CN1678199A - 不溶蛋白质颗粒 - Google Patents

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Abstract

将不溶变性热稳定蛋白质颗粒用于食品和饮品中。该颗粒易于分散于水悬浮液中并呈现基本上不凝聚的大胶体。在水合状态下，不溶变性热稳定颗粒的优选平均粒径分布范围为约0.1微米到约3.0微米，且少于约5％的颗粒总数的直径超过约3.0微米。颗粒的大多数形状基本上为球形，且具有类似于高热量油脂的充分地光滑性、乳液状的感官性质。此外，这些颗粒的蛋白质不溶度至少约为80％，这可提供热处理中的加工便利。

Description

不溶蛋白质颗粒
                         发明领域
本发明涉及不溶的变性的热稳定蛋白质颗粒及其在食品和饮品中的应用。特别地，本发明涉及由未变性蛋白质和部分变性蛋白质来源制备不溶变性热稳定蛋白质的方法。
                          发明背景
本发明涉及食品和饮品中油脂的补充物和替代物。特别地，本发明涉及能够经受降低生物活性和/或提高微生物稳定性的常规食品和饮品处理的油脂的补充物和替代物。下文将这些过程称为“消毒处理。”此外，本发明涉及具有与预期待补充和替代的油脂相似的光滑性和其它感官性质的油脂补充物和替代物。
富含高热量油脂的食品很受欢迎，构成了许多人饮食的主要部分。但是，从营养的角度来看，由这些高热量油脂专门地制成的食品和饮品不是理想的。这些食品在确保一贯的产品质量方面也提出了许多挑战。其中最引人注意的是确保脂肪对氧化反应的稳定性、防止产生臭味以及潜在的脂水乳液的不稳定性。因而，在寻求这些高热量食品和饮品的营养和处理缺陷方面已经作了大量的努力。
其中一个方法就是简单地减少食品和饮品中高热量油脂的用量。但是，此方法有很大的缺点。虽然从营养的角度看减少高热量油脂的含量是有益的，其简单的减少要受消费者接受的限制。高热量油脂有助于产品的味道和质地。通常来说，为达到显著的营养益处而除去的脂或油的量会对产品的整体味道和质地感觉产生不利的影响。特别地，油脂含量减少的产品会缺乏消费者喜欢的奶油的口感、味浓的感觉和味道效果。
简单降低高热量油脂含量的替代方法是将其替代以适当的低热组合物。但是为了能够广泛接受，这些高热量油脂的任何替代物必须具有与待替代的油或脂很接近的感官性质，其中口感被认为是最重要的。
得到营养上有益的食品的另一方法是用营养上有益的成分对传统食品和饮品进行营养强化。但是，如果传统的食品或饮品缺少理想的感官性质，该产品可能不会被消费者接受。
已发现对含有正常量的感官上优选的油脂的食品补充以可提供消费者需要的奶油的口感、味浓的感觉和味道效果的营养上有益的组合物，可提高营养上有益的食品和饮品的整体消费者接受性。还已发现热稳定变性不溶蛋白质颗粒可以再现用于可提供理想的营养益处的产品中的高热量油脂的质地和其它感官性质。
在蛋白质化学的范围内，变性包括了大范围的蛋白质分子结构(即构象)的改变。可通过将蛋白质溶液加热到高于对每种蛋白质特有的温度和/或通过将其置于热、酸、碱或各种清洁剂中而引起这些构象改变。不可逆变性蛋白质相对于其未变性或原始状态具有降低的溶解性。在最宽的意义上，变性过程包括分子间氢键的断裂，以用更随意的结构代替原始蛋白质的高度有序的结构。虽然变性通常是不可逆的，在某些情况下，视待处理的蛋白质和蛋白质所受的处理而定，是可逆的。
如上所述，蛋白质变性会依照分子水平的各种机理而发生。尽管在朝向变性过程终点的某一点处会发生可由不经外助的人的感觉直接觉察的变化。特别地，这些变化包括胶凝、增稠和发生混浊。将过程的这一阶段在下文中称为“凝结。”
美国专利5,882,705号介绍了含有由缔合和凝结形成的酪蛋白质胶束状分子凝聚体的胶束乳清蛋白质及其在食品中的应用。这些胶束乳清蛋白质具有形状不规则、可溶于水借此形成乳白色的溶液以及在置于酸性环境时缔合或“结块”的性质。这些胶束乳清蛋白质是通过在加热且有一种或多种蛋白质水解酶的存在下、在溶液中水解乳清蛋白质而得到的。然后通过将胶束乳清蛋白质置于酸性环境中使其凝聚。
美国专利4,734,287号介绍了乳品乳清蛋白质的蛋白质水分散大胶体的脂替代物组合物。这些组合物是通过浓缩天然存在的未变性的乳清蛋白质、形成含有基于干重的35％-55％的未变性乳清蛋白质的未变性乳清蛋白质的水分散体、然后在酸性环境中在加热下施加剪切力而制备的。制备的蛋白质水分散大胶体为变性且部分可溶的。但遗憾的是，在加热下它们易于进一步凝聚。
美国专利5,393,550号介绍了含有由碳水化合物、多糖和来自于谷物种子的蛋白质组成的多孔颗粒的脂替代物组合物。还进一步介绍了这些组合物的脂替代物颗粒的尺寸可超过12微米。
美国专利5,330,778号介绍了可用作脂替代物的疏水蛋白质的未变性微粒的制备。这些微粒是由植物蛋白质来源如其未变性状态不溶于水但可溶于醇溶液的醇溶谷蛋白质制备的。虽然传统蛋白质基的油脂替代物具有各种已知的用途，但是将这些蛋白质用于需要长期储藏稳定性的食品和饮品中有很大的困难。此外，传统的蛋白质基的油脂替代物不适用于所有的食品和饮品。首先，本领域中所述的传统蛋白质基油脂替代物在其用途上有限。不管其处理如何，传统的蛋白质只是部分变性的。这些部分变性的蛋白质还具有不能接受的高蛋白质溶解度。现已发现，正是这些加工蛋白质的部分变性和由此引起的部分溶解性使其在加热下易于进一步凝聚，因而不能经受高温消毒过程限制了它们在食品和饮品中的应用。
