KR20090004838A - 저침전 산성 단백질 음료 - Google Patents

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씨. 론니 유안
미첼 스틸러
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씨피 켈코 유에스, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 저장 중에 단백질 성분의 원치 않는 침전을 방지하기 위해 적절하게 현탁된 특정 유형의 저 pH 단백질계 음료(예컨대 대두계 및/또는 유제품계 유형)을 제공한다. 이러한 음료는 다른 수용성 보조제로 코팅된 박테리아성 셀룰로스(BC)를 포함하는 증점 시스템을 포함하며, 그 결과 BC계 성분은 표적 단백질을 현탁시키고 이러한 단백질의 임의의 식별 가능한 침전을 방지하는 네트워크 형성 구조를 제공한다. 게다가, 이러한 시스템은 불용성 칼슘으로 보강된 산성 단백질 음료의 현탁을 개선시킬 수 있다. 본 발명 내에 포함된 음료는 통상의 저장 조건 하에 특정 안정성 이점을 나타내며, 전체 시스템의 pH에 따라, pH 수준이 타당한 등전위점에 도달하는 경우 성분 단백질의 응집을 방지하기 위해, 또는 적어도 저지하기 위해, 전체 시스템의 pH에 따라, 단백질을 코팅하는 첨가제를 포함할 수 있다.

Description

저침전 산성 단백질 음료{LOW-SEDIMENT ACIDIC PROTEIN BEVERAGES}
본 발명은 일반적으로 저장 중에 저 pH 단백질 성분의 원치 않는 침전을 방지하기 위해 적절하게 현탁되어 있는 특정 유형의 저 pH 단백질계 음료(예컨대 대두계 및/또는 유제품계 유형)에 관한 것이다. 이러한 음료는 BC(bacterial celluose)계 시스템 성분이 표적 단백질을 현탁하여 그러한 단백질의 임의의 식별가능한 침전을 방지하는 네트워크 형성 구조를 제공하도록 다른 수용성 보조제(co-agent)로 코팅된 박테리아성 셀룰로스(BC)를 포함하는 증점 시스템을 포함한다. 또한, 이러한 시스템은 불용성 칼슘으로 보강된 산성 단백질 음료의 현탁을 개선할 수 있다. 본 발명 내에 포함된 음료는 통상의 저장 조건 하에 특정 안정성 이점을 나타내며, 그리고 pH 수준이 타당한 등전위점에 도달하는 경우 일어나는 성분 단백질의 응집을 방지하거나, 또는 적어도 저지하도록, 전체 시스템의 pH에 따라, 단백질을 코팅하는 첨가제를 포함할 수 있다.
대두계 및 유제품계 단백질 음료는 이러한 제품에 대한 이용 가능성이 증가하고 이러한 음료에 대한 감각 수용성의 개선이 일어남에 따라 인기가 증가하고 있다. 그러나, 최근에는 소비자의 광범위한 수용성에 있어서, 주로 맛과 다른 미적 특성에 관하여 특정 한계가 존재한다. 소비자들은 일반적으로 그들이 섭취하는 음 료에 대하여 매우 개별적이다. 대중이 점점 건강을 의식함에 됨에 따라, 이러한 단백질계 유형은 수용성이 증가하게 되었다. 그러나, 이러한 이용의 증가와 함께, 더 매력적인 제품을 제공하기 위하여 맛, 냄새, 및 외관에 관한 선택을 증가시키고자 하는 욕구가 생기게 되었다. 이러한 궁극의 목표는 달성하기가 오히려 어려워졌는데, 그 이유는 주로 이러한 음료 내에 존재하는 영양분 기초 생성물 단백질과 관련된 저장 수명 안정성 문제 때문이다.
