CN1142748A - 共处理的半乳甘露聚糖-葡甘露聚糖 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种组合物，它包含(A)主要由(a)半乳甘露聚糖与(b)葡甘露聚糖组成的共沉淀物；和(B)任选地与所形成的共沉淀物混和的胶凝剂。较为可取的是，半乳甘露聚糖为槐树豆胶，而葡甘露聚糖来自魔芋，以及胶凝剂为角叉菜胶。本发明还提供了制备半乳甘露聚糖和葡甘露聚糖共沉淀物的方法。本发明的组合物可用作许多食品和工业产品的基料。

Description

共处理的半乳甘露聚糖—葡甘露聚糖
本发明涉及至少一种半乳甘露聚糖(较好地为槐树豆胶)和至少一种葡甘露聚糖(较好地为魔芋(konjac))的共处理(共沉淀)混合物。在一个进一步的实例中，本发明的半乳甘露聚糖—葡甘露聚糖共沉淀物可与胶凝剂(较好地为角叉菜胶)混和形成配合的水凝胶。所述共沉淀物和配合的水凝胶可用作含水甜食果冻和其它食品的基料。
已知使用来自陆生植物的多甘露聚糖胶(半乳甘露聚糖或葡甘露聚糖)例如槐树豆胶(LBG)或魔芋胶它们本身，或者将它们与水解胶体(例如琼脂，角叉菜胶和黄原胶)混和形成如在食品工业中使用的各种结构的凝胶。尤其值得注意的是角叉菜胶为基料的体系通常是这样制备的，即将提纯过的或粗的角叉菜胶反应的多甘露聚糖胶与角叉菜胶胶凝剂(特别是卡巴角叉菜胶(kappacarrageenan))简单地混和，获得在制造食品中广泛用作增稠剂或胶凝剂的凝胶。单一体系和混和体系的凝胶具有其它令人感兴趣和有用的性能，包括保水能力和稳定多相体系(如乳浊液和悬浮液)的能力。
在需求食品应用(如水基甜食果冻)中所要求使用的已知类型的高度精制混和凝胶体系工业上是基于为获得基本上不含杂质多甘露聚糖胶组分的常规和经济的萃取/提纯/澄清技术，并且是基于为获得纯净、稳定凝胶使产物与经选择的胶凝剂之间良好的相互反应。因此，大多数商品水凝胶果冻体系是基于澄清的LBG(cLBG)和角叉菜胶。通常在高温下从LBG源中萃取水溶性槐树豆胶到含水介质中，然后过滤并沉淀萃取液就可容易地澄清LBG；然后将cLBG和与之相互作用相当完好的角叉菜胶(典型地为卡巴角叉菜胶)混和。相互作用的胶提高了所得凝胶的强度，从而在显著地低于单独使用角叉菜胶所需的角叉菜胶组分量的情况下可获得产品所期望的胶凝或悬浮效果。
然而，半乳甘露聚糖为基料的凝胶体系有其局限性。典型地，cLBG或其它澄清的半乳甘露聚糖胶在最终从提纯溶液中回收后被干燥并研磨以用于存放；然后再溶解干胶以备使用。由于用于这些体系的干LBG和一些其它半乳甘露聚糖通常不易溶于冷水(例如，参见US 3,808,195)，必须将水溶性介质加热到高于室温(高于约25℃)，以完全溶解干胶并获得它们性能上的全部优点，特别是粘度的改进和与胶凝剂(如角叉菜胶)的反应性。在LBG的情况下，必须加热到至少约60℃，典型地加热到约80℃或更高，以便在使用时基本上溶解脱水的纯胶。否则，胶不能完全溶于水介质中，所得的不均匀混合物在放置时会变得浑浊，不能在要求澄清凝胶的地方使用该产品。而且，部分溶解胶的最佳增稠性能将无法实现，且反应性低于完全溶解的胶。