现已发现，含有传统蛋白质基脂替代物的食品和饮品在置于高温消毒过程中时会产生臭味和不理想的质地和外观。现已发现这一问题部分地与可溶的未变性蛋白质不理想地与需要的不溶蛋白质颗粒共存有关。由于这些未变性的蛋白质经受了变性和降低可溶性，它们还会将自身涂在消毒设备的内表面上。这会降低过程的整体传热效率。此外，当升高消毒温度以保持消毒过产品所需的一致的产品温度时，刚变性的不溶蛋白质开始经受褐变反应，因而会污染已经消毒的产品并产生臭味和不理想的外观和质地效果。此外，置于实现产品消毒所需的温度下会使蛋白质在感官上可接受的饮料粒度范围外继续凝聚，可接受的粒度为约0.1微米到约5.0微米，且少于约2％的颗粒超过约5.0微米。约0.1微米到约3.0微米、且少于约5％的颗粒总数超过约3.0微米的蛋白质凝聚体为更优选的。
此外，上述的传统蛋白质基油脂替代物产品在从产品美感角度看可见的沉淀不能接受的食品和饮品中的应用也是有限的。用作高热量油脂替代物的传统不溶蛋白质在重力下易于沉淀。尽管通过控制粒度可部分地减缓沉淀的速率，不能完全阻止沉淀。从而会产生从产品美感角度看的食品或饮品的可接受的保质期会明显少于从产品味道或质量角度看的可接受的保质期的情况。
最后，上述的传统蛋白质基的油脂替代物产品是在酸性环境中、通常在pH值低于选取的蛋白质的等电点的条件下制备的。这需要在将其用于非酸性食品和饮品中前，必须中和蛋白质颗粒。如果将蛋白质颗粒干燥以用于以后的使用，这可通过除去水而实现。但是，如果蛋白质颗粒为连续生产过程的一部分，在将其加入食品或饮品前必需以另外的步骤中和蛋白质。
因此，本发明的目的是提供含有充分地不含可溶蛋白质物质以在没有显著的进一步的变性、凝聚或褐变反应的情况下经受消毒条件的变性蛋白质颗粒、且可用于常规消毒设备的组合物。
本发明的另一目的是提供尤其当用于消毒饮料组合物中时具有光滑性、乳液状的感官性质的变性不溶热稳定蛋白质颗粒。
本发明的另一目的是提供可抵抗、延缓或减慢重力沉淀的变性不溶热稳定的蛋白质颗粒。
本发明的另一目的是提供由充分地未变性的可溶热不稳定蛋白质来源制备变性不溶热稳定蛋白质颗粒的方法。
本发明的另一目的是提供由部分变性、部分可溶的热不稳定蛋白质来源制备变性不溶热稳定蛋白质颗粒的方法。
本发明的另一目的是提供在不需要在将其加入食品或饮品前中和酸性蛋白质颗粒的环境中、由未变性或部分变性、可溶或部分可溶的热不稳定蛋白质来源制备变性不溶热稳定蛋白质颗粒的方法。
本发明的另一目的是提供含有由未变性或部分变性、可溶或部分可溶的热不稳定蛋白质来源得到的变性不溶热稳定蛋白质颗粒、且具有含有高热量油脂的类似产品具有的光滑性、乳液状感官性质的食品和饮品。
                       发明概要
本发明涉及用于食品和饮品的不溶变性热稳定蛋白质颗粒。本发明的蛋白质颗粒易于分散于水悬浮液中并呈现基本上不凝聚的球形颗粒。在水合状态(即蛋白质在水溶液中充分地饱和)下，不溶变性热稳定蛋白质颗粒的平均颗粒直径分布为约0.1微米到约5.0微米，且少于约2％的颗粒的直径超过约5.0微米。平均颗粒直径分布为约0.1微米到约3.0微米，且少于约5％的颗粒总数的直径超过约3.0微米为更优选的。在水悬浮液中，蛋白质颗粒的大多数(即约70％到约100％)形状基本上为球形，且在水悬浮液中具有类似于高热量油脂的充分地光滑性、乳液状的感官性质。此外，这些含蛋白质颗粒的水悬浮液具有大于约80％、优选地大于约90％、更优选地大于约95％的蛋白质不溶度。
本发明还涉及由部分变性、部分可溶蛋白质来源制备不溶变性热稳定蛋白质颗粒的方法，以及由基本上未变性、可溶的蛋白质来源制备不溶变性热稳定蛋白质颗粒的改良方法。最后，本发明涉及能够在生产中或之后经受热处理的含有本发明的不溶变性热稳定蛋白质颗粒的食品和饮品。
                        发明详述
本发明一般地涉及未变性或部分变性、部分可溶蛋白质成分向适用于高热量油脂的补充物和替代物的变性不溶热稳定蛋白质的转化。
A.术语的定义
关于术语“水合状态”的使用，该术语在此处定义为在水溶液中基本上充分地饱和。
关于术语“大胶体”的使用，该术语在此处定义为一定线性尺寸为约0.05微米到约10.0微米的任何颗粒。
关于术语“变性”的使用，该术语在此处定义为蛋白质的三维构象或结构从更有序的状态转变为有序性较差的状态。关于术语“未变性”的使用，该术语在此处定义为相对于蛋白质的原始状态具有基本上未改变的构象。
关于术语“热稳定”蛋白质颗粒的使用，该术语在此处定义为不导致明显的设备结垢、基本上不沉淀、基本上不凝聚、在食品和饮料消毒过程中置于热变性温度下时不发生明显的褐变反应的蛋白质颗粒。
关于术语“形状上基本上为球形”的使用，该术语在此处定义为包括各种球体形状，包括球形、扁球形或扁长球形体。其中球形为唯一的或主要的形状的组合物为最优选的。但是，本发明的组合物中存在有其它球形是可接受的，但是其中这些其它球形为主要的或唯一的形状的组合物优选性较差。虽然容许，存在有条形的(rodiform)和丝状的颗粒优选性较差。针状颗粒不是优选的。在水合状态下测得的颗粒的直径(在非球形的情况下为长轴)优选地为约0.1到约5.0微米，优选地为约0.1微米到约3.0微米。
关于此处术语“口感”和“感官性质”的使用，可理解这些术语一般地涉及虽然总体上对身体很普通、在舌、口和食道粘膜可特别敏锐地感觉的触感。更确切地说，此处所用的术语“口感”和“感官性质”特别地涉及对细度、粗糙度、光滑度和油脂性的触感有关的感觉。在最容易觉察各种食品和饮料的质地间的细微差别的口腔中可敏锐地感觉到这些触感。
