CN1232368A - 增塑的蛋白质材料的制备方法和包含该材料的组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种形成增塑的蛋白质材料的方法,其中使增塑剂组分有选择地与蛋白质组分相匹配以形成一种掺混物。在受控剪切条件下对所述掺混物进行加热生产出增塑的蛋白质材料,其中增塑剂组分均匀地分布于蛋白质组分中。增塑的蛋白质材料可用于各种用途,包括生产口香糖和糖果组合物。

Description

增塑的蛋白质材料的制备方法和包含该材料的组合物
                       发明背景
发明领域
本发明涉及增塑的蛋白质材料的制备方法和包含该材料的组合物，特别是涉及制备口香糖和糖果组合物的蛋白质材料。增塑的蛋白质材料所具有的性能使其能替代在口香糖和糖果组合物中的一种或多种常规配料，以提供可食用和/或可生物降解的产品。
增塑的蛋白质材料是这样制备的：首先，按照所需的标准，使至少一种蛋白质与至少一种与之相匹配的增塑剂混合。然后，将这种固态的掺混物在加热及受控剪切条件下处理，生产出具有独特性能的增塑的蛋白质材料，这种材料特别适用于口香糖和糖果组合物。
现有技术的说明
蛋白质是分子量从约5,000至几百万的氨基酸多肽链。所有的蛋白质均由相同的二十种氨基酸构成。这些氨基酸的侧链在大小、形状、电荷、氢键能力及化学反应性方面存在差异。因此，不同的蛋白质可显示出不同的化学与物理性质。
虽然许多的蛋白质具有类似的氨基酸组成，但对每一种蛋白质而言，其氨基酸的序列是唯一的。蛋白质的多肽链可以特定的方式折叠，这取决于其氨基酸序列。蛋白质自身的结构是由形成多肽的不同氨基酸间的相互作用而确定和保持的。确定天然生物活性结构的氨基酸残基的特定线性序列受到环境条件的影响。蛋白质结构和功能的多样性预示着在多肽和蛋白质中固有特性的相对重要性取决于每一种单个的蛋白质。
通常确定蛋白质所具有的结构和特定构象的共价和非共价的化学和物理力包括共价键、氢键、静电相互作用、疏水相互作用和弱的非特异性吸引力与排斥力。
蛋白质通过许多不同的相互作用以保护其各自的构象，这些作用包括疏水相互作用、氢键、离子对相互作用、金属离子配位、范德华相互作用。在不同对氨基酸残基间形成二硫化物键使蛋白质的各部分发生交联也可影响蛋白质的构象。
蛋白质在溶液中所采用的三维结构是所有上述相互作用的结果。也可以通过改变温度或溶液条件而改变结构。加热、pH值及溶剂条件的变化均会导致构象变化，从而引起蛋白质变性，失去其天然结构。蛋白质的变性通常是不可逆的。自然，这些变化将导致蛋白质性能的变化，这对于一种产品的制备可能是有益的或者是有害的。
由于其它天然的聚合物均不会变性，因而变性就是蛋白质最独特的性质。本文中，变性被定义为“蛋白质分子的二级结构、三级结构或四级结构的任何改变，这种改变并不破坏共价键”。蛋白质结构的变化通常是与在蛋白质的物理、化学或功能性质中至少一种发生某些改变相关的。蛋白质的变性常常被认为是一个双态过程，因此，蛋白质或者是处于天然构象状态，或者是处于变性状态。然而，现已清楚，这种理解是过于简单了，因为据信蛋白质会以几种其它中间状态存在。
蛋白质结构的变化程度以及其性质的变化程度均取决于单个蛋白质自身的性能，以及变性的类型及程度。目前对蛋白质结构的中间态还知之甚少。与完全变性后的蛋白质相比，也许中间态具有不同程度的反应活性。但是，很清楚，一经变性，蛋白质可以三种方式反应：(a)分子量不变，只是形状改变；(b)解离成确定均匀尺寸的亚单元；和(c)聚集。
典型的变性过程在不发生分子量变化的情形下发生，与变性相伴的蛋白质的解离或去极化过程并不总是确切存在。然而，由于加热的结果，蛋白质的聚集是最经常发生的，并且可在变性剂存在下避免其发生。聚集的过程难于进行控制，该过程对环境因素如pH值、离子强度和溶剂组成等均非常敏感，另外还取决于加热时间和速率，但又不能给出一种线性时间-剂量响应关系。因而，聚集是一种次级现象，它取决于变性的蛋白质分子的电动势。
蛋白质在聚集状态的性质就其功能性而言可能是蛋白质的最重要性能。控制蛋白质分子间的相互作用以允许形成聚集体的力据信与用于产生单个分子的二级和三级结构的那些力相同。
蛋白质在结构方面的变化程度及其性质的变化程度部分取决于蛋白质的变性方式。蛋白质变性而引起的最重要的变化是：(1)溶解度降低；(2)生物活性损失；(3)构成基团的反应活性增加；和(4)分子形状和大小改变。
变性过程也可通过应用物理、化学和生物方法来完成。物理方法包括加热、冷冻、施加表面力、声波、研磨、压力以及辐射(包括紫外辐射及电离辐射)。化学方法包括采用化学试剂如溶剂、pH值调节剂和盐。生物方法包括使用蛋白酶。
通过加热(通常在55-75℃)引起的蛋白质变性通常需要采用一种溶剂，以避免伴随的多肽链的分解，并优选提供一种稀溶液以避免变性后的蛋白质的分子间相互作用。水溶液、非水溶液及含水醇溶液均已使用过。
包括蛋白质分类在内的有关蛋白质的一般讨论在下述文献中有述，该文献引入本文作为参考：John M.deMan，“食品化学原理”，第2版，VanNostrand Reinhold,New York,NY(1990),89页及以下，以及Grant &Hackh化学词典，第5版，McGraw-Hill,Inc.,New York,NY(1987),477-478页。
口香糖通常由一种水不溶性基质部分和一种含风味剂及甜味剂的水溶性部分组成。基质部分包括胶基，其包括适于咀嚼的物质，这种物质赋予终产品以咀嚼特性。胶基通常限定风味剂及甜味剂的释放特性，并在胶质软糖产品中起着重要作用。风味剂和甜味剂为口香糖提供感觉吸引力。
口香糖胶基通常包含被称为弹性体的材料，所述弹性体向口香糖提供弹性或橡胶特征。弹性体为水不溶性聚合物，可以是天然聚合物如天然橡胶和糖胶树脂，也可以是合成聚合物，如苯乙烯丁二烯共聚物、聚异丁烯、聚乙烯等。弹性体通常与不同分子量的聚乙酸乙烯酯(PVAc)组合以提供胶基以拉伸或弹性。常规采用的胶基也包含诸如树脂之类的材料(用作软化弹性体的弹性体溶剂)；蜡；脂肪和/或油(起增塑剂作用)；填料以及选择性加入的抗氧化剂及乳化剂。
口香糖的常规配料及生产技术是公知的，如在下述文献中有述，该文献引入本文作为参考：“糖果制造”，第2版，E.B.Jackson编辑，Blackie Academic & Professional,Glasgow,NZ(1995),259-286页。
糖果组合物如牛轧糖的常规配料及生产技术在下述文献中有述，该文献引入本文作为参考：“Choice Confections”,Walter Richmond，第14章，250页，Manufacturing Confectionery PublishingCompany(1954)。
天然蛋白质通常缺乏柔韧性，不能显示或模仿胶基或糖果配料的性质，如弹性、延伸性和咀嚼性。变性的蛋白质已用于口香糖中，但现有技术并未能向常规口香糖中提供含量可感知的蛋白质基的胶基。例如，US专利5,482,722公开了一种蛋白质可咀嚼基质，用于糖果生产，其中将醇溶谷蛋白溶解于醇/水溶剂体系中，加入一种增稠剂以形成增稠剂包封在其中的沉淀物。
这种体系可用于形成蛋白质材料，其可代替在口香糖及糖果组合物中常规采用的弹性体，但这种材料仍不能有效地传达相同的感觉性能，而这种感觉性能是与常规口香糖及糖果产品相关的。
因此，开发出能提供如本文所限定的具有蛋白质材料的产品，并且该材料能赋予口香糖及糖果产品以与常规口香糖和糖果产品相同或类似的感觉特性的口香糖及糖果产品，这将是该领域的重大进展。
将成为该领域另一重大进展的是，提供蛋白质材料，该材料具有常规口香糖和糖果产品一种或多种配料如弹性体、PVAc、蜡等的性能，并且该材料可用于口香糖和糖果产品中用作一种或多种常规配料的代替品。同样还希望提供基于蛋白质材料的口香糖和糖果产品，所述的蛋白质材料可提供常规口香糖或糖果产品的感觉特性，其可像食品一样被食用和被消化和/或被生物降解。
发明概述
本发明部分涉及增塑的蛋白质材料，该材料是由至少一种蛋白质(即蛋白质组分)和至少一种增塑剂(即增塑剂组分)的组合物或掺混物衍生的，上述组分相互匹配以使终产品(增塑的蛋白质材料)可用于各种用途，特别是用于口香糖及糖果组合物。
本发明也涉及以掺混物为原料制备增塑的蛋白质材料的方法。所述掺混物优选在受控剪切条件下进行加热，生产出增塑的蛋白质材料，这种材料可用于代替口香糖及糖果组合物中的一种或多种配料，如弹性体、蜡、树脂和聚乙酸乙烯酯(PVAc)，并赋予产品以所需的性能，以及使所得产品可食用和/或可生物降解。
更具体地说，本发明部分涉及一种增塑的蛋白质材料，其是由至少一种蛋白质(即蛋白质组分)和至少一种增塑剂(即增塑剂组分)组成的，其中蛋白质与增塑剂组分的固态掺混物在受控剪切条件下于约20-140℃的温度下进行加热。
另一方面，本发明提供了一种蛋白质组分与增塑剂组分的掺混物的制备方法，所述掺混物适用于制备增塑的蛋白质材料，该方法包括：
a)选择一种蛋白质或蛋白质混合物(蛋白质组分)，其具有由下式(Ⅰ)定义的第一溶度参数
δ1 2=δD1 2+δP1 2+δH1 2          (Ⅰ)其中，δ1为蛋白质或其混合物的总溶度参数值，
δD1为由蛋白质或其混合物的分散力所贡献的溶度参数值，
δP1为由蛋白质或其混合物的极性力所贡献的溶度参数值，
δH1为由蛋白质或其混合物的氢键所贡献的溶度参数值，
b)选择一种增塑剂或增塑剂混合物(增塑剂组分)，其具有由下式(Ⅱ)定义的第二溶度参数
δ2 2=δD2 2+δP2 2+δH2 2            (Ⅱ)其中，δ2为增塑剂或其混合物的总溶度参数值，
δD2为由增塑剂或其混合物的分散力所贡献的溶度参数值，
δP2为由增塑剂或其混合物的极性力所贡献的溶度参数值，
δH2为由增塑剂或其混合物的氢键力所贡献的溶度参数值，其中至少一对溶度参数值δ1-δ2、δD1-δD2、δP1-δP2和δH1-δH2相互间在15％之内。
另一方面，任选地可对选出的满足上述标准的蛋白质组分与增塑剂组分的掺混物再进行筛选，其中所选择的掺混物的自由体积(FV)值按照下式(Ⅲ)确定
FV=0.025+αd(T-Tgd)+αp(T-Tgp)            (Ⅲ)其中，αd为增塑剂或其混合物的热膨胀系数，
αp为蛋白质或其混合物的热膨胀系数，
Tgd为增塑剂或其混合物的玻璃化转变温度，
Tgp为蛋白质或其混合物的玻璃化转变温度；和
T为参考温度，通常为室温或最终使用温度。
通常，掺混物的自由体积越高，则掺混物越适于形成本发明的增塑的蛋白质材料。
按照本发明的另一个方面，选择用于增塑的蛋白质材料的玻璃化转变温度或温度范围，从而按照下式(Ⅳ)确定蛋白质与增塑剂组分的相对用量 T gmix = α d α p · V d · ( Tg d - Tg p ) + Tg p - - - - ( IV ) 其中，αd、αp、Tgd和Tgp如前定义；
Tgmix为增塑的蛋白质材料的玻璃化转变温度；和
Vd为增塑剂的体积分数。发明详述
一般说来，本发明涉及增塑的蛋白质材料的制备方法，其中增塑剂或其混合物(增塑剂组分)被分散在至少一种蛋白质(蛋白质组分)的基质中。这种蛋白质材料所具有的性能使其特别适于各种用途，包括但不限于，口香糖及糖果组合物。
按照本发明，成功地制备增塑的蛋白质材料首先取决于对一种或多种包含蛋白质或其混合物及增塑剂或其混合物的掺混物的适当选择，这种选择是由被称为溶度参数的变量以及选择性地由以下将描述的掺混物的自由体积所确定。
然后，再对所形成的蛋白质组分与增塑剂组分的掺混物进行加工处理，优选在加热和受控剪切条件下进行处理，以得到一种增塑的蛋白质材料，这种材料可用于代替口香糖和糖果产品中的一种或多种常规配料，并使该产品可食用和/或可生物降解。具体而言，增塑的蛋白质材料具有聚合物的特性(包括拉伸强度、变形性、弹性和硬度)。
按照本发明，优选的方法使处于熔化状态的蛋白质组分变性，即处于粘稠液体态的蛋白质组分变性。更具体地说，该方法包括在加工处理之前，在受控剪切条件下对优选为固态的蛋白质组分与增塑剂组分的掺混物进行加热，这样经冷却后，增塑剂组分会截留在变性的蛋白质组分基质内。
“熔化”或“熔融”是一个通常用于描述物料经加热由固体向液态转化的术语。物料熔化后会具有流动性和可加工性。正如对许多种合成聚合物所发现的那样，蛋白质在加热后通常不会熔化或流动。它们在达到必须熔化蛋白质的温度之前将会分解。增塑剂是通常加至聚合物材料中以提供一种掺混材料的物质，这种掺混材料在加热后会流动，从而增加了所述聚合物的加工性或柔韧性。业已发现，可以发生固态的增塑剂组分与蛋白质组分的掺混物被加热至熔化状态，而不会伴随有蛋白质组分的分解，仅伴随有蛋白质组分的变性。
按照本发明，使适宜的蛋白质或其混合物和增塑剂或其混合物相匹配以形成用于制备增塑的蛋白质材料的掺混物在使采用该掺混物的任何产品达到所希望的性能中是重要的。正是蛋白质组分与增塑剂组分的匹配以及获得这些材料的所需掺混物的方式提供了本发明的一个重要方面。
可以理解，单一一种蛋白质或蛋白质的混合物可与单一一种增塑剂或增塑剂的混合物组合形成一种掺混物。仅仅从便利性出发，下文中仅参考单一一种蛋白质与单一一种增塑剂的掺混物。
