CN1956999B - 从咖啡中分离阿拉伯半乳聚糖 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及从咖啡豆中提取阿拉伯半乳聚糖的方法,包括用10到95℃的水预处理咖啡豆两小时到1周之间并且随后酶促水解完整的或研磨的生的或烘培的咖啡豆从而得到包含部分水解的咖啡豆和阿拉伯半乳聚糖的含水分散体。另外,本发明也包括源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖产品的用途,其中源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖用于如玻璃态基质、纯的可溶咖啡和饮料组合物。
Description
发明领域:
本发明涉及从咖啡中提取阿拉伯半乳聚糖的方法、源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖的用途和包含此类阿拉伯半乳聚糖产品的用途。
背景和现有技术:
仅次于营养价值和安全性,食品的感官质量是决定消费者接受食物产品的最重要的因素。例如,除了其生理学作用外,咖啡饮料的感官特征也受到推崇。这些感官特征中最重要的是咖啡的香味和味道,但是其它的如饮料的口感和它的视觉外观也是重要的。
在可溶咖啡中,通常尝试尽可能如实地重建新鲜生产的烘培和研磨咖啡的感官特征。有时候,在可溶咖啡的开发和生产中,主要集中在开发不同于常规烘培和研磨咖啡的感官特征,但是目标是不变的,即以最满足消费者喜好的方式最优化可溶咖啡的感官曲线(sensory profile)。
可溶咖啡的感官特征以复杂的方式取决于在其制造中使用的咖啡混合物、其烘培条件、干燥技术、粉末的储存条件、以及消费者制备可溶咖啡的方式。由于对于可溶咖啡的一些感官特征已很好地建立了可溶咖啡感官特征与化学、结构以及物理性质之间的关联,这促进了当前的可溶咖啡的开发。
例如,已知通过在一定范围内优化饮料的黏滞性能增强咖啡的口感。一般的流变学知识是溶液或分散体的黏滞性主要受其高分子量组成成分影响,在食物中通常指的是水胶体(hydrocolloid)并且通常由碳水化合物组成。
感官特征与相关的物理、结构和化学参数之间的关系并不总是如在饮料口感的情形中一样如此简单,尽管仍然可以在很多更复杂的情形下定量详细说明这一关系。例如,可溶咖啡饮料香味的重要感官特征是大约800种易挥发化合物的复杂但平衡的混合物对嗅上皮影响的结果。已知这800种化合物的很多物理化学和感官特性并且还知道它们如何对咖啡的香味特征起作用。易挥发的香味化合物(aroma compounds)主要在烘培过程中形成并且部分掺入最终的可溶咖啡产品中。在饮料的制备过程中,可溶咖啡产品溶解并且这些香味化合物通过一些中间步骤释放到嗅上皮。
可溶咖啡如纯可溶咖啡所遇到的一个关键问题是其香味料浓度和质量随着粉末的储存时间而降低。即使在接近最佳储存条件下(低的含湿量和环境温度)和在可溶咖啡常规的保存期限(通常1年到3年)期间,也会表现出香味料强度和质量的这种降低。但是,在不利的储存条件如高湿度水平或增高的温度下这种情况会更加严重。另外,对于易感受的香味料而言,这尤其是问题。因此,希望提供保护咖啡中易感受的香味料的方法。
已知易感受的香味料可以通过包封或包埋入玻璃态碳水化合物基质中来保护。此保护通常是不完全的,并且对一种香味化合物和另一种的保护程度也不同,但是这一被称作香味料玻璃态包封的整体作用是其质量保持明显好于未包封的香味料质量。香味料的玻璃态包封总是使用非晶形状态的碳水化合物完成。
但是不希望向咖啡中加入单独的组分。首先由于规定要求,在纯可溶咖啡的制造中,这类碳水化合物不能来源于通常所接受的植物来源如淀粉,而是它们应该来自咖啡自身。其次,添加新组分经常会增加复杂度和制造成本。令人惊讶的,本发明人已经发现了这种碳水化合物确实可以从咖啡中提取并且可用于所述的目的。
总之,确实还存在对这样的方法的明确需要,所述方法允许最优化可溶咖啡的感官特征,特别是它的口感和香味作用以及包括香味新鲜在内的香味质量。主要的重要性是这些方法在可溶咖啡的制造和销售中应该是允许的。因此,将有用的碳水化合物以相对纯的形式从咖啡中提取出来的任何方法是制造具有增强的感官特征的新型食品(特别是可溶咖啡)的主要目的。
在WO-A99/55736和美国2001/0000486 A1中,权利要求了具有改善的流变性、pH和黏滞性的衍生的阿拉伯半乳聚糖。此衍生化作用引起了从食品观点看所不希望的化学变化。
WO-A-00/44238涉及芳香化的可溶的奶精粉(creamer powder)。申请公开了包含基质的可溶奶精粉,其包括含有咖啡香味料组分的香味料系统和稳定量的可溶咖啡固体物。说明书还公开了向其中加入适量的咖啡固体物会稳定含水的香味料组分。由于使用了非咖啡来源的成分,很明显芳香化可溶的奶精粉不能用于纯可溶咖啡。另外,很惊讶的了解到添加咖啡固体物将会引起咖啡香味料的分解。
WO-A-00/25606涉及香味料成分的固体递送系统,其可以通过挤出糖或糖衍生物或其混合物得到,其中包括阿拉伯糖或半乳糖。由于使用了非咖啡来源的成分,很明显此递送系统不能用于纯可溶咖啡。