关于术语“不溶”的使用，该术语在此处定义为当在水悬浮液中时、在50X-100X的光学放大率(如由扫描电子显微镜辨别)下或对肉眼可见的性质。可通过将水悬浮液离心而将“不溶”颗粒沉淀或回收。关于术语“蛋白质不溶度”的使用，该术语在此处定义为在水悬浮液或溶液中“不溶”的所有蛋白质颗粒部分。
关于术语“可溶”的使用，该术语在此处定义为当在水悬浮液或溶液中时、在50X-100X的光学放大率(如由扫描电子显微镜辨别)下或对肉眼不可见的性质。可溶物质为在充分离心以分离不溶颗粒后留在溶液中的物质，一般地为约10,000G到约15,000G。关于术语“蛋白质溶解度”的使用，该术语在此处定义为在水悬浮液或溶液中“可溶”的所有蛋白质颗粒部分。蛋白质不溶度和蛋白质溶解度的总和应等于100％。
关于术语“悬浮液”的使用，该术语在此处定义为含有上述定义的术语“不溶”颗粒成分的含水介质。关于术语“溶液”的使用，该术语在此处定义为基本上不含有上述定义的“不溶”颗粒的含水介质。
关于术语“等电点”的使用，该术语在此处定义为各个单独的蛋白质成分的不同等电点的复合曲线的中点。一般认为对于蛋白质术语“等电点”不一定是指单一的点，实际上可为一定范围的点。
关于术语“热处理饮品”的使用，该术语在此处定义为经受包括置于高于或等于加入产品中的一种或多种蛋白质的热变性温度下的消毒处理的饮品。一般认为消毒过程是想要通过将微生物活性减到最小或使其不起作用而延长产品的保质期。此处讨论的消毒处理包括、但不限于基本上消灭所有病原生物的超高温(下文称为UHT)(即在约200°F到约400°F的温度下放置约1秒钟到约5分钟的时间)，以及巴氏灭菌(即在约100°F到约300°F的温度、在压力下放置约5分钟到约3小时的时间)，和可基本上消灭所有能生存的生物的干馏(即在约200°F到约300°F的温度下放置约5分钟到约60分钟的时间)。
关于术语“即溶饮品”的使用，该术语在此处定义为干的、优选地粉末的饮料混合物。通过添加水或其它适当的液体，该即溶饮品“复水”。视需要的饮料类型而定，可理解在即溶饮品复水后可加热，或者在加入前将待加的液体加热，从而形成可饮用的饮品。本发明包括设计成热饮或冷饮的饮品。
关于术语“代替”的使用，该术语在此处定义为至少将天然存在的部分含量的高热量油脂从食品或饮品中除去，并将其代替以此处的蛋白质颗粒以达到类似于原始产品的感官性质。关于术语“补充”的使用，该术语在此处定义为添加具有比得上高热量油脂、食品或饮品中的天然存在量的高热量油脂的感官性质的颗粒或组合物。
除非另外说明，此处的所有百分比都是基于重量的。所有提到的文献都是在相关部分引入供参考。
B.适宜的蛋白质来源
根据本发明可确定，可由各种蛋白质原料制备水合状态下具有基本上光滑、乳液状感官性质的热稳定水分散蛋白质颗粒。考虑到与蛋白质有关的可获得性、花费和味道，特别适用的优选的蛋白质会有所不同。此外，也要考虑蛋白质来源中杂质和其它成分的含量和性质。本发明优选的蛋白质为其未变性状态基本上可溶、置于热变性温度下经受变性和降低可溶性的蛋白质。视选取的蛋白质来源而定，变性的速率和降低可溶性的速率会有所不同。适宜的蛋白质来源包括植物、乳品和其它动物蛋白质来源。来自于适宜的蛋白质来源的适宜蛋白质的代表包括：乳清蛋白质，如β-乳球蛋白质和α-乳清蛋白质；牛血清蛋白质；卵蛋白质，如卵清蛋白质；以及大豆蛋白质，如大豆球蛋白质和伴大豆球蛋白质(conglycinin)。适宜蛋白质的组合也可适用于本发明。
本发明的一个实施方案中，蛋白质来源于乳品蛋白质来源、特别是乳清蛋白质。一般认为适用于本发明的蛋白质来源会含有各种杂质和副产品。例如，乳清蛋白质浓缩物可含有高达40％的乳糖。这些物质的存在不会显著地影响此处的过程。如果需要，可通过传统提取方法制备不含乳糖的产品。
C.蛋白质变性和溶解性
蛋白质的变性为蛋白质的构象由原始未变性状态转变为更无序的排列的过程或一系列过程。蛋白质构象的改变定义为在原始结构中的肽键没有断裂的条件下二级、三级或四级构象的任何改变。变性可局限在蛋白质的特定部位，或者可发生在整个分子上。蛋白质变性可伴随有变性蛋白质的一个或多个特性的丧失，如由于暴露疏水基团导致溶解性下降、水结合能力改变以及对酶攻击的敏感性增大。
热是能够导致蛋白质变性的最常见的物理因素。变性的速率主要取决于温度。在热变性温度范围内的10℃(50°F)的温升可使变性速率增大约600倍。食物蛋白质的功能特性受加热温度以及加热速率和加热时间的影响。这些参数的改变既影响蛋白质的宏观结构属性又影响其微观结构属性。
蛋白质的溶解性由分子间斥力和引力的精确的平衡而控制。这些力取决于蛋白质和水的结构且受溶剂条件的影响。可减小蛋白质和水分子间的相互作用的任何条件可降低蛋白质的溶解性(即提高蛋白质的不溶性)。例如，亲水基团暴露在蛋白质分子和水之间的界面会导致蛋白质溶解性下降。热变性的一个主要结果是蛋白质溶解性的下降。但是，蛋白质溶解性的下降并不直接与蛋白质变性的程度成比例。置于热变性温度下有可能足以改变蛋白质的构象状态，但是不足以将蛋白质和水分子间的分子间力改变到改变蛋白质溶解性的程度。在这些情况下，尽管已变性，蛋白质颗粒会仍然保持略微可溶。
D.不溶变性蛋白质的形成
制备适当尺寸的变性乳清蛋白质颗粒以模仿高热量油脂的感官性质的传统方法包括在水溶液中形成含有约35％到约55％的基本上未变性的乳清蛋白质的乳清蛋白质浓缩物的步骤。将溶液的优选的pH值调节到约3.7到约4.2，优选地比使用任何食品级酸的乳清蛋白质的等电点至少低一个单位。将溶液加热到约95℃(203°F)。还用适当的搅拌器以约100,000 1/秒到约750,000 1/秒的速率施加约5分钟的剪切力。
