至少一次,从而在洗脱后获得所述脱酸果汁。
该方法的一个实施方式由以下步骤组成:
-将所述待脱酸果汁在所述柱中的循环流速调节在等于或大于10BV/小时的速率,例如10BV/小时至250BV/小时,
-使用1~20BV、优选5~10BV的蔓越莓果汁体积;
-以使得柱高与柱直径之比为0.3至1、更优选0.4至0.6或约0.5的方式使用柱;使得
-柱出口处的果汁的pH不超过pH阈值(超出pH阈值,关注的至少一种化合物会改变),优选pKa1(苹果酸)<pH<pKa(苯甲酸)。
在一个实施方式中,脱酸过程至少包含以下部件的脱酸装置中进行:
-配置为容纳所述待脱酸的蔓越莓果汁的容器,所述待脱酸的蔓越莓果汁包含至少一种关注的化合物,
-用于接收脱酸果汁的容器,和
-含有阴离子交换树脂的柱,所述柱具有柱入口和柱出口,
其中,所述方法包括由将所述待脱酸果汁在所述柱中循环至少一次从而获得脱酸果汁组成的至少一个步骤,所述方法的特征在于,所述果汁在所述柱中的循环速率为10BV/小时至250BV/小时,并被调节使得:
-离开柱的果汁的pH不超过pH阈值,超出所述pH阈值,所述至少一种关注的化合物改变,
-接收所述脱酸果汁的容器中的果汁的pH增加至预定pH值。
“BV”是“bed volume(柱床体积)”的首字母缩写,即,柱中树脂的体积。实际上,在填充有离子交换树脂的柱中实施的果汁脱酸的技术领域中,以BV/小时表示果汁在柱中的循环(或换言之,经过)流速非常常见。这具有以规范化方式表示流速的优势,即,与柱体积无关。这就是为何在以下说明中将以BV/小时具体表示蔓越莓果汁的循环流速的原因。
因此,在本发明的脱酸方法中,蔓越莓果汁在含有阴离子交换树脂的柱中的循环流速可以在保持在10BV/小时至250BV/小时的情况下变化。
在该方法的一个实施方式中,蔓越莓果汁的体积(BV)为1~20,优选5~10。
对本发明的方法的原创性有贡献的一个要素在于:将蔓越莓果汁在含有阴离子交换树脂的柱中以高流速循环至少一次,所述高流速为至少10BV/小时,并且还调节为使离开柱的果汁的pH不超过pH阈值(超出该pH阈值,蔓越莓果汁天然含有的关注的化合物可能改变)。
这具有以下优点:蔓越莓果汁会因阴离子交换树脂而脱酸,而所述关注的化合物不会经历化学应力,使得脱酸蔓越莓果汁保留具有健康益处的其所有关注的化合物(例如,黄酮类,如花青素类)。
本发明的脱酸蔓越莓果汁的原花青素总含量与得到所述脱酸蔓越莓果汁的待脱酸的蔓越莓果汁基本上相同。
脱酸蔓越莓果汁的原花青素、酚酸和黄酮类含量与得到所述脱酸蔓越莓果汁的待脱酸的蔓越莓果汁基本上相同。
脱酸蔓越莓果汁的无机阳离子含量与得到所述脱酸蔓越莓果汁的待脱酸的蔓越莓果汁基本上相同。无机阳离子具体为钾、钙和钠(K、Ca和Na)。
优选地,处理过的果汁的原花青素、酚酸、黄酮类或有机阳离子含量基本上不低于待脱酸的蔓越莓果汁的含量。再更优选地,处理过的果汁的所述原花青素、酚酸、黄酮类和有机阳离子中的两种、三种或四种的含量基本上不低于待脱酸的蔓越莓果汁的含量。
“基本上”指的是含量变化不超出测量误差,优选在不超出含量的95~105%或98~102%、更优选99~101%的范围变化。
本发明的脱酸果汁不含添加的糖、如碱或螯合剂等掩蔽剂或缓冲剂。
本发明指的是浓缩或未浓缩的本发明的脱酸蔓越莓果汁,浓度指标例如可以为5至65白利度,例如约50白利度。
本发明的方法不需要“预调”,例如使用酸(例如,溶液形式)如食物有机酸,例如柠檬酸、苹果酸、抗坏血酸或后者的组合使阴离子交换树脂的反应活性部分失活。
在本发明的一个实施方式中,脱酸装置包括多个柱,例如优选2~10个,再更优选3~6个。在本发明的一个实施方式中,脱酸装置包括3个柱。
多个柱在果汁处理方法中的实施是完全典型的,为本领域技术人员所了解。因此,本发明的脱酸方法的这种实施方式是本领域技术人员力所能及的。
脱酸装置包括多个柱使其能够提高本发明的脱酸方法的性能。
在本发明的方法的一个实施方式中,所述待脱酸的蔓越莓果汁在配置为容纳待脱酸果汁的所述容器与所述柱之间的环路中循环。在本发明的这种实施方式中,配置为容纳待脱酸果汁的容器和接收脱酸果汁的容器是相同的一个容器。因此,待脱酸果汁以从容器到柱入口、穿过柱、然后离开柱出口、再进入容器的方式在环路中循环。
在本发明的方法的一个实施方式中,所述待脱酸的蔓越莓果汁在环路中部分循环,使得在离开柱之后:
-第一部分的脱酸蔓越莓果汁再进入配置为容纳待脱酸果汁的容器,并且
-第二部分的脱酸蔓越莓果汁进入用于接收脱酸蔓越莓果汁的容器。
在果汁处理方法中在环路中部分循环的实施是完全典型的,为本领域技术人员所了解。在环路中部分循环特别是在希望浓缩脱酸果汁时使用。因此,本发明的脱酸方法的这种实施方式是本领域技术人员力所能及的。
在本发明的方法的另一实施方式中,待脱酸蔓越莓果汁在所述柱中仅循环一次。
上述的本发明的方法的这些实施方式,即,实施多个柱以及通过柱中进行单程循环或在环路中循环(如果适用时的部分环路中循环)可以组合,从而提供在本发明的情况下可以考虑的其他实施方式。
所述至少一种关注的化合物可以为上述的蔓越莓果汁中天然存在的黄酮类的一种。其可以选自花青素、花色素、黄烷醇、没食子单宁、鞣花单宁和黄酮醇。优选地,关注的化合物为花青素。
上面已经说明了关注的化合物的改变。其包括一般不可逆的关注的化合物的结构改性。在关注的化合物改变后,可能不再具有其有益的健康性质,例如其抗氧化性。
在本发明的一个实施方式中,本发明的方法包括将待脱酸的蔓越莓果汁预处理的步骤。
这种预处理步骤可以由使用本领域技术人员完全力所能及的任何现有技术澄清果汁所组成。这些澄清技术的实例包括离心和过滤(特别是膜、硅藻土或板框过滤)。
例如,澄清有利地进行至得到浊度低于500NTU(比浊法浊度单位)、优选低于100NTU、再更优选低于25NTU的蔓越莓果汁。
这种预处理步骤具有防止柱堵塞的优点。
在本发明的方法中,阴离子交换树脂用于捕获酸以便将蔓越莓果汁脱酸。更具体而言,在柱中发生吸附剂(即所述树脂,其为聚合物)上的阴离子针对其他阴离子的交换。