对于需要高度精制的凝胶产品的应用葡甘露聚糖的使用也受限制。例如，魔芋(Amorphophallus rivieri，A.魔芋)是一种已知的食品粘度改性剂，并且也已知它与角叉菜胶相互反应获得改进的混和凝胶体系。然而，它的使用实质上是限于不需要对粗魔芋粉进行彻底纯化的应用。使魔芋粉基本上除去杂质，尤其是包胶葡甘露聚糖聚合物以及淀粉的蛋白质材料(囊)，气味和颜色的处理过程需要加热，该加热趋于使多糖胶脱去乙酰基(特别是在改进产物凝胶强度的少量碱介质中)。脱去乙酰基的胶在冷却不需要加热再液化的情况下形成凝胶。尽管这在某些食品应用中是一个优点，例如在生产耐蒸馏(retort-resistant)食品如传统的“konyaku”面条中，然而实际上它妨碍了魔芋在要求纯净、热可逆凝胶(这在食品工业中经常需要)应用中的使用。另外，由于其高粘度和细胞污染物，纯化的胶不管是否基本上脱乙酰基都难以过滤和回收。然而，应注意的是，当凝胶的最终使用不一定是澄清时可任选过滤；这样在费用或操作效率是重要因素的场合可省略该过滤过程。
葡甘露聚糖和半乳甘露聚糖是众所周知的，并且广泛地将其单独或混和后作为特别是食品工业中的增稠剂，增粘剂或胶凝剂来使用。如上所提到的，将来自陆生植物的多甘露聚糖相互混和或与来自海生植物的水解胶体(如角叉菜胶或琼脂糖)混和，从而获得具有优异性能的混和凝胶体系的做法是已知的：例如参见US 2,466,146(1949)to Baker，它描述了包含Irish藓提取液和槐树豆胶的食用胶凝组合物；Lebensmittel Wissenschaften und Technologies 11：279-282(1978)指出了角叉菜胶/角豆胶凝胶；Food Hydrocolloids 6：199-222(1992)和Gums and Stabilizers of the Food Industry 5，Phillips，et al.，eds，Oxford Univ.Press，Oxford，England，563-569(1989)，它描述了魔芋葡甘露聚糖和卡巴—角叉菜胶的组合物；J App.Phycol.4：347-351(1992)报道了海藻提取液(包括卡巴角叉菜胶和帚叉藻聚糖)与魔芋粉或槐树豆胶的组合物的性质；US 5,213,834(1993)涉及魔芋葡甘露聚糖和粘合剂(如槐树豆胶和/或角叉菜胶)与有机酸微胶囊的组合物；US 4,427,704(1984)to Cheney，et al.，涉及魔芋/角叉菜胶的组合物；Sen-1 Gakkaishi 48：437-440(1992)对比了蒟蒻甘露聚糖和羟丙基纤维素的混合物；和US 4,952,686 to Renn，et al.，(1990)涉及肉桂皮(半乳甘露聚糖)胶与一种或多种选自包括槐树豆胶和角叉菜胶(不包括魔芋)在内的非葡甘露聚糖增稠剂或胶凝剂的混合物。
在第一个实例中，本发明的组合物包含：(A)主要由(a)半乳甘露聚糖与(b)葡甘露聚糖组成的共沉淀物；和(B)任选地与所形成的共沉淀物混和的胶凝剂。较为可取的是，半乳甘露聚糖为槐树豆胶和葡甘露聚糖来自魔芋。当存在胶凝剂时，该胶凝剂可为角叉菜胶，黄原胶，琼脂，凝胶(gellan)，果胶，明胶，淀粉或它们的混合物，角叉菜胶是较好的，并且它可与凝胶诱发有效量的胶凝诱发剂一起混和存在。本发明的组合物可呈干粉末形式，本发明一个特别有用的方面是该干粉末在约18-23℃的温度下(也就是在室温或“冷”水中)基本上溶于水中。本发明另一个特别有用和意想不到的方面是与用作起始物料的未改性胶相比，本发明的共沉淀物显示出提高的反应性和与胶凝剂的溶混性。本发明的组合物也可以用水(通常为凝胶总体积的0.5-5体积％)混和所需量的干粉末获得的含水凝胶的形式存在。
葡甘露聚糖可含共沉淀物多糖总干重的1-99，通常约10-90，较好为10-50，更好为20-40，最好为25-35％(干重)。当存在混和胶凝剂时，它可含混和组合物多糖总干重的10-90，较好为30-80，更好为40-70，最好为25-35％(干重)。