此传统方法足以制备含有基本上不凝聚的球形变性乳品乳清蛋白质颗粒的水分散的大胶体的乳清蛋白质颗粒，干燥状态的平均粒径分布为约0.1微米到约5.0微米，且少于约2％的总颗粒数直径超过5.0微米，优选地为约0.1微米到约3.0微米，且少于约5％的总颗粒数直径超过3.0微米。但是，这样形成的部分变性的乳清蛋白质组合物的平均蛋白质溶解度约为40％(即平均蛋白质不溶度约为60％)。这些传统蛋白质组合物可从Chicago，Illinois的Nutrasweet公司以商品名Simplesse 100购得。
现已发现此蛋白质溶解度会导致上述与含有这些蛋白质组合物的热消毒产品有关的问题。本发明提供进一步降低这些组合物中的蛋白质溶解度的方法，由此可将蛋白质不溶度提高到超过约80％的范围。
在本发明的一个实施方案中，在一过程中将含有未变性可溶蛋白质颗粒、优选地乳清蛋白质的组合物变性并降低溶解性，其中在总固体含量为约20％重量、干重基的未变性蛋白质颗粒含量小于约34％、优选地干重基小于约21％的的水溶液中，将含有未变性蛋白质的组合物浓缩。将溶液的pH值调节到正降低溶解性的蛋白质的等电曲线的上半部分。pH值范围在约5.5到约7.5为优选的。pH值范围在约6.1到约6.3为特别优选的。可通过选取具有可接受的pH值的适当的含水介质达到需要的pH值，pH值范围在约5.5到约7.5的水为优选的。或者，可用任何食品级的碱调节溶液的pH值。碳酸盐、碳酸氢盐和磷酸钾为优选的。氢氧化钠和氢氧化钾为特别优选的。
然后视选取蛋白质的热变性温度和需要的不溶度而定，经约5分钟到约120分钟，将溶液加热到约75℃(167°F)到约120℃(248°F)的温度。加热中，机械能施加到溶液中。施加的机械能的确切类型视选取的蛋白质来源、需要的粒径分布范围、需要的蛋白质不溶度、可用的设备以及其它加工参数而定。适用于本发明的机械能的适当形式包括高剪切混和(优选地以约100,000 1/秒到约750,000 1/秒的速率施加)、均化(优选地以超过约5000psi(351.55kg/cm2)的压力单级操作，更优选地以低于约6000psi(421.86kg/cm2)的压力双级操作)、胶体研磨(优选地以约1微米到约20微米的间隙操作)及其组合。当蛋白质变性后，形成了需要的蛋白质颗粒的悬浮液。高剪切混和和均化的组合以确保最终的溶液中得到均匀的混合物为特别优选的。
优选地在加热下施加机械能。可以单级或多级施加机械能。确切的时间视选取的蛋白质、优选的蛋白质不溶度以及需要的粒径分布范围而定。优选地在将蛋白质变性和降低溶解性时施加机械能。优选地，最终的粒径分布范围为约0.1微米到约5.0微米，且少于约2％的颗粒超过约5.0微米。更优选地，粒径分布范围为约0.1微米到约3.0微米，且少于约5％的颗粒超过约3.0微米。更优选地，粒径分布范围为约0.1微米到约2.0微米，且少于约2％的颗粒超过约3.0微米。必需的确切的粒径分布范围要视优选的感官性质和预期的食品或饮品而定。例如固体或半固体食品如干酪和酸奶对于粒径超过约5.0微米的变性不溶热稳定蛋白质颗粒具有更高的容许量。这是因为在该食品中存在有直径超过约5.0微米的其它固体颗粒。由于担心沉淀以及超过约5.0微米的颗粒的可感觉的不利的感官影响(即砂性)，低粘度的饮品、如本发明的即饮和即溶饮品需要平均直径小于约5.0微米的粒径分布范围。为避免“清淡”的感觉，这些上述的饮品优选地具有平均直径超过约0.1微米的粒径分布范围。
一旦达到了需要的粒径分布范围和优选地大于约80％、更优选地大于约90％、更优选地大于约95％的所需蛋白质不溶度，将得到的含有具有需要的蛋白质不溶度的进一步变性热稳定蛋白质颗粒的悬浮液迅速地冷却到低于热变性温度。优选地在少于约3小时、更优选地少于约2小时、更优选地少于约1小时之内将产品冷却到低于热变性温度。这可将除去机械能随后的蛋白质颗粒间可能发生的凝聚减到最小。在少于约1小时、更优选地少于约30分钟内实现冷却到低于约70℃(158°F)的优选温度。
一旦悬浮液冷却后，可将其干燥，优选地通过喷雾干燥，或储存在溶液中待以后使用。或者，可在食品和饮品生产中直接使用悬浮液。
在本发明的另一实施方案中，在一过程中将含有部分变性、部分可溶蛋白质颗粒、优选地乳清蛋白质的蛋白质来源进一步变性并降低溶解性，其中在悬浮液中将部分变性、部分可溶的蛋白质来源浓缩。pH值、混和等等条件如上所述。溶液中部分可溶蛋白质颗粒为少于约30％的干重基、优选地少于约25％的干重基、更优选地少于约21％的干重基。悬浮液中的不溶蛋白质颗粒为大于约25％的干重基、优选地大于约30％的干重基、更优选地约32％的干重基。优选类型的适宜的部分变性、部分可溶的乳清蛋白质来源可从Chicago，Illinois的NutraSweet公司以商品名Simplese 100购得。
在上述过程中，选取溶液的目标pH值为正完全降低溶解性的一种或多种蛋白质的等电曲线的上半部分。通过选取具有适当pH值的含水介质、或通过使用可接受的食品级碱实现目标pH值。pH值范围在约5.5到约7.5为优选的。pH值范围在约6.1到约6.3为特别优选的。然后视选取一种或多种蛋白质的热变性温度和需要的不溶度而定，将溶液加热到约75℃(167°F)到约120℃(248°F)的温度。加热中，机械能施加到溶液中。选取的机械能的确切形式视选取蛋白质的一种或多种来源、需要的粒径分布范围、需要的蛋白质不溶度、可用的设备以及其它加工参数而定。适用于本发明的机械能的适当形式包括高剪切混和(优选地以约100,000 1/秒到约750,000 1/秒的速率施加)、均化(优选地以超过约5000psi(351.55kg/cm2)的压力单级操作，更优选地以低于约6000psi(421.86kg/cm2)的压力双级操作)、胶体研磨及其组合。高剪切混和和均化的组合以确保溶液中得到均匀的混合物为特别优选的。
