JP2020513736A - 遊離二価カチオンタンパク質凝集体を有する食品又は飲料製品の製造方法 - Google Patents

遊離二価カチオンタンパク質凝集体を有する食品又は飲料製品の製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、食品又は飲料製品の製造方法であって、カゼインミセル及びホエイタンパク質を含み、6.1〜7.1のpH及び1〜15重量%の濃度を有する、成分組成物を準備するステップであって、成分組成物のホエイタンパク質に対するカゼインタンパク質の比が90/10〜60/40である、ステップと、3〜25mMの二価カチオンを添加して、成分組成物中に3〜8mMの濃度の遊離二価カチオンを提供するステップと、成分組成物を均質化するステップと、続いて成分組成物を、80°〜100℃の温度で0.5〜3分間低温殺菌及び撹拌して、カゼインとホエイタンパク質由来のβ−ラクトグロブリンとを含む凝集タンパク質を形成するステップであって、凝集体のサイズは、D(4,3)平均直径によって測定して、5〜50ミクロンであるステップと、を含む、方法に関する。定して、5〜50ミクロンの平均直径D(4,3)である、食品又は飲料製品に関する。【選択図】 図14

Description

本発明は、食品又は飲料製品の製造方法に関し、特に、成分組成物中に凝集タンパク質を形成するための方法に関する。本発明はまた、カゼインミセル及びホエイタンパク質凝集体を含む凝集タンパク質を含む食品又は飲料製品に関する。
タンパク質の凝集によって食品及び飲料製品にテクスチャー及び口当たりが得られることが知られており、優れた味及びテクスチャーをもたらしながら主要栄養素の栄養バランスを示す食品及び飲料製品が引き続き必要とされている。
中国特許出願公開第104489097(A)号では、タンパク質の凝集を誘発するために60℃でカルシウムを富化させた乳調製物を熱処理し、続いて調製物を機械的均質化処理にかけることからなる、乳酸菌又はプロバイオティクス用の熱対流乾燥保護剤調製物を得る方法が記載されている。
国際公開第07040113(A)号では、乳由来の複合脂質中に高含有量を示す成分の製造について記載されている。これは、カルシウムの存在下でバター漿液のタンパク質画分をpH4.0〜5.0で沈殿させ、複合脂質を濃縮するために上清を濾過することによって得られる。
国際公開第06065135(A2)号では、カルシウムの存在下での凝集に対する耐性を高めるために、タンパク質によって運ばれる20%のリジン残基がグリコシル化されている遊離二価カチオンの豊富な液体食品製品の製造が開示されている。したがって、国際公開第06065135(A2)号は、二価カチオン、とりわけカルシウムの存在下でタンパク質の凝集を防止することに関する。
米国特許第20130011515(A1)号には、ホエイタンパク質で富化した乳タンパク質濃縮物の製造方法が記載されている。脱脂乳は、カゼインと共にホエイタンパク質の凝集を促進するために、6.5〜7.0のpH範囲で加熱される。加熱された製品は続いて、タンパク質凝集体を濃縮するために濾過にかけられ、ラクトースを除去する。
D.L.Van Hekken et al.[Rheology and Microstructure of Chemically Superphosphorylated Whole Casein,1997,J.Dairy Sci.80 2740−2750.]は、過リン酸化カゼインの粘度における遊離カルシウムの添加の効果を記載している。4重量%の過リン酸化カゼイン(190%リン酸化)の粘度は、pH8.4で30mMのカルシウムを添加することによって増加することが示された。
C.Holtは、自身の論文[An equilibrium thermodynamic model of the sequestration of calcium phosphate by casein micelles and its application to the calculation of the partition of salts in milk,2004,Eur.J.Phys.,33,421−434]において、ウシ乳の遊離カルシウムイオンの量は、pH6.70で10.2mMであり、この値は乳のpHが6.0に低下すると8mMに低下することを報告した。
I.R.McKinnon et al.[Diffusing−wave spectroscopy investigation of heated reconstituted skim milks containing calcium chloride,2009,Food Hydrocolloids,1127−1133]では、6.0〜7.2のpH範囲で、10重量%に再構成した脱脂乳への塩化カルシウム添加の影響並びに乳を60、75及び90℃で10分間加熱した場合の、その後の粘度に対する影響を調査した。これらは、最大10mMの塩化カルシウム含有量に対し、90℃で加熱したときの乳に関して、5.9の臨界不安定性pHを報告した。
L.Ramasubramanian et al.[The rheological properties of calcium−induced milk gels,2014,J.Food Engineering,45−51]では、70℃で加熱したときの全脂肪乳(3.5%脂肪)への塩化カルシウム添加の影響を明らかにした。12.5mM未満の塩化カルシウムの添加では、粘稠な分散体がもたらされる一方、より高い塩化カルシウム濃度ではより強いゲルの形成が誘導されたことが報告された。興味深いことに、塩化カルシウムの添加前に90℃で10分間の乳の前処理をし、続いて70℃で加熱すると、最も強いゲルが生じた。
ゲル形成は、多くの半固体の食品及び飲料製品において望ましくない。
T.Phan−Xuan et al.[Tuning the structure of protein particles and gels with calcium or sodium ions.2013,Biomacromolecules,14,6,1980−1989.]では、100%ホエイタンパク質(β−ラクトグロブリン)を、pH7.0で塩化カルシウムの添加で処理した場合、4重量%のタンパク質濃度に対して、カルシウム含有量が5〜6mMである場合に、68又は85℃で加熱すると、マイクロゲル又はゲルの形成がもたらされたことが報告された。この場合もゲル形成は、多くの半固体の食品及び飲料製品において望ましくない。
従来技術の教示では、カルシウムの添加によって粘度が得られる場合があるが、ゲル化は食品製品製造において望ましくない可能性がある周知の効果であることが示される。更に、製品のpHは変動し、プロセスに影響を及ぼし、製品の不安定性をもたらし得る。従来技術では、望ましい味及びテクスチャーをもたらす食品及び飲料製品を提供する方法が示されていない。
したがって、優れた味及びテクスチャーをもたらしながら、主要栄養素の栄養バランスを示す食品及び飲料製品が必要とされている。
[発明が解決しようとする課題]
したがって、本発明の目的は、改善されたテクスチャー及び口当たりを有する食品製品又は乳製品を提供することである。
本発明は、特定の濃度の添加された二価カチオンの存在下での特定の熱処理による乳タンパク質ベースの凝集体の使用による改善を提供する。
第1の態様では、本発明は、食品又は飲料製品の製造方法に関し、
カゼインミセル及びホエイタンパク質を含み、6.1〜7.1のpH及び1〜15重量%のタンパク質濃度を有する成分組成物を準備するステップであって、成分組成物のホエイタンパク質に対するカゼインタンパク質の比が90/10〜60/40である、ステップと、