在另一个实例中，本发明包括一种制备半乳甘露聚糖与葡甘露聚糖共沉淀物的方法，这种方法包括：(A)将半乳甘露聚糖与含水介质混和(任选地伴有加热和/或搅拌)形成半乳甘露聚糖溶胶；(B)以类似的方式将葡甘露聚糖与相同或另一体积的含水介质混和形成葡甘露聚糖溶胶；(C)将半乳甘露聚糖溶胶和葡甘露聚糖溶胶共混和(若它们开始时是分开混和的话)；(D)任选地澄清半乳甘露聚糖溶胶，葡甘露聚糖溶胶或它们的共混合物；(E)加入与含水介质相混溶的有机溶剂使共混和的溶胶共沉淀；(F)从含水介质中分离出共沉淀物；(G)干燥共沉淀物，和(H)任选地研磨干的共沉淀物成较细的粉末。
本发明的组合物可作为许多食品和工业产品的基料，例如胶凝或增稠食品；可流动的拌色拉的调味汁；液体食品或食品添加剂；涂抹食品例如人造黄油或乳酪涂抹食品；含水的甜食果冻；蛋黄酱；速冻甜食；化妆或药物液体，乳油或洗液赋形剂；护齿产品；和空气清新剂凝胶；防冻液等。当将组合物用作含水的甜食果冻时，它们可为干状混合物，或可为含或不含混和胶凝剂的含水凝胶状，并且典型地与一种或多种香味剂，着色剂，增甜剂，食品颗粒，香草，防腐剂，缓冲剂，酸化剂或凝胶增强剂混和。
在再一个实例中，本发明提供在约18-23℃的温度下获得半乳甘露聚糖胶(尤其是槐树豆胶)水溶性的方法，所述方法包括使该胶与葡甘露聚糖胶(特别是来自魔芋的葡甘露聚糖胶)共沉淀。
单独的一张附图为与澄清的槐树豆胶参照物比较，一系列温度参数(室温，加热，冷却)在一段时间内对本发明槐树豆胶/魔芋葡甘露聚糖共沉淀物在水中粘度的影响的图解说明。
除了在操作实施例中，或者另有说明外，在此所有实施例中所用的表示组分量参数或反应条件的所有数字，应被理解为用术语“约”字修饰。
本发明实践所用的起始物料包含半乳甘露聚糖和葡甘露聚糖胶这类在本技术领域中众所周知的增稠剂和胶凝剂。
主要的商品葡甘露聚糖为来自Amorphallus Konjac种类，由于其易购得而被推荐；下面将它称为“来自魔芋的葡甘露聚糖”，“魔芋葡甘露聚糖”或其商品名称“魔芋”。从其来源植物中回收葡甘露聚糖的方法是众所周知的。本发明所用的半乳甘露聚糖胶包括瓜尔胶，槐树豆(角豆胶)和刺云实胶，以及来自其它豆类如甜豆(honey bean)，槭叶瓶木，田菁属和肉桂皮属的半乳甘露聚糖类。半乳甘露聚糖从植物源的种子胚乳中回收并按已知方法纯化；任何纯度级的半乳甘露聚糖材料源都可用作本发明的起始物料并按所需进行纯化。商品购得的粗(天然)半乳甘露聚糖或葡甘露聚糖粉或胶是合适的起始物料，若需要的话它可再按如Bull.Chem.Soc.Jpn.45：561(1972)和US 4,952,686 to Renn，et al.(1990)中所述的在本领域中众所周知的技术进行进一步的纯化，这些文献在此结合参考引用。
本发明共处理半乳甘露聚糖/葡甘露聚糖胶的又一个优点是需要不太澄清的多甘露聚糖起始物料以获得优质的、特别适用作食品如含水果冻甜食基料的澄清凝胶体系。
根据本发明的方法，按其应用的要求来提纯共沉淀组合物中的起始半乳甘露聚糖和葡甘露聚糖组分。然后将组分溶于任选地包含添加剂(如香味剂，着色剂，增甜剂，维生素，蛋白质，防腐剂等)的含水介质中，所述组分所占的比例视共处理产物所需的性能为混和的功能葡甘露聚糖和功能半乳甘露聚糖胶总重量的约1％到至少约1-90，20-50，20-40％功能葡甘露聚糖胶(上述和在此章节中还要用到的术语“功能”是指基本上纯净的，即活性的胶)。通常，尤其是对于共处理的LBG和魔芋胶，起始功能葡甘露聚糖胶组分在整个功能葡甘露聚糖和半乳甘露聚糖胶组分中所占的比例也视应用的要求为至少约10重量％，较好为约20重量％，更好的为约30重量％。在占总胶含量的比例为小于约10％时且在半乳甘露聚糖的冷溶性是非常重要的应用中，葡甘露聚糖的冷溶性粉末是不浓的，应使用最少量至少为约20％的功能葡甘露聚糖胶(占总功能胶含量的重量百分数)。如图所示，当功能魔芋胶为功能胶总重量的约30％～40％时，LBG的冷溶性得以改进，因而，对这类应用来说功能葡甘露聚糖胶的比例较好为至少约30％。