优选地在加热下、并且优选地以超过15分钟的时间施加机械能。确切的时间视选取的一种或多种蛋白质、优选的蛋白质不溶度、需要的粒径分布范围以及需要的蛋白质颗粒的浓度而定。这些问题在混和领域是众所周知的，操作范围可通过常规试验来确定。优选地，粒径分布范围为约0.1微米到约5.0微米，且少于约2％的颗粒超过约5.0微米。更优选地，粒径分布范围为约0.1微米到约3.0微米，且少于约5％的颗粒超过约3.0微米。更优选地，粒径分布范围为约0.1微米到约2.0微米，且少于约2％的颗粒超过约3.0微米。必需的确切的粒径分布范围要视优选的感官性质和预期的食品或饮品而定。可以单级或多级施加机械能。
一旦达到了需要的粒径分布范围和需要的蛋白质不溶度(优选地大于约80％、更优选地大于约90％、更优选地大于约95％、更优选地大于约98％)，将含有具有需要的蛋白质不溶度的进一步变性热稳定蛋白质颗粒的悬浮液冷却。优选地将含有变性不溶热稳定蛋白质的悬浮液迅速地冷却到低于热变性温度。这可减小除去机械能随后的蛋白质颗粒间发生任何凝聚的可能性。在6小时之内、优选地在少于约3小时、更优选地少于约1小时之内将产品冷却到低于约70℃(158°F)的优选温度。一旦悬浮液冷却后，可将其干燥，优选地通过喷雾干燥，或以悬浮液储存待以后使用。或者，可在食品和饮品生产中直接使用悬浮液。
E.悬浮促进剂
受重力影响，用作高热量油脂的替代物的种类的传统不溶蛋白质易于沉淀。可以由液体悬浮介质的粘性导致的颗粒的阻力、不溶颗粒的密度和悬浮液中颗粒的分子间斥力的函数度量食品和饮品中不溶颗粒的沉淀速率。对这些参数的谨慎的控制可以减缓或者甚至阻止沉淀的速率。因而，优选地将能够影响如阻力和分子间斥力的这些因素的悬浮促进剂加入本发明的食品和饮品、如即饮和速溶饮品中。
1.斥力诱导悬浮促进剂
促进颗粒之间的斥力的悬浮促进剂有助于在用于制备食品或饮品的含水介质中分散和悬浮本发明不溶变性热稳定蛋白质颗粒。
不受理论的限制，通常认为斥力诱导悬浮促进剂与不溶变性热稳定蛋白质颗粒的外部疏水基团(巯基)键合。这一疏水键给予变性不溶蛋白质颗粒净的正电荷，从而排斥其它荷正电的变性不溶蛋白质颗粒。这种斥力效应导致了不溶变性蛋白质颗粒的重力上稳定的悬浮液。
这些适宜的、可摄取的斥力诱导悬浮促进剂的例子包括长链脂肪酸的甘油一酸酯和甘油二酸酯，优选地饱和脂肪酸、更优选地硬脂酸和棕榈酸的甘油一酸酯和甘油二酸酯。其它适宜的斥力诱导悬浮促进剂包括卵磷脂、聚甘油酯、山梨糖醇酐酯、蔗糖酯、聚乙氧基甘油、乳酰基甘油一酸酯和甘油二酸酯、聚甘油酯、山梨糖醇酐酯、二乙酰酒石酸的甘油一酸酯和甘油二酸酯、柠檬酸的甘油一酸酯、硬脂酰-2-乳酸酯、聚山梨醇酯、琥珀酰甘油一酸酯、乙酰甘油一酸酯、乙氧基甘油一酸酯、卵磷脂及其混合物。蔗糖单酯为用于本发明的食品和饮品中的优选的斥力诱导悬浮促进剂；蔗糖棕榈酸酯为特别优选的。丙二醇酯也可用于这些食用混合物中。
本发明的即饮饮品优选地含有基于重量对重量百分比的约0.1％到约1％的斥力诱导悬浮促进剂。或者且同样优选，可以斥力诱导悬浮促进剂对蛋白质颗粒的比来度量斥力诱导悬浮促进剂的浓度。优选地，本发明的即饮饮品的斥力诱导悬浮促进剂对蛋白质颗粒的比为约0.03∶1到约0.25∶1。
2.粘度影响悬浮促进剂
可影响粘度的悬浮促进剂有助于在仍保持用于制备食品或饮品的含水介质的流体性质的同时，消除本发明的不溶变性热稳定蛋白质颗粒经受的阻力。粘度影响悬浮促进剂在产品静止(即没有剪切力)时增大食品或饮品的粘度，通过施加少量的剪切(“剪切稀释”)减小食品或饮品的粘度，这可通过摇动、搅拌或倾倒而实现。
用于本发明的粘度影响悬浮促进剂由碳水化合物聚合物组成。不受理论的限制，通常认为由含有粘度影响悬浮促进剂的产品表现出的静止状态(即没有剪切力)的粘度增大是形成松散基体的结果。粘度影响悬浮促进剂中的碳水化合物聚合物可表现出离子诱导的缔合，从而形成松散的基体。如此形成的松散的基体结构能够使本发明的蛋白质颗粒悬浮几个月或更长的时间。
但是，通过施加在摇动、搅拌或倾倒产品中产生的少量的剪切，松散基体中的碳水化合物聚合物开始分离，相互之间重新取向。这会使基体打开并导致食品或饮品的粘度减小。施加的剪切越大(即用增强的力摇动产品)，粘度降低的越多。视施加的剪切的量而定，含有粘度影响悬浮促进剂的食品或饮品的粘度可最终接近于不含这些悬浮促进剂的类似食品或饮品的粘度。
这些适宜的粘度影响悬浮促进剂的例子为黄原胶、瓜尔胶、角叉菜胶、洁冷胶及其混合物。洁冷胶可特别优选地用于本发明的即饮和速溶饮料配方中。
本发明的即饮饮品优选地含有基于重量对重量百分比的约0.001％到约0.5％的粘度影响悬浮促进剂。
由于饮料制备和食用的时间接近，技术上一般不大关心消费者制备并食用的速溶饮品中的重力沉淀的问题。但是，在沉淀问题受关注的应用中，本发明的速溶饮品会含有斥力诱导悬浮促进剂、粘度影响悬浮促进剂或其混合物。由可食用状态的饮品的最终配方，可容易地计算基于干重或上述比值的这些悬浮促进剂的浓度。
F.实施例