适宜的蛋白质或其混合物的选择部分取决于蛋白质的分子量和其在用于形成最终产品(如口香糖和糖果组合物)所需的温度范围内的加工性能。通常用于形成口香糖和糖果组合物的加工温度为约20-120℃。适宜的蛋白质也适于采用常规的混合设备如挤出机、搅和机等加工。
蛋白质的分子量必须足够高，从而使该蛋白质可分类为聚合物。蛋白质的分子量适宜至少为约5,000，优选至少为约10,000。
用于制备增塑的蛋白质材料的蛋白质必须与适宜的增塑剂相匹配。迄今为止，蛋白质与增塑剂的组合是随机的，及仅通过常会导致掺混物并不能赋予最终产品以所需性能的试错法确定。按照本发明的一个方面，部分地通过使蛋白质组分与增塑剂组分的溶度参数匹配在所要求的范围内，并仅采用那些紧密关联的组合而实现蛋白质与增塑剂的组合。
因而，适宜的蛋白质组分与增塑剂组分的匹配首先取决于对蛋白质组分与增塑剂组分的溶度参数的考虑，这些参数是由其相对内聚性能所确定的。各种物质的溶度参数及对其的计算方法均是本领域公知的，例如公开于下述文献中：D.W.Van Krevelen Elsevier“聚合物性能”(1990)，该文献引入本文作为参考。
一种化合物(如一种蛋白质)的溶度参数是由分散力、氢键力和极性力所贡献的溶度参数值的总和。按照本发明，如果总溶解参数(δ)或所述分散力(δD)、极性力(δP)和氢键力(δH)中的一个或多个对每一种蛋白质和增塑剂而言相类似的话，这种蛋白质将会溶解在所述增塑剂中或被增塑。具体说来，本申请人已确定，如果对一种蛋白质和增塑剂或其各自的混合物而言上述溶度参数值中的一个或多个相互在15％之内，优选在10％之内，则蛋白质组分与增塑剂组分可能以一种潜在的掺混物存在，其适用于制备增塑的蛋白质材料。
更具体地说，按照本发明，按照下式Ⅰ确定所选的蛋白质或蛋白质混合物的溶度参数
δ1 2=δD1 2+δP1 2+δH1 2    (Ⅰ)其中，δ1为蛋白质或其混合物的总溶度参数值；
δD1为由蛋白质或其混合物的分散力所贡献的溶度参数值；
δP1为由蛋白质或其混合物的极性力所贡献的溶度参数值；和
δH1为由蛋白质或其混合物的氢键力所贡献的溶度参数值。
按照下式Ⅱ确定适用于形成固态掺混物的适宜增塑剂或增塑剂混合物的溶度参数
δ2 2=δD2 2+δP2 2+δH2 2         (Ⅱ)其中，δ2为增塑剂或其混合物的总溶度参数值；
δD2为由增塑剂或其混合物的分散力所贡献的溶度参数值；
δP2为由增塑剂或其混合物的极性力所贡献的溶度参数值；和
δH2为由增塑剂或其混合物的氢键力所贡献的溶度参数值；
按照本发明，如果至少一对下述溶度参数值δ1-δ2、δD1-D2、δP1-δP2和δH1-δH2相互间在15％之内，优选在10％之内，则蛋白质与增塑剂组分就会以-种掺混物存在，这种掺混物适用于形成本发明的增塑的蛋白质材料。
在本发明的优选形式中，至少一对溶度参数值相互间在10％之内。同样优选的是，蛋白质组分与增塑剂组分的掺混物具有类似的δ值和/或δD值，特别是当所选择的蛋白质包括玉米醇溶蛋白和/或麦醇溶蛋白时。优选蛋白质-增塑剂掺混物的δ值和/或δD值相互间在15％之内，最优选在10％之内。
表1示出了举例的蛋白质和增塑剂的总溶度参数值(δ)与其分量值(δD、δP和δH)。表1
蛋白质(P)/增塑剂 δ*(J/cm3)0.5 δD(J/cm3)0.5 δP(J/cm3)0.5 δH(J/cm3)0.5
玉米醇溶蛋白(P) 22.5 16.402 5.06 14.483
麦醇溶蛋白(P) 22.6 16.302 5.398 14.66
甲醇 29.2-29.7 15.2 12.3 22.3
乙醇 26-26.5 15.8 8.8 19.5
1-丙醇 24.4-24.5 15.9 6.8 17.4
异丙醇(2-丙醇) 23.6 15.8 6.1 16.4
异丁醇 22.9 15.2 5.7 16
苯酚 24.1 18 5.9 14.9
丙二醇(1,2-丙二醇) 30.3 16.9 9.4 23.3
丁二醇(1,3-丁二醇) 29 16.6 10 21.5
甘油(1,2,3-丙三醇) 33.8-43.2 17.3 12.1 29.3
甲酸 25 14.3-15.3 11.9 16.6
乙酸 18.8-21.4 14.5-16.6 8 13.5
丁酸 18.8-23.1 14.9-16.3 4.1 10.6
水 47.9-48.1 12.3-14.3 31.3 34.2
  *δ2=δD 2+δP 2+δH 2
如表1所述，蛋白质玉米醇溶蛋白和麦醇溶蛋白分别具有类似的δ值(22.5和22.6)。此外，δD、δP和δH值也类似。显示出与玉米醇溶蛋白和麦醇溶蛋白具有类似溶度参数的增塑剂为异丙醇和异丁醇。因而，按照本发明，玉米醇溶蛋白和/或麦醇溶蛋白与异丙醇和/或异丁醇的掺混物(即，相互溶度参数值在15％之内，优选在10％之内)将预期提供最适于制备本发明增塑的蛋白质材料的蛋白质/增塑剂掺混物。其它用于制备本发明掺混物的原料可以类似的方式确定。
在选择性但也是优选的本发明实施方案中，在通过比较各自的溶度参数值而筛选出一系列候选掺混物后，适宜的掺混物可通过考虑每一种候选掺混物的自由体积来确定。
自由体积是指分子间的空间。自由体积随分子运动增加而增加。因而，自由体积的不成比例的量与聚合物体系中链端基相关。
增加链端基的浓度即降低分子量可增加自由体积。因而，向大分子中添加柔性侧链将会增加自由体积。所有这些作用可用于内增塑，并且对于聚合物分子，可在空间上确定自由体积。然而，通过加入一定量的物质，使得小分子的加入能影响任何位置的大分子的自由体积，这被称之为外增塑。加入的分子的大小和形状、原子及原子基团的性质(即非极性、极性、氢键与否，以及稠或松)将决定作为增塑剂的功能如何。
增加聚合物的自由体积的通常作用是使聚合物增塑(即，使聚合物的玻璃化转变温度降低、模量与拉伸强度降低、伸长率与冲击强度增加)。但是，由增塑剂提供的运动自由度也会使聚合物分子间相互紧密地结合而不论这是否为其性能使然。
一般说来，自由体积遵守以下原则：适宜的增塑剂会增加蛋白质的自由体积。蛋白质自由体积增加会使蛋白质的迁移率增加，从而增加了增塑作用。因此，如果希望更大的增塑作用，则可增加增塑剂的用量。
因此，除了通过比较溶度参数值来选择适宜的候选蛋白质与增塑剂外，可通过下式Ⅲ来控制对这些候选物质的进一步筛选。
FV=0.025+αd(T-Tgd)+αp(T-Tgp)          (Ⅲ)其中，FV为掺混物的自由体积；
αp为蛋白质的热膨胀系数，
αd为增塑剂的热膨胀系数，
T为参考温度，通常为室温或最终使用温度；
Tgd为增塑剂的玻璃化转变温度，和
Tgp为蛋白质的玻璃化转变温度。
因此，蛋白质组分与增塑剂组分的热膨胀系数和其各自的玻璃化转变温度确定了自由体积，从而确定了掺混物的增塑程度。对于在口香糖与糖果领域的大多数情形而言，对于给定的蛋白质和其混合物，掺混物的自由体积越高，则增塑剂越为适宜。从而，对于给定的蛋白质组分，最有效的增塑剂组分将是能提供掺混物以最大自由体积值的那些增塑剂。
表2示出了包含蛋白质玉米醇溶蛋白与各种增塑剂的掺混物的自由体积。表2
蛋白质(P)/增塑剂 热膨胀系数103[K-1] 玻璃化转变温度Tg(℃) 与玉米醇溶蛋白的掺混物的自由体积(CC)
玉米醇溶蛋白(P) 0.290 82 --
甘油 0.281 18 0.0105
丙二醇 0.277 -60 0.0320
聚乙二醇 0.313 -12 0.0201
乙醇 0.275 -116 0.0473
如表2所示，乙醇与玉米醇溶蛋白的组合提供了所示出的潜在候选物的最高自由体积。通常，自由体积越高，则构成掺混物的材料的增塑程度越好。因而，自由体积可作为一种对预选出的蛋白质或其混合物筛选理想增塑剂组分的工具。
通过单独比较各蛋白质组分与增塑剂组分的溶度参数值或选择性的如上所述掺混物的自由体积，一旦确定了蛋白质组分与增塑剂组分的潜在掺混物，必须考虑终产品(增塑的蛋白质材料)的玻璃化转变温度。例如，对于口香糖和糖果组合物而言，对增塑的蛋白质材料的适宜的玻璃化转变温度例如为约35-45℃。
按照下式(Ⅳ)可确定增塑的蛋白质材料的玻璃化转变温度(Tgmix)： T gmix = α d α p · V d · ( Tg d - Tg p ) + Tg p 其中，αd、αp、Tgd和Tgp如前定义；Vd为增塑剂的体积分数。
因此，通过各个热膨胀系数的比值、增塑剂组分的体积分数以及增塑剂组分与蛋白质组分各自的玻璃化转变温度的差值可确定增塑的蛋白质材料的玻璃化转变温度。一般而言，可通过选择具有较高热膨胀系数和/或较高玻璃化转变温度的增塑剂组分可增加增塑的蛋白质材料的玻璃化转变温度。如果希望增塑的蛋白质材料的玻璃化转变温度较低，则适宜选择具有较高热膨胀系数和/或较低玻璃化转变温度的蛋白质。
在表3和表4中示出了对于给定的蛋白质和增塑剂的掺混物，增塑剂的体积分数变化对增塑的蛋白质材料的玻璃化转变温度的影响，其中玉米醇溶蛋白与变化量的乙二醇及乙醇组合。表3
玉米醇溶蛋白体积分数 乙二醇体积分数 Tg(ppm)*℃
0.9 0.1 39.7
0.8 0.2 33.5
0.7 0.3 27.2
0.6 0.4 20.9
0.5 0.5 14.6
0.4 0.6 8.4
0.3 0.7 2.1
0.2 0.8 -4.2
0.1 0.9 -10.5
  *增塑的蛋白质材料表4
玉米醇溶蛋白体积分数 乙醇体积分数 Tg(ppm)*℃
0.9 0.1 30.6
0.8 0.2 15.2
0.7 0.3 -0.2
0.6 0.4 -15.5
0.5 0.5 -30.9
0.4 0.6 -46.3
0.3 0.7 -61.7
0.2 0.8 -77.1
0.1 0.9 -92.5
*增塑的蛋白质材料
如表3和4所示，随着增塑剂用量增加和蛋白质的体积降低，掺混物的玻璃化转变温度降低。因此，可按照式(Ⅳ)通过改变蛋白质与增塑剂的相对用量来改变增塑的蛋白质材料的玻璃化转变温度。
适用于本发明的蛋白质可为任一种合成或天然的蛋白质，如植物或动物蛋白，它们可以是水溶性的或水不溶性的。蛋白质可以进行酶改性、化学改性或可为基团工程技术产品。蛋白质可为基本上纯的物质，或可以是混合物的一部分如在谷物中。可以理解，当采用谷物时，一批产品的玻璃化转变温度就会与另一批产品的不同，这可能会影响到其溶度参数值和/或玻璃化转变温度。
蛋白质可选自(但并不限于)：
谷物蛋白如玉米、小麦、大麦、稻米、燕麦、大豆和高梁蛋白及其部分，包括谷蛋白和醇溶谷蛋白，如玉米醇溶蛋白、麦谷蛋白和麦醇溶蛋白；和
动物蛋白，如胶原、蛋和牛乳蛋白，包括明胶、卵清蛋白、乳清蛋白、酪蛋白和酪朊酸钠、乳清及乳分离物如酪朊酸盐与乳清的掺混物。
用于制备本发明增塑的蛋白质材料的蛋白质或其混合物的选择基于若干种因素，包括增塑的蛋白质产品所要求的性能。对于其中希望提供水溶解性的可咀嚼糖果如牛轧糖或可咀嚼药物而言，优选使用能提供水溶性产品的蛋白质组分。对于常规的口香糖，最好是使用能提供水不溶性产品的蛋白质组分。其他因素包括产品的所需粘弹性。例如，更具粘弹性特征的产品通常采用选自小麦和玉米蛋白(包括玉米醇溶蛋白和小麦醇溶蛋白)、或明胶及其掺混物的蛋白质组分。与此相对照，具有较低粘弹性的产品通常采用选自蛋白、乳清和酪朊酸钠的蛋白质组分。
如前所述，蛋白质或其混合物的选择部分取决于其玻璃化转变温度。对多数应用场合而言，加工温度为约20-120℃时，优选采用玻璃化转变温度为约40-120℃的蛋白质或其混合物。可以理解，许多市售蛋白质包含大量的残余水量。水会降低蛋白质的玻璃化转变温度。因此，当选择用于制备本发明增塑的蛋白质材料的蛋白质组分时，必须考虑蛋白质中存在的水。
单一一种蛋白质或多种蛋白质的组合均可用作用于形成掺混物的蛋白质组分。所述蛋白质的组合包括但不限于：玉米醇溶蛋白/蛋白、玉米醇溶蛋白/酪朊酸钠、玉米醇溶蛋白/乳分离物、蛋白/乳分离物、谷蛋白/明胶、明胶/玉米醇溶蛋白、明胶/酪朊酸钠、明胶/麦醇溶蛋白、明胶/乳分离物等。对某些应用情形而言，优选结合了不同特征的组合方式，例如，结合了更具橡胶样性能的蛋白质如明胶与更具塑料样性能的蛋白质如麦醇溶蛋白的组合。
如前所述的增塑剂是一种即向增塑的蛋白质材料提供加工性能，又贡献其粘弹性特征的物质。适用于本发明的增塑剂或其混合物可选自各种物质，包括有机增塑剂及那些象水一样不含有机化合物的物质。
有机增塑剂是一类优选的增塑剂，其包括但不限于：邻苯二甲酸酯衍生物如邻苯二甲酸二甲酯、二乙酯和二丁酯；分子量优选约200-6,000的聚乙二醇；甘油；二醇如聚丙二醇、丙二醇、聚乙二醇和乙二醇；柠檬酸酯如柠檬酸三丁酯、三乙酯和三乙酰酯；表面活性剂如十二烷基硫酸钠、聚氧亚甲基(20)脱水山梨醇和聚氧乙烯(20)脱水山梨醇单油酸酯与水的掺混物；醇如乙醇和异丙醇；有机酸如乙酸和乳酸和其低级烷基酯；填充用甜味剂如山梨醇、甘露醇、木糖醇和氧化葡萄糖浆；脂肪/油，如植物油、种子油和蓖麻油；乙酰化甘油单酯；甘油三乙酸酯；蔗糖酯；常规风味油；或其混合物。优选的有机增塑剂为多元醇如甘油和二醇，特别是丙二醇、聚丙二醇、乙二醇和聚乙二醇，有机酸特别是乳酸和乙酸，和其相应的酯。
在蛋白质/增塑剂掺混物中蛋白质组分的含量变化如上所述。必须考虑的一点是增塑的蛋白质材料所需的玻璃化转变温度。通常，蛋白质组分的含量至少为40wt％，优选至少50wt％。当蛋白质组分的含量为约60-75wt％时，通常可得到特别优异的增塑的蛋白质材料。