在WO-A-2002/26055中权利要求了包含阿拉伯半乳聚糖和维生素的饮料组合物。引用咖啡作为阿拉伯半乳聚糖的来源,但是没有给出阿拉伯半乳聚糖的提取或用途的实施例。阿拉伯半乳聚糖作为不能显著性增加饮料的黏滞性的健康促进成分提及。然而,我们已经令人惊讶的说明来自咖啡的阿拉伯半乳聚糖具有包括黏滞性增强作用的不寻常的流变学性质。另外,在此申请中描述的方法不能从咖啡中提取具有所需分子量的阿拉伯半乳聚糖。
在美国5882520中,讨论了含水的两相系统,其中至少一相包含阿拉伯半乳聚糖。阿拉伯半乳聚糖不是咖啡来源的并且此方法涉及生物物质的提取。
美国6271001讨论了分离自植物细胞培养物的树胶。此专利仅仅涉及来自植物细胞培养物的聚合物而没有确立植物细胞树胶的化学性质或组成。我们没有应用植物细胞培养物作为碳水化合物的来源,而是从植物果实即咖啡豆中提取阿拉伯半乳聚糖。
在WO-A-2002/041928中权利要求了用来作为控制释放载体的生物材料。此生物材料包含在亲水的或两亲的聚合物基质的孔中的多孔聚合物凝胶基质。但是,我们不使用此种双相的包封基质。
在美国6296890中权利要求了深度发泡咖啡级分及其制造方法。这一级分在热水中从烘培的豆中提取并随后沉淀。没有从化学上充分描述这一级分的特征并且它由60%的多糖和40%的类黑精型化合物组成。对于旨在改善可溶咖啡感官特征的目的而言,从流变学的观点来看,它是没有被足够充分地定义的,并且对于稳定香味料而言,由于其高含量的类黑精型化合物而不能使用。
在“coffee bean arabinogalactans:acidic polymers covalently linked toprotein,Redgwell RJ等人,337卷3期,Carbohydrate Research,ElsevierScientific Publishing Co”中,公开了从咖啡豆中分离小量的阿拉伯半乳聚糖。但是需要用强酸或强碱如8M KOH预处理豆。这明显不适用于本发明即食物的技术领域。
总之,现有技术尚未讨论a)不需要极端加工条件从生的或烘培的咖啡中用酶促方法提取阿拉伯半乳聚糖以及b)随后其作为食物特征增强剂的用途,特别是在可溶咖啡中。
本发明的目标是提供一种或多种上述的优点和/或解决一种或多种上述的问题。
发明概述:
因此,根据本发明,提供了从咖啡中提取阿拉伯半乳聚糖的方法,其包括酶促水解完整的或磨碎的生的或烘培的咖啡豆从而得到包含部分水解的咖啡豆和阿拉伯半乳聚糖的含水分散体,其中在紧接着酶处理之前,用温度从10℃到95℃的水对咖啡豆预处理2小时到1周。
本发明另外提供了源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖作为食物成分的用途。
本发明另外也提供了源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖作为健康促进物质的用途。
本发明另外还提供了源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖作为食物和/或饮料中的质地改善剂(texturiser)的用途,阿拉伯半乳聚糖具有重均分子量大约大于150kDa,优选的大约大于500kDa以及更优选的大约大于2000kDa。
本发明甚至也另外提供了源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖作为食物和饮料中的黏滞性增强剂的用途。
在另一方面,本发明提供了源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖作为可溶咖啡口感增强剂的用途。
也在另一方面,本发明提供了源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖作为食物和饮料中(优选的在咖啡饮料中)的泡沫增强剂或泡沫稳定剂的用途。
还在另一方面,本发明提供了源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖在脱水食物(优选的在饮料中)中作为玻璃态基质以包埋香料(flavous)或香味料(aromas)(优选的为咖啡香味料)或其混合物的用途。
本发明还涉及包含包埋在源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖中的咖啡香味料的固体咖啡组合物。
在另外的方面,本发明涉及包含咖啡香味料的玻璃态基质,其特征在于此基质包含源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖。
发明详述:
阿拉伯半乳聚糖是在植物生长和发育中涉及的多糖(蛋白聚糖)家族。它们是在高等植物中发现的蛋白聚糖家族,在很多不同的组织中出现:在质膜上、在细胞壁中和在胞外基质中。最常规的来源是落叶松树木(Larchtree,Larix sp.)。美国食品和药品管理部门(U.S.Food and DrugAdministration,FDA)批准落叶松阿拉伯半乳聚糖可作为膳食纤维的来源,但是也认为它作为免疫刺激剂和癌症治疗添加剂(cancer protocoladjunct)具有潜在的治疗益处。阿拉伯半乳聚糖一般具有的分子量从10kDa到4000kDa不等。它们一般含有<10%的蛋白质,蛋白质通常主要包含脯氨酸/羟脯氨酸、丙氨酸、丝氨酸和苏氨酸。阿拉伯半乳聚糖的主要部分(>90%)由多糖组成,多糖主要包含具有主要以阿糖残基结束的β-(1-6)-半乳糖侧链的β-(1-3)-半乳聚糖链。