优选地,所述树脂为弱阴离子交换树脂。例如,所述弱阴离子交换树脂是在大于10的pH处于中性并在低于10的pH电离的三元胺。因此,可认为弱交换树脂指的是其阳离子官能基于溶液pH解离的树脂。
弱阴离子交换树脂具有对于弱酸和多元酸非常特异性的优点。如上所述,待脱酸的蔓越莓果汁包含作为弱酸的有机酸。实际上,苹果酸的第一酸度的pKa(即,酸度常数)为3.4,奎尼酸的pKa为4.3,苯甲酸的pKa为4.2。
在本发明的语境中,“弱酸”指的是在水中不完全解离的酸。当其pKa较高时,酸较弱。
在另一实施方式中,酸被捕获,释放羟基化离子;这使pH增加并形成水分子。
交换平衡方程式(I)如下:
树脂-NH+酸-H+H2O=>树脂-NH2 +-酸+OH-(I)
优选地,阴离子交换树脂是丙烯酸或苯乙烯类的交换树脂。有利地,其为丙烯酸类的阴离子交换树脂。丙烯酸类阴离子交换树脂优选的容量为1.6~3.2。在待脱酸果汁与所述树脂以5:1(果汁:树脂)的体积比接触5分钟之后观察时,所述树脂还具有等于或大于+0.10单位pH/分钟的初始交换速度。所述树脂的粒径在300~600μM变化。
丙烯酸类的弱阴离子交换树脂的一个实例为DOW CHEMICAL公司以商标销售的CR5550型。
有利地,柱高度与柱直径之比为0.3~1,更优选为0.4~0.6。特别优选地,该比率为0.5。
当所述比率为0.3~1时,其优点在于能够使待脱酸的蔓越莓果汁在2巴~5巴的压力下以非常高的流速在柱中循环,其超过果汁在填充有阴离子交换树脂的柱中的脱酸过程中常用的那些。
柱的总体积可以为其容纳的树脂的体积的1~2倍,优选1.3~1.7倍,再更优选1.4~1.6倍。
优选地,待脱酸的蔓越莓果汁的循环在上流柱中进行。在离子交换树脂领域中,当所述树脂捕获化学物种(在此情况中为弱酸)时,以上流模式实施被处理果汁的循环是非常传统的。实际上,当所述树脂捕获物种时,其体积增加,并且果汁以上流模式循环防止了可能阻挡所述树脂的这种膨胀的压力增加现象。
阴离子交换树脂的柱床高度可以为30cm~200cm,优选50cm~100cm。
在所述方法的一个实施方式中,离开柱的蔓越莓果汁的pH决不超过pH阈值增加0.5pH单位。
优选地,在蔓越莓果汁的情况中,pH阈值(超出该阈值,至少一种关注的化合物改变)为6~9。
在本发明的方法的实施方式中,离开柱的蔓越莓果汁的pH高于蔓越莓果汁天然含有的至少预定弱酸的pKa。这些实施方式实现了从蔓越莓果汁天然含有的弱酸中更有效捕获至少一种预定弱酸。如果在柱中循环的蔓越莓果汁的pH低于这种果汁天然含有的预定弱酸的pKa,则这种酸被阴离子交换树脂捕获非常少。
在本发明的脱酸方法中选择性捕获至少一种弱酸是特别有利的。实际上,必须将蔓越莓果汁脱酸以使其在不用稀释和/或添加其他化合物的情况下可食用,但其含有的某些酸对于果汁也具有有益的健康和/或风味性质。这就是为何关注的是不捕获这些酸的原因。
在蔓越莓果汁中,苹果酸被高度浓缩并赋予这种果汁过度酸涩味道。这是为何在本发明的方法中尝试用阴离子交换树脂捕获它以降低其浓度的原因。不过,天然蔓越莓果汁中也存在的奎尼酸和苯甲酸具有天然防腐剂的优点。有用的是在蔓越莓果汁中保留大多数的它们,因此在本发明的方法中防止它们被阴离子交换树脂捕获。
就上述的苹果酸、奎尼酸和苯甲酸的pKa值而言,如果有人希望在本发明的脱酸方法中选择性捕获苹果酸,则离开柱的蔓越莓果汁的pH值必须高于苹果酸的pKa,但低于奎尼酸和苯甲酸的pKa。
在本发明的一个实施方式中,离开柱的蔓越莓果汁的pH值在苹果酸的第一酸度的pKa(即,约3.4)与苯甲酸的pKa(即,约4.2)之间。在该实施方式中,很少的苯甲酸和奎尼酸被阴离子交换树脂捕获。因此尽管在本发明的方法中对果汁脱酸,它们的浓度在蔓越莓果汁中几乎保持恒定。
于是,在本发明的脱酸方法中离开柱的蔓越莓果汁的约3.5的pH值特别适合于更有效捕获苹果酸,因此将脱酸果汁中的奎尼酸和苯甲酸浓度保持在基本上等于脱酸前的蔓越莓果汁。
在一个实施方式中,离开柱的蔓越莓果汁的奎尼酸/苹果酸比大于0.7,优选0.8~1或0.85~0.99。
显然,在进一步选择性捕获一种以上弱酸的本发明的这些实施方式中,脱酸蔓越莓果汁保持其感官性质和治疗益处,因为离开柱的蔓越莓果汁的pH值还低于pH阈值(超出该阈值,如黄酮类等关注的化合物可能改变)。
优选地,在蔓越莓果汁的情况中,确定的pH值为3~5,更优选3.2~3.8。
非常优选地,在蔓越莓果汁的情况中,确定的pH值为约3.5。换言之,在本发明的方法的该实施方式中,将蔓越莓果汁在柱中循环直至初始为2.3~2.5(即,脱酸前)的蔓越莓果汁的pH在脱酸过程结束时达到约3.5的值。
蔓越莓果汁在柱中的循环可以使用配备泵的脱酸装置进行。优选地,泵为容积活塞泵。
脱酸装置可以还包含pH计以测量离开柱的脱酸蔓越莓果汁的pH。
在本发明的一个实施方式中,蔓越莓果汁在柱中的循环流速使用配备PID(比例、积分、微分)调节器的脱酸装置调节。PID调节器是工业上传统使用的使其能够进行工艺的闭环支配的装置。
于是,在本发明的一个实施方式中,脱酸装置还包含泵和pH计以测量离开柱的所述脱酸果汁的pH,根据所述pH计测量并由PID调节器接收的离开柱的蔓越莓果汁的pH值,所述PID调节器根据计算算法将流速命令信号递送到泵,使得所述蔓越莓果汁在柱中的循环流速为10BV/小时~250BV/小时,并调节使得:
-离开柱的蔓越莓果汁的pH不超过pH阈值(超出该阈值,至少一种关注的化合物会改变),
-蔓越莓果汁在用于接收脱酸蔓越莓果汁的容器中的pH提高至确定的pH值。
在本发明的一个实施方式中,所述装置还包含用于测量容纳脱酸蔓越莓果汁的容器中的pH的pH计。因此,能够监控所述脱酸果汁的pH的变化,特别是监控其是否已达到确定的pH值。
在所述树脂选择性捕获至少一种确定的弱酸的本发明的实施方式中,蔓越莓果汁的循环流速进一步调节为使离开柱的蔓越莓果汁的pH大于所述至少一种确定的弱酸的pKa。
PID调节器的调节,即,特别是用于向泵递送流速命令信号的计算算法的开发,是本领域技术人员完全力所能及的。实际上,本领域技术人员根据常规测试将了解在本发明的方法中如何调节PID调节器来调节蔓越莓果汁在柱中的循环流速。