낙농 우유는 매우 오랫동안 소비되었으며 저온 살균 후의 주요 상품이다. 그러나, 이러한 제품 내의 다양한 맛들을 제공하기 위한 욕구가 지속되며, 그 결과 pH 문제는 제품 내에 존재하는 모든 중요한 단백질과 관련하여 재발하는 문제점으로 남아있다. 두유는 특히 이러한 제품 내 락토스의 부존으로 인한 특정 시장내 기반을 세우게 되었다. 그러나, 이러한 대두 제품은 장기간 저장 안정성과 관련하여 유제품 단백질계 조성물과 같은 유사한 문제점을 나타내었다.
중성 pH를 보유하거나 또는 중성 pH에 근접한 낙농 우유 또는 두유와 관련하여, 이러한 표적 음료내 단백질은 통상의 증점제(예컨대 카르복시메틸셀룰로스 및 다른 셀룰로스 에테르, 펙틴, 전분, 크산탄 검, 구아 검, 로커스트 빈 검, 카라기난 검 및 기타)로 용이하게 현탁될 수 있다. 이러한 중성 pH 수준에서, 두유 또는 낙농 우유 단백질은 순 음전하를 가지며, 이로써 단백질 입자가 응집되고, 클러스트화되거나 또는 그렇지 않으면 큰 입자를 형성하게 되는 것을 확실하게 방지한다. 이들 통상의 증점제는 표적 음료의 수상의 점도를 증가시키는 것으로 생각된다. 따라서, 이러한 표적 음료의 수상의 유지에 대한 이러한 도움은 단백질이 그 안에서 용해될 유지될 정도로 단백질 침전물의 형성을 잠재적으로 제한한다. 그러므로, 이들 통상의 증점제는 중성 pH 수준에서 단백질 침전을 최소화하는 방법을 제공한다.
감각 수용성 개량제, 예컨대 향료, 착색제 등의 첨가를 조절하기 위하여, pH 수준을 pH 값 약 3.6 ~ 4.5로 감소시키는 경우 주된 문제점이 존재한다. 두유의 대두비린내 또는 오프노트(off-note)는 차폐할 수 있고, 또는 맛 개량제는 맛을 변화시키고, 이들 음료의 pH를 감소시킴으로써 낙농 우유에 첨가할 수 있으며, 따라서 이러한 표적 음료의 감각 수용성 및/또는 미적 특성을 증가시킬 수 있다. 이는 단백질 입자가 전하 밀도(즉, 내부에 존재하는 특정 단백질에 대한 등전위점에서 또는 부근에서의 pH)의 감소를 나타내도록 할 수 있다. 이러한 특정 pH 수준에서, 이러한 단백질은 열 변성이 일어날 경향이 있으며, 그 결과 현저히 매우 원치 않는 단백질 분자의 응집 또는 클러스트화를을 초래하고, 결국 용액으로부터 전술한 원치 않는 침전을 야기시킨다. 통상의 안정제, 예컨대 펙틴이 저 pH 대두 단백질 음료의 산성화 중에, 경시적으로, 단백질의 회합을 최소화시키는 효능에도 불구하고, 침전은 여전히 pH 3.6 ~ 4.5 범위에서 발생할 수 있다. 또한 용액 중 펙틴에 의해 적절하고 충분한 코팅을 용인하고 따라서 전술한 침전 문제를 발생시키는 단백질과 단백질의 상호작용의 경향성을 감소시키기 위하여 펙틴 첨가 이전에 표적 단백질의 표면 개질화 및/또는 균질화를 가정하였다. 공교롭게도, 이러한 제한된 개선책은 꽤 값비싸고 실시하기에 어려우므로, 이로써 대두 음료 시장에서 용이하게 수행되지 않는 경향이 있다.