下面的实施例进一步介绍和说明了本发明范围内的实施方案。这些实施例只是为了说明的目的给出，不应理解为本发明的限制，因为在不违背本发明的精神和范围的前提下它的许多变更都是可能的。用于测量溶解度和粒径的分析方法在本领域是众所周知的，为了读者的方便在下文中给出。
I.测量粒径的方法
本发明的大胶体蛋白质颗粒的粒径分布是用HORIBA LA-910激光散射粒径分布分析仪测定的。测定了表征粒径分布、平均和中值的两种类型的分布。体积分布用于反映结构变化和少数大颗粒的影响。体积分布通常用双峰(有时三峰)曲线表示。数分布用于度量给定中值粒径的颗粒的数量。一般地，数分布结果为由其中值正确表征的单峰。对于感官性质如口感，直径小于约5微米的颗粒的中值和平均粒径之间没有明显的差别。但是，优选地用平均粒径量度表示溶液或悬浮液中的平均粒径。通过制备1ml到2ml的试样并按照设备制造商推荐的程序测定粒径分布。
II.测定蛋白质溶解度的方法
通过将蛋白质溶液与Coomassie Brilliant Blue G-250染料反应，测定本发明的蛋白质颗粒的溶解度。染料与蛋白质结合并形成颜色变化的复合物。将蛋白质颗粒的分散液离心，直到基本上所有的固体从溶液中沉淀出来并形成固体球粒。将0.05ml的上清液试样与1.5ml的Coomassie Brilliant Blue G-250混和。用Milton Roy公司的Spectronic 601分光光度计在595nm处读取混合物的吸光度。由用纯蛋白质和仪器制造商说明书中所述的方法得到的校准曲线(蛋白质浓度mg/ml对吸光度)上读取蛋白质浓度。
实施例1
在4000ml的烧杯中制备了部分含有不溶颗粒、部分含有乳清蛋白质(Simplesse100)的约20％重量的蛋白质来源和约80％重量的约70°F(21.11℃)的水的3升混合物。用IKA ULTRA-TURRAX T-50高剪切搅拌机在5200rpm的转速下将混合物在持续的高剪切搅拌下加热到约170°F(76.66℃)。在连续施加高剪切搅拌下，将混合物在约170°F(76.66℃)保持约30分钟，然后冷却到至少约90°F(32.22℃)的温度。然后用在约为7000psi(492.17kg/cm2)的压力下单级操作的APV Gaulin均化器将混合物搅匀。将均化步骤重复三次。得到的蛋白质颗粒的蛋白质不溶度约为80％，平均粒径分布范围为约0.1微米到约3.0微米，且少于约5％的总颗粒数直径超过约3.0微米。
实施例2
在WARING重型实验室搅拌器中通过混和乳清蛋白质和水制备了15加仑实施例1的初始混合物，并将混合物转移到配有搅拌器的25加仑的罐中。将混合物泵送到管式换热器和NIRO-SOAVI型NS2006H均化器并循环回到罐中。将混合物加热到约170°F(76.66℃)并在约为500/5500psi(31.16/386.71kg/cm2)的压力下双级操作的均化器中搅匀。进行约30分钟的均化后，在通过换热器和均化器保持循环的同时，经约30分钟将混合物冷却到约90°F(32.22℃)。得到的蛋白质颗粒的蛋白质不溶度约为80％，平均粒径分布范围为约0.1微米到约3.0微米，且少于约5％的总颗粒数直径超过约3.0微米。
实施例3
在配有高剪切桨叶的50加仑的BREDO Likwifier中通过混和乳清蛋白质和水制备了45加仑实施例1的初始混合物，并将混合物转移到配有搅拌器的100加仑的罐中。将混合物泵送到管式换热器和NIRO-SOAVI型NS2006H均化器并循环回到罐中。将混合物加热到约210°F(98.88℃)并在约为500/5500psi(35.16/386.71kg/cm2)的压力下双级操作的均化器中搅匀。进行约150分钟的均化后，在通过换热器和均化器保持循环的同时，经约30分钟将混合物冷却到约90°F(32.22℃)。得到的蛋白质颗粒的蛋白质不溶度约为90％，平均粒径分布范围为约0.1微米到约3.0微米，且少于约5％的总颗粒数直径超过约3.0微米。
实施例4
按照下面的程序，用本发明的蛋白质颗粒制备10加仑份量的即饮咖啡味道的饮品：
将2％的脂肪酸的蔗糖酯(P1670，RYOTO)加入实施例2的最终的大胶体分散液中。在6000psi(421.86kg/cm2)的压力下、单级操作的APV Gaulin均化器中将混合物搅匀。将得到的乳清蛋白质分散液与表1的咖啡味道的饮品成分混和。
表1
成分 ％
水 28.26
奶 50.0
实施例4的乳清蛋白质/蔗糖酯分散液 15.0
咖啡提取物(9.0％固体) 2.5
甜味剂(果糖、蔗糖、麦芽、乙酰舒泛K) 3.5
绿茶粉 0.15
胶质(黄原胶、瓜尔胶和) 0.03
香料 0.5
咖啡因 0.014
维生素/矿物质预混合料 0.046
将成分在10加仑的罐中混和，并在配有在500/2500psi(35.16/175.78kg/cm2)的压力下双级操作的NIRO-SOAVI型NS2006H均化器的UHT/HTST Microthermics实验室装置中，在287°F(141.66℃)下经受UHT处理6秒钟。然后在无菌条件下，在配有高效净化空气(HEPA)空气过滤器的Microthermics Clean Fill Hood中将咖啡味道的饮品包装。45天后，经目测检查，咖啡味道的即饮饮品没有沉淀的迹象。
实施例5
按照下面的程序，用本发明的大胶体蛋白质颗粒制备10加仑份量的即饮咖啡味道的饮品：