阴离子交换树脂中的交换速度取决于所述树脂内阴离子的扩散速度(交联度是此扩散速度的因素之一)和所述树脂-蔓越莓果汁界面处的扩散速度(经过各树脂颗粒周围的液体膜的扩散)。通常,交换速度随着所述树脂颗粒的细度、交换阴离子的迁移率、考虑的果汁的浓度和温度而增加。通过提高蔓越莓果汁经过所述树脂柱床的循环速度,所述树脂-蔓越莓果汁接触时间受到限制。因此交换受到限制,这使得可以调节柱出口处的pH。
如果蔓越莓果汁循环流速高于上述方程式(I)的交换平衡速度,则交换反应不完全,所述树脂没有时间捕获蔓越莓果汁中存在的所有酸。
循环流速增加越多,柱出口处的pH将倾向于降低越多。相反,循环流速降低越多,柱出口处的蔓越莓果汁的pH将倾向于升高越多。
于是,通过调节蔓越莓果汁在柱中的循环流速,可以调节离开柱的pH。
在本发明的方法开始时,阴离子交换树脂包括能够捕获酸的许多活性位点,这导致柱入口与出口间的蔓越莓果汁的pH的显著变化。为了避免离开柱的蔓越莓果汁的pH过高(即,高于pH阈值,超出该阈值关注的化合物会改变),蔓越莓果汁在柱中的循环流速必须在方法开始时较高,使得蔓越莓果汁的所有酸没有时间被所述树脂的活性位点捕获。
例如,在蔓越莓果汁的情况中,采用的动力学使其可以优选附着苹果酸,从而以高选择性捕获一部分苹果酸。
接下来,随着所述树脂的活性位点饱和,蔓越莓果汁在柱中的循环流速可以降低。于是,在本发明的情况中,在过程中调节蔓越莓果汁在柱中的循环流速是必要的。
例如,在本发明的方法开始时,即,在蔓越莓果汁在柱中循环的起始约2~4分钟内,流速优选为100BV/小时~150BV/小时。此循环流速比对于果汁脱酸在离子交换柱中传统实施的循环流速(通常为约5BV/小时)高得多。
为了使离开柱的果汁的pH不超过阈值(超出该阈值,如黄酮类等关注的化合物会改变),以及如果适用时使其大于蔓越莓果汁天然含有的至少一种确定弱酸的pKa,必须在反应的刚开始时施加高于100BV/小时的非常高的果汁循环流速。接着,可以降低此循环流速并保持恒定,使得脱酸蔓越莓果汁的pH逐渐升高到确定pH值,这在蔓越莓的情况中优选为约3.5。
在待脱酸果汁在柱中的至少一程结束时,本发明的脱酸方法可以还包括浓缩脱酸蔓越莓果汁的步骤。例如,其可以包括如反渗透或蒸发等技术。
用于浓缩脱酸蔓越莓果汁的此附加步骤是本领域技术人员完全力所能及的。
而且,为了回收在蔓越莓果汁流经过程中被阴离子交换树脂捕获的酸,可以在本发明的脱酸方法结束时进行使所述树脂饱和的步骤。实际上,所述树脂捕获的酸可能在果汁以外的应用中有意义。例如,在蔓越莓果汁的情况中,此再生将使其能够利用在本发明的方法中如此捕获的苹果酸。
此饱和步骤完全是本领域技术人员力所能及的。例如,其可以使用盐酸溶液进行,优选1mol/L(73g/L树脂)的浓度。
此外,可以进行再生阴离子交换树脂的步骤从而能够在同一树脂中进行蔓越莓果汁的另一次脱酸。
此阴离子交换树脂再生步骤也完全是本领域技术人员力所能及的。例如,其可以使用1mol/L(80g/L树脂)的氢氧化钠溶液进行。
在蔓越莓果汁的脱酸过程结束时,于是可以如下进行:
-例如如上所述进行所述树脂的饱和步骤;
-然后可选地用水清洗,优选快速清洗;
-然后例如如上所述的再生步骤;
-然后可选地用水清洗一次或多次(例如慢清洗,然后快清洗)。
本发明还涉及包含例如按照上述的本发明的方法脱酸的蔓越莓果汁的食品组合物。
在食品组合物中,浓缩或未浓缩的蔓越莓果汁(例如浓度指标可以为5~65白利度,例如约50白利度)具有能够替代使用添加外源糖(如蔗糖或对健康有害的任何其他简单或复杂糖)开发的产品的优点。
食品组合物可以为碳酸饮料或非碳酸饮料。例如,其可以为果汁。
除了饮料以外,食品组合物也可以选自冰糕、冰淇淋、乳制品和酱料。
本发明的食品组合物的实例为:
-冰茶,特别是包含蔓越莓与树莓、酸橙或芒果的混合物的冰茶;
-包含蔓越莓与柠檬、葡萄柚或瓜拉那的混合物的碳酸饮料;
-包含蔓越莓与粉红葡萄柚、血橙、蜜桃或石榴汁的混合物的无酒精浓缩糖浆;
-用于使用蔓越莓基底的咖啡和注入剂的糖浆;
-酒精饮料,例如利口酒(特别是酒精含量为25的利口酒);
-使用蔓越莓基底和莫吉托或伏特加的鸡尾酒;
-乳制品;
-调味汁,例如使用蔓越莓基底和树莓或香醋的调味汁;
-开胃酱料,例如包含蔓越莓和胡椒、香蒜沙司、炸洋葱、大葱或酸橙的混合物的开胃酱料;
-使用蔓越莓基底和可选的辣椒的烧烤型酱料;
-点心馅料,例如包含蔓越莓与红色水果、巧香纯奶、巧克力、蔗糖、椰子或蜂蜜的混合物的点心馅料。
于是,食品组合物可以选自饮料、冰糕、冰淇淋、酱料、点心馅料和调味汁。
本发明还涉及包含上述的本发明的脱酸蔓越莓果汁的营养组合物。
本发明还涉及用于预防泌尿感染的包含上述脱酸蔓越莓果汁的组合物。
使用下面参照附图提供的作为可以实施本发明的方法的脱酸装置的实施方式的非限制性实例以及针对所述方法的实验数据的详细说明将更好地理解本发明。
附图说明
图1示意性显示了可以根据第一实施方式实施本发明的脱酸方法的装置。
图2a示意性显示了可以根据第二实施方式实施本发明的脱酸方法的装置。
图2b示意性显示了可以根据第三实施方式实施脱酸方法的装置。
图2c示意性显示了可以根据第四实施方式实施脱酸方法的装置。
图3是在蔓越莓果汁在填充有第一树脂的离子交换柱中以5BV/小时的流速的单程进行的脱酸实验过程中pH值随BV的变化的图。
图4是在蔓越莓果汁在填充有第二树脂的阴离子交换柱中以5BV/小时的流速的单程进行的脱酸实验过程中pH值随BV的变化的图。
图5是显示对于使用第一树脂和以8BV的载量循环进行的脱酸实验的pH值和循环流速随时间的变化的图。
图6是显示对于使用第一树脂和以10BV的载量循环进行的脱酸实验的pH值和循环流速随时间的变化的图。
图7是显示对于使用第一树脂和以9BV的载量循环进行的脱酸实验的pH值和循环流速随时间的变化的图。
图8是显示对于使用第一树脂和以9BV的载量循环进行的脱酸实验的pH值和循环流速随时间的变化的图。