在将胶组分溶于含水介质中之后，胶发生共沉淀，可任选地插入经选择同时提纯组分中的两种或其中一种(按需要而定)的常规澄清步骤。然后通过如过滤的手段回收共沉淀物，通常随后进行干燥。
一般来讲，推荐在处理介质中的起始混和时胶的最大总浓度不大于约2.5％为最佳化的处理，通常胶的最大浓度范围为约1.2-2.2％也是较好的。当要求澄清过的共沉淀物时，特别重要的是调节处理介质的总胶含量以利于共沉淀物料的过滤；为了易于处理要求滤液固体总含量为约0.3％-约0.8％，处理液的pH应足够低以防止魔芋组分在处理过程中发生胶凝；通常pH小于约7.2(典型的为约6.6-6.8)是合适的。
在本发明的一个较好的实例中，葡甘露聚糖和半乳甘露聚糖组分分开溶解随后混和或者在同一容器中一起溶解。溶解这些胶的方法在本技术领域中是已知的。特别地，许多半乳甘露聚糖的溶解(尤其是槐树豆胶(LBG)的溶解)需要加热。
胶溶解后，若分开溶解的话在混和之前或之后，过滤或以其它方法除去胶溶液中的杂质是有利的。若起始物料是粗胶或粉末，且最终产物是精制过的(如澄清的含水甜食果冻)，上述除去杂质是特别重要的。已知使用过滤(尤其是使用助滤剂)以除去杂质；其它适于共沉淀胶最终使用的方法也可使用。任何任选的提纯过程的细节不是本发明的部分。特别有利的做法是使胶一起溶解并一起提纯它们(若需要的话)，以最大程度地减少形成最终产物所需步骤的数目。意想不到地发现与使用分开的胶，或只使用魔芋相比，使用一起处理优选的胶(LBG和魔芋)，尤其是过滤更易于完成(更低的背压，更短的过滤时间)。胶的分子量并非是关键性的；天然分子量都可接受，对于魔芋来说为约1×106道尔顿，而对于槐树豆胶来说为约250,000道尔顿；部分解聚胶对降低处理粘度也是有用的，尤其是若其分子量(或其替代物，粘度)为天然材料的30％或更高时。
一个较好的方法是，当使用粗粉末加工时，并且当制备澄清的产物时，在溶解的胶中加入助滤剂，其量典型地为1份粗胶2份助滤剂，然后在标准设备(如板框式压滤机)中过滤混合物。
在共处理过程中的总胶浓度和处理的温度可按本技术领域中已知的权衡方案而变。较高的胶浓度和较低的处理温度在提高处理效率中是有利的，但相同条件下提高了溶液的粘度，使处理变得更困难。最佳化的平衡是基于所用的处理设备的详细情况。通常，温度高于60℃是较好的，在此温度时明显降低了这些胶溶液的粘度。温度为70-90℃则更好。合适的粗胶总浓度(包括固体已被除去)典型地为总固体的约0.5％-2.5％，较好的为1％-2％，当设备允许时此范围上限的浓度也是较好的。
半乳甘露聚糖和葡甘露聚糖的共沉淀对本发明来说是关键性的，但共沉淀方式并不是关键性的。这样，共沉淀可由不会导致胶发生显著分离的任何有效的手段进行。合适手段的例子包括与有机溶剂共沉淀，转鼓式干燥，喷雾干燥，空气干燥，珠磨，流化床干燥，和凝固随后压缩或干燥。共沉淀干燥的方法是较好的，与水混溶性溶剂共沉淀且合适的pH调节则更好。与醇(尤其是与异丙醇)的共沉淀是最好的。醇的有效共沉淀量随条件而变，但在1体积胶溶液中加入2或更多体积的共沸异丙醇(约82-85％异丙醇)是有效的沉淀剂。根据过程条件的具体情况(如胶的浓度和温度)，降低上述加入共沸异丙醇的比例也是有效的。当有效时降低加入共沸异丙醇的比例为例如1.5∶1或1∶1是优选的。
实施例物料
槐树豆胶来自Grinsted，级别为LBG-A。魔芋粉来自FMC Corporation，Philadelphia，Penna.，U.S.A.