3〜25mMの二価カチオンを添加して、成分組成物中に3〜8mMの濃度の遊離二価カチオンの濃度を提供するステップと、
成分組成物を均質化するステップと、続いて
成分組成物を、80°〜100℃の温度で0.5〜3分間低温殺菌及び撹拌して、カゼインとホエイタンパク質由来のβ−ラクトグロブリンとを含む凝集タンパク質を形成するステップであって、凝集体のサイズは、D(4,3)平均直径によって測定して、5〜50ミクロンである、ステップと、を含む、製造方法に関する。
本発明は、製品中の総脂肪含有量の低減を可能にしながら、最適な官能特性をもたらすために、添加された遊離二価カチオンの存在下で、熱処理の際に生成される乳タンパク質ベースの凝集体を使用する。更に、記載された発明により、追加の安定剤又は親水コロイドを使用せずに、乳製品ベースのテクスチャー化製品の配合を可能にする。
第2の態様では、本発明は、カゼインミセル及びホエイタンパク質凝集体を含む凝集タンパク質を含む食品又は飲料製品であって、6.1〜7.1のpHと、6〜40重量%の乳固形分の濃度と、90/10〜60/40のホエイタンパク質に対するカゼインタンパク質の比と、3〜8mMの濃度の遊離二価カチオンの濃度と、を有し、凝集体のサイズは、レーザー回折によって測定して、5〜50ミクロンの平均直径D(4,3)である、食品又は飲料製品に関する。
塩化カルシウムを添加して、3.5重量%の乳を、90℃で15分間熱処理した後のガラスチューブを示す図である。チューブのラベルは、試料中に添加された遊離カルシウムの量をmMで表す。粘度の増加をもたらすタンパク質凝集体の形成を誘導するための臨界遊離カルシウム濃度は3.7mMであり、これは4mMのCaCl2の添加に相当する。 実施例2に記載したように、pH7.0で3重量%のカゼインミセル単離物で安定化された、又は5mMのCaCl2を添加し、95℃で15分間加熱した後のエマルジョンの粒度分布を示す図である。(A)2.5重量%の油エマルジョン、(B)5重量%のエマルジョン、(C)10重量%のエマルジョン。 熱処理及びpH7.0で15分間95℃での剪断後に、3重量%の乳タンパク質濃縮物を安定化した高オレイン酸ヒマワリエマルジョンの共焦点走査型レーザー顕微鏡写真を示す図である。(A)2.5重量%の油、(B)5重量%の油、(C)10重量%の油。スケールバーは、10ミクロンである。 熱処理及び5mMのCaCl2の存在下で15分間95℃での剪断後に、3重量%の乳タンパク質濃縮物を安定化した高オレイン酸ヒマワリエマルジョンの共焦点走査型レーザー顕微鏡写真を示す図である。(A)2.5重量%の油、(B)5重量%の油、(C)10重量%の油。油滴及びタンパク質相は矢印で示される。スケールバーは、10ミクロンである。 熱処理及び5mMのCaCl2の存在下で15分間95℃での剪断後に、3重量%の乳タンパク質濃縮物を安定化した高オレイン酸ヒマワリエマルジョンの共焦点走査型レーザー顕微鏡写真を示す図である。(A)2.5重量%の油、(B)5重量%の油、(C)10重量%の油。油滴及びタンパク質相は矢印で示される。スケールバーは、10ミクロンである。 熱処理及びpH7で又は5mMのCaCl2の存在下で15分間95℃での剪断後に、3重量%の乳タンパク質濃縮物を安定化した高オレイン酸ヒマワリ5重量%エマルジョンの、20℃での流動曲線を示す図である。 熱処理及びpH7で又は5mMのCaCl2の存在下で15分間95℃での剪断後に、3重量%の乳タンパク質濃縮物を安定化した高オレイン酸ヒマワリエマルジョンの、剪断速度10s−1における粘度を示す図である。 粉末を13%の全固形分に再構成した後に5mMの塩化カルシウムの存在下で加熱した、二倍に濃縮された乳の粒度分布を示す図である。 粉末を13%の全固形分に再構成した後に5mMの塩化カルシウムの存在下で加熱した、二倍に濃縮された乳の共焦点走査型レーザー顕微鏡写真を示す図である。スケールバーは(A)及び(B)でそれぞれ20及び10ミクロンである。 5mM塩化カルシウムを添加した、本発明からの50%TSに再構成された粉乳についての25℃での流動曲線を示す図である。白丸:剪断速度の増加に伴う流動曲線(上)。黒丸:剪断速度の増加に伴う流動曲線(下)。 50%TSで乾燥させた対照の乳(A)及び13%TSで再構成した後に、6.5mMのCaCl2の存在下で、37%TSで乾燥させた本発明からの試料(B)の粒度分布を示す図である。 50%TSで乾燥させた対照の乳及び50%TSで再構成した後に、6.5mMのCaCl2の存在下で37%TSで乾燥させた本発明からの試料の、20℃での流動曲線を示す図である。 20℃でCaCl2を添加したときのアイスクリーム混合物中のイオン性カルシウムの変化を示す図である。 20℃でCaCl2を添加したときのアイスクリーム混合物中のpHの変化を示す図である。 20℃でのイオン性カルシウム含有量に応じたアイスクリーム混合物中の粘度の変化を示す図である。 低温殺菌及び冷却後の、塩化カルシウムを添加した又は添加しないアイスクリーム混合物の微視的外観を示す図である。(A)試料中に遊離カルシウムがない。(B)試料中、0.15%(0.15g/L)の遊離カルシウム。スケールバーは、100ミクロンである。 22℃で異なるレベルの塩化カルシウムを用いて製造されたアイスクリームの溶融プロファイルを示す図である。
タンパク質の凝集及び粘度の増加における全脂肪乳への二価カチオンの添加、特にカルシウムの効果について実験を行うとき、驚くべきことに、加熱時に形成された凝集体が沈殿又はゲル化することなく、最適なタンパク質の凝集をもたらす二価カチオン添加の臨界範囲があることが見出された。この最適なカルシウムの濃度を超えると、系は、沈殿を伴う過剰凝集又は凝集体サイズの減少を示した。
理論に束縛されるものではないが、タンパク質への塩化カルシウム添加は、タンパク質の表面に吸着されたプロトンと、より高い親和性を有するカルシウムイオンとの間の交換をもたらす可能性がある。この現象により、分散体のpHが低下し、それによってタンパク質間の静電反発力が減少した。これらの条件では、乳又は乳ベースの分散体及びエマルジョンの後続の熱処理により、タンパク質の制御された凝集がもたらされ、これは最終製品のテクスチャー特性及び官能特性にプラスに影響を及ぼすことが示された。
本発明の主な利点は、低脂肪乳タンパク質ベースの系をテクスチャー化し、追加の親水コロイド及び/又は乳化剤の使用の低減又は排除を可能にすることである。
この文脈において、本発明による方法で生成され、本発明の製品中に存在する凝集体は、D(4,3)平均直径によって測定されるように5〜50ミクロンのサイズを有する。凝集体の粒度分布(PSD)は、マスターサイザー2000(Malvern Instruments,UK)などのレーザー粒度計を用いて測定される。測定のために、例えば、不透明度(obscuration rate)が9〜10%になるまで試料をHydoro SM測定セルに分散させ、その後マスターサイザーで分析してもよい。
更に、本文脈において、遊離二価カチオンは、選択電極の方法によって測定され得る。例えば、遊離(イオン性)カルシウム濃度は、692pH/イオンメーター(Metrohm Switzerland)に接続されたBNCコネクターP/N51344703を備えたメトラー・トレドカルシウム選択電極perfection(商標)DXシリーズ半電池で測定される。
更に、本文脈において、特に指示がない限り、成分の%は、組成物の重量に基づく重量%、すなわち重量/重量%を意味する。