以蛋白质/增塑剂掺混物总重量计，典型的增塑剂的优选用量通常包括：含水乙醇(20-40wt％)、丙二醇(20-40wt％)、乙二醇(10-30wt％)及乙酸和乳酸(10-30wt％)。可以理解，对涉及食品的应用领域(如口香糖和糖果组合物)，由于管理机构要求对其控制使用，乙醇不属优选范畴。
用于口香糖和糖果产品的蛋白质与增塑剂的优选掺混物包括玉米醇溶蛋白/丙二醇/甘油；玉米醇溶蛋白/甘油/丙二醇/乙酸/水；玉米醇溶蛋白/乳酸/甘油/丙二醇/乙二醇；以及玉米醇溶蛋白/丙二醇/乳酸乙酯/乳酸丁酯/乙酸乙酯/甘油。
蛋白质组分与增塑剂组分均在干燥状态下使用，即蛋白质与增塑剂的预混物应具有粉末的物理性能，增塑剂均匀地分散于蛋白质中。蛋白质/增塑剂掺混物通常将包含蛋白质的掺混物，和/或增塑剂的掺混物以利用各个成分的性质以达到掺混物各组分最大程度地相容。
蛋白质与增塑剂结合成为掺混物，该掺混物经处理形成一种混合物，其中增塑剂分散于蛋白质基质中。在本发明的优选方式中，蛋白质与增塑剂的混合物包含处在蛋白质的熔化阶段的高粘度材料(即，增塑的蛋白质材料)。掺混物的熔化温度与熔化温度下掺混物的粘度均受到增塑剂的用量与增塑剂的类型的影响。通常，用于实施本发明以形成增塑的蛋白质材料的增塑剂的用量越大，则熔化温度越低且用于形成增塑的蛋白质材料的掺混物的粘度越低。
在熔化增塑作用之前，可向蛋白质组分中掺混入其它物质。例如，在口香糖中，尽管变化量的蛋白质组分和增塑剂组分可用于提供能代替口香糖中的常规弹性体和PVAc的物质，同时也提供蜡质和其它特性，掺入其它物质于熔化增塑过程中也可用于增加这些特性。例如，本发明的一个实施方案中，在进行熔化增塑过程之前，将多糖与蛋白质组分组合。尽管多糖对增塑的蛋白质材料的粘弹性只有很小的影响，但多糖可提供在常规口香糖中由某些组分如蜡所通常能提供的性能。
适用于本发明的多糖可以是中性多糖或离子多糖。离子多糖包括果胶、角叉胶、丙二醇藻朊酸酯等。中性多糖包括纤维素酯和醚。
所述过程可选择性地在酸存在下进行。酸能够对在中性pH值条件下主要为偶极离子的蛋白质组分的等电点产生影响。pH值变化将会改变蛋白质组分以及蛋白质/多糖混合物的相互作用。有机酸与无机酸均可用于提供酸性pH值。
由蛋白质组分与增塑剂组分的掺混物制备增塑的蛋白质材料的过程优选在约20-120℃下及在受控剪切条件下进行。本发明中“受控剪切条件”是指将掺混物置于足以使增塑剂均匀分散于蛋白质基质中的剪切条件下。
剪切过程和其确定以及对各种材料的影响在下述文献中公开：RonaldDarby，“粘弹性流体”(Marcel Deker,Inc.1976)pp.7和8，该文献引入本文作为参考。
为实现本发明的目的，将蛋白质组分与增塑剂组分的掺混物置于剪切条件下，所述条件较之于常规用于制备口香糖和糖果组合物的剪切条件更为苛刻。更具体地说，口香糖和糖果组合物通常是在一个敞开釜中用曲拐式混合桨(即具有S型的桨)制备的。剪切条件保持在适度的水平上，其原因在于a)该釜为敞开型的，因而在掺混过程中掺混物会在釜内升高，从而减缓应力；b)S型的曲拐式混合桨可对掺混物提供仅为适度的剪切速率。
按照本发明，施加于蛋白质和增塑剂的掺混物上的剪切力大于常规用于制备口香糖和糖果组合物的剪切力。这种设备例如可以是一种采用滚式桨和类似装置的混合机或挤出机。
蛋白质与增塑剂的掺混物的增塑过程可在一个混合机或挤出机中进行。在每一种情形下，设备均应为能提供中等剪切力或优选提供高剪切力的设备。优选采用高剪切力以使增塑剂组分均匀地分散于蛋白质组分的基质中。常规用于口香糖胶基及口香糖制备过程中以提供滚磨及捏合作用而并不施以强压力的低剪切混合机如采用如前所述的曲拐式混合桨的设备通常并不能够提供足够的剪切力以使蛋白质变性。公知的凸轮式桨可提供中等程度的剪切力，可用于研究橡胶和弹性材料的性能。但是，滚桨式混合机特别适合用于制备增塑的蛋白质材料，其原因是，其曲角设计可提供更高的剪切力。用于本发明的这种类型的适宜混合机包括但不限于：布雷本登、Hobart、西格马釜式、Hakke和行星式混合机。
由蛋白质组分与增塑剂组分的掺混物形成增塑的蛋白质材料的过程可在升高的温度下，在高剪切条件下进行。在一个混合机如布雷本登混合机中，将蛋白质与增塑剂的掺混物在约20℃(室温)-约140℃下，优选在约20-120℃下进行加热，并在高剪切条件下进行处理，直至转矩变成稳定值，表明变性作用实质上已经完成。该过程的时间将取决于诸如蛋白质和增塑剂的类型及用量等因素。较高的温度如高至140℃可用于缩短处理时间，但高温在有些时候会对蛋白质有不利的影响。通常，如果存在更多的增塑剂，则需要较短的时间。混合机可在此处停止，趁热取出物料，然后冷却，分析，使用。
混合机特别适用于处理在增塑剂存在下的蛋白质或蛋白质的混合物以达到较高的加工转矩值。从经济的原因考虑，如缩短处理时间及进行连续操作的潜力，所述过程优选在一种挤出机中进行。适宜的挤出机所提供的剪切力应能使蛋白质均匀地分散于增塑剂的基质中(即高剪切下)。适宜的挤出机包括但不限于：Berstoff、Killion、布雷本登和Werner-Pfleiderrer挤出机。
挤出机特别适用于处理不会过度聚集的蛋白质或蛋白质混合物，从而保持较低的稳定加工转矩值。优选蛋白质组分首先与增塑剂组分进行剧烈混合，然后再进行熔融挤出。可将挤出物以线料或膜形式收集，并进行分析。
所述过程优选采用混合机或挤出机进行至刚好在蛋白质过度聚集之前的蛋白质的变性阶段。变性的蛋白质的聚集或网络化会通过形成分子间键发生。当蛋白质变性时，在自然状态下参与分子间氢键与疏水性相互作用的官能团变得益于进行分子间相互作用。这导致聚集逐渐形成粘弹性网络。材料从粉末变成浆状。
在聚集之前的变性阶段具有较长处理时间或根本不聚集的材料优选用于制备增塑的蛋白质材料。业已发现，在变性后在很大程度上不聚集的材料可成为本发明中显示具有粘弹性的材料。这些材料的加工过程更易于控制。当希望在一步制备口香糖或糖果组合物的过程中使用这些材料时，这些材料更适于此类用途。如下面将描述的那样，玉米醇溶蛋白、麦醇溶蛋白、乳分离物和明胶本身均易于进行熔融加工，它们也特别适于作为胶基配料的前体。对这类过度聚集的材料来说，优选刚好在过度聚集之前停止熔融增塑过程。诸如蛋白、乳清和酪朊酸钠的蛋白质更可能在变性时聚集，具有较高的加工粘度，并且如下所述具有更受限制的加工次数。这些材料可用作与较少聚集倾向的蛋白质的掺混物，得到所需的增塑的蛋白质材料。
增塑剂组分的用量也对加工最佳时间范围产生影响。通常，增塑剂在掺混物中的含量越大，则加工最佳时间越长，尽管加入附加增塑剂的效果将很稳定。采用蛋白质如玉米醇溶蛋白和相关的醇溶谷蛋白时，优选蛋白质/增塑剂掺混物中蛋白质含量约为90-75wt％，增塑剂含量约为10-25wt％。而对诸如蛋白一类的蛋白质，则优选掺混物中蛋白质的含量为约75-50wt％，增塑剂的含量为约25-50wt％。
增塑的蛋白质材料在增塑处理后可分离出来，或者可继续进行以制备终产品如口香糖。当分离所述增塑的蛋白质材料时，可以采用常规的间歇处理方法。这些方法是本领域技术人员公知的。口香糖的制备过程也可采用挤出机进行。
优选的实施方案是采用一步法，即直接制备口香糖的一种方法。该方法可以采用混合机或挤出机，优选采用挤出机。挤出机允许口香糖的生产过程在连续进行，即口香糖配料连续加入，同时产品通过排出口排出。蛋白质组分与增塑剂组分可加至初始挤出机桶中，或者可将增塑剂加至第二或第三挤出机桶中，将掺混物在如前所述的受控剪切条件下进行加热。树脂和其它胶基配料也可在此时或在以后的阶段加入。常规口香糖组分如甜味剂和风味剂可在以后的阶段中加入。开始时可以采用较高的温度，而在加入风味剂和甜味剂时则采用较低的温度。或者，也可在挤出机中制备增塑的蛋白质材料，再将形成的材料加至初始桶中。
挤出机可用于制备包含快速聚集蛋白质和慢速聚集蛋白质的口香糖。加工时间可通过选择加入的次序进行控制。可在加工过程的开始阶段向挤出机中加入不会迅速聚集并具有较低转矩值的蛋白质。迅速聚集的蛋白质可用作短加工时间添加剂。
本发明的增塑的蛋白质材料可用作口香糖和糖果组合物中一种或多种常规物质的替代品，包括蜡、弹性体和松香。这种替代可生产出可食用和/或可生物降解的产品。但是，可以理解，在这种组合物中可包含常规的配料成分。
常规用于口香糖胶基的弹性体可为任一种本领域公知的水不溶性聚合物。它们包括苯乙烯-丁二烯共聚物(SBR)和非SBR型。天然弹性体的实例包括但不限于：橡胶如橡胶胶乳(天然橡胶)和银菊胶，以及树胶如糖胶树胶、节路顿胶、巴拉塔树胶、马来乳胶、lechi capsi、sorva、crowngum、nispero、rosidinha、perillo、niger gutta、tunu、gutta kay、pendare、leche de vaca、chiquibul、crown gum等，和其混合物。合成弹性体的实例包括但不限于：聚异丁烯、异丁烯-异戊二烯共聚物、(丁基橡胶)、聚乙烯、聚丁二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚异戊二烯等，和其混合物。用于常规胶基组合物中的弹性体(橡胶)量将会极大地取决于各种因素，例如所使用的胶基的类型(粘着的、不粘着的或常规的、泡泡糖或标准胶基)、所希望的胶基组合物的稠度以及用于制备最终产品的组合物中的其它组分。例如，以胶基组合物的总重量计，弹性体在胶基组合物中的常规用量为约2-60wt％。
聚乙酸乙烯酯(PVAc)在胶基中的加入量通常取决于其分子量范围。以胶基组合物总重量计，用于胶基组合物中的PVAc的总量通常为约5-95wt％。
本发明也涉及向本发明的口香糖中加入普通口香糖组分，如弹性体溶剂(增粘剂)、蜡、脂肪/油、乳化剂、表面活性剂、填料、抗氧化剂等。
弹性体溶剂(增粘剂)包括但不限于：天然松香酯和如萜烯的合成衍生物。适用于本发明的弹性体溶剂包括浮油松香酯；部分氢化的木松香和脂松香(gum rosin)；木松香和脂松香的甘油酯，部分氢化的木松香/脂松香，部分二聚的木松香和脂松香，聚合的木松香和脂松香，浮油松香；脱臭的甘油酯木松香；木松香和脂松香的季戊四醇酯；部分氢化的木松香和脂松香；部分氢化的木松香的甲基酯；松香和改性松香如氢化的二聚的和聚合的松香的甲基、甘油和季戊四醇酯；萜烯树脂如α-蒎烯或β-蒎烯的聚合物、萜烯烃树脂；多萜烯等，及其混合物。以胶基组合物重量计，用于胶基组合物中的弹性体溶剂量为约2-75wt％。
蜡可以是地蜡、动物蜡、植物蜡或合成蜡。地蜡的非限定性实例包括石油蜡如石蜡和微晶蜡，动物蜡包括蜂蜡，植物蜡包括巴西棕榈蜡、小烛树蜡、西班牙草蜡、米糠蜡、亚麻蜡、甘蔗蜡，合成蜡包括由Fischer-Tropsch合成法生产的蜡，和它们的混合物。
用于胶基组合物中的适宜的油和脂肪包括氢化或部分氢化的植物或动物脂肪，如棉籽油、大豆油、椰子油、棕榈仁油、牛油、氢化牛油、猪油、可可脂、羊毛脂等；脂肪酸如棕榈酸、油酸、硬脂酸、亚油酸、月桂酸、肉豆蔻酸、己酸、辛酸、癸酸或其酯和盐如硬脂酸钠和硬脂酸钾。这些配料使用时，以胶基组合物重量计，其用量通常至多为14wt％。
典型的乳化剂包括乙酰化甘油单酯、单硬脂酸甘油酯、脂肪酸甘油单酯、甘油二酯、丙二醇单硬脂酸酯、卵磷脂、甘油三乙酸酯、三乙酸甘油酯等及其混合物。优选的乳化剂为单硬脂酸甘油酯和乙酰化甘油单酯。它们也用作增塑剂。以胶基组合物重量计，乳化剂的用量通常为约1-15wt％。
胶基还可包含一种表面活性剂。适宜的表面活性剂包括聚氧化亚甲基(20)脱水山梨醇单油酸酯、聚氧乙烯(20)脱水山梨醇单月桂酸酯、聚氧乙烯(4)脱水山梨醇单月桂酸酯、聚氧乙烯(20)脱水山梨醇单棕榈酸酯、聚氧乙烯(20)脱水山梨醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯(4)脱水山梨醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯(20)脱水山梨醇三硬脂酸酯、聚氧乙烯(5)脱水山梨醇单油酸酯、聚氧乙烯(20)脱水山梨醇三油酸酯、脱水山梨醇单月桂酸酯等。表面活性剂的用量应能有效地使最终的口香糖具有所希望的软度。以胶基总重量计，表面活性剂的用量通常为约0.5-3.0wt％。
胶基组合物也可包含有效量的填料。可用的填料包括有机和无机化合物如碳酸钙、碳酸镁、重质碳酸钙、硅酸镁、磷酸钙、纤维素聚合物、粘土、氧化铝、氢氧化铝、硅酸铝、滑石、磷酸三钙、磷酸二钙等，和其混合物。以胶基组合物重量计，填料在胶基组合物中的用量约为1-40wt％。
胶基还可包含一种抗氧化剂。典型的抗氧化剂的非限定性实例包括丁基化羟基甲苯(BHT)、丁基化羟基茴香醚(BHA)和没食子酸丙酯。也可使用它们的混合物。
本发明的胶基组合物中还可使用口香糖领域中公知的其它常规口香糖添加剂。
常规口香糖组合物中采用的胶基量可以变化。通常，以产品重量计，胶基在最终口香糖产品中的用量为约10-75wt％。