图9是显示对于使用第一树脂和以8BV的载量循环进行的脱酸实验的pH值和循环流速随时间的变化的图。
图10是显示对于使用第二树脂和以6BV的载量循环进行的脱酸实验的pH值和循环流速随时间的变化的图。
图11是显示对于使用第二树脂和以8BV的载量循环进行的脱酸实验的pH值和循环流速随时间的变化的图。
图12是显示对于使用第二树脂和以10BV的载量循环进行的脱酸实验的pH值和循环流速随时间的变化的图。
图13是显示对于使用第一树脂进行的实验的实验持续时间、实验结束时的pH随加载的待脱酸蔓越莓果汁的变化的图。
图14是显示对于使用第二树脂进行的实验的实验持续时间、实验结束时的pH随加载的待脱酸蔓越莓果汁的变化的图。
图15是氯离子、苹果酸和奎尼酸浓度随盐酸、然后水的累积BV的变化的图。
图16是氯离子、苹果酸和奎尼酸的浓度随盐酸、然后水的累积BV的变化的图。
图1示意性显示了可以根据第一实施方式实施本发明的脱酸方法的装置,其中待脱酸蔓越莓果汁在阴离子交换柱中循环一次。
图2a示意性显示了可以根据第二实施方式实施本发明的脱酸方法的装置10,其中待脱酸蔓越莓果汁在阴离子交换柱中的环路中循环。
图2b示意性显示了可以根据第三实施方式实施本发明的脱酸方法的装置100,其中待脱的酸蔓越莓果汁在阴离子交换柱中的环路中部分循环。
图2c示意性显示了配备有三个阴离子交换柱并且可以根据第四实施方式实施本发明的脱酸方法的装置1000,其中待脱酸的蔓越莓果汁在三个阴离子交换柱中闭环循环。
装置1、10、100和1000共享的并且具有相同功能的结构要素带有相同的附图标记,与图1、2a、2b和2c无关。
装置1、10、100和1000包含:
-配置为容纳待脱酸的蔓越莓果汁的容器2,换言之,用于容纳待脱酸原料果汁的供应容器;
-用于搅拌容器2的内容物的电机3;
-具有柱入口8a和柱出口8b的阴离子交换柱8(装置1000包含三个柱8);
-用于果汁的调节流量计4;
-温度探头5;
-泵6;
-压力指示器7;
-阀9;
-用于测量离开柱8b的果汁的pH的pH计18;
-用于柱8的再生溶液的导入通道11;
-用于在再生溶液在柱8中经过之后将它排出的排出通道12;
-用于柱8中的待脱酸果汁的导入通道4。
再生溶液在再生柱8含有的阴离子交换树脂的步骤中使用。此再生步骤如上所述。
流量计4、温度探头5和泵6因此布置在通道14上。
图1、2a、2b和2c中的虚线示意性显示了PID调节器。根据pH计18测量并由PID调节器接收的柱8b出口处的pH值,所述PID调节器根据计算算法向泵6递送流速命令信号,使得所述果汁在柱8中的循环流速为10BV/小时~250BV/小时,并如上所述进行调节。
装置1、10和1000还包含用于从柱8排出脱酸果汁的排出通道13。
在装置1的情况中,所述通道13连接到图1中未示出的脱酸果汁接收容器,从而收集在柱8中循环过并因此脱酸的果汁。
在装置10的情况中,在实施本发明的脱酸方法时,待脱酸果汁在容器2与柱8之间的环路中循环。容器2因此也是脱酸果汁的接收容器。通道13连接至容器2,使得在柱8中循环过的果汁再整合到容器2中。
装置1000也是如此,其包含三个柱8。通道13连接至容器2,使得在三个柱8中循环过的果汁再并入容器2中。
装置100配置为使果汁在容器2与柱8之间的环路中部分循环。
装置100还包含水平测量单元15、流量计16、可选的速率阀17、用于从柱8向容器2排出第一部分的脱酸果汁的第一排出通道13a和用于从柱8向图2b中未示出的用于接收第二部分果汁的容器排出第二部分的脱酸果汁的第二排出通道13b。
调节可选的速率阀17实现了脱酸果汁在其再并入容器2与向接收脱酸果汁的容器排出之间的希望的分布。如上所述,第二部分的脱酸果汁(因此由通道13b排出)可以进行本领域技术人员完全力所能及的浓缩处理。
在图2b中,将可选的速率阀17连接至流量计4和流量计16的虚线示意性显示了PID调节器的调节环路,使其可以基于柱8a入口处的蔓越莓果汁流速与流量计16测量的脱酸果汁的收集流速之差来调节可选的速率阀17的开口,从而控制再循环流速(即,再并入容器2中的脱酸蔓越莓果汁的流速)。
实验部分
对于初始具有以下特征的蔓越莓果汁进行脱酸,在下面对实验进行说明:
-浓度指标为7.6白利度;
-pH为2.47;
-红色;
-总酸度为0.098当量/L;
-苹果酸浓度为9.47g/L;
-奎尼酸浓度为6.63g/L。
蔓越莓果汁的干物质通过用蔗糖标测量白利度指标来估算。
酸检验通过高效液相色谱(HPLC)进行,所述高效液相色谱(HPLC)使用:
-BIO-RAD公司以商品名Aminex HPX-87H销售的柱,测量为7.8×300;
-洗脱剂,其为在60℃以1mL/分钟的洗脱流速进行的3mmol/L的硫酸溶液;
-阳离子分析通过ICP(电感耦合等离子体)在Agilent牌装置上进行。
实验可以分解为以下三部分:
a)在含有阴离子交换树脂的烧杯中以静态模式(或换言之,以“分批”模式)将蔓越莓果汁脱酸;
b)通过在填充有阴离子交换树脂的柱中单程进行蔓越莓果汁的脱酸;
c)通过在填充有阴离子交换树脂的柱中的环路循环进行蔓越莓果汁的脱酸。
下述的所有实验都在20℃进行。
在所有这些脱酸实验中,确定的要达到的蔓越莓果汁的pH值设定在3.5。换言之,3.5为对于在所有这些脱酸实验结束时的蔓越莓果汁的pH要达到的“目标值”。
在这些实验中使用的5种阴离子交换树脂如下表1所述,即:
-型号,
-销售所述树脂的公司和以何种商品名销售,
-结构,
-供应商标示的以当量/L表示的总理论容量,
-树脂球的粒径(以μm表示),
-均匀性系数(下文中缩写为“UC”),其中UC=d60/d10(珠的质量的60%的直径/珠的质量的10%的直径)。
表1描述实验中使用的5种树脂的特征
A–静态模式的蔓越莓果汁脱酸:
按照下述实验方案对树脂1~5各自进行两个测试(E1和E2):
在烧杯中,放入50mL的蔓越莓果汁与10mL的选择的树脂接触从而得到混合物。
将混合物用磁力搅拌器连续搅拌,定期测量上清液的pH。