「冷凍された気泡入り菓子」に加えて、アイスクリーム、シャーベット、メロリン、ミルクシェイク、任意の冷凍デザートなどのいずれかの気泡入り製品を意味する。
更に、本文脈において「撹拌する」とは、成分組成物を移動させることを意味する。撹拌は、成分組成物の剪断をもたらし得る。これを行う場合、疑集体を破壊することなく行うことが好ましい。
本発明の好ましい実施形態では、凝集体は、10〜40ミクロン、好ましくは10〜30ミクロンである。このことにより、凝集体がざらつき感を与えることなく、製品に望ましい口当たりを与える。
本発明に従い、二価カチオンが、Caカチオン及びMgカチオン又はこれらの組み合わせからなる群から選択されることが好ましい。これらの二価カチオンは、食品等級であり、脂肪の酸化を増加させるのに寄与しない。
本発明の好ましい実施形態では、二価カチオンは、カルシウムカチオンである。
有利には、遊離二価カチオンの濃度が3.5〜6.5mM二価カチオンになるまで、二価カチオンが添加される。乳又は食品製品に添加する必要がある量は、3〜25mMであることが見出されている。
更に、二価カチオンは、ミネラル塩の形態で添加されることが好ましい。好ましくは、ミネラル塩は、塩化カルシウム、乳酸カルシウム、グルコン酸カルシウム、又はリン酸カルシウムからなる群から選択されるカルシウム塩である。本発明の特に好ましい実施形態では、カルシウム塩は、塩化カルシウムである。
本発明の全ての自然な実施形態では、カルシウムは、例えば膜分画によってタンパク質、脂肪、及びラクトースを分離した後の乳由来の濃縮ミネラルから得られる。
本発明によれば、カルシウムカチオンを添加する前の成分組成物のpHは、好ましくは6.2〜7.1である。
成分組成物中の可溶性タンパク質の含有量は、タンパク質の大部分が凝集体の形態であることを示す総タンパク質含有量に対して、30%以下であることが好ましい。
本発明の一実施形態では、成分組成物が、0〜36重量%の脂肪、好ましくは1.0〜20重量%、より好ましくは3.0〜15重量%、最も好ましくは5〜10重量%の脂肪を含む。低量の脂肪であっても、製品内に生成された凝集体に起因して、製品のテクスチャーは依然としてクリーム状として知覚されることが見出された。
成分組成物中のカゼイン及びホエイタンパク質は、好ましくは、生乳、低温殺菌乳、低熱濃縮乳、低熱粉乳、乳タンパク質濃縮物、液体若しくは粉末形態の乳タンパク質単離物、又はこれらの組み合わせからなる群から選択される形態で提供され、追加のホエイタンパク質は、スイートデイリーホエイ、ホエイタンパク質濃縮物、液体、濃縮物若しくは粉末形態のホエイタンパク質単離物、又はこれらの組み合わせからなる群から選択される形態で提供される。
本発明による方法は、アイスクリームの製造に特に有用であることが見出されている。本発明の本実施形態では、成分組成物は、冷凍菓子用の混合物であり、0.5〜20重量%の量の脂肪と、5〜15重量%の量の無脂肪乳固形分と、5〜30重量%の量の甘味剤と、最大6重量%の量の安定剤系と、を含む。
混合物は、いずれかの香料、着色料、水、酸性化成分、アルカリ化成分を更に含んでもよい。
冷凍菓子の製造のために、原材料の混合物を、好ましくは少なくとも20%、好ましくは少なくとも40%、最も好ましくは100%〜120%のオーバーランまで任意に通気しながら凍結して、気泡入り冷凍菓子製品を形成し、任意に硬化させてよい。冷凍菓子の製造において、製品を、単一又は二軸押出機内で−11℃未満の温度で、任意に動的冷却(dynamic cooling)に供する。
本発明はまた、上記の方法によって得られる食品又は飲料製品に関する。本発明の特定の好ましい実施形態では、食品製品は、上記の方法で得られた冷凍菓子である。
上記で議論される本発明の別の態様では、本発明は、カゼインミセル及びホエイタンパク質凝集体を含む凝集タンパク質を含む食品又は飲料製品であって、6.1〜7.1のpHと、6〜40重量%の乳固形分の濃度と、90/10〜60/40のホエイタンパク質に対するカゼインタンパク質の比と、3〜8mMの濃度の遊離二価カチオンの濃度と、を有し、凝集体のサイズは、レーザー回折によって測定して、5〜50ミクロンの平均直径D(4,3)である、食品又は飲料製品に関する。この製品に関して、製品は、製品中に3.5〜6.5mMである遊離二価カチオンを有することが好ましい。二価カチオンは、好ましくは、二価カチオンCa及びMg又はこれらの組み合わせから選択される。製品は、1.0〜15重量%のタンパク質を含み得る。
本発明による製品において、製品中の可溶性タンパク質の含有量は、総タンパク質含有量に対して30%以下であることが有利である。
更に、製品は、0〜20重量%の脂肪、好ましくは2.0〜15重量%、最も好ましくは2.5〜10重量%の脂肪を含むことが好ましい。脂肪含有量が0又は低い製品でも、望ましい口当たりを得ることができることが見出されている。本発明による製品は、5〜50ミクロンのタンパク質凝集体中で凝結される0.5〜2.0ミクロンのサイズを有する初期脂肪(熱処理前に存在する)液滴を有し得る。
本発明による製品は、少なくとも部分的に凝集したタンパク質系を有してもよく、このタンパク質系は、組成物を80°〜100℃で0.5〜3分間、熱処理に供することによって得られる。
カゼインミセルは、液体若しくは粉末形態又はこれらの組み合わせで、乳、乳タンパク質濃縮物、及び乳タンパク質単離物からなる群から得ることができる。
本発明による製品は、アイスクリーム又は冷凍菓子、乳製品濃縮物又はデザート、ソースなどの乳製品ベースの製品であり得る。製品の形態としては、凍結、周囲温度、液体、及び粉末を含む。
以下の実施例は、限定するものではなく例として、本発明の様々な実施形態を例示する。
実施例1:
加熱された全脂肪乳への塩化カルシウム添加によって得られた乳タンパク質ベースの凝集体。
材料及び方法
低温殺菌及びマイクロ濾過した全脂肪乳(3.5重量%脂肪)を、Cremo S.A.(Le Mont−sur−Lausanne,Switzerland)により用意した。25℃で測定して、初期pHは6.77であった。カルシウム添加のために、CaCl2溶液、2(H20)(Merck,Darmstadt,Germany)を200mMのミリQ水で調製した。塩化カルシウム溶液を添加する毎に、50mLの容量の乳を50mlのPyrexガラス瓶(Schott Duran type,Germany)に導入し、1〜16mMの範囲の遊離カルシウムの添加をカバーした。室温20〜23℃で、300rpmで磁気撹拌を行った。
塩化カルシウムを添加した後、20mLの乳を、磁気バレルを備える22mLの密封ガラスチューブに導入した。3分で製品の温度を90℃に到達させるため、密閉したチューブを部分的(2/3)に、92.5℃に調節された水浴中に15分間浸漬した。試料の剪断を確実にするために、磁気撹拌(500rpm)下でインキュベーションした。インキュベーション後、チューブを冷却するために氷水に移した。
毛細管の粘度は、Rheotest LK 2.2(Medingen GmbH,Dresden,Germany)を使用して、粒度分布(PSD)はマスターサイザー2000(Malvern Instruments,UK)を使用して測定した。
チューブの直接的な外観は、タンパク質凝集体が形成された最初の遊離塩化カルシウム濃度を検出するために行われた。加熱後のイオン性(遊離)カルシウム濃度は、692pH/イオンメーター(Metrohm Switzerland)に接続されたBNCコネクターP/N51344703を備えたメトラー・トレドカルシウム選択電極perfection(商標)DXシリーズ半電池で決定される。