口香糖组合物也可包含填充用甜味剂。适宜的糖包括单糖、二糖和多糖，如木糖、核酮糖、葡萄糖(右旋糖)、甘露糖、半乳糖、果糖(左旋糖)、蔗糖(糖)、麦芽糖、转化糖、部分水解淀粉和淀粉糖浆干粉，以及它们的混合物。适宜的非糖填充剂包括糖醇填充剂，如山梨醇、木糖醇、甘露糖醇、半乳糖醇、麦芽糖醇和其混合物，异麦芽糖醇、麦芽糖糊精；氢化淀粉水解产物；氢化己糖；氢化二糖等，及其混合物。以胶基组合物总重量计，如上所述的填充剂或甜味剂的用量为约17-90wt％。
口香糖组合物还可包含一种高强度甜味剂。适宜的强力甜味剂的实例包括：(A)水溶性天然强力甜味剂，如二氢查尔酮、蒙那灵、甜叶菊苷、甘草素和L-氨基二羧酸氨基链烷酸酯酰胺，如US专利4,619,834所述的那些，以及它们的混合物；(B)水溶性合成甜味剂，包括可溶性糖精盐，如糖精钠或糖精钙，环己基氨基磺酸盐，3,4-二氢-6-甲基-1,2,3-噁噻嗪(oxathiazine)-4-酮-2,2-二氧化物的钠、铵或钙盐，3,4-二氢-6-甲基-1,2,3-噁噻嗪-4-酮-2,2-二氧化物的钾盐(Acesulfam-K)，游离酸形式的糖精等，和其混合物；(C)二肽基甜味剂，包括L-天冬氨酸衍生的甜味剂，如1-天冬氨酰-L-苯基丙氨酸甲酯(天冬甜素)和US专利3,492,131所述的物质，L-α-天冬氨酰-N-(2,2,4,4-四甲基-3-thietanyl)-D-丙氨酰胺水合物(缩二氨酸基酰胺)，L-天冬氨酰-L-苯基甘油甲酯，L天冬氨酰-L-2,5-二氢苯基甘氨酸甲酯，L-天冬氨酰-2,5-二氢-L-苯基丙氨酸甲酯，L-天冬氨酰-L-(1-环己烯)丙氨酸甲酯等，和其混合物；(D)由天然水溶性甜味剂得到的水溶性强力甜味剂，如普通糖(蔗糖)的氯化衍生物，例如，氯代脱氧糖衍生物，如氯代脱氧蔗糖或氯代脱氧半乳蔗糖(galactosucrose)的衍生物，例如，公知的产品Sucralose；氯代脱氧蔗糖和氯代脱氧半乳蔗糖的实例包括但不限于：1-氯-1′-脱氧蔗糖；4-氯-4-脱氧-α-D-吡喃半乳糖基-α-D-呋喃果糖苷，或4-氯-4-脱氧半乳蔗糖；4-氯-4-脱氧-α-D-吡喃半乳糖基-1-氯-1-脱氧-β-D-呋喃果糖苷，或4,1′-二氯-4,1′-二脱氧半乳蔗糖；1′,6′-二氯-1′,6′-二脱氧蔗糖；4-氯-4-脱氧-α-D-吡喃半乳糖基-1,6-二氯-1,6-二脱氧-β-D-呋喃果糖苷，或4,1′,6′-三氯-4,1′,6-三脱氧半乳蔗糖；4,6-二氯-4,6-二脱氧-α-D-吡喃半乳糖基-6-氯-6-脱氧-β-D-呋喃果糖苷，或4,6,6′-三氯-4,6,6′-三脱氧半乳蔗糖；6,1′,6′-三氯-6,1′,6′-三脱氧蔗糖；4,6-二氯-4,6-二脱氧-α-D-吡喃半乳糖基-1,6-二氯-1,6-二脱氧-β-D-呋喃果糖苷，或4,6,1′,6′-四氯-4,6,1′,6′-四脱氧半乳蔗糖；和4,6,1′,6′-四脱氧蔗糖，和其混合物；和(E)蛋白质基强力甜味剂，如thaumaoccous danielli(非洲竹芋甜素Ⅰ和Ⅱ)。以口香糖组合物总重量计，这些强力甜味剂的用量至多约为1wt％。
口香糖组合物还可包含-些选自本领域技术人员公知的风味剂，这些风味剂包括天然和合成风味剂。它们的非限定性代表例包括(A)风味油，如留兰香油、肉桂油、冬青油(水杨酸甲酯)、薄荷油(薄荷醇)、丁香油、月桂油、茴香油、桉树油、百里香油、雪松叶油、肉豆蔻油、甘椒油、洋苏叶油、肉豆蔻油、苦杏仁油和肉桂油；(B)人造的、天然的和合成的果味风味物，如香草油和柑桔油，包括柠檬、橙、白柠檬、葡萄柚，和水果香精，包括苹果、梨、桃子、葡萄、草莓、树莓、樱桃、李子、波萝、杏子等；(C)醛和酯，如乙醛、苯甲醛、茴香醛、肉桂醛、柠檬醛、橙花醛、癸醛、乙基香草醛、天芥菜、胡椒醛、香草醛、αα-戊基肉桂醛、丁醛、戊醛、香茅醛、癸醛、乙酸二氢香芹(carvyl)酯、甲酸丁子香酚酯、C-8醛、C-9醛、C-12醛、2-乙基丁醛、己烯醛、甲苯基醛、藜芦醛、2,6-二甲基-5-庚烯醛、2,6-二甲基辛醛、2-十二碳烯醛、对甲基茴香醚等。常规的风味物或食品添加剂例如在下述文献中有述：“食品加工用化学品”，公开号1274，第63-258页(National Academy ofSciences)，该文献引入本文作为参考。其它可用作风味组分的配料包括酸如柠檬酸、酒石酸、苹果酸等酸化剂。以口香糖组合物重量计，风味剂的用量通常为约0.02-5wt％。
口香糖组合物也可包含-种着色剂，其选自(但不限于)颜料如二氧化钛，以胶基组合物重量计，其用量至多约为6wt％，适用于食品、药品和化妆品的天然食用色素和染料，被称为F.D.&C.染料和色淀。所有F.D.&C.着色剂和其相关化学结构的引述均可在下述文献中找到：Kirk-Othmer化工技术大全，第三版，第5卷，第857-884页，该文献引入本文作为参考。
其它常规添加剂也可用于口香糖组合物中。这些其他常规添加剂的实例包括增稠剂，如甲基纤维素、藻朊酸盐、角叉胶、呫吨胶、明胶、角豆胶、黄蓍胶、刺槐豆胶，酸化剂如苹果酸、己二酸、柠檬酸、酒石酸、富马酸和其混合物，以及填料，如在上述无机助剂中讨论的那些。
本发明可用于生产糖果产品，如牛轧糖。牛轧糖是搅打糖果与软糖果的组合。采用蛋白质如蛋白或卵清蛋白，其中大部分的水被除去，而蛋白与其它包括蜂蜜、糖、坚果如阿月浑子果仁和/或杏仁在内的配料及风味剂混合。可采用本发明的增塑的蛋白质材料作为包含于其中的蛋白质和/或常规配料的替代品或作为其中的添加剂。
有两种类型的牛轧糖：软质牛轧糖和松脆牛轧糖。两种类型均可使用卵清蛋白、蛋果汁牛乳冻(egg frappe)或其它蛋白质基材料制备。
通过下述因素对每批的牛轧糖的松脆性或咀嚼性进行控制：每批次包含的非结晶型糖(如淀粉糖浆、转化糖或蜂蜜)的百分比以及用于生产过程中的混合方法。松脆牛轧糖的硬部分通常比其同批次搅打部分包含更高百分比的糖。每批次的硬部分应缓慢地加至搅打的蛋果汁牛乳冻中，从而对硬部分进行的加热不会对蛋白进行加热。蛋白加至软部分中，应将软部分进行充分冷却，使对该批次的加热不会加热蛋白，从而不会破坏其搅打质量。
软牛轧糖比松脆牛轧糖包含更多的淀粉糖浆。硬糖应比软牛轧糖包含更少的糖。包含等部分的糖和蜂蜜的淀粉糖浆的一批牛轧糖可通过改变硬部分与软部分中糖与淀粉糖浆或蜂蜜的用量而成为软牛轧糖或松脆牛轧糖。
牛轧糖的制备过程在下述文献中有述，该文献引入本文作为参考：“Choice Confections”,Waller Richmond(第14章)，251-267页，Manufacturing Confectionery Publishing Company(1954)。
按照本发明，增塑的蛋白质材料可用于牛轧糖产品中以提供所需要的特性。口香糖采用不溶性蛋白质，而按照本发明制备的牛轧糖和其它可咀嚼糖果通常则采用可溶性蛋白质。
采用本发明的增塑的蛋白质材料来生产口香糖要求原料蛋白质或其混合物为水不溶性的。术语“水不溶性”具有常规普通含义，应当是指在典型的加工条件下，所述材料的绝大部分不能溶解于水中。水不溶性蛋白质的实例为玉米醇溶蛋白、谷蛋白和乳清蛋白。
通常为水溶性但不能用于口香糖中的蛋白质可被赋予水不溶性。这种蛋白质可用交联剂进行处理以产生与水不相容的交联蛋白质。这种交联剂必须为食品级产品，包括鞣酸、多元酚、谷氨酸、一盐酸L-赖氨酸、戊二醛、D-葡萄糖和戊醛(gluteraldehyde)。
通过下述的本发明的优选实施方案对本发明进行详细描述，但应理解其它实施方案也在本发明范围之内，该范围由形成本申请一部分的权利要求书概括。实施例1蛋白质与增塑剂的匹配
以下举例说明了适用于与预选的蛋白质(即玉米醇溶蛋白)形成掺混物的增塑剂的确定过程。
玉米醇溶蛋白的溶度参数通过确认或计算其总溶度参数δ值和其分量值δD、δP和δH得到。各溶度参数值示于下表5。表5
蛋白质(P)/增塑剂 δ*(J/cm3)0.5 δD(J/cm3)0.5 δP(J/cm3)0.5 δH(J/cm3)0.5
玉米醇溶蛋白(P) 22.5 16.402 5.06 14.483
乙醇 26-26.5 15.8 8.8 19.5
丙二醇(1,2-丙二醇) 30.3 16.9 9.4 23.3
*δ2=δD 2+δP 2+δH 2
然后，获得或计算出该组增塑剂的溶度参数值。为说明目的，仅乙醇与丙二醇被选中作为与玉米醇溶蛋白形成掺混物的潜在增塑剂。然而，应当理解，可如表1所示获得或计算出其它组增塑剂的溶度参数值。乙醇与丙二醇的溶度参数值示于表5。
然后，比较蛋白质与增塑剂的溶度参数值δ、δD、δP和δH。如果蛋白质的溶度参数值与相应的增塑剂的溶度参数值在15％之内，优选10％之内，则这一对将被认为是用于形成掺混物的有利候选者。对于表5列出的蛋白质和增塑剂，各自用于相互间形成掺混物的适应性示于表6。表6
蛋白质(P)/增塑剂 δ*(J/cm3)0.5 δD(J/cm3)0.5 δP(J/cm3)0.5 δH(J/cm3)0.5
玉米醇溶蛋白(P) 22.5 16.402 5.06 14.483
乙醇 - ++ - -
丙二醇(1,2-丙二醇) - ++ - -
-溶度参数值差别＞15％+溶度参数值差别≤15％++溶度参数值差别≤10％
从表6可以看出，乙醇与丙二醇均为用于与玉米醇溶蛋白形成掺混物的潜在候选物，其原因在于各自有至少一个溶度参数值(即δD)在蛋白质的15％之内，优选在10％之内。
为了确定两种用于与玉米醇溶蛋白形成掺混物的增塑剂中最好的，按照如前所述的式Ⅲ计算每一种蛋白质-增塑剂掺混物的自由体积。结果示于表7。表7
蛋白质/增塑剂 热膨胀系数103[K-1] 玻璃化转变温度Tg(℃) 玉米醇溶蛋白掺混物的自由体积cc*
玉米醇溶蛋白 0.290 82 --
丙二醇 0.277 -60 0.0320
乙醇 0.275 -116 0.0473
*参考温度T为25℃
如表7所示，玉米醇溶蛋白和乙醇的掺混物比玉米醇溶蛋白和丙二醇的掺混物具有更大的自由体积。就这两种特定的掺混物而言，玉米醇溶蛋白和乙醇的掺混物与玉米醇溶蛋白和丙二醇的掺混物相比，因其具有更大的自由体积值，将预期优选用于形成增塑的蛋白质材料的加工过程。
如上所述确定了可能的掺混物后，再按照上述式(Ⅳ)，根据选定的增塑剂的体积分数确定预期的终产品(增塑的蛋白质材料)的玻璃化转变温度。玉米醇溶蛋白与乙醇的玻璃化转变温度示于表8。表8
蛋白质/增塑剂 玻璃化转变温度Tg(℃)
玉米醇溶蛋白 82
乙醇 -116
从上述信息以及对终产品玻璃化转变温度的理想范围的了解，可采用适宜用量的玉米醇溶蛋白和乙醇，以形成掺混物，该掺混物再在加热及受控剪切条件下处理，得到本发明的增塑的蛋白质材料。实施例2制备增塑的蛋白质材料1、间歇混合
本实施例说明蛋白质与增塑剂或增塑剂的混合物的选择可在本发明的条件下进行成功处理以得到一种增塑的蛋白质材料。该实施例进一步说明了高剪切间歇型混合装置的使用。
已证明玉米醇溶蛋白、乳分离物和明胶易于进行熔融处理。蛋白、乳清和酪朊酸钠也显示出能熔融处理，但是会过度聚集。在一段时间和一定温度后，后者与前者相比显示出转矩值增加及加工性能受到限制。按照本发明形成的所有增塑的蛋白质材料均显示出可用于代替可咀嚼糖果中的合成配料。
通过加工转矩值的峰值(熔融转矩值)表示了蛋白质的变性，这是由于由粉末相变成粘稠的浆状。对增塑的蛋白质材料测量其转矩值(测量粘度)、玻璃化转变温度和机械性能。
玉米醇溶蛋白、蛋白、奶(乳清浓缩液、酪朊酸钠、乳分离物(80％酪朊酸盐与20％乳清的掺混物))和明胶(GP-8,250Bloom)分别由下述生产商处获得：Freeman Industries、Clofine Dairy and Food Products、New Zealand Milk Products和Hormel Foods Corporation。这些商购蛋白质按来样计算。
丙二醇和甘油来自Sigma，柠檬酸三乙酯、聚乙二醇和山梨醇分别来自Morflex,Aldrich和SPI Polyols。
丁基橡胶为聚(异丁烯-异戊二烯)共聚物(丁基077，分子量=400,000)，来自Exxon；聚(乙酸乙烯酯)为AYAC，分子量=12,800，来自Union Carbide；蜡175来自Petrolite。
在这些实施例中，蛋白质用备有辊式桨的预混器，采用C.W.布雷本登转矩流变仪(PL2,000)增塑。布雷本登流变仪是一种受热的室，其配制在两个不规则形状的辊上。采用下述表达式，将一定量的物质加至室中至70％的容量：试样加入量=70％×混合器体积×试样的比重。将试样熔化，在可连续变化的给定转速下，转动熔体中的辊子所需的总转矩用测力计测量，所述测力计包括可移动的齿轮箱，该齿轮箱借助转矩臂连于负载单元。该单元被预先校准，但也可再校准。聚合物温度采用热电偶测量，将热电偶伸入试样室中。数据包括所测量的转矩(y轴)值和在恒定转速下的温度对时间(x轴)，由该数据表示试样的加工性能。在混合器中采用的物质总量为250g。通过微处理器测量并记录转矩值，其作为时间的函数，在不同温度下以半分钟为时间间隔。这些表提供了被认为对所述点是非常重要的值。