已知生咖啡和烘培的咖啡包含阿拉伯半乳聚糖,但是认为这些阿拉伯半乳聚糖的分离是十分困难的,并且从咖啡中得到阿拉伯半乳聚糖的适当的可行方法现在还未知。当将本技术领域的技术人员已知的方法应用至咖啡时,会使得阿拉伯半乳聚糖过度降解,其结果是分子量的强减小和显著的化学修饰,这会使其作为黏滞性改进剂和包封基质的应用无用。
本酶促方法令人惊讶的从生的和烘培的咖啡豆中分离出了具有受控制的分子量和被最低限度降解的阿拉伯半乳聚糖-蛋白质。这些提取的阿拉伯半乳聚糖对促进食物(如饮料以及尤其是可溶咖啡)的感官性质特别有用,并且可以有利的用作包封基质来递送易感受的活性成分,如可溶咖啡中的香味料。
将蛋白质提取到含水的分散体中。
优选的,方法包括步骤:
a)处理含水分散体以产生包含阿拉伯半乳聚糖的水溶液,或任选地产生富含阿拉伯半乳聚糖的粉末;
b)通过浓缩水溶液和沉淀阿拉伯半乳聚糖分离阿拉伯半乳聚糖,从而得到提取的阿拉伯半乳聚糖的分散体。
在提取和分离后,如果需要可以通过谨慎的水解阿拉伯半乳聚糖到所需要的分子量来进一步改进阿拉伯半乳聚糖的性质,以用于最终应用,如改进咖啡饮料口感的黏滞性控制,或作为咖啡香味料的包封基质的应用。
令人惊讶的,我们已经观察到以这种方式从生的和/或烘培的咖啡中得到的阿拉伯半乳聚糖尤其可用于最优化食物的重要感官特征,其中所述食物如饮料,特别是可溶咖啡,更加特别的是纯可溶咖啡。特别发现它可用于提供不寻常的流变学性质并且它能用于形成玻璃态基质以包封易感受的活性成分,如咖啡香味料。
在特别优选的实施方案中,在用水处理后,通过用Gammanase和Celluclast的酶制剂进行细胞壁的甘露聚糖纤维素组分的酶促水解,优选的随后通过粉末状豆的水提取,从生的和烘培的咖啡豆中释放出阿拉伯半乳聚糖,并且随后阿拉伯半乳聚糖通过浓缩和沉淀进行适当的纯化。
生的和/或烘培的咖啡豆的酶促水解优选的通过下列步骤实现:首先,将咖啡豆研磨到平均颗粒大小为10μm和2mm之间,优选的在100μm和800μm之间并且更优选的在200μm到400μm之间。下一步,研磨的咖啡豆用温度在10℃和95℃之间的水预处理,优选的水温在40℃和80℃之间并且更优选的水温在50℃和70℃之间,处理2h到1周,优选的为12h到48h并且更优选的为20h到28h。然后,预处理的研磨咖啡与纤维素酶和gamanase温育。温育执行的温度是30℃和80℃之间,优选的在40℃和70℃之间并且更优选的在55℃到65℃之间,温育12h到1周,优选的为48h到96h,更加优选的是50h到70h。在温育完成后,冷却悬液到环境温度并且移除固体残余物以产生可溶级分。
这一可溶级分包含提取的阿拉伯半乳聚糖,但是它需要进一步处理以用于多种目的。很明显实施处理含水分散体以产生阿拉伯半乳聚糖水溶液的步骤(步骤a)和随后的分离和浓缩步骤(步骤b)的精确方式根据咖啡豆来源、烘培程度以及最终应用所需性质来变化。本领域的技术人员已知如何很好的应用这些不同,但是为了说明目的我们提供了步骤a和b各自的一些具体的实施方案。
首先,比较而言,我们举例说明了本领域的技术人员如何使用不同的单元操作来实施本发明范围内的某一通用操作。例如,对于优选的应用在本方法中的浓缩操作,我们已经发现蒸发或超滤法特别有用。
另外,如果使用干燥方法,可以应用任何干燥方法,如喷雾干燥、冷冻干燥、真空干燥、带式干燥或流化床干燥,或所述的干燥方法的任何组合。同样的,本领域的技术人员已知这些干燥技术的使用。
处理含水分散体以产生包含阿拉伯半乳聚糖的水溶液的优选实施方案包括以下步骤:在进一步的处理前,稀释并且浓缩酶促水解后得到的可溶级分。可溶级分可以浓缩到其最初体积的5%和95%之间,优选的到10%和80%之间,更优选的为从大约20%到大约30%。随后,将浓缩的可溶级分离心以分离小的残余和似乳油的棕色表层。移除这一似乳油的棕色层以产生包含提取的阿拉伯半乳聚糖的清澈棕色的上清液。如果需要可以干燥这一上清液以产生富含阿拉伯半乳聚糖的粉末状提取物,但也可在液体状态下进一步处理。
本方法的分离步骤(步骤b)可以根据下列步骤实施。首先,将清澈棕色的上清液用水稀释成溶液。如果先前得到的是粉末,可以将其溶解在水中到同样的浓度。如果希望,可以通过溶液透析移除低分子量的物质,所使用膜的截留分子量为5kDa到100kDa,优选的为10到50kDa,更加优选的为14kDa左右。如果需要,透析溶液可以浓缩成黏滞的液体。溶液中的阿拉伯半乳聚糖之后通过将溶液和在水中基本可混溶的液体混合或温育来沉淀,可混溶的液体为50到90体积%,优选的为60到80体积%,更加优选的为70体积%左右。这种液体优选的包含水溶的有机溶剂,如低分子量的醇、醛和酮,或这三类化合物的混合。特别优选的是水可溶的醇,例如乙醇、丙醇、丁醇和其异构体。之后,清洗并干燥沉淀。最终产物是近于纯白的粉末,具有的阿拉伯半乳聚糖含量高于50%,优选的高于70%,更优选的高于80%。
根据本发明另外优选的实施方案,首先用水处理的阿拉伯半乳聚糖仅从生的豆中提取。