結果
表1から、元の乳は可溶性コロイドカルシウムの形態で、2mMの遊離イオン性カルシウムを既に含有していることがわかる。乳にCaCl2を添加することにより、遊離イオン性カルシウムの増加がもたらされたが、加熱後のpHの低下にもつながった。最大4mMの添加された塩化カルシウム濃度(測定された遊離カルシウムの3.8mMに相当)で、加熱した乳中の粒径は、D43では600nm付近、D32では300nm付近のままであり、これはタンパク質で被覆された乳脂肪滴のサイズ及びカゼインミセルに相当する。この臨界CaCl2値を超えると、D43及びD32について数百ミクロンに達するより大きな粒子が形成される。これらの凝集体は、図1のガラスチューブの表面上で視認可能である。驚くべきことに、タンパク質ベースの凝集体のサイズは、約6mMのCaCl2で最大に達し、次いで、より多くのカルシウムが系内に存在する間、定常的に減少した。この系の粘度は、塩化カルシウム含有量の増加と共に増加する。系は、加熱中にチューブ内で剪断を適用することによって、タンパク質凝集体間の相互作用を制御できることを証明する、ゲル化はしなかった。
実施例2:
乳タンパク質濃縮物を安定化したエマルジョンにおけるカルシウムの添加
材料及び方法
カゼインミセル分散体の原液を、10重量%のタンパク質濃度で調製した。カゼインミセル濃縮物Promilk852B(バッチ13610656)を、Ingredia(Arras,France)から購入した。粉末の組成は(g/100g湿潤粉末):タンパク質(N×6.38)82.3、Ca2.6、Mg0.1、Na0.07、K0.29、CI0.05、P1.56であった。分散体を調製するのに必要な粉末の質量を、粉末中のタンパク質含有量に応じて計算した。
カゼインミセル粉末を、室温での撹拌下で、ミリQ水で3時間水和した。3時間後、タンパク質分散体を、EmulsiFlex C−5高圧一段式ホモジナイザー(Avestin(登録商標),Canada)で均質化した。この処理により、カゼインミセルの平均粒径が減少し、漿液中の非沈降性カゼイン(κ、αs1、及びαs2)の量が増加し、それにより溶液が安定化されMCIの沈降を回避することが可能となる。
平均粒径を、均質化後にNanosizer ZS(Malvern Instruments(登録商標),UK)を使用して測定した。平均粒径は単分散であり、約250nmであった。
エマルジョンの調製
O/Wエマルジョンを、高オレイン酸ヒマワリ油(Oleificio Sabo,Manno,Switzerland)をタンパク質分散体に添加することによって調製し、その結果、全試料は2.5、5及び10重量%の油含有量並びに3重量%の一定のタンパク質含有量となった。続いて、混合物を、Ultra−Turrax T25 basic(IKA(登録商標),Switzerland)を使用して、500mLの容量につき1分間、11,000rpm/分で予備均質化した。予備均質化したエマルジョンを、第一のバルブについては50バール、第二のバルブについては250バールに調整したPandaPLUS HomoGenius 2000(GEA(登録商標),Germany)を用いて高圧で均質化し、合計300バールの圧力を得た。
エマルジョンをこの方法によって2回均質化した。均質化後、CaCl2のpH及び濃度を、定義された目標値に補正した。異なるpHを有する試料を、調製した直後及び1時間後に、異なる濃度のCaCl2について、湯浴中で95℃で15分間加熱した。エマルジョンを氷水で20分間冷却した後、4℃で1時間保管した。
その後、試料をビーカー内でUltra−Turrax T25 basic(IKA(登録商標),Switzerland)を用いて60mLの容量につき16,000rpmで2分間剪断し、全ての容量について同じ剪断を得るために30回の回転を適用した。その後分析が完了するまで、エマルジョンを4℃で保存した。
粒度分布
粒径分布を評価するために、分散体及びエマルジョンを、動的光散乱法による剪断後、マスターサイザー3000(Malvern Instruments Ltd(登録商標),UK)を使用して分析した。エマルジョンの試料を、9〜10%の不透明度が得られるまでHydro SM測定セルに分散させた。非加熱及び加熱された試料を分析した。測定を3回行い、3回の反復の平均を報告した。
タンパク質凝集体の微細構造
試料の凍結切片法
CLSMにより試料を分析するために、凍結切削を行った。それらを保存するため、この目的のために、スクロース及びホルムアルデヒドを試料に添加した(PRICE and JEROME,2011)。割合は、スクロースには総容量の30重量%、ホルムアルデヒドは3.7重量%である。ボルテックスを用いて試料を均質化し、分析を開始する前に4℃で一晩保管した。
その後、試料を固定した。このステップは、凍結切片法用の最適切削温度(OCT)化合物、Tissue−Tek(登録商標)1g中に0.5gの試料を添加することで構成された。組成物を均質化し、凍結切片法用のOCT化合物、Tissue−Tek(登録商標)を含有する凍結試料ホルダに0.1gを添加した。
凍結試料ホルダを、80mLの2−メチルブタン(99%、Sigma Aldrich(登録商標),USより入手)を含有するプラスチックバイアルに浸漬し、それ自体を窒素液体のSagexボックスに浸漬した。2−メチルブタンの溶液は、試料の良好な凍結を確実にし、乾燥から保護する。
次いで、試料をCryostat CM 3050(Leica(登録商標),Switzerland)に入れた。その後−21℃で、ミクロトームでのカットを、7μmの厚さで行った。分析が実施されるまで、顕微鏡スライドを−20℃の冷凍庫で保存した。
顕微鏡スライドガラスは、組織をガラススライドに接着させ、過酷な工程の間に組織を除去することを避けるために、HistoGrip(50倍濃縮物、ThermoFisher Scientific(登録商標),US製)で前処理した。
共焦点走査レーザー顕微鏡
タンパク質と脂肪球とを区別するために、個々の試料100/0(MCI/SPI)及び0/100(MCI/SPI)を染料で標識した。
ファストグリーンを使用してタンパク質を着色し、ナイルレッドで脂肪球を着色した。FOWLER et al.,1985によれば、ナイルレッドは蛍光顕微鏡による細胞内脂質液滴の検出に優れた染料であり、非常に疎水性及び蛍光性である。25mgのナイルレッドを100mLのエタノールに溶解した。励起波長は、ダイオードレーザーからの488nmの放射を用いて達成され、放射された光は488nmと630nmの間で収集された。
ファストグリーンは、タンパク質上の荷電基に静電的に誘引される有機染料である(MERRIL and WASHART,1998)。それは静電相互作用によって対象のバイオポリマーに非共有結合することができる(AUTY,2013)。励起波長は、ダイオードレーザーからの633nmの放射を用いて設定され、放射された光は633nmと740nmの間で収集された。使用したファストグリーンは、水中1重量%であった。
試料をナイルレッド(100μL)とファストグリーン(3mL)の混合物で染色した。混合物を顕微鏡スライド上に10分間置き、すすいだ。スライドを、固化するVectashield Hard Set Mounting Medium(Vector Laboratories(登録商標),US)を用いて定着させた。