转矩表示为“米-克”或“牛顿-米”。易于将其转化成其它单位如泊或帕斯卡-秒。单位是使用布雷本登转矩流变仪得到的。由于转矩与施加于试样上的剪切应力相关，流变仪可用作熔体粘度计。布雷本登混合桨的转速用于测量试样承受的最大剪切速率。因而，表观粘度=K1(转矩/RPM)，在壁上的剪切速率=K2×RPM。K1和K2为由布雷本登对不同类型的筒与桨测量的常数值。对用于本发明的混合筒(预混器)，该值是K1=10,760,K2=2.47。由于这些方程，在30RPM下，剪切速率大约为75秒-1,1米-克(转矩)大约为360泊或36帕斯卡-秒(表观粘度)。
采用Perkin Elmer差示扫描量热仪(DSC)7，以20℃/分种的加热速率对来自转矩流变仪的增塑的蛋白质材料的玻璃化转变温度(Tg)进行测量。对每一种试样在-30℃至+120℃间进行两次加热扫描。在进行热分析之前，所有的试样均在约70℃的炉中干燥。
在室温下，在约8,000psi的压力下，采用尺寸为4″×0.5″×0.125″的模具(ASTM D638)，采用Carver压机对来自转矩流变仪混合筒的增塑的蛋白质材料进行压塑。A、玉米醇溶蛋白
将玉米醇溶蛋白粉末与不同用量的甘油、丙二醇和比较用的水进行混合，将混合物在布雷本登混合器的预混器中加热，在30rpm下，从室温加热至120℃。玉米醇溶蛋白与水的增塑过程在30-80℃下进行，以避免水在高温下蒸发。
表9提供了转矩值与玉米醇溶蛋白和20％增塑剂的增塑时间间的函数关系。表9：玉米醇溶蛋白与20％增塑剂的转矩值
时间(分) 甘油 丙二醇 水
0.5 756 897 829
1.0 756 897 829
2.0 665 897 829
3.0 711 2600 829
4.0 688 6144 829
5.0 3140 5511 1198
6.0 5042 3981 1244
7.0 6257 2313 2000
8.0 7185 1565 3386
9.0 4928 1197 2810
10.0 3690 989 2027
11.0 3140 805 1705
12.0 2842 713 1682
对所有三种增塑剂均观察到了转矩峰值即熔化峰值，该值表明在加热及剪切作用下蛋白质结构的变性过程。当采用不同的增塑剂时，熔化峰值出现在不同的温度，即对水、丙二醇和甘油而言，分别为60℃、80℃和100℃。这说明玉米醇溶蛋白的变性是随着增塑剂的不同而变化，并与其结构及溶度参数值有关。
表10a-10c提供了不同增塑剂含量下增塑的玉米醇溶蛋白产品的熔化温度、熔化转矩值和玻璃化转变温度值。表10a：玉米醇溶蛋白的熔化温度(℃)
增塑剂(％) 甘油 丙二醇 水
10 130 120 95
15 110 105 75
20 100 80 60
25 90 70 60
30 90 -- 60
表10b：玉米醇溶蛋白的熔化转矩值
增塑剂(％) 甘油 丙二醇 水
10 18800 15000 14700
15 18500 6500 6000
20 8900 6000 3900
25 6000 3300 2300
30 3700 -- 1500
表10c：玉米醇溶蛋白的Tg(℃)
增塑剂(％) 甘油 丙二醇
10 101 98
15 88 85
20 79 53
25 51 42
30 44 --
表10b表明，在所有情形下转矩值均下降，在蛋白质熔化而不再发生聚集后，该值变成常数。玉米醇溶蛋白的熔化过程应在转矩值仍为常数的温度下进行。这证实了由转矩值所获得的结果。虽然玉米醇溶蛋白的熔化最好是由水来完成，其次是用丙二醇和甘油，但是由于稳定性较差，水作为增塑剂是不太理想的。在上述试验中，棉籽油也被用作玉米醇溶蛋白的增塑剂，但是在实验条件下其并不会熔化。
表11提供了玉米醇溶蛋白在不同含量的增塑剂中于120℃下的转矩值。表11：玉米醇溶蛋白在120℃下的转矩值
增塑剂(％) 甘油 丙二醇 水
10 15000 8500 12300
15 8000 2400 4000
20 2900 600 1700
25 800 350 850
30 500 -- 600
转矩值下降与增塑剂用量的增长呈指数关系，丙二醇下降最多。水的转矩值是在低温(即80℃)下获得的。在所例举的那些中丙二醇是最有效的增塑剂。
表12显示出增塑剂的掺混物(75％甘油和25％的丙二醇)可用于与玉米醇溶蛋白形成增塑的蛋白质材料。表12：增塑的玉米醇溶蛋白的Tg(℃)
增塑剂掺混物，(a)丙二醇(％) Tg(℃)
0 51
5 45
10 40
15 40
20 35
25 42
(a)甘油+丙二醇=25％
表12提供了增塑的蛋白质材料的玻璃化转变温度值。给出了在甘油与丙二醇掺混物中以不同丙二醇用量下的玉米醇溶蛋白的Tg值。在15％甘油+20％丙二醇作为增塑剂存在下，玉米醇溶蛋白的Tg值减至35℃。B、蛋白
将蛋白粉与30％甘油混合，将混合物在布雷本登的混合筒中由30℃加热至120℃。
表13提供了用于对蛋白增塑的转矩值。表13：蛋白的转矩值
时间(分) 20％甘油+20％水温度=30-80℃ 25％甘油+20％水温度=30-80℃ 30％甘油+20％水温度=30-80℃ 30％甘油+0％水温度=30-120℃
1.0 4708 2191 1218 92
2.0 7137 3229 1505 138
3.0 9451 5120 1896 138
4.0 7391 4151 1253 173
5.0 6251 2791 896 277
6.0 6147 2306 827 1083
7.0 6009 2237 942 1821
8.0 -- -- -- 4967
8.5 -- -- -- 11479
如表13所示，在约80℃变性后，混合物的转矩值增至12,000mg。表13也提供了在甘油用量变化(20-30％)及固定水量(20％)下，蛋白从30℃到80℃的转矩值。从混合筒中取出后进行检测时，蛋白仅与甘油形成的熔融混合物是非常脆的。蛋白蛋白质中进行的变性和聚集过程非常迅速。水/甘油掺混物允许蛋白的熔化过程发生，而不会发生蛋白质的过度聚集现象，但如前所述水并非理想的增塑剂。变性峰值(熔化)出现在约50℃，随后，在高温(75℃)下转矩下降至稳定值。当甘油在增塑剂掺混物中的用量增加时，熔化转矩会减少。由于存在水，不会发生蛋白的进一步聚集。
表14显示出剪切速率对变性过程的影响。表14：在25％甘油及50℃下蛋白的转矩值
时间(分) 75秒-1 150秒-1 225秒-1
1.0 230 437 265
2.0 1000 1000 1800
3.0 1635 1000 2000
4.0 1635 2000 5143
5.0 1635 2500 --
5.5 1635 5555 --
6.0 1635 -- --
7.0 3000 -- --
8.0 7141 -- --
在50℃下蛋白与25％的甘油在75秒-1和225秒-1剪切速率下处理。高剪切速率提供了附加的加速聚集过程的能量。
表15和16提供了采用掺混物作增塑剂，蛋白作为蛋白质的实施例。不同用量的甘油与山梨醇以不同比例混合，增塑剂的总含量保持在30％。在与蛋白掺混之前，将混合增塑剂加热，直至山梨醇熔化，与甘油形成均相液体。然后，使热的液体与蛋白混合，并在混合筒中于50℃下处理。
表15提供了变性的转矩值。表15：蛋白在50℃下的转矩值
时间(分) 30％甘油/0％山梨醇 25％甘油/5％山梨醇 15％甘油/15％山梨醇
1.0 392 564 1106
2.0 1452 2246 2707
3.0 1521 1993 2787
4.0 1176 2235 2833
5.0 1014 2776 2626
6.0 1360 3732 1843
7.0 2063 6818 1843
8.0 4126 -- 1682
8.5 6200 -- 1739
9.0 -- -- 1785
10.0 -- -- 1981
12.0 -- -- 2557
13.0 -- -- 4227
13.5 -- -- 6242
变性的发生如前述采用纯甘油的过程。但是，当存在15％山梨醇时，过度聚集被显著延迟。在掺混物中较高的山梨醇用量会加速聚集过程。
表16提供了在甘油/山梨醇掺混物中，对于不同含量的山梨醇，增塑的蛋白材料的Tg值。表16：增塑的蛋白的Tg(℃)
山梨醇(％) Tg
0 38
5 37
10 --
15 34.8
20 28.6
甘油+山梨醇=30％
Tg值随山梨醇用量的增加而下降。山梨醇可以其最佳用量作为增塑剂和甜味剂与蛋白质一起使用。柠檬酸三乙酯和丙二醇也可用作蛋白的增塑剂，但在实验条件下不会熔化。C、牛乳蛋白质：
表17a-17c提供了在50℃下，采用不同用量的甘油，乳清蛋白质、酪朊酸钠和TMP的熔化增塑性能。表17a：在50℃下乳清蛋白质的转矩值
时间(分) 20％甘油 30％甘油 40％甘油
1.0 484 392 564
2.0 910 830 599
3.0 1762 1060 530
4.0 6565 6062 657
8.0 -- -- 921
9.0 -- -- 1359
10.0 -- -- 2212
11.0 -- -- 3294
12.0 -- -- 5275
13.0 -- -- 7763
表17b：在50℃下酪朊酸钠的转矩值
时间(分) 20％甘油 30％甘油 40％甘油
1.0 622 230 450
3.0 784 738 1039
5.0 1210 830 1362
7.0 1729 1279 1501
8.0 4091 1567 1755
8.5 7952 2236 2205
9.0 -- 3285 2286
10.0 -- 5693 3394
11.0 -- 7261 5460
11.5 -- 9035 6246
12.0 -- -- 6765
13.0 -- -- 8035
14.0 -- -- 9824
表17c：在50℃下TMP的转矩值
时间(分) 30％甘油 40％甘油 50％甘油
1.0 1176 495 669
2.0 1222 1555 761
3.0 1534 1590 738
4.0 2110 1774 876
5.0 2768 2557 830
6.0 4209 4607 853
7.0 7115 7510 876
7.5 13284 9802 876
8.0 -- -- 969
12.0 -- -- 2191
13.0 -- -- 2998
14.0 -- -- 3875
15.0 -- -- 4855
16.0 -- -- 6146
17.0 -- -- 7242
18.0 -- -- 8487
19.0 -- -- 9064
20.0 -- -- 9779
表17a-17c所示数据表明，由于在变性步骤之后，几乎同时立即发生聚集过程，20％和30％的甘油不能改善乳清蛋白质的加工性能。但是，40％的甘油将聚集延迟，并显著地改善蛋白质的增塑性能。对酪朊酸钠加工的最佳时间将随增塑剂用量的增加而增加。聚乙二醇也可用作乳清蛋白质的增塑剂，但在实验条件下不会熔化。
表18a和18b提供了在50℃下，酪朊酸钠和TMP与丙二醇的熔化增塑性能。表18a：在50℃下酪朊酸钠的转矩值
时间(分) 30％丙二醇 40％丙二醇 50％丙二醇
1.0 3291 877 150
2.0 3646 1593 288
3.0 3841 1870 254
4.0 4667 1778 242
5.0 9288 1697 392
6.0 -- 2055 622
7.0 -- 2586 899
8.0 -- 3440 1464
9.0 -- 3209 2074
10.0 -- 3556 2489
11.0 -- 5033 2720
12.0 -- 7203 2858
13.0 -- -- 2996
14.0 -- -- 3123
15.0 -- -- 3181
16.0 -- -- 3250
表18b：在50℃下TMP的转矩值
时间(分) 30％丙二醇 40％丙二醇 50％丙二醇
1.0 750 402 288
2.0 1026 1356 449
3.0 1153 1839 460
4.0 1407 2115 483
5.0 2445 1781 737
6.0 7242 1655 1289
7.0 13642 1735 1646
8.0 -- 2471 1911
9.0 -- 2505 2072
10.0 -- 3241 2222
11.0 -- 4206 2268
12.0 -- 6263 2337
13.0 -- 8228 2394
14.0 -- 9401 2464
15.0 -- 9654 2510
16.0 -- 9585 2625
17.0 -- 9056 --
18.0 -- 8837 --
与甘油的情形类似，随着增塑剂用量的增加，酪朊酸钠加工的最佳时间增加。采用50％丙二醇并在80℃下处理时，不会观察到过度聚集。数据表明，这种蛋白质可加工延长的一段时间，并且，其可用于连续过程中，如使用挤出机的过程。对乳分离物(TMP)而言，40％和50％丙二醇消除了如对酪朊酸钠所观察到的过度聚集。最终的转矩值非常低。
表19提供了一种在50℃下，蛋白、乳清、酪朊酸钠和TMP蛋白质与作为增塑剂的甘油的加工最佳时间比较。表19在50℃及转矩=5,000mg下蛋白质的加工最佳时间(分)
甘油(％) 蛋白 乳清 酪朊酸盐 TMP
20 -- 3.75 -- --
25 7.5 -- -- --
30 8 4 8 6.5
40 16 12 9.75 6.5
50 -- -- 10.75 15