如此从生的或烘培的咖啡中酶促提取的阿拉伯半乳聚糖可以有利的用作食物成分。它们可以特别的用在食物中以增强食物的感官质量。本发明的文中术语“食物”也包括饮料和任何其他人类可消化的产品。重要的应用是,但不限于,黏滞性改良、易感受的活性成分的包封和泡沫的稳定。本发明特别适合饮料,尤其是可溶咖啡,如纯可溶咖啡。提取的阿拉伯半乳聚糖未预料到的新性质包括不寻常的流变学性质,其包括界面性质和形成玻璃态基质用于易感受的活性成分(例如速溶咖啡香味料)包封的能力。
在提取和分离后,通过改变阿拉伯半乳聚糖的分子量分布,如通过水解阿拉伯半乳聚糖到所希望的分子量或用膜透析,可以将阿拉伯半乳聚糖的性质特定的最优化以用于最终应用,例如增强咖啡饮料口感的黏滞性控制,或作为咖啡香味料包封基质的用途。
源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖的组成和性质可以是不同的,这根据咖啡豆的来源、烘培咖啡情况下的烘培条件,以及最优先的根据最终应用。
例如,对于黏滞性的调节和泡沫或界面的稳定,通常需要较高分子量的阿拉伯半乳聚糖。本提取方法由于其温和的性质,非常适合产生此种高分子量的阿拉伯半乳聚糖。优选的用于黏滞性调节的重均分子量为高于100kDa,优选的高于500kDa,更优选的高于2000kDa。
如果阿拉伯半乳聚糖的分子量过高,当此物质用作包封基质的情况时,可以将它通过本领域技术人员已知的任何方法可控制的减少,适当的是通过如上所述的在温和条件下用稀释酸水解。形成用于包封的玻璃态基质的适当重均分子量大于10kDa,优选的大于30kDa并且更优选的大于100kDa。
另外分离的阿拉伯半乳聚糖的纯度可以根据特定应用所需的性质来改变。例如,作为黏滞性改进剂,提取的阿拉伯半乳聚糖的纯度可以是大于50%,优选的大于75%并且更优选的大于90%。对于作为包封基质的应用,纯度可以是大于75%,优选的大于90%并且更优选的大于95%。
来自酶促处理的源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖具有的半乳糖对阿拉伯糖的摩尔比例为大约大于2∶1,优选的大约大于2.5∶1。按照所述,提取的阿拉伯半乳聚糖非常适用于作为食物成分,尤其是增强食品的感官性质。提取的阿拉伯半乳聚糖主要凭借两种性质增加食品的感官性质:1)在加入阿拉伯半乳聚糖低浓度时对液体的黏滞性的增加以及2)形成适合包埋易感受的香味化合物的玻璃态基质的能力。在特定的情况下,可以同时开发这两种有益的性质。
对于作为液体食品(特别是饮料如可溶咖啡或即饮型咖啡)的黏滞性增强剂,提取的阿拉伯半乳聚糖加入到食物产品中的最终浓度为占食物产品总重量的0.1%和10%之间,优选的为0.5%和5%之间,更优选的为1%和2%之间(重量)。
对于作为在食品中的泡沫稳定剂的应用,提取的阿拉伯半乳聚糖加入到食物产品中的最终浓度为占食物产品总重量的0.1%和10%之间,优选的为0.5%和5%之间,更优选的为1%和2%之间(重量)。
作为易感受的食物成分的包封基质,提取的阿拉伯半乳聚糖优选的在其玻璃态下应用。此玻璃态的阿拉伯半乳聚糖的性质可以通过以下改变:通过改变阿拉伯半乳聚糖的提取条件,通过添加其他来源的碳水化合物特别是二糖以及通过改变含湿量。活性成分分散在基质中并且可以以分子分散或以小液体或固体包合的形式分散。
活性成分可以是输送加值(added value)到最终食物产品的任何食物成分。非穷尽性的实例包括:抗氧化剂、香料、生物活性成分、无机物、益生素。感兴趣的是阿拉伯半乳聚糖对香料包封的应用,其中所述香料包括味道化合物和香味化合物。特别感兴趣的应用是用于可溶咖啡中的咖啡香味料包封的应用。
咖啡香味料是指挥发性的化合物混合物,此混合物通过刺激嗅上皮的受体细胞提供给饮用者所体验到的香气/滋味。香味化合物通过鼻子吸入从外面进入鼻腔(因而气味分子作为香气被感知)或通过经由嘴和咽喉后的后鼻腔(retronasal cavity)饮用而从里面进入鼻腔(因而气味分子作为滋味被感知)。咖啡香味料中有许多已经鉴定的能贡献咖啡香味料的化合物,最重要的一些是2,3-丁二酮、2,3-戊二酮、1-甲基吡咯、糠基硫醇(furfurylthiol)(FFT)、1H-吡咯、甲硫醇、乙硫醇、戊硫醇、丙醛、丁醛、乙醛、甲酸甲酯、乙酸甲酯、甲基呋喃、2-丁酮、甲醇、乙醇、丙醇、吡嗪、糠醛、二甲硫、4-羟基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮、2-甲基丁醛、2(5)-乙基-4-羟基-5(2)-甲基-3(2H)-呋喃酮、甲基丙醛、4-乙烯基-2-甲氧基苯酚、3-甲基丁醛、香草醛、2-甲氧基苯酚、3-羟基-4,5-二甲基-2(5H)-呋喃酮、4-乙基-2-甲氧基苯酚、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、甲二磺醛、3-巯基-3-甲基甲酸丁酯、2,3-二乙基-5-甲基吡嗪、(E)-□-大马烯酮、3-异丁基-2-甲氧基吡嗪、2-甲基-3-呋喃硫醇、2-乙烯基-3,5-二甲基吡嗪、3-甲基-2-丁烯-1-硫醇和2-乙烯基-3-乙基-5-甲基吡嗪。