在达到平衡后,由5分钟后观察到的pH的变化确定初始交换速度。
下述表2描述了随时间(以分钟表示)变化的在第一次测试(E1)和第二次测试(E2)中含有树脂1的混合物中测量的pH以及计算的pH的平均值(平均pH)。
表2描述了在含有树脂1的混合物中测量的pH值
对于树脂1,确定初始交换速度为0.12pH单位/分钟。
下表3描述了随时间(以分钟表示)变化的在第一次测试(E1)和第二次测试(E2)中在含有树脂2的混合物中测量的pH以及计算的pH的平均值(平均pH)。
表3描述了在含有树脂2的混合物中测量的pH值
对于树脂2,确定初始交换速度为0.19pH单位/分钟。
下表4描述了随时间(以分钟表示)变化的在第一次测试(E1)和第二次测试(E2)中在含有树脂3的混合物中测量的pH以及计算的pH的平均值(平均pH)。
表4描述了在含有树脂3的混合物中测量的pH值
对于树脂3,确定初始交换速度为0.07pH单位/分钟。
下表5描述了随时间(以分钟表示)变化的在第一次测试(E1)和第二次测试(E2)中在含有树脂4的混合物中测量的pH以及计算的pH的平均值(平均pH)。
表5描述了在含有树脂4的混合物中测量的pH值
对于树脂4,确定初始交换速度为0.06pH单位/分钟。
下表6描述了随时间(以分钟表示)变化的在第一次测试(E1)和第二次测试(E2)中在含有树脂4的混合物中测量的pH以及计算的pH的平均值(平均pH)。
表6描述了在含有树脂5的混合物中测量的pH值
对于树脂5,确定初始交换速度为0.13pH单位/分钟。
根据这些表2~6和树脂1~5的初始交换速度,可以看出:
-使用树脂4进行的测试不能使其达到3.5的目标pH值:在测试结束时,pH停滞在3.22的值;
-仅有使用树脂1和2进行的测试大大超过该3.5的目标pH值;
-使用树脂3和5进行的测试仅勉强达到该3.5的目标pH值(分别具有3.51和3.6的值);
-树脂1和2具有相同的初始交换速度,使其能够在烧杯中脱酸结束时达到最高pH。
下面的部分B)和C)中的实验仅使用树脂1和2进行。
实验B)和C)使用填充有阴离子交换树脂(树脂1或2)的柱进行蔓越莓果汁的脱酸。
蔓越莓果汁在柱中的循环流速在下面以mL/分钟表示,但也以BV/小时表示。
对于部分B和C中的所有实验,除了在部分C)中第四次和第五次实验使用树脂1(所述树脂体积为460mL)以外,所述树脂体积为50mL。
B-比较例:使用5BV/小时的循环流速在阴离子交换柱(树脂1和2)中单程进行的蔓
越莓果汁的脱酸:
这些实验使用阴离子交换柱在没有再循环的情况下进行,使其能够确定树脂1和2对于上述蔓越莓果汁的交换容量。
实验方案如下:
将树脂1和2各自装入柱中。使蔓越莓果汁渗透经过树脂柱床从而脱酸。
图1示意性显示了部分B进行这些实验的装置1。
对于使用树脂1和树脂2进行的这些实验,蔓越莓果汁在柱中的循环流速一直为5BV/小时(4mL/分钟)。
循环流速恒定在5BV/小时,此部分B的蔓越莓果汁的所述脱酸实验是相对于本发明的脱酸方法的比较实验。
下表7对于使用树脂1进行的实验,基于经过柱的蔓越莓果汁的体积(以L表示)描述了:
-BV;
-以白利度表示的浓度指标;
-pHB:由pH计18在柱8a出口处测量的脱酸蔓越莓果汁的pH值;
-pHA:在所述果汁的接收容器(图1中未示出)中测量的脱酸蔓越莓果汁的pH值。
体积(L) | BV | °Bx | pHB | pHA |
待脱酸蔓越莓果汁 | 7.6 | 2.47 | ||
50 | 1 | 1.4 | 9.41 | 9.41 |
100 | 2 | 4.3 | 9.31 | 9.32 |
150 | 3 | 4.6 | 9.21 | 9.21 |
200 | 4 | 4.8 | 9.11 | 9.11 |
250 | 5 | 4.9 | 9.01 | 9.02 |
300 | 6 | 5.2 | 8.67 | 8.87 |
350 | 7 | 5.3 | 4.53 | 7.72 |
400 | 8 | 5.7 | 3.62 | 4.58 |
450 | 9 | 6.1 | 3.29 | 3.99 |
500 | 10 | 6.2 | 3.14 | 3.74 |
550 | 11 | 6.7 | 3.00 | 3.55 |
600 | 12 | 6.9 | 2.91 | 3.41 |
650 | 13 | 7 | 2.84 | 3.32 |
700 | 14 | 7.1 | 2.80 | 3.21 |
750 | 15 | 7.1 | 2.76 | 3.16 |
800 | 16 | 7.2 | 2.73 | 3.11 |
850 | 17 | 7.3 | 2.70 | 3.08 |
900 | 18 | 7.3 | 2.67 | 3.01 |
表7描述了使用树脂1进行的实验的BV值、以白利度表示的浓度指标、pHA和pHB
图3是显示pHA和pHB值随BV的变化的图。根据图3中的表7,可以看出pHA和pHB值的恒定降低。
pHA值总是大于或等于pHB。这可以合乎逻辑地解释,原因在于:
-pHA表示蔓越莓果汁的“平均”pH,因为在全部实验中其在接收单程经过柱之后的蔓越莓果汁的容器中测量
-pHB表示在刚离开柱之后测量的蔓越莓果汁的“即时”pH。
pHA和pHB值对于5BV或对于约第一小时的实验大于9。
在实验中,离开柱之后的蔓越莓果汁的颜色为黑色,然后变绿、蓝,最后红色。固定颜色的数量看起来较高。
在用于接收脱酸蔓越莓果汁的容器中的蔓越莓果汁在11BV后达到3.5的目标值(11BV时的pHA:3.55,12BV时的pHA:3.41)。
对于在用于接收脱酸蔓越莓果汁的容器中收集的这种蔓越莓果汁,在7~8BV观察到pH下降(6BV时的pHA:8.87,7BV时的pHA:7.72)。
在此实验中,蔓越莓果汁因此经历pH的显著变化,这导致如花青素类等关注的化合物的颜色的改性和沉淀(换言之,改变)。
下表8描述了:
-蔓越莓果汁中存在的苹果酸和奎尼酸的浓度:
-原料(即,待脱酸的蔓越莓果汁);
