CN111031809A - 食物中的泡沫控制 - Google Patents
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Abstract
一种控制泡沫的方法，其包含提供包含泡沫控制剂和食品的食物组合物，所述泡沫控制剂包含单缩水甘油醚加合物或二缩水甘油醚加合物。一种适用于泡沫控制的组合物，其包含单缩水甘油醚加合物、二缩水甘油醚加合物或其组合。
Description
背景技术
制造食品的过程有时会使得产生不想要的泡沫。泡沫管理的机械方法效果有限。相反，将泡沫控制剂添加到制造过程中以减少泡沫的产生。对于食物和制药应用，传统的泡沫控制剂包括基于环氧乙烷、基于环氧丙烷和基于聚硅氧烷的试剂。然而，这些现有的泡沫控制剂在食物工业中变得不受欢迎。需要可生物降解的并且可再生来源的泡沫控制剂。
发明内容
本发明的第一方面为一种控制泡沫的方法，其包含提供包含泡沫控制剂和食品的食物组合物，所述泡沫控制剂包含以下中的至少一者：单缩水甘油醚加合物或二缩水甘油醚加合物：
其中R1为正丁基，并且其中R2为2-乙基己基；和加工食物组合物。
本发明的第二方面为泡沫控制组合物，其由本发明的第一方面的单缩水甘油醚加合物和一种二缩水甘油醚加合物中的至少一个的混合物构成。
本发明的第三方面是一种控制泡沫的方法，其包含提供包含泡沫控制剂和食品的食物组合物，所述泡沫控制剂包含作为以下各项的反应产物的单缩水甘油醚加合物和二缩水甘油醚加合物：具有1到32个碳原子的醇与
其中R是2-乙基己基或正丁基，并且加工食物组合物。醇可以是脂肪族，其具有直链、分支链或环状结构，以及芳香族或芳香族与脂肪族部分的混合物。优选地，醇具有4到24或18个碳。优选地，醇是脂肪族的。更优选地，醇是直链或分支链脂肪族醇。最优选地，醇是直链脂肪族醇。
具体实施方式
本公开描述用于控制泡沫的方法和组合物。本文所述的方法和组合物尤其与食物加工应用相关。在食物加工期间，在生产过程中的各个阶段都可产生泡沫。当在加工期间发生通气(例如通过机械搅拌、混合、洗涤、萃取、搅拌、鼓泡等产生)时，泡沫由表面活性物质(如蛋白质、脂肪酸和糖)的存在引起。泡沫以许多不同的方式损害食物加工过程，并且极大地扰乱加工流程。与不使用本文所描述的方法的类似食物加工相比，本文所描述的方法和组合物在限制食物加工应用中产生的泡沫的量方面有效。在不受理论限制的情况下，预期本公开的方法和组合物都具有以下特征：(1)限制食物加工中产生的泡沫量(也称为消泡剂)和(2)最小化或消除产生的泡沫(也称为除沫剂)。如本领域中已知的，将食物组合物和泡沫控制剂例如通过混合来组合。
泡沫控制剂可以根据由方程式(1)说明的过程制备：
其中R是2-乙基己基或正丁基。
方程式(1)的反应产物提供醚产物的混合物；主要产物为单缩水甘油醚加合物并且次级产物为二缩水甘油醚加合物。然而，每种加合物的量可在广泛范围内变化，其中主要产物一般以至少50重量％且优选以至少75重量％的量存在。理想地，混合物如在无任何纯化的情况下所形成使用。痕量或少量更高醚也很可能存在于反应产物中。本文所述的组合物可为根据由方程式(1)说明的方法制备的醚的混合物，且可在无后续分离步骤的情况下使用，以从产物混合物中分离醚产物中的一者或多者。同样地，产物可通过任何适合的分离方法分离，如所属领域中已知的那些分离方法，且可个别地或以任何所要比率混合单缩水甘油醚加合物或二缩水甘油醚加合物。此外，由所述过程产生的任何单缩水甘油醚加合物和二缩水甘油醚加合物可组合到混合物中且用作泡沫控制剂。
如上文所指出，方程式1仅为可用于形成醚加合物的条件的一个过程集合的说明，其中其它可容易地确定的条件可适用。举例来说，温度可为任何合适的温度，例如50℃到150℃。时间可为任何合适的时间，例如几分钟到72小时，但实际上需要尽可能短的时间以制备有用产品，例如少于24小时到1小时。催化剂可以是任何适合的催化剂，如含有碱金属的催化剂。说明性地，催化剂可以是氢化钾、氢化钠、氢氧化钾、氢氧化钠或其混合物。优选地，催化剂为碱金属氢化物，如氢化钾。
表1列出24个条目，每个条目一行。在每个条目中，起始醇、单缩水甘油醚加合物和二缩水甘油醚加合物经列出以用于方程式(1)中所示的反应。在表1中，R1表示正丁基，并且R2表示2-乙基己基。
表1