通常，这些蛋白质的加工应优选在低温(50-70℃)下进行，并且增塑剂的用量应较高。
表20a和20b提供了分别采用甘油和丙二醇作为增塑剂，酪朊酸钠和TMP的Tg值。
表20a、增塑的牛乳蛋白质的Tg值
甘油(％) 酪朊酸盐 TMP
30 59.5 60.5
40 46.4 53.8
50 41.2 34.8
表20b、增塑的牛乳蛋白质的Tg值
丙二醇(％) 酪朊酸盐 TMP
30 45.7 60.9
40 42.7 48.6
50 40.6 --
如表20a和20b所示，随增塑剂用量的增加，Tg值降低。两种增塑剂均显示可有效地降低Tg值。
表21提供了在80℃下，用不同用量的甘油增塑的明胶在不同加工时间下的转矩值。表21：在80℃下明胶的转矩值
时间(分) 10％甘油 20％甘油 30％甘油
1.0 4792 738 277
2.0 13096 6984 795
3.0 13845 9220 1579
4.0 15158 10119 2743
5.0 16471 10165 3665
6.0 16817 10038 3965
7.0 17036 10015 4518
8.0 16702 10027 4817
9.0 16218 10073 5025
10.0 16056 10073 5209
11.0 15964 10073 5348
12.0 16033 10073 5532
13.0 16195 10074 5601
14.0 15792 10074 5762
对于每一个实验，转矩几乎立即增加，表明发生变性和聚集过程。即使当明胶被加工较长的时间时，转矩值也仍然为稳定常数值，这表明过度聚集不会发生。由于随着增塑剂用量的增加转矩值降低，甘油显示出是一种有效的明胶增塑剂。当明胶在高温下加工时，转矩值较低。增塑的明胶可在冷却后再次进行类似热塑性材料的处理。这表明增塑的材料非常适用于连续过程。
表22总结了几种优选的增塑的蛋白质材料在变性过程中进行评价的参数，即加工转矩值和加工温度以及Tg值。表22、蛋白质性质汇总
物质 增塑剂 转矩，mg 温度，℃ Tg,℃
玉米醇溶蛋白 25％PG30％甘油 350500 120120 4244
蛋白 40％甘油15％甘油+15％山梨醇 50005000 5050 3435
酪朊酸盐 50％PG50％甘油 32505000 8050 4041
TMP 50％PG50％甘油 25005000 8050 3535
5表23-29提供了用本发明方法制备的增塑的蛋白质材料的机械性能。增塑的蛋白质材料模量和强度降低、断裂伸长率增加说明了增塑过程在提供有用的终产品方面的效能。
在80-120℃和8,000psi下，采用Carver压机将增塑的蛋白质材料压塑5分钟制得模压片。对每一个模压实验，模具的尺寸为127mm×114.3mm×3.175mm，相应于约50g的材料(假设密度为1g/cc)。将特氟隆片放置在蛋白质与金属板间以避免在模压实验后取出试样的过程中产生粘连问题。为了确定增塑的蛋白质材料的机械性能，将模压片切割成127mm×12.7mm×3.175mm大小。由于某些试样难以采用刀片进行切割，须采用带锯将模片切割成所需尺寸。由于胶基配料非常脆，采用热刀对其进行切割。根据ASTM D638的方法，在计量长度50.8mm、宽12.7mm及厚3.175mm的拉伸试片上，以50.8mm/min的速度，采用100kg的测力传感器，在Instron实验系统中进行拉伸试验。对每一种增塑的蛋白质材料，结果是由至少10个样品的平均值表示的。下表总结了增塑的蛋白质材料的机械性能。表23、增塑的玉米醇溶蛋白的机械性能
玉米醇溶蛋白/增塑剂 最大应力(Kgf/mm2) 模量(Kgf/mm2) 断裂应变值(％)
10％甘油 2.4 104.5 2.6
25％甘油 1.2 87.0 1.9
30％甘油 0.7 47.4 1.7
15％PG 2.3 85.9 3.2
20％PG 1.0 43.6 18.2
25％PG 0.1 5.2 292.0
表24、增塑的明胶的机械性能
明胶/增塑剂 最大应力(Kgf/mm2) 模量(Kgf/mm2) 断裂应变值(％)
10％甘油 -- -- --
20％甘油 0.7 1 8.6 153.3
30％甘油 0.3 0.7 256.0
表25、增塑的麦醇溶蛋白的机械性能
麦醇溶蛋白/增塑剂 最大应力(Kgf/mm2) 模量(Kgf/mm2) 断裂应变值(％)
30％甘油 0.2 1.7 131
40％甘油 0.05 0.08 293
50％甘油 0.02 0.02 398
表26、增塑的蛋白的机械性能
蛋白/增塑剂 最大应力(Kgf/mm2) 模量(Kgf/mm2) 断裂应变值(％)
 20％甘油 1.8 91.1 3.3
 30％甘油 1.1 30.4 75.1
 40％甘油 0.8 14.9 93.1
 50％甘油 0.5 4.5 81.4
 25％甘油5％山梨醇 1.5 43.8 77.5
 15％甘油15％山梨醇 1.6 58.7 6.2
 9％甘油21％山梨醇 2.2 78.6 3.4
表27、增塑的酪朊酸钠的机械性能
酪朊酸盐/增塑剂 最大应力(Kgf/mm2) 模量(Kgf/mm2) 断裂应变值(％)
 30％甘油 0.9 30.3 16.8
 40％甘油 0.3 7.1 25.9
 50％甘油 0.14 1.8 44.3
 30％PG 0.6 21.1 18.5
 40％PG 0.2 1.9 41.8
 50％PG 0.1 0.7 52.5
表28、增塑的乳清浓缩物的机械性能
乳清/增塑剂 最大应力(Kgf/mm2) 模量(Kgf/mm2) 断裂应变值(％)
30％甘油 0.6 26.1 2.9
40％甘油 0.1 3.5 6.5
表29、增塑的乳分离物的机械性能
TMP/增塑剂 最大应力(Kgf/mm2) 模量(Kgf/mm2) 断裂应变值(％)
 30％甘油 0.9 27.9 17.2
 40％甘油 0.3 6.8 51.4
 50％甘油 0.2 1.9 57.3
 30％PG 0.5 14.4 25.8
 40％PG 0.2 1.9 41.6
 50％PG 0.1 0.5 47.9
表30显示了常规口香糖配料的机械性能。表30、胶基配料的机械性能
配料 最大应力(Kgf/mm2) 模量(Kgf/mm2) 断裂应变值(％)
丁基橡胶 0.015 0.044 299.4
PVA(AYAC) 0.2 19.5 0.9
蜡175 0.15 11.2 7.5
表31提供了在现有技术中制备的几种增塑的蛋白质材料的感官评价。由口香糖领域中的品评小组技术人员评价对咀嚼的影响。表31通过将其机械性能与列于表30中对常规胶基组分、丁基橡胶(橡胶状)、PVA(拉伸)和蜡(蜡状)的机械性能进行比较，比较了这些感官结果与对这些增塑的蛋白质材料预测的结果。比较结果显示出增塑的蛋白质材料的实验感觉性能与基于其机械性能而预期的感觉性能间相关。表31、分析评价和感觉评价的比较
增塑的蛋白质材料 感觉评价(布雷本登试样) 分析评价(机械性能)
30％G/EW PE蜡 蜡状，应变％低
40％G/EW 软蜡；低M.P.(如加洛巴蜡)；沥滤 蜡状，应变％较高。比上一样品软
15％S-15％G/EW 比上一种硬；无沥滤(如蜡175) 蜡状，应变％低
40％G/乳清 蜡状；粘稠状；LMW蜡 蜡状，应变％低
50％G/酪蛋白 橡胶状 橡胶状，应变％高
30％G/TMP 橡胶带；逐渐断裂 蜡状，应变％低
40％PG/TMP 橡胶状 橡胶状，应变％高
50％PG/TMP 橡胶状，苦 橡胶状，应变％高
30％G/明胶 橡胶状 橡胶状，应变％非常高
基于上述评价，增塑的蛋白质材料的机械性能可用于限定它们作为胶基组分的实用性。Ⅱ、挤出物(extruder)制备：
本实施例说明蛋白质混合物与增塑剂制备增塑的蛋白质材料的用途。挤出机用作加工设备。
采用带有配备棒材模头或螺带模头的计量螺杆的反转锥形双螺杆挤出机(C.W.Brabender)对蛋白质-增塑剂的掺混物进行熔融加工。该挤出机具有三个桶式加热器/冷却温度和1或2个模头区。在第三区的末端和模头分别连接有压力传感器和热电偶，以检测挤出过程中的压力和熔体温度。包括转矩和rpm在内的所有加工参数均通过计算机进行控制，并在增塑的蛋白质材料的挤出过程中直接打印出来。典型的加工条件如下：
加工温度(1-4区)       70-100℃
加工转矩              500-3000mg
机头压力              80-600psi
RPM                   20-40
多种蛋白质以不同比例进行预混，然后使其与不同用量的增塑剂进行剧烈混合。再使混合物通过料斗加料进行挤出。将挤出物以丝条的形式收集，分析。
下表32和33示出了在挤出过程中确定的几种增塑的蛋白质材料的转矩值。表32：含30％甘油的明胶基掺混物的转矩值
蛋白质(％) TMP 酪蛋白 麦醇溶蛋白
0 2600 2600 2600
10 2100 1000 1800
30 2500 2500 2000
50 4000 5000 2500
100 13000 8000 5000
表33：含30％PG的玉米醇溶蛋白基掺混物的转矩值
蛋白质(％)  TMP  酪蛋白
 0  1200  1200
 10  2000  2000
 30  1500  2600
 50  2000  3000
 100  14000  10000
切割挤出的蛋白质丝条，并在约80℃及8,000psi下压塑。采用如实施例2所述相同的样品大小与试验条件测定机械性能。表34-41概括了各种增塑的蛋白质材料的性质。表34：明胶/酪朊酸钠/30％甘油的机械性能
掺混比例 最大应力(Kgf/mm2) 模量(Kgf/mm2) 断裂应变(％)
90明胶∶10酪朊酸钠 0.62 1.6 184.2
70明胶∶30酪朊酸钠 0.48 6.3 52.0
50明胶∶50酪朊酸钠 0.47 5.5 83.3
表35：明胶/TMP/30％甘油的机械性能
掺混比例 最大应力(Kgf/mm2) 模量(Kgf/mm2) 断裂应变(％)
90明胶∶10TMP 0.46 0.84 214.6
70明胶∶30TMP 0.7 3.9 125.6
50明胶∶50TMP 0.4 4.4 97.6
表36：明胶/麦醇溶蛋白/30％甘油的机械性能
掺混比例 最大应力(Kgf/mm2) 模量(Kgf/mm2) 断裂应变(％)
90明胶∶10麦醇溶蛋白 0.34 0.63 233.6
70明胶∶30麦醇溶蛋白 0.29 0.75 215.0
50明胶∶50麦醇溶蛋白 0.20 0.52 256.0
表37：明胶/玉米醇溶蛋白/30％甘油的机械性能
掺混比例 最大应力(Kgf/mm2) 模量(Kgf/mm2) 断裂应变(％)
90明胶∶10玉米醇溶蛋白 0.41 1.1 164.2
70明胶∶30玉米醇溶蛋白 0.28 5.4 34.7
50明胶∶50玉米醇溶蛋白 0.48 20.9 9.1
表38：玉米醇溶蛋白/酪朊酸钠/30％PG的机械性能
掺混比例 最大应力(Kgf/mm2) 模量(Kgf/mm2) 断裂应变(％)
90玉米醇溶蛋白∶10酪朊酸钠 0.09 1.6 166.8
70玉米醇溶蛋白∶30酪朊酸钠 0.11 1.9 159.4
50玉米醇溶蛋白∶50酪朊酸钠 0.07 0.8 152.9
表39：玉米醇溶蛋白/TMP/30％PG的机械性能
掺混比例 最大应力(Kgf/mm2) 模量(Kgf/mm2) 断裂应变(％)
90玉米醇溶蛋白∶10TMP 0.03 0.43 409.6
70玉米醇溶蛋白∶30TMP 0.04 0.65 330.4
50玉米醇溶蛋白∶50TMP 0.04 0.43 232.4
表40：玉米醇溶蛋白/蛋白/30％甘油的机械性能
掺混比例 最大应力(Kgf/mm2) 模量(Kgf/mm2) 断裂应变(％)
80玉米醇溶蛋白∶20EW 1.1 59.3 2.7
50玉米醇溶蛋白∶50EW 1.0 41.2 5.6
表41：明胶/酪朊酸盐/玉米醇溶蛋白/30％甘油的机械性能
掺混比例 最大应力(Kgf/mm2) 模量(Kgf/mm2) 断裂应变(％)
31明胶：19酪朊酸盐∶19玉米醇溶蛋白 0.5 11.3 45.1
实施例3制备具有增塑的蛋白质材料的胶基
本实施例说明包含本发明增塑的蛋白质物质的胶基和口香糖的制备方法。该实施例显示了按照本发明的方法制备的预制增塑的蛋白质物质的用途，并显示了不分离出增塑的蛋白质物质而制备胶基产品的方法。还显示了同时使用混合筒(间歇操作)与挤出机(连续操作)。A、胶基制备：
该实施例说明胶基的制备过程。亚实施例A1和A2说明使用按照先前的实施例1和2制备的增塑的蛋白质物质。亚实施例A3显示了一步法制备胶基的方法(即，不分离增塑的蛋白质物质)。亚实施例A1明胶
该实施例显示了不采用常规弹性体制备的胶基。
配料               份数(克)
明胶/30％甘油      30.00
填料               43.50
树脂               82.47
PVA                50.00
蜡                 22.50