-当12BV的原料蔓越莓果汁经过填充有树脂1的柱2后在接收容器中的脱酸;
-当18BV的原料蔓越莓果汁经过填充有树脂1的柱2后在接收容器中的脱酸;
-奎尼酸浓度与苹果酸浓度之比。
表8描述了原料蔓越莓果汁中、12BV和18BV时存在的苹果酸和奎尼酸的浓度
根据表8,可以看出,在使用树脂1的此脱酸实验中:
-树脂1捕获的奎尼酸和苹果酸:当蔓越莓果汁脱酸至12BV时,即,刚达到3.5的目标值之后,其浓度分别从6.63到4.46和从9.47到4.89;
-与奎尼酸相比,苹果酸被树脂1固定更多。比率从0.7到0.9。奎尼酸因此与树脂1具有更低的亲和性。
下表9对于使用树脂2进行的实验,基于经过柱的蔓越莓果汁的体积(以L表示)描述了:
-BV;
-以白利度表示的浓度指标;
-上述的pHB;
-上述的pHA。
表9描述了使用树脂2进行的实验的BV值、以白利度表示的浓度指标、pHA和pHB
图4是显示pHA和pHB值随BV变化的图。
根据图4中的表9,可以看出pHA和pHB值的恒定降低。
对于6BV或在超过第一小时的实验中,pHA和pHB值大于9。
在实验中,离开柱的蔓越莓果汁的颜色为黑色,然后变绿、蓝,最后红色。固定颜色的数量看起来较高。
接收容器中的蔓越莓果汁在10BV后达到3.5的目标值(9BV时的pHA:3.67,10BV时的pHA:3.46)。
对于在接收容器中收集的此蔓越莓果汁,在6~7BV观察到pH下降(6BV时的pHA:9.62,7BV时的pHA:5.31)。
在此实验中,蔓越莓果汁因此经历显著pH变化,这引起如花青素类等关注的化合物的颜色改性和沉淀(换言之,改变)。
下表10描述了:
-蔓越莓果汁中存在的苹果酸和奎尼酸的浓度:
-原料(即,待脱酸的蔓越莓果汁);
-当10BV的原料蔓越莓果汁经过填充有树脂2的柱后在接收容器中的脱酸;
-当15BV的原料蔓越莓果汁经过填充有树脂2的柱后在接收容器中的脱酸;
-奎尼酸浓度与苹果酸浓度之比。
表10描述了在原料蔓越莓果汁中、在10BV和15BV存在的苹果酸和奎尼酸的浓度
根据表10,可以看出,在使用树脂2的此脱酸实验中:
-树脂2捕获的奎尼酸和苹果酸:当蔓越莓果汁脱酸至10BV时,即,刚达到3.5的目标值之后,其浓度分别从6.63到5.91和从9.47到5.11;
-与奎尼酸相比,苹果酸被树脂2固定更多。比率从0.7到0.83。奎尼酸因此与树脂2具有更低的亲和性。通过比较表8和10,可以看出:
-树脂2比树脂1捕获少得多的奎尼酸;
-树脂2比树脂1具有略低的交换容量。实际上,其比树脂1捕获更少的苹果酸和奎尼酸。
C–通过在阴离子交换柱中的环路中循环进行的蔓越莓果汁的脱酸:
此部分C中的实验在阴离子交换柱中以环路循环进行。树脂1和2各自装入柱中。
在柱出口处,将蔓越莓果汁流出物再导入供应桶。
图2a示意性显示了使用待脱酸的蔓越莓果汁在环路中循环进行这些实验的装置10。
使用填充有树脂1的柱,进行五次实验以确认待脱酸的蔓越莓果汁的载量(即,环路中循环的待脱酸的蔓越莓果汁的体积)。
由pH计18在柱8b出口处测量的脱酸蔓越莓果汁的测得pH在下文中称为“pH2”。
由图2a中未示出的pH计在容器2中测量的蔓越莓果汁的测得pH在下文中称为“pH1”。
第一实验使用8BV的蔓越莓果汁载量进行。
对于此第一实验,下表11描述了随时间(以分钟表示)变化的:
-pH1和pH2值;
-在柱中循环的蔓越莓果汁的流速(以mL/分钟和BV/小时表示)。流速一直为10BV/小时至250BV/小时。
表11描述了使用8BV的载量的蔓越莓果汁的pH2、pH1和循环流速的值
图5是显示对于使用8BV的蔓越莓果汁载量以环路循环进行的此第一实验的pH1、pH2和以BV/小时表示的流速随时间的变化的图。
根据表11和图5,可以具体看出:
-在47分钟环路循环后,容器中的蔓越莓果汁的pH达到3.5的目标值;此第一实验于是对应于本发明的脱酸方法的第一实施;
-在时间1分钟、然后2分钟时,柱出口处的蔓越莓果汁的pH分别为5.01,然后4.09;接着在4分钟后,其为3.2。
-在柱出口处的蔓越莓果汁仍具有小于或基本上等于5的pH。本发明的方法因此不易改变如花青素类等关注的化合物。
第二实验使用10BV的蔓越莓果汁载量进行。
对于此第二实验,下表12描述了随时间(以分钟表示)变化的:
-pH1和pH2值;
-在柱中循环的蔓越莓果汁的流速(以mL/分钟和BV/小时表示)。流速一直为10BV/小时至250BV/小时。
表12描述了使用10BV的载量的蔓越莓果汁的pH2、pH1和循环流速的值
图6是显示对于使用10BV的蔓越莓果汁载量以环路循环进行的此第二实验的pH1、pH2和以BV/小时表示的流速随时间的变化的图。
根据表12和图6,可以具体看出:
-柱出口处的蔓越莓果汁仍具有低于4的pH。本发明的方法因此不能改变如花青素类等关注的化合物。
-在240分钟实验后,容器中的蔓越莓果汁的pH达到约3.39的基本上恒定值,这因此非常接近3.5的设定目标值;
-此第二实验于是对应于本发明的脱酸方法的实施。
第三实验使用9BV的蔓越莓果汁载量进行。
对于第三实验,下表13描述了随时间(以分钟表示)变化的:
-pH1和pH2值;
-在柱中循环的蔓越莓果汁的流速(以mL/分钟和BV/小时表示)。流速一直为10BV/小时至250BV/小时。
表13描述了使用9BV的载量的蔓越莓果汁的pH2、pH1和循环流速的值
图7是显示对于使用9BV的蔓越莓果汁载量以环路循环进行的此第三实验的pH1、pH2和以BV/小时表示的流速随时间的变化的图。
根据表13和图7,可以具体看出:
-柱出口处的蔓越莓果汁仍具有低于4的pH。本发明的方法因此不会改变如花青素类等关注的化合物。
-在110分钟实验后,容器中的蔓越莓果汁的pH达到3.5的目标值;
-此第三实验于是对应于本发明的脱酸方法的实施。
第四实验使用9BV的蔓越莓果汁载量进行。
对于此第四实验,下表14描述了随时间(以分钟表示)变化的:
-pH1和pH2值;
-在柱中循环的蔓越莓果汁的流速(以mL/分钟和BV/小时表示)。流速一直为10BV/小时至250BV/小时.