泡沫控制剂任选地进一步包括溶剂、表面活性剂、乳化剂或其组合。泡沫控制剂含有0.5到100重量％的条目(1)到(24)中的任一者的单缩水甘油醚加合物与二缩水甘油醚加合物的混合物。或者，泡沫控制剂含有5到100重量％的条目(1)到(24)中任一项的单缩水甘油醚加合物和二缩水甘油醚加合物的混合物。或者，泡沫控制剂含有10到100重量％的条目(1)到(24)中任一项的单缩水甘油醚加合物和二缩水甘油醚加合物的混合物。或者，泡沫控制剂含有15到100重量％的条目(1)到(24)中任一项的单缩水甘油醚加合物和二缩水甘油醚加合物的混合物。或者，泡沫控制剂含有20到100重量％的条目(1)到(24)中任一项的单缩水甘油醚加合物和二缩水甘油醚加合物的混合物。或者，泡沫控制剂含有25到100重量％的条目(1)到(24)中任一项的单缩水甘油醚加合物和二缩水甘油醚加合物的混合物。或者，泡沫控制剂含有30到100重量％的条目(1)到(24)中任一项的单缩水甘油醚加合物和二缩水甘油醚加合物的混合物。
选择泡沫控制剂中所含有的任选溶剂，以适合于溶解或分散条目(1)到(24)中的任一项的单缩水甘油醚加合物与二缩水甘油醚加合物的混合物。此类溶剂包括烃(芳香族和脂肪族两者)和氧化溶剂(醇、酮、醛、醚、二醇醚、酯和二醇醚酯)。
选择泡沫控制剂中所含有的任选的表面活性剂或乳化剂，以适合于改进食品上的泡沫控制剂的可湿性，或与条目(1)到(24)中的任一项的单缩水甘油醚加合物和二缩水甘油醚加合物的混合物形成乳液。任选的表面活性剂或乳化剂的量在条目(1)到(24)中的任一项的单缩水甘油醚加合物与二缩水甘油醚加合物的混合物的0.1到30重量％范围内。
任选的表面活性剂或乳化剂可以是阴离子的，阳离子的或非离子的。合适的阴离子表面活性剂或乳化剂的实例为碱金属、铵和胺皂；这类皂的脂肪酸部分优选含有至少16个碳原子。皂也可“原位”形成；换句话说，可向油相中添加脂肪酸并且向水相中添加碱性材料。
合适的阴离子表面活性剂或乳化剂的其它实例为烷基-芳基磺酸的碱金属盐、二烷基磺基琥珀酸钠、硫酸化或磺化油，例如硫酸化蓖麻油、磺化牛脂和长链石油烷基磺酸的碱金属盐。
合适的阳离子表面活性剂或乳化剂为长链伯、仲或叔胺的盐，如油酰胺乙酸盐、十六烷基胺乙酸盐、双十二烷基胺乳酸盐、氨基乙基-氨基乙基硬脂酰胺的乙酸盐、二月桂酰基三亚乙基四胺二乙酸盐、1-氨基乙基-2-十七烯基咪唑啉乙酸盐；和季盐，如溴化十六烷基吡啶鎓、氯化十六烷基乙基吗啉鎓和二乙基双十二烷基氯化铵。
合适的非离子表面活性剂或乳化剂的实例为高级脂肪醇与环氧乙烷的烷氧基化产物，如油醇与10个环氧乙烷单元的反应产物；烷基酚与环氧乙烷的烷氧基化产物，如异辛基酚与12个环氧乙烷单元的反应产物；高级脂肪酸酰胺与5个或更多个环氧乙烷单元的烷氧基化产物；长链脂肪酸的聚乙二醇酯，如四乙二醇单棕榈酸酯、六乙二醇单月桂酸酯、九乙二醇单硬脂酸酯、九乙二醇二油酸酯、十三乙二醇单花生酸酯、二十三乙二醇单山嵛酸酯、二十三乙二醇二山嵛酸酯、如脱水山梨醇三硬脂酸酯的多元醇偏高级脂肪酸酯、多元醇偏高级脂肪酸酯以及其内酸酐(甘露醇酐，称为Mannitan，和山梨醇酐，称为Sorbitan)的环氧乙烷加合产物，如与10个分子环氧乙烷反应的甘油单棕榈酸酯、与12个分子环氧乙烷反应的季戊四醇单油酸酯、与10-15个分子环氧乙烷反应的脱水山梨醇单硬脂酸酯、与10-15个分子环氧乙烷反应的脱水甘露醇单棕榈酸酯；其中一个羟基用高级脂肪酸酯化并且另一个羟基用低分子醇醚化的长链聚乙二醇，如甲氧基聚乙二醇550单硬脂酸酯(550意指聚乙二醇醚的平均分子量)。可使用这些表面活性剂中的两种或更多种的组合；例如，阳离子可与非离子共混，或阴离子可与非离子共混。
泡沫控制剂可另外包含一种或多种添加剂。添加剂的实例包括环氧乙烷/环氧丙烷嵌段共聚物、环氧丁烷/环氧丙烷嵌段共聚物、环氧乙烷/环氧丁烷嵌段共聚物、蜡或基于聚硅氧的材料。
本文所述的“食物组合物”为泡沫控制剂和食品的组合。如本文所用，“食品”是指可食用或可饮用的材料，或可被加工成可食用或可饮用材料的材料。食品通常是指与泡沫控制剂结合使用以制成食物组合物的任何材料。优选地，食品为马铃薯、马铃薯衍生物、甜菜或甜菜衍生物。如本文所使用，“衍生物”意指食品已在一定程度上加工。这类方法的实例包括洗涤、切片、发酵、磨碎、粉碎、去皮和混合。甜菜或甜菜衍生物优选地为糖用甜菜或其衍生物。可在添加泡沫控制剂之前根据一个或多个加工步骤对食品进行预加工。或者，食品可在加工步骤之间洗涤，从而在加工步骤的一者或多者期间单独地添加泡沫控制剂。