将2％的脂肪酸的蔗糖酯(P1670，RYOTO)加入实施例2的最终的大胶体分散液中，并在约6000psi(421.86kg/cm2)的压力下、单级操作的APV Gaulin均化器中将其搅匀。将得到的乳清蛋白质与实施例4中表1的咖啡味道的饮品成分混和。
在20加仑的罐中将含有蔗糖酯和表1中成分的蛋白质分散液混和。将此组合物装在密封在备有注蒸汽设置的密封器的12盎司的玻璃瓶中，以通过密封和水-气界面处的蒸汽凝液产生真空。在连续的搅拌下，将密封的玻璃瓶放在曲颈瓶中，并在约250°F(121.11℃)下处理约5分钟。
实施例6
制备了3升含水的蛋白质/碳水化合物混合物。该含水混合物含约20％重量的依照表2制备的蛋白质/碳水化合物混合物，以及约80％重量的约70°F(21.11℃)的水。在烧杯中制备了4000ml的试样。
表2
成分 ％(d.b.)
可溶未变性蛋白质 60
蔗糖 30
麦芽糖糊精(M100) 10
用在约5200rpm的转速下操作的IKA ULTRA-TURRAX T-50高剪切搅拌机将试样在持续的高剪切搅拌下加热到约190°F(87.77℃)。在连续施加高剪切搅拌下，将试样在约190°F(87.77℃)保持约30分钟，然后经约30分钟冷却到约90°F(32.22℃)的温度。用在7000psi(492.17kg/cm2)的压力下单级操作的APV Gaulin均化器将试样搅匀。将均化步骤重复三次。得到的本试样的热稳定变性蛋白质颗粒的蛋白质不溶度约为90％，平均粒径分布范围为约0.1微米到约3.0微米，且少于约5％的总颗粒数直径超过约3.0微米。
实施例7
按照下面的程序，用本发明的热稳定蛋白质颗粒制备10加仑份量的即饮咖啡味道的饮品：
将表3的成分在10加仑的罐中混和，并在配有在500/2500psi(35.16/386.71kg/cm2)的压力下双级操作的NIRO-SOAVI型NS2006H均化器的UHT/HTST Microthermics实验室装置中，在287°F(141.67℃)下经受UHT处理6秒钟。
表3
成分 ％
水 33.26
奶 50.0
乳清蛋白质分散液(来自实施例) 10.0
咖啡提取物(9.0％固体) 2.5
甜味剂 3.5
绿茶 0.15
洁冷胶 0.03
香料 0.5
咖啡因 0.014
维生素/矿物质预混合料 0.046
然后在无菌条件下，在配有高效净化空气(HEPA)空气过滤器的Microthermics Clean Fill Hood中将得到的咖啡味道的饮品包装。45天后，经目测检查，咖啡味道的即饮饮品没有沉淀的迹象。
实施例8
按照下面的程序，用本发明的热稳定蛋白质颗粒制备10加仑份量的即饮咖啡味道的饮品：
将表4的成分在10加仑的罐中混和，并在配有在500/2500psi(35.16/175.78kg/cm2)的压力下双级操作的NIRO-SOAVI型NS2006H均化器的UHT/HTST Microthermics实验室装置中，在287°F(141.67℃)下经受UHT处理6秒钟。
表4
成分 ％
水 23.24
奶 60.0
乳清蛋白质分散液(来自实施例) 10.0
咖啡提取物(9.0％固体) 2.5
甜味剂 3.5
绿茶 0.15
洁冷胶 0.05
香料 0.5
咖啡因 0.014
维生素/矿物质预混合料 0.046
然后在无菌条件下，在配有高效净化空气(HEPA)空气过滤器的Microthermics Clean Fill Hood中将得到的咖啡味道的饮品包装。45天后，经目测检查，咖啡味道的即饮饮品没有沉淀的迹象。
实施例9
按照下面的程序，用本发明的热稳定蛋白质颗粒制备10加仑份量的即饮咖啡味道的饮品：
将表5的成分在10加仑的罐中混和，并在配有在500/2500psi(35.16/175.78kg/cm2)的压力下双级操作的NIRO-SOAVI型NS2006H均化器的UHT/HTST Microthermics实验室装置中，在287°F(141.67℃)下经受UHT处理6秒钟。
表5
成分 ％
水 30.75
奶 50.0
乳清蛋白质分散液(来自实施例) 10.0
咖啡提取物(9.0％固体) 2.5
甜味剂 6.0
绿茶 0.15
洁冷胶 0.03
角叉菜胶 0.01
香料 0.5
咖啡因 0.014
维生素/矿物质预混合料 0.046
然后在无菌条件下，在配有高效净化空气(HEPA)空气过滤器的Microthermics Clean Fill Hood中将得到的咖啡味道的饮品包装。45天后，经目测检查，咖啡味道的即饮饮品没有沉淀的迹象。
实施例10
按照下面的程序，用本发明的热稳定蛋白质颗粒制备10加仑份量的即饮咖啡味道的饮品：
将表6的成分在10加仑的罐中混和，并在配有在500/2500psi(35.16/175.78kg/cm2)的压力下双级操作的NIRO-SOAVI型NS2006H均化器的UHT/HTST Microthermics实验室装置中，在287°F(141.67℃)下经受UHT处理6秒钟。
表6
成分 ％
水 33.36
奶 50.0
乳清蛋白质/蔗糖酯分散液(来自实施例4) 10.0
咖啡提取物(9.0％固体) 2.5
甜味剂 3.5
绿茶 0.15
洁冷胶 0.03
香料 0.5
咖啡因 0.014
维生素/矿物质预混合料 0.046
然后在无菌条件下，在配有高效净化空气(HEPA)空气过滤器的Microthermics Clean Fill Hood中将得到的咖啡味道的饮品包装。6个月后，咖啡味道的即饮饮品没有沉淀的迹象。
实施例11
按照下面的程序，用本发明的蛋白质颗粒制备10加仑份量的即饮茶味道的饮品：
表7
成分 ％(d.b.)