在本发明所用的咖啡香味料是指在咖啡香味中发现的香味化合物的任何混合物,但是咖啡香味料不需要是天然来源的。例如,可以通过添加一定量定义的香味化合物丰富(enrich)天然咖啡香味料提取物或浓缩物。这些添加的香味化合物可以是天然的,如来自非咖啡来源,或它们可以是等同天然的。富含某些香味化合物的此种咖啡香味料可以称为咖啡香味组合物。我们将同样的术语用于从单独的、纯香味化合物或非咖啡香味料中制备的咖啡香味料。咖啡香味料可以加工(即浓缩)为只含有香味化合物的基本纯的组合物,它也可以是含有香味料载体的提取物或缩合物的形式,香味料载体如咖啡油或水以及任选地非挥发性的咖啡化合物。在此种载体中的咖啡香味料也表示为咖啡香味组合物。咖啡香味化合物在咖啡香味组合物中的浓度可以根据其来源、其应用及所使用的载体类型而不同。例如,如果用水做载体,咖啡香味化合物的浓度通常会低,如在总组合物重量的0.001%和10%之间,通常在0.1%和1%之间。基于油的香味料通常具有的香味料浓度在总组合物重量的1%和90%之间,优选的在5%和20%之间。任何由90%或更多的咖啡香味化合物组成的香味组合物称为纯咖啡香味料或为咖啡香味料浓缩物。根据本发明的咖啡香味料可以通过本领域的技术人员已知的任何方法得到。
在阿拉伯半乳聚糖基质中的咖啡香味料的包封或包埋可以根据在本领域中常规使用的任何技术来实现。这些技术包括,但并不限于喷雾干燥、冷冻干燥、熔体挤出、流化床干燥、与附聚作用组合的喷雾干燥、真空干燥、或所述包封方法的任何组合。常规技术的概要可以在如J.Ubbink和A.Schoonman,‘Flavor Delivery Systems’,KirkOthmer Encyclopedia ofChemical Technology,Wiley Interscience(2003)中查到。
最适当技术的选择通常根据能最佳的满足加工、粉末性质和消费者喜好的多种要求来确定。例如,技术的选择通常取决于设备的可获得性、其操作成本、每单位产品所需的能量输入以及类似的考虑事项。当粉末的性质重要时,粉末的流动性、重建性质和混合性质的限制会影响这一选择。消费者的喜好在技术的选择中起到重要的作用,因为粉末的外观会影响消费者对产品的感觉。
例如,如果含有包封咖啡香味料的阿拉伯半乳聚糖被膜(arabinogalactan capsules)是用来巩固喷雾干燥的可溶咖啡,那么优选地对被膜也进行喷雾干燥。这提供了更容易的加工、更好的粉末性质和明显更好的消费者对产品的视觉肯定。另一情况下,与冷冻干燥的可溶咖啡粉末混合的阿拉伯半乳聚糖被膜也需要冷冻干燥以使粉末混合物的外观最佳。还有另一种情况,阿拉伯半乳聚糖被膜用流化床干燥产生并且与冷冻干燥的可溶咖啡粉末混合来提供最终的粉末混合物,其具有在冷冻干燥的咖啡颗粒和流化床干燥的阿拉伯半乳聚糖被膜之间的视觉享受的反差。
将咖啡香味料掺入阿拉伯半乳聚糖被膜中的方法,也称为包埋或包封,可以通过任何已知的方法完成。适当的,方法包括下列步骤:
-在水中溶解阿拉伯半乳聚糖。
-加入上述的任何物理形式的咖啡香味料。
-匀浆化混合物以产生匀质的溶液或分散体。
-干燥含有咖啡香味料的分散体溶液以产生含有包封的咖啡香味料的阿拉伯半乳聚糖被膜。
-后加工阿拉伯半乳聚糖被膜以改变颗粒大小、颗粒形态或粉末性质。
这些步骤提供了方法的大概描述,此方法为对咖啡香味料提取物、浓缩物、在阿拉伯半乳聚糖被膜中的提取物或组合物的包封。不用说,每一步可以根据上述操作所包括的多种方式实现。同样的,只要实现将香味料包封在阿拉伯半乳聚糖中,上述步骤可以以任何顺序展开或完全省略。
方法:
下列非限制性实施例说明了适合用于将咖啡香味料包封在阿拉伯半乳聚糖中的方法。如果例如分离的和纯化的阿拉伯半乳聚糖已经是水溶液的形式,不需要在用于包封方法前将其溶解在水中。
如果阿拉伯半乳聚糖溶液是高度稀释的,应当将其浓缩到适当的固体含量。
如果咖啡香味料是以基于水的组合物提供的,那么可以将阿拉伯半乳聚糖溶解在咖啡香味组合物中而甚至也许不用再添加水。
另外,如果使用冷冻干燥作为干燥方法,干燥步骤可以包括冷冻步骤。后加工可以或多或少进行广延,如在冷冻干燥后,得到的饼需要碾磨或破碎以得到所需大小的被膜。如果使用熔体挤出作为包封方法,通常也需要研磨阿拉伯半乳聚糖被膜。如果使用喷雾干燥或流化床干燥,通常需要很少或不需要后加工,这是由于被膜一般已经具有所需的颗粒大小和形状。使用附聚作用作为后加工步骤除外。可以使用附聚作用来增加颗粒的大小,改善粉末性质或改变被膜的视觉外观。附聚作用可以通过使用被膜、或使用与咖啡粉末或等价地使用与饮料粉末的任何其他成分如奶精(creamer)和增甜剂组合的被膜来实现。