その後、顕微鏡スライドを、Zeiss(登録商標)LSM710共焦点走査顕微鏡(Zeiss(登録商標),Germany)を使用して分析した。CLSMは、同時に複数の蛍光プローブの励起を可能にするレーザーを備えており、この能力により、正確な励起波長を選択し、特定の色素からの放射光を収集するフィルタを選択することによって、試料のマルチイメージングを可能にする。10×/0.45 ∞/0.17/PL APO及び63×/1.4 oil/DIC 420782−9900/PL APOを全ての画像に使用した。
流動特性
剪断の1日後、同心円筒形状CC27−SS/S(直径=27mm、ギャップ=1.14mm、Anton Paar(登録商標),Austriaによる)を有する応力制御されたレオメーターPhysica MCR501(Anton Paar(登録商標),Austria)を用いて流動実験を行った。
25℃の一定温度で、定常状態の流れ測定を行い、100 1/sの剪断応力を5分間試料に適用し、続いて4つの剪断速度(1つは0.1〜500 1/sからのもの、もう一方は500〜0.1 1/sからのもので、これらを2回実施した)を適用した。30秒毎に15の測定を行った。見かけ粘度を剪断速度に応じて記録した。
各測定について、エマルジョン試料のアリコート(19mL)をカップに注いだ。測定を3回行い、3回の反復の平均を報告した。
可溶性タンパク質含有量
本発明からの製品中の可溶性タンパク質の含有量を特徴付けるために、製造の1日後に、Eppendorf(登録商標)遠心分離機5418(Vaudaux−Eppendorf AG(登録商標),Switzerland)を用いてエマルジョンを、室温で20分間16,000gで遠心分離した。Reverse Phase−Ultra Performance Liquid Chromatography(RP−UPLC)により分析するために、上清を慎重に回収し、4℃で保存した。
UPLCシステム(Waters Corp Milford Ma,USA)は、バイナリポンプ、温度制御オートサンプラー(サンプルマネージャ−UPSMPM6R)及びフォトダイオードアレイ検出器(UPPDA−E)で構成された。装置は、Empower(登録商標)3ソフトウェア、Proバージョンによって制御された。
逆相分析カラムAcquity UPLC(登録商標) BEH300 C4 1.7μm 2.1x150mm (Waters Corp Milford Ma,USA)及びVANGUARDTM Pre−column BEH300 C4 1.7μm 2.1x5mm(Waters Corp Milford Ma,USA)で分離を行った。UPLCバイアルを8℃±2℃の一定温度に保ち、サンプルマネージャシステムによって注入した。500μLの注入器及び250μLのインジェクションループを使用した。
カゼインの標準物質は、10重量%の参照溶液からミリQ水で希釈することによって、0.1、0.3、1、3、及び5重量%の濃度で調製した。1.5mLのEppendorf(登録商標)マイクロチューブに、200μLの試料及び800μLの緩衝液{グアニジン−HCl7,5M;クエン酸三ナトリウム
6.25mM;DTT23mM}を添加した。試料の質量及び緩衝液の質量を正確に秤量した。次いで、組成物をボルテックスを用いて均質化し、Eppendorf(登録商標)Thermomixer Compact(Vaudaux−Eppendorf AG(登録商標),Switzerland)中で、60℃で10分間、650rpmでインキュベートした。
インキュベーション後、試料を均質化し、Eppendorf(登録商標)遠心分離機5418(Vaudaux−Eppendorf AG(登録商標),Switzerland)で、16,000gで10分間、室温で遠心分離した。次いで、上清を慎重に回収し、脂肪層に注意しながら、また、存在する場合はペレットを懸濁させないようにUPLCバイアルに導入した。注入量は、十分な表示を得るために試料のタンパク質含有量(ケルダール法により測定、N×6.38)に適合させて30μL〜150μLの間で可変であった。変動性を考慮するために、標準物質にも調整された量を注入した。
溶出中に混合した2つの溶媒を用いて勾配溶出を行った。溶媒Aは水中0.1%TFAからなり、溶媒Bはアセトニトリル/水(90/10)(v:v)中0.1%TFAであった。4分で15〜35%B(5%B.分−1)、24分で35〜47%B(0.5%B.分−1)及び4分で47%B〜80%B(8.25%B.分−1)の直線勾配で分離を行った。これに続いて、80%Bでの定組成溶離を1分間行った。次いで、2分で直線的に開始条件に戻り、続いて5分間カラムを再平衡化した。
流速は0.6mL.分−1であり、カラム温度は40±1℃で一定に保たれた。取得はλ=214nm(解像度2.4nm−20ポイント/秒−露光時間自動)で達成された。
各クロマトグラムを手動で積分した。検量線については、注入されたタンパク質量に応じて総面積をプロットした。可溶性タンパク質含有量は、遠心分離後の上清中に存在するタンパク質量と、遠心分離せずにエマルジョン中に存在するタンパク質の総量との比から計算し、百分率で表した。
結果
粒度分布
図2は、熱処理及び剪断時に、pH7.0でのエマルジョンのサイズ分布が、試験した3つのヒマワリ油含有量について約400〜600nmのピークを示すことを示す。それどころか、5mMの添加されたカルシウムの存在下で熱処理が達成される際に、より大きな粒子が形成される。したがって、サイズ分布が約15〜25ミクロンに明らかに移行しており、最初の油滴がより大きなタンパク質ベースの粒子に凝集したことを示している。
微細構造
タンパク質ベースの凝集体の微細構造を図3に明確に示す。エマルジョン中の油含有量が増加すると、より多数の凝集体が得られた(図3A〜3C)。興味深いことに、より大きな倍率の粒子は、これらが周辺のタンパク質マトリクスに密に含まれている油滴によって構成されていることを示す(図4)。エマルジョン中のヒマワリ油の含有量が多いほど、粒子の形状はよりコンパクトで球形であった(図4C)。対照的に、最も低い油の含有量では、より分枝状で細長い粒子が得られた(図A)。5重量%の油でのエマルジョン中の可溶性タンパク質含有量は、pH7.0で76%であることが見出され、一方5mMの塩化カルシウムの存在下での熱処理をすると、UPLC分析によって明らかにされるように、約3%であることがわかった。
流動特性
5重量%の油で生成されたエマルジョンの流動特性を、pH7.0での熱処理及び剪断後と、5mMのCaCl2の添加後とで比較した。流動特性を図5に示す。
pH7.0で生成されたエマルジョンは、剪断速度に応じて、粘度とは独立してニュートン流動挙動を示した。これは、粘度が主に油の体積分率によって決まること、及び油滴が相互作用しないことによって説明される。5mMカルシウムを含有する本発明の試料では、流動挙動は剪断減粘性であり、これは、全体の流動挙動に影響を与える剪断感受性粒子(shear sensitive particles)が生成されたことを示している。試料の粘度を、口腔内の条件に関連する10s−1の剪断速度で試験した3つのヒマワリ油の含有量について比較する(図6参照)。pH7.0では、粘度は油の含有量の増加と共にわずかに増加することがわかる。カルシウムの存在下で調製された本発明の試料については、粘度はpH7.0での対応する試料より約10〜100倍大きかった。これは、本発明の粒子がはるかに低い油の含有量で粘度を高めることを可能にし、食品製品中の脂肪を低下させることを可能にすることを明確に示す(図5を参照のこと)。
実施例3
二倍に濃縮された乳へのカルシウム添加、熱処理及び噴霧乾燥
材料及び方法