实施例1
以各种胶的比例制备一系列共沉淀物。按下述过程处理重量比为100∶0，90∶10，80∶20，70∶30和60∶40的粗槐树豆胶和魔芋粉：
在机械搅拌下以总胶浓度为2.2％使胶分散在水中，使之水合约40分钟。然后加入1体积约180 F(82℃)的热水，在加热至85-88℃的温度下搅拌混合物约1-1.5小时。待溶解完全后，以2∶1(基于胶的重量)的比例加入助滤剂(Di-calite)，搅拌混合物以分散助滤剂。然后在约77℃的温度和约70 psi(4.9kg/sqcm)的最大压力下过滤混合物。部分浓缩澄清的滤液，从而获得胶的浓度为约1％(0.75-1.0％)。将浓缩的滤液与2体积(82％)的异丙醇混和。在筛网上分离共沉淀物并收集到1体积82％异丙醇的洗液中。将之回收到Willmes压机中并挤压除去剩余的醇。将回收的产物在旋转真空干燥机中于24-27英寸(61-69cm)汞柱的真空下进行干燥至85℃，达最终的湿含量为约5-10％，并研磨成的粒度大小为97％通过100筛目筛网。
然后测量各种粉末的粘度随时间变化的速率(如图所示)。在型号为VA/VE H1的布雷本登粘度曲线仪上测量粘度。将5克各种共沉淀物，或参照的cLBG分散在500ml去离子水中，在150rpm下搅拌混合物。最初的30分钟内，在室温下保存悬浮液。然后以1.5℃/分钟的速率开始加热，持续约47分钟直至溶液的温度达95℃。接着，在95℃下保持15分钟。随后以1.5℃/分钟的速率冷却混合物至25℃，并保持15分钟。
对图的观察表明，如由溶液的粘度所示，直至溶液开始被加热前参照物料cLBG明显不溶解。在加热步骤过程中粘度基本上是平缓的，这是因为由于加热而丧失的粘度大致平衡了由于溶解而获得的粘度。冷却后，最终的粘度是提高了。
相反，本发明60∶40的LBG和魔芋的共沉淀物溶于冷水中，在不需要任何加热的情况下大致达到了其最终的粘度。正如所预料的，粘度在加热过程中降低，而在冷却过程中恢复。这样，本发明的共沉淀物显示了非常所希望的冷溶性性质，即便本发明一半以上的共沉淀物是非冷溶性的LBG组分。本发明干的共处理组合物在冷(室温)水中达到高粘度的能力导致更快、更简单、和更有效地使用本发明的组合物。例如，在含水甜食果冻的工业制造中，加热共处理组分的整个处理步骤可被去除。类似地，这个性能使得在家里就可制造这种甜食，该制造方法仅仅将含香味剂，着色剂，增甜剂和诸如此类物质的干的共处理本发明胶凝组合物与室温水混和就可。
而且，由本发明共处理的半乳甘露聚糖/葡甘露聚糖组合物所达到的短水合时间是由同样组分以同样比例的简单混合物所无法达到的。在不想由理论阐述来限制的情况下，应相信的是本发明的共处理用来缠结组分的聚合物链，甚至当本发明的组合物是以干粉末的形式存在时也如此。这样，当在水中加入干粉末时，聚合物相互反应的网已经建立起来了，导致在所需的粘度达到前水合时间明显地减少。

Claims (25)

1.一种组合物，其特征在于它包含
(A)主要由(a)半乳甘露聚糖与(b)葡甘露聚糖组成的共沉淀物；和
(B)任选地与所述共沉淀物混和的胶凝剂。
2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于所述的半乳甘露聚糖为槐树豆胶。
3.如权利要求1所述的组合物，其特征在于所述的葡甘露聚糖来自魔芋。
4.如权利要求1所述的组合物，其特征在于所述的半乳甘露聚糖为槐树豆胶，而所述的葡甘露聚糖来自魔芋。