将泡沫控制剂以足够的量添加到食品中，以达到过程所需的泡沫控制水平。应认识到，不同的食物加工技术使得产生不同水平的泡沫，因此，需要不同量的泡沫控制剂才能获得所需的结果。添加到食品中的泡沫控制剂的量以占泡沫控制剂和食品的组合重量(食物组合物的总重量)的百分比为单位来测量，其中泡沫控制剂的量为食物组合物的总重量的0.01到5重量％，优选地为食物组合物的总重量的0.1到1重量％。
实例
24个反应在氮气下在个别小型反应器中进行。每一反应器含有玻璃插入件以及可移除聚醚醚酮(PEEK)搅拌棒。每一反应器在125℃下在真空烘箱中干燥。表2列举24种反应，包括装入反应器的起始醇和通过所述反应产生的单缩水甘油醚加合物和二缩水甘油醚加合物。如表2中所用，R1为正丁基，并且R2为2-乙基己基。在氮气下通过移液管将10mmol表2的一个条目的起始醇添加到相应玻璃插入件中。醇的量为0.359到2.237毫升。将氢化钾(1mmol，40mg)引入每个小瓶中，并将混合物搅拌直至气体鼓泡停止。然后，将2-乙基己基缩水甘油醚(10mmol，1.86g)添加到具有产物(具有R2部分)的每个玻璃插入件中，或将正丁基缩水甘油醚(10mmol，0.91g)添加到具有产物(具有R1部分)的每个玻璃插入件中。将温度增加到100℃并且在达到过程温度之后搅拌反应混合物20小时。然后，冷却反应器，通过GC-MS分析样品，并且识别产物(表2)。
表2
土豆用水洗净，去皮并且切片。将780g切片的马铃薯和520g去离子(DI)水添加到厨房食物加工机中，并且加工1分钟。产生马铃薯浆液，将其通过滤纸过滤，并且将液体用于评估泡沫控制剂。这种液体被称为马铃薯汁。
为了评估这些材料是否作为泡沫控制剂，制备表2中列出的24种产物(单缩水甘油醚加合物和二缩水甘油醚加合物产物混合物)中的每一种的样品。每一样品含有0.5g表2中的对应产物和99.5g马铃薯汁，得到100g用于评估的材料。另外，还制备对照样品，其含有100g不具有任何缩水甘油醚加合物的马铃薯汁。
利用喷气管测试来评估泡沫控制剂的性能。此测试程序的描述在文献中为已知的并且以引用的方式并入本文中：N.D.Denkov,“通过油基消泡剂破坏泡沫的机理(Mechanisms of Foam Destruction by Oil-Based Antifoams)”,《朗缪尔(Langmuir)》2004,20(22),9463-9505。材料的“泡沫控制效率”通过测量材料对泡沫高度的影响来评估。将100g上述每种液体样品单独添加到直径为5cm的1000mL玻璃圆筒中。将装配有烧结玻璃料的竖直气体喷射管放置在圆筒底部，并且从圆筒底部鼓入空气。空气流量由Ametek Lo-Flo 0-10浮点仪控制，设置为1。在施加气流后的前10分钟期间记录泡沫高度。如果泡沫高度在前10分钟内达到1000mL，那么停止实验。
表3为实例和对照样品随时间而变的马铃薯汁的泡沫体积。在表中，实例1-24对应于表2中列出的产物，其已添加到如上所述的马铃薯汁中，且控制为不添加任何缩水甘油醚加合物的马铃薯汁。泡沫体积的数值单位为mL。如表中所示，来自表2的产品的添加产生甚至在10分钟后保持低于1000mL的泡沫水平，而控制的泡沫体积在2分钟内达到1000mL。
表3：马铃薯汁的泡沫体积(mL)随时间的变化
| 实例 | 1分钟 | 2分钟 | 3分钟 | 4分钟 | 5分钟 | 6分钟 | 7分钟 | 8分钟 | 9分钟 | 10分钟 |
| 对照 | 600 | >1000 | >1000 | >1000 | >1000 | >1000 | >1000 | >1000 | >1000 | >1000 |
| 1 | 310 | 470 | 560 | 560 | 560 | 570 | 600 | 600 | 590 | 600 |
| 2 | 210 | 440 | 510 | 570 | 590 | 600 | 620 | 640 | 640 | 640 |
| 3 | 250 | 380 | 390 | 390 | 420 | 420 | 420 | 420 | 410 | 420 |
| 4 | 210 | 360 | 420 | 420 | 420 | 440 | 450 | 450 | 450 | 450 |