市販の全乳を35%全固形分(TS)含有量まで濃縮すること、乳濃縮物中に可変量のCaCl2(5及び10mM)を添加すること、直接的なダイレクトスチームインジェクションステップを含む標準化された熱処理工程及び噴霧乾燥をして機能化された粉乳を得ることと、を含む、以下の手順に従って、2つの試料のセットを製造した。
市販で入手可能な、低温殺菌及びマイクロ濾過され、均質化された全乳(脂肪含有量3.5%、Cremo,Le Mont−sur−Lausanne,CH)を、Centritherm(登録商標)CT1−09薄膜スピニングコーンエバポレーター(Flavourtech Inc.,AU)で、表2に示されるように全固形分含有量まで濃縮する。
濃縮プロセスは、4℃の乳から出発して再循環させるバッチモードにおいて行われる。乳は前進する空洞ポンプで汲み上げられ、緩衝液槽から40℃の出口温度に設定されたプレート式熱交換器とCentritherm(登録商標)CT1−09エバポレーターを介して、緩衝液槽内に戻される。これにより、緩衝液槽内の乳は、固形分濃度及び温度が徐々に増加する。臨界濃度閾値に達すると、乳は、再混合することなく最終の蒸発器の通過によって所望の全固形分含有量にされ、別の貯蔵槽に収集される。
以下のプロセスパラメータ:流速100 1/h、蒸発器入口温度40℃、蒸発器真空圧力40〜100ミリバール、蒸発器蒸気温度90℃を使用した。これは約35℃の濃縮物出口温度、及び乳濃度の増加と共に約50 1/h〜30 1/hに徐々に減少する蒸発流速をもたらす。約100 1/hの高い製品の流速及び40℃の安定した製品の入口温度が、Centritherm(登録商標)装置の熱交換面に乳濃縮物が付着するのを避けるために重要である。
乳濃縮物を10℃に冷却し、必要量のCaCl2,2H2O粉末(Merck,Darmstadt,Germany)を撹拌しながら牛乳に添加した。40kgのバッチへのカルシウム粉末を添加するための典型的な時間枠は、約15分である。
冷却したカルシウムを充填した乳濃縮物を、市販のOMVE HT320−20 DSI SSHEパイロットプラントライン(OMVE Netherlands B.V.,NL)上で半連続モードで熱処理した。処理工程は、OMVE管状熱交換器内を60℃への予熱、95℃の出口温度にダイレクトスチームインジェクション、直列に接続され最大rpmで稼働するOMVEラインの2つのかき取り式表面熱交換器における95℃で300秒間の熱保持期間、続いてOMVE管状熱交換器を氷水で冷却し、約23℃の製品の出口温度への冷却である。掻き取り式表面熱交換器ユニット内での滞留時間の合計が約300秒になるように流速を14 1/hに設定する。OMVE冷却器における滞留時間は約2分である。滞留時間は、ライン要素(管状熱交換器、かき取り式表面熱交換器)の体積流量及びデッドボリュームからの平均である。
DSIインジェクタの目詰まりは重大な現象であり、この点でラインを慎重に制御する必要がある。フラッシュ蒸発は適用されず、凝縮蒸気は、完全に製品中に残る。
5mMのカルシウムを添加した熱処理された乳濃縮物を、FS1ロータリーアトマイザーを備えたNiro SD6.3パイロットプラントスプレータワー(GEA NIRO Process Engineering,DK)で噴霧乾燥した。運転パラメータは、製品供給速度10〜20kg/h、ロータリーアトマイザーにおける製品の入口温度25〜30℃、ロータリーアトマイザーの速度25000rpm、気流速度350〜400kg/h(質量流量調整)、空気入口温度160℃、排気温度80℃、排気相対湿度15%、である。完成した粉末製品は直ちに密閉バッグに包装され、4%未満の残留湿度を有する。
実施例2で使用したものと同じ方法を使用して、試料のサイズ分布、微細構造及び流動特性を特徴付けた。5mMのCaCl2を含有する噴霧乾燥された粉末で行われた実験では、測定前に試料を13又は50%TSに再構成した。蒸留水をビーカーに注ぎ、水浴で42℃〜44℃に加熱した。42℃〜44℃で150mLの容量の蒸留水を測定し、メスシリンダーを用いてガラスビーカーに移した。22.5gの量の粉乳を42℃の150mlの蒸留水に添加し、30秒間スプーンで混合する。
結果
液体試料
表2から、本発明の試料は、熱処理後に粒径の顕著な増加を示し、粘度の増加をもたらしたことがわかる。10mM塩化カルシウム添加の存在下では、D(4,3)は、試料にわずかなざらつきをもたらす66.8ミクロンに増加していたことがわかる。この乳の濃度では、5mMのCaCl2添加で最良の条件及び凝集プロファイルが得られ、これは、10mMのCaCl2添加(150mPa.s)と比較して到達したより高い粘度(349mPa.s)によっても推測することができる。噴霧乾燥後、試料はミリQ水中で再構成する際に特徴付けられた。
粒度分布
再構成時の粒子の分布は、噴霧乾燥前に得られた粒径(D(4,3)=28.4ミクロン、表2)に非常に近い約20ミクロンにピークを示している(図7参照)。粒径のわずかな減少は、製品の噴霧乾燥中に生じる剪断効果によるものと思われる。驚くべきことに、13%TSで粉末を再構成した後に得られた可溶性タンパク質含有量は全タンパク質の7%であり、乳タンパク質の大部分が凝集構造に関与したことを示している。
微細構造
粒子の微細構造は、図8A及び図8Bで見ることができる。凝集体はややコンパクトであり、タンパク質及び脂肪滴から構成されており、低量の可溶性タンパク質を照明する反応しないタンパク質の兆候は見られなかった。図8Bのより高い倍率の粒子は、高密度なタンパク質マトリクス中に埋め込まれた平均サイズ1〜2ミクロンの十分に埋め込まれた脂肪滴を示す。凝集メカニズムから凝集体の形成が生じたことを示す脂肪滴の合体の兆候はほとんど存在しない。
50%TSでの再構成時の流動特性
本発明による乳の噴霧乾燥粉末は、一般に全脂肪乳が噴霧乾燥されるTSである50%TSに再構成された。図9に見られるように、流動挙動は急激な剪断減粘性であり、急峻な負の勾配と高い低剪断粘度を示している。これは、再構成時の製品が何らかの構造を構築したこと、及びタンパク質凝集体が互いに相互作用することができたという兆候である。驚くべきことに、上下の曲線がほぼ重なっているので、試料上の応力を解放すると構造は回復するする可能性がある。
実施例4:
三倍に濃縮された乳へのカルシウム添加、熱処理及び噴霧乾燥
材料及び方法
参照の乳
市販の低温殺菌され均質化された全乳(脂肪含有量3.5%、Emmi,Lucerne,CH)を、Schefersトリプルエフェクト流下膜式蒸発器(Schefers B.V.製)によって50%全固形分まで濃縮した。乳濃縮物をプレート式熱交換器によって4℃に冷却し、均質化した液体乳濃縮物のpHを測定すると、6.5であった。この組成物をプレート式熱交換器によって再び60℃に予熱し、続いて15秒間の保持時間でダイレクトスチームインジェクションシステム(Nestleの自己構築)によって85℃に加熱する。熱処理後、乳濃縮物を3VT460 CREPACOかき取り式熱交換器(APV Invensys Worb製)によって40℃に急速に冷却する。次いで、乳濃縮物を2段階ノズルシステム(1.8mmノズル)によりNestle 3.5m Egron(自己構築)上で3%の最大含水量まで噴霧乾燥し、気密バッグに詰める。噴霧乾燥の条件は、37℃の製品温度で413kg/hの製品流速、熱気入口温度270℃、及び気流速度4664kg/h、出口空気温度88℃であった。
本発明の試料