表14描述了使用9BV的载量的蔓越莓果汁的pH2、pH1和循环流速的值
图8是显示对于使用9BV的蔓越莓果汁载量以环路循环进行的此第四实验的pH1、pH2和以BV/小时表示的流速随时间的变化的图。
根据表14和图8,可以具体看出:
-柱出口处的蔓越莓果汁仍具有低于5的pH。本发明的方法因此不能改变如花青素类等关注的化合物。
-在120分钟实验后,容器中的蔓越莓果汁的pH达到约3.35的基本上恒定值,这因此非常接近3.5的设定目标值;
-此第四实验于是对应于本发明的脱酸方法的实施。
第五实验使用8BV的蔓越莓果汁载量进行。对于此第五实验,下表15描述了随时间(以分钟表示)变化的:pH1和pH2值以及在柱中循环的蔓越莓果汁的流速(以mL/分钟和BV/小时表示)。
在此第五实验中,在起始两分钟内,蔓越莓果汁在柱中的循环流速为2.6BV/小时,因此小于10BV/小时。
于是,在此第五实验的起始两分钟内,未实施本发明的脱酸方法。下面,描述了这对于待酸化蔓越莓果汁的影响。
表15描述了使用8BV的载量的蔓越莓果汁的pH2、pH1和循环流速的值
图9是显示对于使用9BV的蔓越莓果汁载量以环路循环进行的此第五实验的pH1、pH2和以BV/小时表示的流速随时间的变化的图。
根据表15和图9,可以具体看出:
-对于实验(即,蔓越莓果汁的环路循环)的起始两分钟,流速仅为2.6BV/小时,对实验开始时离开柱的蔓越莓果汁的pH值有影响,后者高于8.5(即,如花青素类等关注的化合物非常可能被改变的pH值);
-在流速从2.6BV/小时增加至52.2BV/小时后,蔓越莓果汁的pH立即从8.92变至3.28,即,蔓越莓果汁达到关注的化合物不会改变的pH值;
-在49分钟实验后,容器中的蔓越莓果汁的pH达到3.5的目标值。
此第五实验于是证实了蔓越莓果汁的循环流速必须为至少10BV/小时的重要性,以及其调节、特别是在实验开始时的重要性,其中,其必须较高以使蔓越莓果汁在离开柱时的pH不大于如花青素类等关注的化合物可能改变的值。
使用填充有树脂2的柱,进行了三次实验以改变加载待脱酸(即,放入环路循环)的蔓越莓果汁。
第一实验使用6BV的载量进行。
对于此第一实验,下表16描述了随时间(以分钟表示)变化的:
-pH1和pH2值;
-在柱中循环的蔓越莓果汁的流速(以mL/分钟和BV/小时表示)。流速一直为10BV/小时至250BV/小时。
表16描述了使用6BV的载量的蔓越莓果汁的pH2、pH1和循环流速的值
图10是显示对于使用6BV的蔓越莓果汁载量以环路循环进行的此第一实验的pH1、pH2和以BV/小时表示的流速随时间的变化的图。
根据表16和图10,可以具体看出:
-尽管实验开始时有120BV/小时的高循环流速,但离开柱的蔓越莓果汁的pH值为9.58(即,如花青素类等关注的化合物非常可能改变的pH值);
-接着,在2分钟实验后,蔓越莓果汁的pH值仍低于5(即,关注的化合物不会改变的pH值);
-于是,实验的第一分钟,尽管有非常高的循环流速,也可能对关注的化合物不利;
-使用6BV载量的蔓越莓果汁和树脂2,应实施高于120BV/小时的循环流速和/或柱的其他尺寸调整以在实验开始时防止关注的化合物由于离开柱的蔓越莓果汁的pH大于9而改变;
-在17分钟实验后,容器中的蔓越莓果汁的pH达到3.5的目标值。
第二实验使用8BV的载量进行。
对于第二实验,下表17描述了随时间(以分钟表示)变化的:
-pH1和pH2值;
-在柱中循环的蔓越莓果汁的流速(以mL/分钟和BV/小时表示)。流速一直为10BV/小时至250BV/小时。
表17描述了使用8BV的载量的蔓越莓果汁的pH2、pH1和循环流速的值
图11是显示对于使用8BV的蔓越莓果汁载量以环路循环进行的此第二实验的pH1、pH2和以BV/小时表示的流速随时间的变化的图。
根据表17和图11,可以具体看出:
-尽管在实验开始时有120BV/小时的高循环流速,但离开柱的蔓越莓果汁的pH值为6.83(即,中等可接受的pH值,因为如花青素类等关注的化合物可能改变);
-接着,在1.5分钟实验后,蔓越莓果汁的pH值仍低于4.55(即,关注的化合物不可能改变的pH值);
-在此第二实验中未达到3.5的目标值;
-于是,在第二实验中,由于关注的化合物可能改变,未调节蔓越莓果汁的循环流速,使得蔓越莓果汁的pH增加至已设定的3.5的目标值。
第三实验使用10BV的载量进行。
对于此第三实验,下表18描述了随时间(以分钟表示)变化的:
-pH1和pH2值;
-在柱中循环的蔓越莓果汁的流速(以mL/分钟和BV/小时表示)。流速一直为10BV/小时至250BV/小时。
表18描述了使用10BV的载量的蔓越莓果汁的pH2、pH1和循环流速的值
图12是显示对于使用10BV的蔓越莓果汁载量以环路循环进行的此第三实验的pH1、pH2和以BV/小时表示的流速随时间的变化的图。
根据表18和图12,可具体看出:
-蔓越莓果汁在离开柱时仍具有低于4.5的pH。本发明的方法因此不可能改变如花青素类等关注的化合物;
-在第三实验中未达到3.5的目标值;
-对于此第三实验,未调节蔓越莓果汁的循环流速,使得蔓越莓果汁的pH增加至已设定的3.5的目标值。
表19是归纳表,其根据进行的实验(即,使用树脂1的实验E1~E5和使用树脂2的实验E’1~E’3)描述了:
-在碗中循环以脱酸的蔓越莓果汁(换言之,加载的待脱酸的蔓越莓果汁)的体积。
此体积以BV表示;
-以白利度(°Bx)表示的浓度指标;
-实验结束时的最终pH;
-实验时间;
-420nm、520nm、620nm和280nm的光密度;
-强度和渐变;
-420nm、520nm、620nm和280nm的相对光密度;
-相对强度和相对渐变;
-脱酸蔓越莓果汁中的苹果酸和奎尼酸浓度;
-这些苹果酸和奎尼酸浓度之比。
而且,在标有“原料果汁”的栏中,回顾了原料蔓越莓果汁、即脱酸之前的特征。
光密度使用紫外可见分光光度计测量。
强度参数对应于420nm、520nm和620nm处的光密度值之和。
渐变参数对应于420nm处的光密度与520nm处的光密度之比。
280nm处的光密度提供碳和双键环的浓度的指示,其因此与功能分子的浓度成正比。
相对光密度对应于光密度除以对应蔓越莓果汁的以白利度表示的浓度指标。这些相对光密度值说明由于柱中存在水导致的稀释作用。相对强度和相对渐变值也是如此。
苹果酸和奎尼酸浓度通过HPLC使用上述设备测定。
在使用树脂1和2实施本发明的方法的所有这些实验中,应注意到,通过调节循环流速,使2.47的pH值变至接近3.5的目标值的值,蔓越莓果汁能够被脱酸。初始循环流速因此必须非常高以使离开柱的蔓越莓果汁的pH在实验开始时不会太高(因此对关注的化合物有害)。接着,逐渐降低循环流速,然后稳定在对于树脂1为约20BV/小时,对于树脂2为70BV/小时。树脂2比树脂1具有更快的动力学,这需要很好地调节柱出口处、特别是在实验开始时的蔓越莓果汁的pH。
表19归纳实施本发明的脱酸方法的8个实验的结果
根据表19,可见:
-树脂1具有比树脂2大50倍的交换容量。实际上,使用树脂1,能够酸化至多约9BV的蔓越莓果汁同时将pH保持在3.5,而使用树脂2必须将载量限制于6BV以保证3.5pH单位的水平;
-在这些条件下,树脂2引起颜色强度的显著降低:原料果汁在0.60,使用树脂1在pH 3.5达到0.77,而使用树脂2仅为0.29;
-本发明的方法增大了奎尼酸浓度与苹果酸浓度之比:其在脱酸果汁中从0.7变至0.9~1;
-苹果酸在浓度上比奎尼酸降低显著更多。
根据本发明的方法,将10次测试得到的果汁混合并浓缩在50白利度。将浓缩脱酸果汁与原料浓缩果汁进行比较。可见:
-苹果酸减少20%
-奎尼酸浓度恒定
-在过程中阳离子(如钠、钾、镁和钙)的浓度未变化。
根据本发明的方法的脱酸果汁的总原花青素使用蔓越莓粉末中原花青素定量的标准方法的多实验室验证(Wiley Interscience,2010)进行检验,结果以A2二聚体原花青素当量示于下表。
样品 | 总原花青素(A2二聚体当量)mg/L |
待脱酸的蔓越莓果汁 | 159.2 |
脱酸蔓越莓果汁 | 159.8 |
使用液相色谱和四极杆飞行时间(UPLC-QTOF)系统以负模式进行成分扫描(鉴定于下表中)。将样品过滤。在计算机处理后,将得到的准确质量在使用数据库鉴定后按家族分组。下表显示了所有家族得到的面积之和。
成分的扫描
由表征明确可见的是脱酸蔓越莓果汁的如原花青素、酚酸、黄酮类等关注的化合物和某些重要阳离子的含量与待脱酸的蔓越莓果汁基本上相同。
图13是显示对于使用树脂1进行的5次实验的实验持续时间、实验结束时的pH随加载待脱酸的蔓越莓果汁的变化的图。
根据图13的图,可以看出,当柱用树脂1填充时的待脱酸的蔓越莓果汁的最优载量为9BV。
图14是显示对于使用树脂2进行的3次实验的实验持续时间、实验结束时的pH随加载待脱酸的蔓越莓果汁的变化的图。
根据图14的图,可以看出,当柱用树脂2填充时的待脱酸的蔓越莓果汁的最优载量为6BV。
对于使用树脂1的第三实验,树脂的饱和使用2BV的盐酸(1mol/L-73g/L树脂)以2BV/小时的流速以上流模式进行,然后用2BV的水以2BV/小时的流速使用上流模式慢清洗。
在饱和过程中,所述树脂固定的酸通过盐酸的流过而释放。
下表20描述了对于树脂1在出口处回收的流出物中随使其饱和的盐酸的BV、然后在树脂1中循环以清洗的水的BV变化的氯离子以及苹果酸和奎尼酸的浓度。BV以累积表示。从而这使得能够跟踪氯离子、苹果酸和奎尼酸浓度随树脂1的饱和、然后清洗进程的变化。
表20描述了在使用盐酸饱和、然后树脂1清洗的过程中氯离子以及苹果酸和奎尼酸的浓度
图15是氯离子、苹果酸和奎尼酸浓度随盐酸、然后水的累积BV的变化的图。
对于使用树脂2的第一实验,树脂的饱和使用2BV的盐酸(1mol/L;73g/L树脂)以2BV/小时的流速以上流模式进行,然后用2BV的水以2BV/小时的流速使用上流模式慢清洗。
下表21描述了对于树脂2在出口处回收的流出物中随使其饱和的盐酸的BV、然后在树脂2中循环以清洗的水的BV变化的氯离子以及苹果酸和奎尼酸的浓度。BV以累积表示。
表21描述了在使用盐酸饱和、然后树脂2清洗的过程中氯离子以及苹果酸和奎尼酸的浓度
图16是氯离子、苹果酸和奎尼酸浓度随盐酸、然后水的累积BV的变化的图。
根据表20和21和图15和16,将看出:
-树脂1具有更大的交换容量,因为树脂2在回收流分中几乎没有多余氯离子,而平均来看,在使用树脂2回收的流分中测得10g/L的剩余氯离子。约1/3的氯离子在使用树脂2饱和的过程中未使用。
D-石榴糖浆配方的实例
下表22描述了:
-含有使用本发明的方法脱酸的蔓越莓果汁的石榴糖浆的配方,即,“本发明的配方”;
-传统上实施的石榴糖浆的相当配方,即,“比较用配方”。
表22描述了本发明和比较用的石榴糖浆的配方
柠檬酸是浓度为150g/L的水溶液。
本发明的石榴糖浆的配方相对于比较用相当配方具有不含任何染料以及柠檬酸(其为用作酸度修正剂的食品添加剂,但还已知引起口腔问题)的优点。
E–蔓越莓/树莓糖浆配方的实例
下表23描述了:
-含有使用本发明的方法脱酸的蔓越莓果汁的蔓越莓和树莓糖浆的配方,即,“本发明的配方”;
-传统实施的蔓越莓/树莓糖浆的相当配方,即,“比较用配方”。
表23描述了本发明和比较用的蔓越莓/树莓糖浆的配方
本发明的蔓越莓和树莓糖浆的配方相对于比较用相当配方具有以下优点:
-没有染料E124和柠檬酸;
-用根据本发明方法的脱酸蔓越莓果汁替换了来自代糖糖浆的糖以及来自接骨木莓和葡萄糖浆的糖的一部分。
应注意,比较用配方包含未脱酸蔓越莓果汁。
使用本发明的方法将蔓越莓果汁脱酸,使得能够拥有与比较用相当配方相比包含更多蔓越莓果汁的蔓越莓和树莓糖浆的配方,因此更好地利用蔓越莓果汁。
蔓越莓和树莓糖浆配方被认为更天然。其还使得能够宣称与比较用配方(其红果含量由未脱酸蔓越莓果汁加上树莓和蔓越莓香精中的含量组成)相比更高的红果含量。
F-蔓越莓冰糕配方
下表24描述了使用本发明的方法脱酸的基于蔓越莓的冰糕配方。
数量(g) | |
脱酸蔓越莓果汁7.6°Bx | 930 |
天然香精 | 10 |
果糖糖浆70°Bx | 60 |
合计 | 1000 |
表24描述了基于根据本发明脱酸的蔓越莓果汁的冰糕配方
使用本发明的方法脱酸的蔓越莓果汁的低酸度使其能够制造含有大量(重量含量为相对于冰糕总重量的93%)的这种蔓越莓果汁的冰糕配方。冰糕配方中非常少量的果糖糖浆和天然香精(重量含量分别为相对于冰糕总质量的1%和6%)以及不含任何膳食添加剂和染料证实为非常天然和“纯水果”产品。
G-烧烤酱料型的烹调酱料配方
在此调味产品实例中,蔓越莓的果味香调(在酸涩方面没有其缺陷)与烧烤型的传统香调(即烟熏)结合,为酱料提供了糖/盐平衡。
将下表25中所述的酱料的所有成分在85℃混合并热处理5分钟,从而保持产品的新鲜度,接着将其巴氏消毒并无菌包装。
数量(g) | |
脱酸蔓越莓果汁7.6°Brix | 550 |
脱酸蔓越莓果汁55°Brix | 255 |
盐 | 87 |
天然香精(炸洋葱和辣椒) | 12 |
熏肉香精(炸洋葱和辣椒) | 5 |
合计 | 1000 |
表25描述了使用根据本发明脱酸的蔓越莓果汁的基底的烧烤型的烹调酱料配方。
Claims (5)
1.一种将待脱酸的蔓越莓果汁脱酸的方法,其特征在于:
- 将所述待脱酸的蔓越莓果汁在弱阴离子交换树脂上洗脱,从而在洗脱后得到脱酸蔓越莓果汁;
其中
- 所述弱阴离子交换树脂为丙烯酸或聚苯乙烯类的树脂;并且
- 所述洗脱步骤还包括将所述待脱酸的蔓越莓果汁在所述树脂上以一定速率洗脱,使得洗脱后的脱酸蔓越莓果汁的pH = pKa1 (苹果酸) < pH < pKa (苯甲酸) 其中所述速率的单位是BV/h;
其中,“pKa1 (苹果酸)”表示苹果酸的第一酸度系数,“pKa (苯甲酸)”表示苯甲酸的酸度系数,并且
在所述待脱酸果汁与所述树脂以所述待脱酸果汁与所述树脂为5:1的体积比接触5分钟之后观察到的所述树脂的初始交换速度等于或大于+0.10单位pH/分钟,并且
其中,所述脱酸过程在含有所述弱阴离子交换树脂的柱中进行,所述洗脱由将所述待脱酸的蔓越莓果汁循环至少一次组成,并且待脱酸果汁在所述柱中的洗脱速率等于或大于10 BV/小时。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述弱阴离子交换树脂为丙烯酸类。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述丙烯酸类弱阴离子交换树脂的容量为1.6~3.2当量/L。
4.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,其还包括预处理步骤,所述预处理步骤由澄清所述果汁直至得到低于500 NTU的浊度组成。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,待脱酸的蔓越莓果汁的体积为1~20 BV。
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