脂肪               12.50
乳化剂             2.50
抗氧化剂           6.45
总计               249.92
将由明胶与30％甘油制成的预挤出增塑的蛋白质物质加至100℃的布雷本登混合筒中，处理4分钟(转矩=4,000mg)。以如上所列次序，将胶基配料的其它成分加至筒中。亚实施例A2明胶和蛋白
该实施例显示了不采用弹性体和PVA制备的胶基。
配料               份数(克)
明胶/30％甘油      30.00
填料               43.50
树脂               82.47
蛋白/40％甘油      50.00
蜡                 22.50
脂肪               12.50
乳化剂             2.50
抗氧化剂           6.45
总计               249.92
将由明胶、蛋白与甘油制成的预挤出增塑的蛋白质物质加至100℃的布雷本登混合机中，制得如上的胶基。亚实施例A3玉米醇溶蛋白
该实施例显示了代替常规弹性体、PVAc和蜡。
配料                    份数(克)
玉米醇溶蛋白            22.12
甘油                    14.46
填料                    18.41
麦醇溶蛋白-明胶掺混物   16.40
RS-5木松香              159.28
油                      9.03
脂肪                  9.03
总计                  248.73
采用Berstoff挤出机制备胶基，所述挤出机装配成有八个机筒，机筒的L/D为40。rpm为200，温度为50-85℃。将蛋白质加至加热至50℃的初始料桶中，将增塑剂加至第二个料桶中。将蛋白质-增塑剂掺混物置于75-80℃的高剪切下。向第三个料桶中加入树脂和脂肪。填料与玉米醇溶蛋白一起加入。B、口香糖制备：
该实施例显示如何制备口香糖。亚实施例B1、B7、B8、B9和B10说明一步法制备口香糖的方法(即，不分离增塑的蛋白质物质)。亚实施例B2-B4说明如在先前的实施例中制备的预制增塑的蛋白质物质的用途。亚实施例B5和B6显示了加入其它蛋白质的预制增塑的蛋白质物质的用途。亚实施例B1玉米醇溶蛋白基口香糖制备
在本实施例中，增塑的蛋白质物质用来代替弹性体、PVAc，其用于常规配方中。
配料                         份数(克)
玉米醇溶蛋白                 22.12
甘油                         14.46
填料                         18.41
麦醇溶蛋白-明胶掺混物        16.40
RS-5木松香                   159.28
油                           9.03
脂肪                         9.03
填充甜味剂                   96.80
风味剂                       6.23
强力甜味剂                   1.25
卵磷脂                        1.75
总计                          354.76
在布雷本登混合筒中制备口香糖，转速为30rpm，从105℃的初始温度到50℃，混合直至均匀。各配料以列出的次序加入。将填充甜味剂预溶于20ml水中。
上述口香糖与商购的口香糖产品由测试评价小组进行比较，比较的性能包括初始咀嚼硬度、柔韧性、苦味、香味、甜味、蜡质感、硬度、含水量、粘结性、粘合性及以及一段时间后的弹性。评价小组专家确认，亚实施例B1的口香糖与商购产品相比在初始咀嚼硬度和柔韧性方面以及整体的硬度、含水量、弹性、香味和甜味等类似。亚实施例B1的胶基具有较高的苦味特征和更强的蜡质特征。亚实施例B2麦醇溶蛋白基口香糖制备
本亚实施例与亚实施例B3-B6说明了使用预制增塑的蛋白质物质来代替常规采用的弹性体、PVAc和蜡。
配料                       份数(克)
麦醇溶蛋白                 26.58
甘油                       26.58
填料                       18.41
RS-5木松香                 159.28
油                         9.03
脂肪                       9.03
填充甜味剂                 96.80
风味剂                     4.73
强力甜味剂                 1.26
卵磷脂                     1.75
总计                       353.45
将包含麦醇溶蛋白/明胶和甘油的增塑的蛋白质物质加至100℃的布雷本登混合筒中，然后以上面列出的次序加入其余的配料。亚实施例B3麦醇溶蛋白/明胶掺混物口香糖制备
配料                        份数(克)
麦醇溶蛋白                  22.11
明胶                        22.11
甘油                        18.95
填料                        18.41
RS-5木松香                  159.28
油                          9.03
脂肪                        9.03
填充甜味剂                  96.80
风味剂                      6.23
强力甜味剂                  1.26
卵磷脂                      1.75
总计                        364.96
以亚实施例B1的方式加工该配料。亚实施例B4明胶/甘油口香糖制备(不含麦醇溶蛋白-明胶掺混物)
配料                        份数(克)
明胶                        37.21
甘油                        15.95
填料                        18.41
RS-5木松香                  159.28
油                          9.03
脂肪                        9.03
填充甜味剂                  55.35
风味剂                      6.23
强力甜味剂                  1.26
卵磷脂                      1.75
总计                        313.50
该配方以与亚实施例B1类似的方式加工。品评小组的专家评价该口香糖以估计其感觉特性。该口香糖具有与常规口香糖类似的质感，并更富于弹性。在初始硬咀嚼后，其会软化。蜡质特征是其质地之上的味感之一。亚实施例B5明胶/玉米醇溶蛋白/甘油口香糖制备
在本实施例中，由明胶、玉米醇溶蛋白及甘油制成的增塑的蛋白质物质被预熔融增塑，随后再加入明胶-麦醇溶蛋白掺混物，进一步增塑。
配料                          份数(克)
明胶                          12.80
玉米醇溶蛋白                  12.80
甘油                          10.97
明胶-麦醇溶蛋白               16.50
填料                          18.41
RS-5木松香                    159.28
油                            9.03
脂肪                          9.03
填充甜味剂                    55.35
风味剂                        6.23
强力甜味剂                    1.26
卵磷脂                        1.75
总计                          313.41
该实施例以与亚实施例B1类似的方式加工。品评小组评价该口香糖以估计其感觉特性。该口香糖具有硬太妃糖的咀嚼性，呈橡胶样特征。这种口香糖被评价为具有与口香糖相关的蜡质性能。亚实施例B6明胶/甘油口香糖制备
在本实施例中，由明胶及甘油制成的增塑的蛋白质物质被预熔融增塑，随后再加入明胶-麦醇溶蛋白掺混物，进一步增塑。
配料                          份数(克)
明胶                          25.60
甘油                          10.97
明胶-麦醇溶蛋白               16.50
填料                          18.41
RS-5木松香                    159.28
油                            9.03
脂肪                          9.03
填充甜味剂                    55.35
风味剂                        6.23
强力甜味剂                    1.26
卵磷脂                        1.75
总计                          313.41
该实施例以与亚实施例B1类似的方式加工。品评小组评价该口香糖以估计其感觉特性。该口香糖开始时坚硬，但很快软化，比常规口香糖的粘结性差。亚实施例B7米醇溶蛋白制备
下述实施例显示了用本发明的增塑的蛋白质物质代替树脂、橡胶和PVAc制得的口香糖。用于配制口香糖的配料如下：
配料 WT ％
玉米醇溶蛋白(玉米蛋白质) 150.92 30.19
丙二醇 64.68 12.94
两相油/水乳液 20.02 4.0
碳酸钙 60.0 12.0
微晶蜡 14.14 2.82
水解棉籽油 17.67 3.53
单硬脂酸甘油酯 4.69 1.0
大豆油 5.88 1.17
风味剂 7.07 1.41
天冬甜素 4.69 1.0
将玉米醇溶蛋白、丙二醇、乳液和碳酸钙在筒中混合。将混合物在布雷本登中在80℃下加热2分钟。加入蜡组分，将形成的混合物冷却至70℃。在搅拌下加入油、乳化剂和大豆油，将形成的混合物冷却至50℃。再加入甜味剂和风味剂，再混合2分钟。
形成的口香糖显示出迅速水合、橡胶样初始咀嚼性及在口中光滑的质感。亚实施例B8谷蛋白制备下述实施例显示了用本发明的增塑的蛋白质物质代替所有胶基材料制得的口香糖。用于配制口香糖的配料如下：
配料 WT ％
谷蛋白 136.37 54.00
纤维素 19.25 7.62
甘油 40.92 16.20
水 25.00 9.89
风味油 4.00 1.58
甜味剂 0.50 0.20
Wesson油 0.60 0.24
氧化葡萄糖浆 6.00 2.37
山梨醇 20.00 0.08
以与亚实施例B7所述类似的方式将各配料混合。形成的口香糖显示出优异的弹性、回弹性和咀嚼性。亚实施例B9米醇溶蛋白制备
本实施例显示了用本发明的增塑的蛋白质材料代替橡胶而制备口香糖的过程。用于配制口香糖的配料如下：
配料                    wt％
玉米醇溶蛋白            19.86
甘油                    8.41
两相油/水乳液           5.72
树脂(木松香酯)          33.33
微晶蜡                  4.04
水解棉籽油              5.05
单硬脂酸甘油酯          1.34
碳酸钙                  17.17
风味剂                  2.02
天冬甜素                1.34
大豆油                  1.68
将玉米醇溶蛋白、甘油、乳液和碳酸钙在一个筒中混合。将混合物在85℃下于布雷本登中加热2分钟。在85℃下于15分钟内，加入蜡组分。再在混合下于15分钟内加入油和乳化剂，将形成的混合物冷却至70℃。在5分钟内加入甜味剂、风味剂和大豆油，在40℃下混合。
口香糖组合物显示出代替合成胶基的异常可能性。该组合物具有弹性、回弹性、咀嚼性，并在咀嚼时立即产生咀嚼吸引力。亚实施例B10米醇溶蛋白制备
本实施例显示了用本发明的增塑的蛋白质材料代替树脂、橡胶和PVAc而制备口香糖的过程。用于配制口香糖的配料如下：