市販の低温殺菌され均質化された全乳(脂肪含有量3.5%、Emmi,Lucerne,CH)を、Schefersトリプルエフェクト流下膜式蒸発器(Schefers B.V.製)によって37%全固形分まで濃縮した。ミルク濃縮物をプレート式熱交換器によって4℃に冷却し、そして6.5mMの塩化カルシウムを添加する。カルシウムを調整した乳濃縮物をプレート式熱交換器によって再び60℃に予熱し、続いて約300秒間の保持時間でダイレクトスチームインジェクションシステム(Nestleの自己構築)によって95℃に加熱する。熱処理後、乳濃縮物を3VT460 CREPACOかき取り式熱交換器(APV Invensys Worb製)によって40℃に急速に冷却する。次いで、乳濃縮物を、17,000rpmでロータリーディスクノズルシステムによりNIRO SD6 3Nスプレードライヤーで最大3%の水分含有量まで噴霧乾燥し、気密バッグに詰める。噴霧乾燥の条件は、40℃の製品温度で20L/hの製品流速、熱気入口温度160℃、及び気流速度360m/h、出口空気温度80℃であった。
サイズ分布の測定
本発明の粉乳を上記の参考文献と比較し、粒度分布(PSD=Particle Size Distribution)を決定するためにレーザー回折によって特徴付けた。
粉末試料を測定前に再構成した。蒸留水をビーカーに注ぎ、水浴で42℃〜44℃に加熱した。42℃〜44℃で150mLの容量の蒸留水を測定し、メスシリンダーを用いてガラスビーカーに移した。22.5gの量の粉乳を42℃の150mlの蒸留水に添加し、30秒間スプーンで混合する。
液体又は再構成された粉末試料の蒸留水又は脱イオン水への分散及びレーザー回折による粒度分布の測定。
使用される測定設定は、0.01の吸収で、脂肪滴に対する1.46の屈折率、水に対して1.33の屈折率である。全ての試料は、2.0〜2.5%の不透明度で測定された。
流動特性
上記のプロセスを用いて、試料を50%TSに再構成した。同心円筒形状CC27−SS/S(直径=27mm、ギャップ=1.14mm、Anton Paar(登録商標),Austria製)を有する応力制御レオメーターPhysica MCR501(Anton Paar(登録商標),Austria)を用いて流量実験を行った。
25℃の一定温度で、定常状態の流れ測定を行い、100 1/sの剪断応力を5分間試料に適用し、続いて4つの剪断速度(1つは0〜100 1/sからのもの、もう一方は100〜0 1/sからのもので、これらを2回実施した)を適用した。30秒毎に15の測定を行った。見かけ粘度を剪断速度に応じて記録した。
各測定について、エマルジョン試料のアリコート(19mL)をカップに注いだ。測定を3回行った。
結果
粒度分布
50%TSで噴霧乾燥した全脂肪乳の粒径分布を、13%TSに再構成した後に測定した(図10)。図10Aでは、主要ピークが0.5ミクロンであり、続いて最大6ミクロンまでのテーリングが見られたことがわかる。これは、乳由来の乳脂肪滴及びカゼインミセルが付随して測定され、有意な凝集が系内で生じなかったことを示す。6.4mMの添加された塩化カルシウムの存在下で処理された本発明の試料では、粒径分布はより大きな粒径に変化させた。D(4.3)は、タンパク質凝集体の存在を説明する11ミクロンに達し、一方約0.5ミクロンの小さな残留物のピークは、おそらく未反応カゼインミセルを説明した(図10B)。可溶性タンパク質の濃度は、対照の乳試料中で33.5%であり、一方添加されたカルシウムの存在下で製造された試料中では15.5%であった。このことは、本発明がタンパク質の凝集及びタンパク質凝集体中の油滴の取り込みに有利であることを再び示す。
流動特性
2つの粉乳を50%TSに再構成し、それらの流動特性を比較した。50%TSで噴霧乾燥された対照の全脂乳は、剪断減粘性挙動及び約100Pa・sの低剪断粘度プラトーを示した(図11参照)。本発明からの乳は、50%TSで再構成されたとき、同様に剪断減粘性プロファイルを示したが、低い剪断粘度は100倍大きく、剪断減粘性領域ははるかに強い勾配を有していた。これは、高度に構造化された試料の兆候、及びタンパク質凝集体間の相互作用の証拠である。また、本発明は、同等の脂肪含有量でより高い粘度を生成することが明確に可能であり、したがって、食品製品における脂肪減少の可能性を有することも示す。
アイスクリームへの塩化カルシウムの添加により得られる乳タンパク質ベースの凝集体
材料及び方法
アイスクリーム混合物の調製
2回の試験を行い、両方のアイスクリーム混合物の調製について同様に行った。Lancoミキサーで、200lbの混合物を、以下の成分濃度で作製した。
最終の混合物は、36.7%の固形分、5.5%の脂肪、13%のSNFの目標を有した。
次いで、混合物を40lbの試料に分け、塩化カルシウムを混合し、処理前に30分間静置した。混合物を低温殺菌し、マイクロサーモミックスユニットを用いて均質化した。全ての混合物を145Fに予熱し、次いで1500の第一段階圧力及び500の第二段階圧力で均質化した。最終の加熱は90秒間の保持時間で182Fであった。次いで、混合物を45Fに冷却し、40Fで一晩貯蔵した。第2の試験では、全ての混合物を通気し、KF−80連続冷凍庫を使用して凍結した。各混合物の延伸温度は21Fであり、各アイスクリームを105%オーバーランまで凍結させた。
イオン(遊離カルシウム)判定
イオン性カルシウム濃度は、Mettler−Toledo perfectIONカルシウム感知電極及びMettler−Toledo Seven Multi pH/mV/イオンメーターをmVモードで用いて測定した。カルシウムイオン濃度は、10、25、100、250、及び500mg/Lのカルシウム標準溶液についてのmVの読み取り値の標準曲線からの回帰式に基づいて、ミリボルトの読み取り値から計算した。これらの標準物質は、Mettler−Toledoによって供給される1000mg/Lの原液から調製された。
混合粘度の決定
Anton PaarレオメーターMCR302を使用して、混合粘度を測定した。同心円筒測定システムCC27を使用して、40°F(4.44℃)で各混合物を測定した。0剪断での推定粘度を計算するために、Ostwald−de Waele(べき法則)モデルを使用した。
アイスクリームの溶融測定
22℃でMeltdown Analyzer MDA−1(Certa Fides GmbH)を使用する。試料を事前に風袋引きした金網トレイ(2.4mmの開口部、U.S.#8メッシュに等しい)上に置き、重量センサに掛けた。メッシュトレイ上に残っているアイスクリームの重量を試験期間を通して5秒毎に測定する。このことから、MDAソフトウェアは、試料の初期重量と比較した即時重量に基づいて「%ドリップ」を計算する。
粒度分布
粒度分布を、Malvernのマスターサイザー3000粒度分析器を用いて測定した。試料の温度は、以下の機器パラメータ:超音波なし、撹拌速度1700rpm、粒子屈折率1.4550、吸光度0.100、分散剤屈折率1.3300を用いて、4.4℃であった。
試料の微細構造
1重量部のアイスクリーム混合物を、トルイジンブルー0染色の緩衝溶液9部で希釈し、混合した。染色濃度は0.04重量%であり、0.5重量%の、脱イオン水中のRicca/BDH pH7較正緩衝液の混合物に溶解し、ろ紙に通過させて未溶解物質を除去した。pH7緩衝液は、NaH2PO4及びK2HPO4を含有する。60秒後、2滴の染色されたアイスクリーム混合物を顕微鏡スライド上に置き、それぞれを22mm四方のカバーガラスで覆う。DIC光学素子を備えた10倍顕微鏡対物レンズを使用して、両方のカバーガラスにわたって走査しながら40枚の画像を取り込む。
結果