通过上述包封咖啡香味料的方法大纲,形成主要包括源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖的颗粒,阿拉伯半乳聚糖一般大于大约70%(重量),优选的大于大约80%(重量)。所述得到的颗粒可称为含有源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖的玻璃态基质,其适于与可溶咖啡粉末混合从而提供可溶咖啡组合物,如纯可溶咖啡组合物,此组合物包含在源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖中包封的咖啡香味料。源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖适当的具有重均分子量大于大约10kDa,优选的大于大约30kDa,另外,半乳糖对阿拉伯糖的摩尔比一般大于大约2∶1,优选的大于大约2.5∶1。包含包封在源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖中的咖啡香味料的可溶咖啡组合物具有大于大约10%重量的源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖(占总可溶咖啡组合物),此源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖来自根据本发明的酶促提取方法和常规提取。在此,可溶咖啡组合物仅指来自咖啡豆即生的咖啡豆和烘培的咖啡豆的化合物。由此,它排除了添加剂如奶精、增甜剂或其他常规添加剂。优选的将其他成分混合到如此形成的可溶咖啡组合物中,由此得到包含奶精和任选地增甜剂的多种咖啡饮料。
实施例
实施例1:从生的咖啡中提取阿拉伯半乳聚糖
Celluclast 1.5L和Gamanase购自Novo-Nordisk。Celluclast 1.5L是来自里氏木霉(Trichoderma reesi)的液体纤维素酶制品。此制品的活性是700内切葡聚糖酶单位/g。Gamanase从曲霉属(Aspergillus)生物中得到并且具有活性为每克1,000,000黏滞性酶单位。每种酶通过将200ml酶制品添加到800ml 4℃的95%乙醇中部分纯化。将形成的蛋白质沉淀物在80%乙醇中清洗后回收并且在使用前再溶解在200ml水中。将生的咖啡豆研磨到平均颗粒大小为200-400μm之间。使用液态氮作为冷却剂。10kg粉末状的豆在60℃下在蒸馏水中搅拌24h。将酶(200ml溶解的沉淀物)加入到豆悬液中并且在60℃下持续搅拌62h。将混合物冷却并且将残余物从可溶级分中分离。之后将可溶级分浓缩到其最初体积的1/4并且浓缩物使用实验室离心机在1L的容器中7000转/分离心。在表面形成脂肪状的、棕色、似乳油的层并且将其移除,将清澈的、棕色上清冷冻干燥以产生含有源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖的粉末。阿拉伯半乳聚糖的存在通过大小排阻层析检测,确定了重均分子量为3.78×106Da,数均分子量为Mn=2.83×106,给出了Mw/Mn比为1.34。根据阿拉伯糖含量为22.6摩尔%和半乳糖含量为摩尔68.4%,确定了半乳糖对阿拉伯糖的摩尔比为3∶1。
实施例2:从烘培的咖啡中提取阿拉伯半乳聚糖
重复实施例1的方法,但现在用于烘培的咖啡(CTN 110)。阿拉伯半乳聚糖的存在用大小排阻层析检测,确定了重均分子量在10kDa和100kDa之间的范围内。提取物的阿拉伯糖含量为26.3摩尔%,确定半乳糖含量为67.3摩尔%,给出的半乳糖对阿拉伯糖的摩尔比为大约2.5。
实施例3:从阿拉伯半乳聚糖粉末的提取物和制品中分离阿拉伯半乳聚糖
实施例1的冷冻干燥提取物(500g)溶解在700ml水中并且在截留分子量为14kDa的膜中透析。将溶液浓缩成黏滞的液体(~1300ml)并且伴随着持续搅拌缓慢添加醇(95%)直到其达到终浓度为70%(3000ml)。允许沉淀物在环境温度下放置过夜并且将大多数上清轻轻倒出。将沉淀物重悬在70%醇中,离心并且弃去上清。将沉淀物重悬并且在丙酮(200ml)中搅拌,离心并弃去上清。最终将沉淀物悬浮在少量丙酮中并且倒入结晶皿中,在其中将它在通风橱中室温过夜干燥。将阿拉伯半乳聚糖作为碾碎成粉末的白色物质回收(产量80g)。阿拉伯半乳聚糖的含量为85wt.%以及蛋白质含量为10wt.%。半乳糖/阿拉伯糖的比为3∶1并且它还包含大约7wt.%的葡糖醛酸。
实施例4:使用源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖以增强饮料质地(texture)。
可溶咖啡饮料为每150ml脱矿质水用2克NESCAFE GOLD(RTM)可溶咖啡制备。水温为70℃。不用阿拉伯半乳聚糖、以及用1%和2%w/w实施例3的阿拉伯半乳聚糖制备样品。样品让一组5位品尝员评价,要求品尝员定性的评估三种样品间的差别。共同的评价是包含1%和2%阿拉伯半乳聚糖的饮料稠度更加醇厚,在口中具有一些泡沫形成。另外,两位品尝员判定含有阿拉伯半乳聚糖的饮料具有更高的泡沫形成能力。
平行的,用Haake RS150 Rheostress流变仪在37℃和多种剪切速率下测量确定实施例3的1%和2%的阿拉伯半乳聚糖溶液的流变学性质。在37℃下使用称为的双间隙设备实施这些实验。这一设备由在另外两个不锈钢圆筒之间以同心方式悬挂的中空不锈钢圆筒组成。
表1
从流变学的数据观察到在阿拉伯半乳聚糖浓度1%和2%时,溶液的黏滞性已经相当地高于水的黏滞性。由于在食物产品消化时,剪切速率可能在大约1l/s和300l/s之间变化,相对的黏滞性定性测量是在200l/s测量的黏滞性:
表2
样品 | 在剪切速率为200l/s的黏滞性,37℃[Pa.s] |
水中1%的阿拉伯半乳聚糖 | 0.0011 |
水中2%的阿拉伯半乳聚糖 | 0.0013 |