| 5 | 255 | 395 | 425 | 425 | 435 | 445 | 445 | 455 | 465 | 455 |
| 6 | 255 | 525 | 695 | 745 | 765 | 795 | 765 | 765 | 765 | 765 |
| 7 | 260 | 360 | 390 | 390 | 410 | 410 | 410 | 410 | 410 | 410 |
| 8 | 270 | 510 | 530 | 560 | 600 | 620 | 620 | 670 | 690 | 690 |
| 9 | 320 | 480 | 520 | 520 | 520 | 520 | 520 | 520 | 500 | 500 |
| 10 | 230 | 470 | 530 | 600 | 660 | 680 | 700 | 760 | 760 | 760 |
| 11 | 250 | 400 | 410 | 430 | 440 | 440 | 450 | 470 | 480 | 480 |
| 12 | 230 | 450 | 620 | 660 | 680 | 690 | 680 | 690 | 690 | 690 |
| 13 | 230 | 430 | 480 | 490 | 490 | 500 | 500 | 500 | 500 | 500 |
| 14 | 250 | 360 | 400 | 400 | 420 | 420 | 440 | 450 | 450 | 450 |
| 15 | 340 | 410 | 510 | 550 | 590 | 630 | 640 | 690 | 690 | 690 |
| 16 | 280 | 380 | 460 | 470 | 490 | 520 | 540 | 590 | 620 | 640 |
| 17 | 310 | 570 | 620 | 650 | 690 | 740 | 740 | 760 | 790 | 790 |
| 18 | 270 | 550 | 600 | 630 | 630 | 630 | 630 | 630 | 630 | 630 |
| 19 | 310 | 460 | 500 | 510 | 520 | 520 | 570 | 570 | 570 | 570 |
| 20 | 310 | 470 | 530 | 530 | 530 | 530 | 530 | 530 | 530 | 530 |
| 21 | 230 | 400 | 420 | 470 | 480 | 500 | 510 | 520 | 540 | 540 |
| 22 | 230 | 470 | 500 | 540 | 570 | 590 | 590 | 590 | 590 | 590 |
| 23 | 270 | 470 | 550 | 600 | 620 | 630 | 640 | 660 | 660 | 660 |
| 24 | 240 | 450 | 500 | 520 | 540 | 550 | 560 | 560 | 560 | 560 |
用与上述马铃薯(包括对照)相同的方式洗涤和加工甜菜。对于实例和对照实例，表4为随时间而变的糖用甜菜汁的泡沫体积。在表4中，实例15a-24a对应于表2中列出的产品(15-24)，其已添加到如上文所列举的糖用甜菜中，且对照为不添加任何缩水甘油醚加合物的糖用甜菜汁。泡沫体积的数值单位为mL。如表中所示，来自表2的产品的添加产生甚至在10分钟后保持低于1000mL的泡沫水平，而对照的泡沫体积在2分钟内达到1000mL。
表4：糖用甜菜汁的泡沫体积(mL)随时间的增加
| 实例 | 1分钟 | 2分钟 | 3分钟 | 4分钟 | 5分钟 | 6分钟 | 7分钟 | 8分钟 | 9分钟 | 10分钟 |
| 对照 | 600 | >1000 | >1000 | >1000 | >1000 | >1000 | >1000 | >1000 | >1000 | >1000 |