水 28.91
奶 50.0
实施例2的乳清蛋白质 15.0
速溶茶 2.0
甜味剂 3.5
洁冷胶 0.03
香料 0.5
咖啡因 0.014
维生素/矿物质预混合料 0.046
将表7的成分在20加仑的罐中混和，并在配有在500/2500psi的压力下双级操作的NIRO-SOAVI型NS2006H均化器的UHT/HTSTMicrothermics实验室装置中，在287°F下经受UHT处理10秒钟。在热处理后，在无菌条件下，在配有高效净化空气(HEPA)空气过滤器的Microthermics Clean Fill Hood中将茶味道的饮品包装。45天后，经目测检查，咖啡味道的即饮饮品没有沉淀的迹象。
实施例12
按照下面的程序，用本发明的蛋白质颗粒制备10加仑份量的即饮果汁味道的饮品：
表8
成分 ％(d.b.)
水 40.76
橙汁 40.0
实施例2的乳清蛋白质 15.0
甜味剂 3.5
绿茶 0.15
洁冷胶 0.03
香料 0.5
咖啡因 0.014
维生素/矿物质预混合料 0.046
将表8的成分在20加仑的罐中混和，并在配有在500/2500psi的压力下双级操作的NIRO-SOAVI型NS2006H均化器的UHT/HTSTMicrothermics实验室装置中，在287°F下经受UHT处理10秒钟。在热处理后，在无菌条件下，在配有高效净化空气(HEPA)空气过滤器的Microthermics Clean Fill Hood中将果汁味道的饮品包装。45天后，经目测检查，咖啡味道的即饮饮品没有沉淀的迹象。
现已介绍了本发明的几个实施方案，本领域的技术人员应很清楚上述的只是说明性的不是限制性的，只是为了例证而给出。认为许多其它的实施方案和变更在由附加权利要求界定的本发明的范围内。

Claims (11)

1.组合物，含有基本上不凝聚的变性蛋白质颗粒，其水合状态的平均粒径分布范围为约0.1微米到约5.0微米，且少于约2％的总颗粒数直径超过约5.0微米，其中该颗粒的大部分形状基本上为球形，该颗粒在水合状态下具有基本上光滑、脂肪的、乳液状的感官性质，该颗粒的蛋白质不溶度至少约为80％，该组合物含有不超过约20％重量的可溶蛋白质物质。
2.权利要求1的颗粒，其中该蛋白质不溶度至少约为90％，该组合物含有不超过约10％重量的可溶蛋白质物质。
3.权利要求1或2的颗粒，其中该变性蛋白质选自于乳品蛋白质、动物蛋白质、植物蛋白质及其混合物。
4.上述权利要求中任何一项的颗粒，其中该变性蛋白质为乳品乳清蛋白质，且其中该变性蛋白质颗粒在水合状态下的平均粒径分布范围为约0.1微米到约3.0微米，且少于约5％的总颗粒数直径超过约3.0微米。
5.上述权利要求中任何一项的颗粒，其中该颗粒由含水介质制备，其中：
(a)该含水介质的pH值范围为约5.5到约7.5；
(b)含水介质的基于干重的总蛋白质含量为约40％到约60％且含有；
(i)含量大于约50％总蛋白质的不溶变性蛋白质成分；
(ii)含量小于约50％总蛋白质的可溶变性蛋白质成分；和
(iii)非必需地含量小于约50％总蛋白质的未变性蛋白质成分。
6.制备热稳定不溶变性蛋白质颗粒的方法，包括在热变性温度下、在含水介质中、pH值在该未变性蛋白质颗粒的等电曲线的上半部分中、在施加机械能的条件下加热选自于乳品蛋白质、植物蛋白质、动物蛋白质及其混合物的未变性蛋白质颗粒的步骤，其中选取该机械能以促进水合状态下平均直径为约0.1微米到约3.0微米、且少于约5％的总颗粒数的直径超过约3.0微米的蛋白质颗粒的形成。
7.降低蛋白质溶解性的方法，包括在热变性温度下、在水溶液中、pH值在该蛋白质的等电曲线的上半部分中、在施加机械能的条件下加热选自于乳品蛋白质、植物蛋白质、动物蛋白质及其混合物的部分变性、部分可溶蛋白质颗粒的步骤，其中选取该机械能以促进水合状态下平均直径为约0.1微米到约3.0微米、且少于约5％的总颗粒数的直径超过约3.0微米的蛋白质颗粒的形成。
8.权利要求5或6的方法，其中该机械能选自于高剪切搅拌、均化及其组合，其中该温度高于约60℃(140°F)，该pH值范围为约5.5到约7.5。
9.权利要求6、7或8的方法，其中该机械能为在约450,000l/分到约600,000l/分的范围内施加至少约15分钟的高剪切搅拌。
10.热处理饮品，含有：
(a)热稳定不溶变性蛋白质颗粒成分，水合状态下的平均粒径分布范围为约0.1微米到约3.0微米，且少于约5％的该颗粒总数直径超过约3.0微米，其中该蛋白质颗粒成分的蛋白质不溶度小于约20％；
(b)含水载体；和
(c)非必需的香料成分。
11.权利要求10的热处理饮品，其中该热处理饮品为即饮咖啡味道的饮料，其中该蛋白质颗粒成分选自于乳品蛋白质、植物蛋白质、动物蛋白质及其混合物，其中该热处理饮品还含有选自于斥力诱导悬浮促进剂、粘度影响悬浮促进剂及其混合物的悬浮促进剂。
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