水 | 0.00070 |
在剪切速率200l/s的黏滞性值证明了阿拉伯半乳聚糖具有增加溶液黏滞性的强烈倾向。
从感官评估和流变学测量中我们得到结论:源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖是改善饮料质地的适当的化合物。
实施例5:发泡性质
将阿拉伯树胶和咖啡阿拉伯半乳聚糖粉末以浓度5wt%分散在去离子MilliQ水中(18.2μS/cm)以检测在非缓冲条件下水胶体的发泡性质。使用由Guillerme等人开发的标准的发泡方法(Journal of Texture Studies,24,287-302(1993)),其中通过玻璃粉进行气体发泡(控制了孔隙率和气流)使固定量的溶液形成泡沫,泡沫沿着玻璃柱上升,随后在玻璃柱中使用CCD照相机图像分析泡沫的体积。通过用电极的方法测量在含有液体的小池中的电导率和在柱子中不同高度下的电导率,计算掺入在泡沫中的液体量和泡沫的同质性。使用商业Foamscan仪器(ITConcept,Longessaigne,France)。在多种pH值下比较咖啡阿拉伯半乳聚糖和阿拉伯树胶的发泡能力。结果在以下表中给出。
表3
咖啡阿拉伯半乳聚糖和阿拉伯树胶溶液的发泡性质比较
咖啡AG | 阿拉伯树胶 | |
*发泡能力(5%,pH 5.5) | 1.0 | 0.82 |
**发泡稳定性(5%,pH 5.5) | 60 | 60 |
***表面张力γ(水中0.5%溶液) | 50 | 64 |
*泡沫体积/气体体积
**值为30分钟后最初泡沫体积残留的%值
***平衡常数,N.m-1(因此咖啡AG比阿拉伯树胶更加具有表面活性)
表面张力更加确定了咖啡衍生的AG的更高的发泡能力,其中在同样的浓度下(重量),源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖的表面张力更低。因此,源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖在稳定性未改变下具有增强的发泡能力。因此,源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖是应用在食物和饮料中的很好的发泡成分。
实施例6:在源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖中包封咖啡香味料
将实施例3的阿拉伯半乳聚糖粉末在室温下溶解在新鲜的含水咖啡香味料提取物中(15×化学数量的咖啡香味料),达到总固体含量浓度25.9%。由于使用了含水提取物,所以不需要添加水。在阿拉伯半乳聚糖粉末完全溶解并且均化后,将得到的咖啡提取物放在-80℃制冷器中并且之后在可控制的条件下冷冻干燥。
在冷冻干燥后,得到了含有包封的咖啡香味料的多孔、玻璃态基质。玻璃态基质可被轻松压碎生产自由流动的粉末,此粉末具有的视密度用气体测比重(gas pycnometry)测定为1.64g/cm3。
应用GC分析确定在阿拉伯半乳聚糖被膜中保留的香味料。对于来自咖啡香味料中的许多影响化合物(impact compound),结果总结如下。
表4
化合物 | 冷冻干燥后的保留[%] |
乙醛 | 89.5 |
甲酸甲酯 | 57.6 |
丙醛 | 70.4 |
化合物 | 冷冻干燥后的保留[%] |
乙酸甲酯 | 76.9 |
甲基呋喃 | 72.6 |
2-丁酮 | 70.6 |
甲醇 | 51.3 |
丁醛 | 65.5 |
乙醇 | 88.0 |
2,3-丁二酮 | 58.5 |
2,3-戊二酮 | 66.1 |
丙醇 | 55.8 |
吡嗪 | 69.9 |
糠醛 | 57.5 |
吡咯 | 62.3 |
如在此表格中所看到的,由于所有化合物包括那些高挥发性的化合物都充分保留在基质中,因此香味料的保留是令人满意的。
实施例7:储存测试以确定在阿拉伯半乳聚糖被膜中的咖啡香味料的稳定性
阿拉伯半乳聚糖被膜是根据实施例6产生的,其具有的咖啡香味料浓度比在标准的可溶咖啡中高15倍。根据标准方法制备冷冻干燥咖啡作为参照,但它具有的香味料浓度比正常高15倍。通过在25℃下在含有饱和盐溶液(MgCl2)的干燥器中储存,在aw=0.32时平衡阿拉伯半乳聚糖被膜和可溶咖啡参照。水活性用相对湿度传感器(Hygrolyt,Rotronic AG,Switzerland)测量。在平衡后,对阿拉伯半乳聚糖被膜和可溶咖啡参照在两种温度-25℃和+37℃下,进行3个月期间的储存测试。在有规律的间隙,确定储存在两种温度下的被膜和参照中的一些香味化合物的浓度。香味化合物的稳定性表示为相对保留,相对保留的计算是按照储存在37℃的样品中的香味化合物的浓度对储存在-25℃下的同样的样品中香味化合物浓度的比。阿拉伯半乳聚糖被膜的相对保留更高,但是阿拉伯半乳聚糖被膜和可溶咖啡参照的稳定性增强对化合物和化合物而言是不同的。这在下图中进行了说明,其中阿拉伯半乳聚糖被膜和可溶咖啡参照比较,对乙醛和吡咯观察到了主要的增加。
表5
于37℃和aw=0.32时,在阿拉伯半乳聚糖被膜和
可溶咖啡参照中乙醛的相对保留对时间的函数
表6
于37℃和aw=0.32时,在阿拉伯半乳聚糖被膜和可溶咖啡参照中吡咯的相对保留对时间的函数