配料                   wt％
玉米醇溶蛋白           27.27
丙二醇                 20.45
碳酸钙                 11.36
糖                     28.40
淀粉糖浆               4.54
卵磷脂                 3.40
乙酸                   0.45
风味剂                 1.13
甜味剂                 1.17
将玉米醇溶蛋白与丙二醇在一个筒中混合。将混合物在60℃下于布雷本登中加热5分钟。加入碳酸钙和糖，再混合10分钟，再将形成的混合物冷却至55℃。在混合下于10分钟内加入淀粉糖浆和卵磷脂，将形成的混合物冷却至50℃。再加入乙酸、甜味剂和风味剂，于50℃下混合10分钟。
形成的口香糖显示出能迅速水合、橡胶样初始咀嚼性以及在口中有光滑的质感。实施例4亚实施例C1牛轧糖制备
由如下所示的配料制备本发明的软牛轧糖糖果产品：
配料                    wt％
明胶                    1.13
阿拉伯胶                0.34
淀粉糖浆44Be            16.36
水                      1.75
砂糖                    38.87
淀粉糖浆44b         30.07
脂肪                1.83
风味剂              0.50
甘油                0.33
脱盐乳清蛋白质      1.50
糖粉                2.74
纤维素粉            0.91
将明胶加至热的自来水(60g)中，混合直至溶解，形成半液体混合物(frappe)。将溶液静置30分钟。向冷自来水(27.5g)中加入阿拉伯胶，并以与明胶同样的方式处理。在Hobart混合机中，将明胶溶液与阿拉伯胶溶液加至818.0g的温44Be淀粉糖浆中，并在其中以低速然后再以中速进行混合，共混合4分钟。
通过混合1503.5g的44 Be淀粉糖浆、943.5g砂糖和600ml的水形成一种Bob糖浆。将该混合物在130℃下加热。
在搅拌下，在约5分钟内，将这种Bob糖浆缓慢地加至半液体混合物中。在搅拌下于2分钟内加入纤维素粉，再依次加入糖和脂肪。然后，在搅拌下加入脱盐乳清蛋白质/甘油增塑的蛋白质材料，再加入甜味剂和风味剂。
形成的牛轧糖显示出包括常规牛轧糖的咀嚼性以及质感在内的所有性能。亚实施例C2-C4牛轧糖制备
重复亚实施例C1的方法，只是甘油(0.33wt％)分别用相同用量的乳酸乙酯(亚实施例C2)、乳酸(亚实施例C3)和乳酸丁酯(亚实施例C4)代替。按照亚实施例C2-C4生产的牛轧糖显示出包括咀嚼性和质感在内的所有常规牛轧糖的性能。

Claims (54)

1、一种确定用于形成增塑的蛋白质材料的相容性蛋白质和增塑剂的方法，该方法包括：
a)选择一种蛋白质组分；
b)确定由式Ⅰ所限定的蛋白质组分的溶度参数
δ1 2=δD1 2+δP1 2+δH1 2    (Ⅰ)其中，δ1为蛋白质组分的总溶度参数值；
δD1为由蛋白质组分的分散力所贡献的溶度参数值；
δP1为由蛋白质组分的极性力所贡献的溶度参数值；和
δH1为由蛋白质组分的氢键力所贡献的溶度参数值；
c)选择一种增塑剂组分，其具有由下式(Ⅱ)定义的第二溶度参数
δ2 2=δD2 2+δP2 2+δH2 2    (Ⅱ)其中，δ2为增塑剂组分的总溶度参数值；
δD2为由增塑剂组分的分散力所贡献的溶度参数值；
δP2为由增塑剂组分的极性力所贡献的溶度参数值；和
δH2为由增塑剂组分的氢键力所贡献的溶度参数值；以及使蛋白质组分与增塑剂组分相匹配，其中至少下述一对溶度参数值δ1-δ2、δD1-δD2、δP1-δP2和δH1-δH2相互间在15％之内。
2、根据权利要求1的方法，其中至少一对溶度参数值相互间在10％之内。
3、根据权利要求1的方法，其中δ1与δ2相互间在15％之内。
4、根据权利要求1的方法，其中δD1与δD2相互间在15％之内。
5、根据权利要求1的方法，还包括按照下式(Ⅲ)计算匹配的蛋白质组分与增塑剂组分的自由体积
FV=0.025+αd(T-Tgd)+αp(T-Tgp)    (Ⅲ)其中，FV为自由体积；
αd为增塑剂组分的热膨胀系数；
αp为蛋白质组分的热膨胀系数；
Tgd为增塑剂组分的玻璃化转变温度；
Tgp为蛋白质组分的玻璃化转变温度；和
T为参考温度；以及确认匹配的蛋白质组分与增塑剂组分具有最高的自由体积。
6、一种制备增塑的蛋白质材料的方法，该方法包括：
a)选择一种蛋白质组分，其具有由下式(Ⅰ)定义的第一溶度参数
δ1 2=δD1 2+δP1 2+δH1 2    (Ⅰ)其中，δ1为蛋白质组分的总溶度参数值；
δD1为由蛋白质组分的分散力所贡献的溶度参数值；
δP1为由蛋白质组分的极性力所贡献的溶度参数值；和
δH1为由蛋白质组分的氢键力所贡献的溶度参数值；
b)选择一种增塑剂组分，其具有由下式(Ⅱ)定义的第二溶度参数
δ2 2=δD2 2+δP2 2+δH2 2    (Ⅱ)其中，δ2为增塑剂组分的总溶度参数值；
δD2为由增塑剂组分的分散力所贡献的溶度参数值；
δP2为由增塑剂组分的极性力所贡献的溶度参数值；和
δH2为由增塑剂组分的氢键力所贡献的溶度参数值；其中至少下述一对溶度参数值δ1-δ2、δD1-δD2、δP1-δP2和δH1-δH2相互间在15％之内；
c)使匹配的蛋白质组分与增塑剂组分结合形成一种掺混物，处理这种掺混物以形成增塑的蛋白质材料，其中增塑剂组分均匀地分散于蛋白质组分内。
7、根据权利要求6的方法，其中至少一对溶度参数值相互间在10％之内。
8、根据权利要求6的方法，其中δ1与δ2相互间在15％之内。
9、根据权利要求6的方法，其中δD1与δD2相互间在15％之内。
10、根据权利要求6的方法，还包括按照下式(Ⅲ)计算匹配的蛋白质组分与增塑剂组分的自由体积
FV=0.025+αd(T-Tgd)+αp(T-Tgp)          (Ⅲ)其中，FV为自由体积；
αd为增塑剂组分的热膨胀系数；
αp为蛋白质组分的热膨胀系数；
T为参考温度；
Tgp为蛋白质组分的玻璃化转变温度；和
Tgd为增塑剂组分的玻璃化转变温度。
11、根据权利要求6的方法，其中处理掺混物的步骤包括在受控剪切条件下，在约20-140℃下加热掺混物。
12、根据权利要求11的方法，包括在约20-120℃下加热掺混物。
13、根据权利要求11的方法，包括在封闭的混合机或挤出机中处理掺混物。
14、根据权利要求13的方法，包括使掺混物与辊式桨接触。
15、根据权利要求6的方法，进一步包括：
按照下式(Ⅳ)选择用于增塑的蛋白质材料的所需玻璃化转变温度并选择蛋白质组分和增塑剂组分的用量 T gmix = α d α p · V d · ( Tg d - Tg p ) + Tg p - - - ( IV ) 其中，Tgmix为增塑的蛋白质材料的选定玻璃化转变温度；
αd为增塑剂组分的热膨胀系数；
αp为蛋白质组分的热膨胀系数；
Vd为增塑剂组分的体积分数；
Tgd为增塑剂组分的玻璃化转变温度；和
Tgp为蛋白质组分的玻璃化转变温度。
16、根据权利要求6的方法，其中以掺混物总重量计，蛋白质组分的用量至少为40wt％。
17、根据权利要求16的方法，其中以掺混物总重量计，蛋白质组分的用量至少为50wt％。
18、根据权利要求17的方法，其中以掺混物总重量计，蛋白质组分的用量约为60-75wt％。
19、根据权利要求6的方法，其中蛋白质组分为水溶性的。
20、根据权利要求6的方法，其中蛋白质组分为水不溶性的。
21、根据权利要求6的方法，其中蛋白质组分选自谷物蛋白质、动物蛋白质、蛋蛋白质和牛乳蛋白质。
22、根据权利要求21的方法，其中蛋白质组分为选自玉米醇溶蛋白、麦谷蛋白、麦醇溶蛋白和其混合物的谷物蛋白质。
23、根据权利要求21的方法，其中蛋和牛乳蛋白质组分选自明胶、卵清蛋白、乳清蛋白、酪蛋白和酪朊酸钠、乳清及其混合物。
24、根据权利要求6的方法，其中增塑剂组分至少为一种有机增塑剂。
25、根据权利要求24的方法，其中有机增塑剂选自丙二醇、乙二醇、乙酸、乳酸、聚丙二醇、聚乙二醇、甘油和乙醇，及其混合物。
26、根据权利要求19的方法，进一步包括使水溶性蛋白质与交联剂反应形成一种水不溶性蛋白质。
27、一种由权利要求6的方法生产的增塑的蛋白质材料。
28、一种增塑的蛋白质材料，其包含一种蛋白质组分和一种增塑剂组分，其中蛋白质组分与增塑剂组分的固态掺混物在约20-140℃下于受控剪切条件下进行加热，形成增塑的蛋白质材料。
29、根据权利要求28的增塑的蛋白质材料，其中蛋白质组分包括玉米醇溶蛋白、麦谷蛋白或麦醇溶蛋白。
30、根据权利要求28的增塑的蛋白质材料，其中增塑剂组分至少为一种有机增塑剂。
31、一种制备口香糖或糖果组合物的方法，包括：
a)选择一种蛋白质组分；
b)确定由式Ⅰ所限定的蛋白质组分的溶度参数
δ1 2=δD1 2+δP1 2+δH1 2    (Ⅰ)其中，δ1为蛋白质组分的总溶度参数值；
δD1为由蛋白质组分的分散力所贡献的溶度参数值；
δP1为由蛋白质组分的极性力所贡献的溶度参数值；和
δH1为由蛋白质组分的氢键力所贡献的溶度参数值；
c)选择一种增塑剂组分，其具有由下式(Ⅱ)定义的第二溶度参数
δ2 2=δD2 2+δP2 2+δH2 2    (Ⅱ)其中，δ2为增塑剂组分的总溶度参数值；
δD2为由增塑剂组分的分散力所贡献的溶度参数值；
δP2为由增塑剂组分的极性力所贡献的溶度参数值；和
δH2为由增塑剂组分的氢键力所贡献的溶度参数值；其中至少下述一对溶度参数值δ1-δ2、δD1-δD2、δP1-δP2和δH1-δH2相互间在15％之内；
d)使匹配的蛋白质组分与增塑剂组分结合而形成一种掺混物；
e)处理所述的掺混物以形成一种增塑的蛋白质材料，其中增塑剂均匀分散于蛋白质中；和
f)使增塑的蛋白质材料与其它足以形成所述口香糖或糖果组合物的材料结合。
32、根据权利要求31的方法，其中各对溶度参数值相互间在10％之内。
33、根据权利要求31的方法，其中δ1与δ2相互间在15％之内。
34、根据权利要求31的方法，其中δD1与δD2相互间在15％之内。
35、根据权利要求31的方法，还包括按照下式(Ⅲ)计算匹配的蛋白质组分与增塑剂组分的自由体积
FV=0.025+αd(T-Tgd)+αp(T-Tgp)          (Ⅲ)其中，FV为自由体积；
αd为增塑剂组分的热膨胀系数；
αp为蛋白质组分的热膨胀系数；
T为参考温度；
Tgp为蛋白质组分的玻璃化转变温度；和
Tgd为增塑剂组分的玻璃化转变温度。
36、根据权利要求31的方法，其中处理掺混物的步骤包括在受控剪切条件下在约20-140℃下加热掺混物。
37、根据权利要求26的方法，包括在约20-120℃下加热掺混物。
38、根据权利要求36的方法，包括在封闭的混合机或挤出机中处理掺混物。
39、根据权利要求38的方法，包括使掺混物与辊式桨接触。
40、根据权利要求31的方法，进一步包括；
按照下式(Ⅳ)选择用于增塑的蛋白质材料的所需玻璃化转变温度并选择蛋白质组分和增塑剂组分的用量 T gmix = α d α p · V d · ( Tg d - Tg p ) + Tg p - - - - ( IV ) 其中，Tgmix为增塑的蛋白质材料的选定玻璃化转变温度；
αd为增塑剂组分的热膨胀系数；
αp为蛋白质组分的热膨胀系数；
Vd为增塑剂组分的体积分数；
Tgd为增塑剂组分的玻璃化转变温度；和
Tgp为蛋白质组分的玻璃化转变温度。
41、根据权利要求40的方法，其中以掺混物总重量计，蛋白质组分的用量至少为40wt％。
42、根据权利要求41的方法，其中以掺混物总重量计，蛋白质组分的用量至少为50wt％。
43、根据权利要求42的方法，其中以掺混物总重量计，蛋白质组分的用量约为60-75wt％。
44、根据权利要求31的方法，其中蛋白质组分为水溶性的。
45、根据权利要求31的方法，其中蛋白质组分为水不溶性的。
46、根据权利要求31的方法，其中蛋白质组分选自谷物蛋白质、动物蛋白质、蛋蛋白质和牛乳蛋白质。
47、根据权利要求46的方法，其中谷物蛋白质选自玉米醇溶蛋白、麦谷蛋白、麦醇溶蛋白和其混合物。
48、根据权利要求46的方法，其中，蛋和牛乳蛋白质选自明胶、卵清蛋白、乳清蛋白、酪蛋白、酪朊酸钠、乳清及其混合物。
49、根据权利要求31的方法，其中增塑剂组分至少为一种有机增塑剂。
50、根据权利要求49的方法，其中有机增塑剂选自丙二醇、乙二醇、乙酸、乳酸、聚丙二醇、聚乙二醇、甘油和乙醇。
51、根据权利要求44的方法，进一步包括使水溶性蛋白质与交联剂反应形成一种水不溶性蛋白质。
52、由权利要求31的方法生产的口香糖。
53、根据权利要求52的口香糖，其是可生物降解的、可食用的，或者即可生物降解又可食用。
54、由权利要求31的方法生产的糖果组合物。
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