| 15a | 0 | 0 | 0 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| 16a | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| 17a | 50 | 50 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 18a | 20 | 20 | 30 | 30 | 30 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 |
| 19a | 0 | 0 | 0 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| 20a | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| 21a | 30 | 30 | 40 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
| 22a | 30 | 30 | 40 | 60 | 50 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| 23a | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| 24a | 270 | 320 | 350 | 330 | 260 | 230 | 170 | 170 | 170 | 170 |
Claims (16)
1.一种用于控制泡沫的方法，其包含：
提供包含泡沫控制剂和食品的食物组合物，所述泡沫控制剂包含以下中的至少一者：单缩水甘油醚加合物或二缩水甘油醚加合物
其中R1为正丁基，并且R2为2-乙基己基；和
加工所述食物组合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述泡沫控制剂由所述单缩水甘油醚加合物中的一者与所述二缩水甘油醚加合物中的一者的混合物构成。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述泡沫控制剂含有30到100重量％的所述单缩水甘油醚加合物与所述二缩水甘油醚加合物的所述混合物，其中所述混合物为条目(1)到(24)中的任一者。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述食物组合物中的所述泡沫控制剂的量为0.01到5重量％。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述食物组合物中的所述泡沫控制剂的量为0.1到1重量％。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述泡沫控制剂进一步包含溶剂。
7.根据权利要求1至6所述的方法，其中所述泡沫控制剂进一步包含表面活性剂或乳化剂。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中食物加工包含洗涤、切片、发酵、磨碎、粉碎、去皮或混合中的一种或多种。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述食品包含马铃薯衍生物。
10.一种组合物，其包含以下的混合物：在(1)到(24)行中展示的单缩水甘油醚加合物中的任何一者或多者和二缩水甘油醚加合物中的任何一者或多者
其中R1为正丁基，并且R2为2-乙基己基。
11.一种食物组合物，其由食品和根据权利要求10所述的组合物构成。
12.根据权利要求11所述的食物组合物，其中所述食品为马铃薯、马铃薯衍生物、甜菜或甜菜衍生物。
13.根据权利要求12所述的食物组合物，其中所述食品为甜菜或甜菜衍生物。
14.根据权利要求10所述的组合物，其中所述混合物由所述各行中的任一行的所述单缩水甘油醚加合物和二缩水甘油醚加合物构成。
15.一种泡沫控制组合物，其由以下加合物中的至少一种构成，
其中R1为正丁基，并且R2为2-乙基己基。
16.一种控制泡沫的方法，其包含提供包含泡沫控制剂和食品的食物组合物，所述泡沫控制剂包含作为以下各项的反应产物的单缩水甘油醚加合物和二缩水甘油醚加合物：具有1到32个碳原子的醇与
其中R为2-乙基己基或正丁基，并且加工所述食物组合物。
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