イオン性カルシウムの測定により、アイスクリーム中の遊離カルシウム含有量が混合物への塩化カルシウムの添加と共に増加していることを示された(図12)。驚くべきことに、このアイスクリームのレシピにおけるカルシウムイオンによるタンパク質の表面の飽和に対応する、8mMの添加されたCaCl2の臨界濃度で勾配変化が見られた。
実施例1で既に報告されているように、塩化カルシウムの添加により、pHの線状の減少がもたらされ、カルシウムイオンがタンパク質表面からタンパク質を置換し、したがって電荷密度を低下させたことを示した(図12参照)。
アイスクリームの粘度
低温殺菌すると、アイスクリーム混合物の粘度は、図14に示すように遊離カルシウムの増加と共に0.25g/L(6.25mMのカルシウム)まで増加した。この粘度増加は、混合物中のタンパク質凝集体の形成による可能性が高く、そのため粒子相互作用が起こる。混合物中のカルシウムが更に増加すると、粘度の減少が認められ、これは部分的にはカゼインミセルの解離だけでなくタンパク質表面の過荷電も原因であり、そのため粒子の凝集が妨げられた。
粒径及び形態
粒子の凝集体の形成が、アイスクリーム混合物の希釈後のサイズ測定によって示された(表4参照)。D(4,3)は、10mMのCaCl2を添加するまで増加し、次いでカルシウムイオンを更に添加すると減少したことが観察することができる。凝集体の形態は、タンパク質ベースの凝集体がトルイジンブルーの使用により染色されたアイスクリーム混合物の顕微鏡写真を示す図15で観察することができる。対照のアイスクリーム混合物中に非常に小さい凝集体が観察され(図15A)、一方、10mM遊離カルシウムに相当する0.15%の添加されたCaCl2が存在する場合、はるかに大きい粒子が形成された(図15B)。
アイスクリームの溶融及び非公式の食味
様々な濃度の添加された塩化カルシウムを含有するアイスクリームの溶融プロファイルを図16に示す。
低濃度のカルシウム添加により、対照の試料と同様の溶融プロファイルがもたらされ、一方で、より高いカルシウム含有量により、より遅い溶融をもたらされたことがわかる。したがって、カルシウムによって誘発されるタンパク質凝集のレベルは、最終的なアイスクリームに重要な影響を及ぼし、必要に応じて調整されるべきである。
試料はパネルによって食味され、低濃度の塩化カルシウムの添加により好ましい試料がもたらされ、一方高濃度では顕著なテクスチャー及び味の問題を引き起こしたことが見出された(表5参照)。
本明細書に記載されている、本発明の好ましい実施形態に対する様々な変更及び修正が、当業者には明らかであることを理解されたい。かかる変更及び修正は、本発明の主題の趣旨及び範囲から逸脱することなく、かつ意図される利点を損なわずに、行うことができる。したがって、かかる変更及び修正は、添付の特許請求の範囲に包含されることが意図されている。

Claims (16)

  1. 食品又は飲料製品の製造方法であって、
    カゼインミセル及びホエイタンパク質を含み、6.1〜7.1のpH及び1〜15重量%のタンパク質の濃度を有する、成分組成物を準備するステップであって、前記成分組成物のホエイタンパク質に対するカゼインタンパク質の比が90/10〜60/40である、ステップと、
    3〜25mMの二価カチオンを添加して、前記成分組成物中に3〜8mMの濃度の遊離二価カチオンを提供するステップと、
    前記成分組成物を均質化するステップと、続いて
    前記成分組成物を、80°〜100℃の温度で0.5〜3分間低温殺菌及び撹拌して、カゼインとホエイタンパク質由来のβ−ラクトグロブリンとを含む凝集タンパク質を形成するステップであって、前記凝集体のサイズは、D(4,3)平均直径によって測定して、5〜50ミクロンであるステップと、を含む、方法。
  2. 前記凝集体が10〜40ミクロン、好ましくは10〜30ミクロン、より好ましくは10より大きく30ミクロン未満である、請求項1に記載の方法。
  3. 前記二価カチオンが、Caカチオン及びMgカチオン又はこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記二価カチオンが、カルシウムカチオンである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 測定可能な前記遊離二価カチオンの濃度が3.5〜6.5mM二価カチオンになるまで、二価カチオンが添加される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記二価カチオンが、ミネラル塩の形態で添加される、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記ミネラル塩が、塩化カルシウム、乳酸カルシウム、グルコン酸カルシウム、又はリン酸カルシウムからなる群から選択されるカルシウム塩である、請求項6に記載の方法。
  8. 前記成分組成物のpHが、前記カルシウムカチオンを添加する前に6.2〜7.1である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記成分組成物中の可溶性タンパク質の含有量が、総タンパク質含有量に対して30%以下である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記成分組成物が、0〜36重量%の脂肪、好ましくは1.0〜20重量%、より好ましくは3.0〜15重量%、最も好ましくは5〜10重量%の脂肪を含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記成分組成物中の前記カゼイン及びホエイタンパク質が、生乳、低温殺菌乳、低熱濃縮乳、低熱粉乳、乳タンパク質濃縮物、液体若しくは粉末形態の乳タンパク質単離物、又はこれらの組み合わせからなる群から選択される形態で提供され、前記追加のホエイタンパク質は、スイートデイリーホエイ、ホエイタンパク質濃縮物、液体、濃縮物若しくは粉末形態のホエイタンパク質単離物、又はこれらの組み合わせからなる群から選択される形態で提供される、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記成分組成物が、冷凍菓子用の混合物であり、0.5〜20重量%の量の脂肪と、5〜15重量%の量の無脂肪乳固形分と、5〜30重量%の量の甘味剤と、最大6重量%の量の安定剤系と、を含む、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記混合物を、好ましくは少なくとも20%、好ましくは少なくとも40%、最も好ましくは100%〜120%のオーバーランまで任意に通気しながら凍結して、気泡入り冷凍菓子製品を形成し、任意に硬化させる、請求項12に記載の方法。
  14. 任意に前記製品を、単一又は二軸押出機内で−11℃未満の温度で、動的冷却に供する、請求項12及び13に記載の方法。
  15. 請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法による食品又は飲料製品。
  16. カゼインミセル及びホエイタンパク質凝集体を含む凝集タンパク質を含む食品又は飲料製品であって、6.1〜7.1のpHと、6〜40重量%の乳固形分の濃度と、90/10〜60/40のホエイタンパク質に対するカゼインタンパク質の比と、3〜8mMの遊離二価カチオンの濃度と、を有し、前記凝集体のサイズは、レーザー回折によって測定して、5〜50ミクロンの平均直径D(4,3)である、食品又は飲料製品。
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