5.如权利要求4所述的组合物，其特征在于存在所述的胶凝剂，它为角叉菜胶。
6.如权利要求1所述的组合物，其特征在于存在所述的胶凝剂，它为角叉菜胶，黄原胶，琼脂，凝胶，果胶，明胶，淀粉或它们的混合物，并任选地加有凝胶诱发有效量的胶凝诱发剂。
7.如权利要求1所述的组合物，其特征在于所有的组分都为干粉末状。
8.如权利要求7所述的组合物，其特征在于所述的干粉末在约18-23℃的温度下基本上溶于水中。
9.如权利要求1所述的组合物，其特征在于它以水凝胶的状态存在。
10.如权利要求1所述的组合物，其特征在于所述的葡甘露聚糖包含约10-90干重％的所述的共沉淀物。
11.如权利要求4所述的组合物，其特征在于所述的葡甘露聚糖包含约10-50干重％的所述的共沉淀物。
12.如权利要求4所述的组合物，其特征在于所述的葡甘露聚糖包含约20-40干重％的所述的共沉淀物。
13.如权利要求4所述的组合物，其特征在于所述的葡甘露聚糖包含约25-35干重％的所述的共沉淀物。
14.如权利要求6所述的组合物，其特征在于所述的胶凝剂包含约10-90干重％的所述的混和组合物。
15.如权利要求5所述的组合物，其特征在于所述的胶凝剂包含约40-70干重％的所述的混和组合物。
16.一种制备半乳甘露聚糖与葡甘露聚糖共沉淀物的方法，其特征在于它包括：
(A)将半乳甘露聚糖与含水介质混和形成半乳甘露聚糖溶胶；
(B)将葡甘露聚糖与含水介质混和形成葡甘露聚糖溶胶；
(C)若半乳甘露聚糖溶胶和葡甘露聚糖溶胶是分开混和的话，将它们进行共混和；
(D)任选地澄清半乳甘露聚糖溶胶，葡甘露聚糖溶胶或它们的共混合物；
(E)加入与含水介质相混溶的有机溶剂使共混和的溶胶共沉淀；
(F)从含水介质中分离出共沉淀物；
(G)干燥共沉淀物，和
(H)任选地研磨干的共沉淀物成粉末。
17.如权利要求1所述的组合物，其特征在于所述的半乳甘露聚糖选自瓜尔胶，刺云实胶，甜豆胶，槭叶瓶木胶，田菁胶和肉桂皮胶。
18.一种含水甜食果冻的干组合物，其特征在于它包含：(A)半乳甘露聚糖和葡甘露聚糖的共沉淀物；混和有(B)至少一种胶凝剂；再混和有(C)一种或多种香味剂，着色剂，增甜剂，食品颗粒，香草，防腐剂，缓冲剂，酸化剂或凝胶增强剂。
19.一种含水甜食果冻，其特征在于权利要求18的组合物呈水凝胶状。
20.权利要求1所述的组合物的用途，其特征在于它作为下述物质的基料：胶凝或增稠食品；可流动的拌色拉的调味汁；液体食品或食品添加剂；涂抹食品例如人造黄油或乳酪涂抹食品；含水的甜食果冻；蛋黄酱；速冻甜食；化妆或药物液体，乳油或洗液赋形剂；护齿产品；空气清新剂凝胶；或防冻液。
21.如权利要求20所述的用途，其特征在于它作为含水甜食果冻的基料。
22.一种使半乳甘露聚糖胶在约18-23℃温度下的水中有效溶解的方法，其特征在于所述胶在与所述水混和之前使其与葡甘露聚糖胶共沉淀。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于葡甘露聚糖来自魔芋。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于半乳甘露聚糖为槐树豆胶。
25.如权利要求22所述的方法，其特征在于葡甘露聚糖来自魔芋，而半乳甘露聚糖为槐树豆胶。
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