实施例8:包含咖啡香味料-阿拉伯半乳聚糖被膜的咖啡混合物
阿拉伯半乳聚糖被膜是根据实施例6产生的,其具有的咖啡香味料浓度比在标准的可溶咖啡中高15倍。阿拉伯半乳聚糖被膜和冷冻干燥制备的非芳香化可溶咖啡以重量比1比15混合以产生具有标准的总香味料浓度的咖啡混合物。以这种方式得到的咖啡混合物具有良好的视觉外观。另外,在粉末混合物中阿拉伯半乳聚糖被膜和可溶咖啡的分离倾向是可以接受的。
实施例9:增加的感官特征
阿拉伯半乳聚糖是根据实施例6制备的,其具有的咖啡香味料浓度比在标准的可溶咖啡中高15倍。根据标准方法制备冷冻干燥咖啡作为参照,但是它具有的香味料浓度比正常高15倍。增强样品的生产在添加的香味料量、冷冻干燥前总的固体含量和冷冻干燥仪器和条件方面保持一致。在样品产生后立即绘制样品的感官曲线(sensory profile)。用于品尝的样品按照下述制造:水温:70℃。水的类型:2/3矿质水和1/3去离子水。按照下表中所述的浓度将咖啡粉末稀释。在完成的产品中增强物质的总量是大约6-7%。
表7
样品编码 | 原材料 | 用于品尝的浓度(%) |
1 | 咖啡A(标准咖啡基质-参照) | 1.5 |
2* | 用咖啡香味料增强的咖啡A(15×化学数量;参照) | 0.1 |
3* | 用咖啡香味料增强的来自生咖啡的阿拉伯半乳聚糖(15×化学数量) | 0.1 |
*注意产品2和3是用咖啡A完成的,咖啡A没有再混合香味料以具有相同的1.5%最终咖啡浓度。
咖啡饮料让一组11位经专门训练的品尝员评价,使用20种香气/滋味属性。要求评估者在数值范围0(不强烈)到10(非常强烈)之间对每种属性打分。
表8
感官曲线:样品2 vs.样品3
发现两种产品都具有高的香气和滋味的咖啡特征,并且任何差别都不是显著的。因此,可溶咖啡可以因此用阿拉伯半乳聚糖被膜增强,而没有显著性的改变可溶咖啡最初的感官特征。
进行储存测试以评估在阿拉伯半乳聚糖被膜和增强的可溶咖啡中的香味料的相对稳定性。通过在25℃下在含有饱和盐溶液(MgCl2)的干燥器中储存,在aw=0.32时平衡阿拉伯半乳聚糖被膜和可溶咖啡参照。在平衡后,样品储存在两种温度-25℃和+37℃下储存3个月期限。没有再混合香味料的咖啡基础粉末(base powder)储存在-25℃和37℃下,但是储存在低的含湿量(aw=0.17)下以防止非挥发性物的降解和酸度发展。
于保存在-25℃和+37℃下1个月储存后(T1)和完整的3个月储存期(T3)后的每种产品的样品间进行三点比较法。每100mL祢量(mL cup)用1.4g非芳香化可溶咖啡粉末和0.1g增强粉末(阿拉伯半乳聚糖被膜和增强的可溶咖啡粉末)重新组成饮料用于品尝。
表9
*表示产品是显著性不同的(P<0.05)
在上表中的数据是储存1个月和3个月对多种咖啡香味组合物的香气/滋味属性的影响的测量(左手栏)。数值(X/Y)代表评价储存在-25℃和+37℃下的批量为不同的评估者数量(X)对测试的总数量(Y)。因此,X对Y的高比例表示判断咖啡香味组合物在储存1或3个月后在香气/滋味上显著性的不同。
来自三点比较法的结果显示,尽管对于可溶咖啡参照,在严峻的条件下(T=37℃,aw=0.32)储存1个月后,储存在-25℃和+37℃样品间的差异已经是显著的,但是即使在这些严峻的条件下(T=37℃,aw=0.32)储存3个月后,对于阿拉伯半乳聚糖被膜也没有观察到显著性的变化。因此,在阿拉伯半乳聚糖中包埋咖啡香味料对于保持最初的香味料质量和可溶咖啡的浓度是有利的。
Claims (8)
1.源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖在脱水食物中作为玻璃态基质包埋香料或香味料或其混合物的用途。
2.固体咖啡组合物,其包含包埋在源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖中的咖啡香味料。
3.包含咖啡香味料的玻璃态基质,其特征在于基质包含源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖。
4.根据权利要求3的玻璃态基质,其特征在于源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖具有平均分子量大于10kDa。
5.根据权利要求3的玻璃态基质,其中基质包括大于占总的固体玻璃态基质80重量%的源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖。
6.根据权利要求3到5中任意一项所述的玻璃态基质,其特征在于源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖具有的半乳糖对阿拉伯糖的重量比大于2∶1。
7.根据权利要求3到5中任意一项所述的玻璃态基质,其特征在于所述基质能够通过混合咖啡香味料与源自咖啡的阿拉伯半乳聚糖的含水分散体从而形成混合物,并且随后加工得到的混合物以形成固体玻璃态基质而获得。
8.可溶咖啡组合物,其包含权利要求3所定义的玻璃态基质。
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