따라서, 장기간 저장 안정성의 요건을 충족시킬 수 있는 현탁 보조제로 저 pH 단백질계 음료 내의 이러한 침전 문제를 해결할 필요성이 있다. 심지어 존재하는 증점제에 있어서, 이러한 단백질의 응집도가 상당히 높은 경우, 성분 영양분을 포함하는 현탁물은 유지되기가 매우 어렵다는 점을 알게 되었다. 산성 pH 수준에서, 특히, 특정 단백질, 특히 대두 및/또는 유제품 음료 내 단백질은 원치 않는 응집을 나타냄으로써 단백질의 하전된 부분들 간의 유해한 상호작용에 고도로 민감하다. 통상의 특정 증점제는 그러한 응집 및 궁극적인 침전을 감소시키거나, 최대한 저지시키기 위하여 단백질 성분에 대하여 코팅 첨가제로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 펙틴은 음료 조성물 내에 도입할 수 있고, 그 후 상기 조성물은 산성 pH 수준(즉, 4.5 이하)으로 조절된다. 펙틴은 실질적으로 이러한 산성 수준에서 활성화되며, 그 결과 적절하게 이러한 단백질을 코팅할 수 있을 뿐만 아니라, 등전위점 근처의 단백질-단백질 상호작용을 방지하거나, 또는 더 적절하게는, 감소시킨다. 그러나, 중요하게도 펙틴은 장기간을 기초로 하여 이러한 응집 및 궁극적인 침전을 방지하지 못한다; 이러한 음료는 일반적으로 매우 장기간의 저장 수명을 요구하기 때문에, 이러한 단백질 침전 감소 시스템은, 대두 단백질 음료 내의 (일 실시예로서) 맛의 수준을 증가시키기 위하여 저 pH 시스템의 실시에 대한 유용한 결과를 단독으로 제공하지 않는다. 기본적이면서 유감스럽게도, 상기에 시사한 바와 같이, 이러한 침전은 펙틴이 코팅 첨가제로서 존재할지라도 경시적으로 반드시 결국에는 응집한다. 그 결과, 단백질 입자의 충분한 침전이 경시적으로 발생하는 경우, 그 결과로 생성된 침전물은 격렬한 교반이 있을지라도 강력히 패킹되거나(packing) 시멘팅되며(cementing) 용이하게 방출되지 않는다. 이러한 시나리오에서, 생성된 침 전물은 소비자에 의해 섭취되지 않으며, 따라서 원하는 단백질로부터의 원하는 이점은 상실하게 된다.
그러나, 이러한 펙틴 첨가제는 pH가 더 높은 수준(즉, 5.0 ~ 6.0)인 경우 동일한 유형의 상당한, 제한되지 않는 이점을 제공하지는 않는다. 이러한 pH 수준에서, 펙틴은 유해한 하전된 부분의 상호작용으로부터의 적절한 코팅 및 보호가 발생할 정도로 단백질과 상호작용하지 않는다. 더 높은 pH 수준에서, 단백질은 더 낮은 pH에서와 같이 용이하게 변성을 나타내지 않는다. 그러나, 공정 열은 대상 제제가 이러한 더 높은 pH 범위(pH 5 ~ 6)내로 존재할지라도 여전히 단백질의 회합 및 응고를 유도할 수 있다. 더 낮은 pH 수준에서 특정 정도의 보호를 제공하는 펙틴에 있어서, 실질적으로 생성된 저 pH 펙틴으로만 보호된 음료의 상호작용 정도는, 펙틴의 존재와는 무관하게, 더 높은 pH 수준(즉, 5.0) 유형의 상호작용 정도와 꽤 유사하다. 따라서, 펙틴 단독은, 내부에 나타내는 사실상의 pH 수준과는 무관하게, 충분한 시스템 보호 및 이에 따른 산성 음료 내 단백질 침전 방지를 제공하지 않는다. 따라서, 이러한 단백질 응집을 잠재적으로 지연시키는 것 뿐만 아니라 이러한 산성 단백질계 음료에 대한 확실한 장기간 현탁 시스템을 제공하는 적절한 방법은, 특히 미적 균형으로부터 이러한 제품에 대한 잠재적 시장을 증가시키기 위해 상당히 필요하다. 지금까지, 시장에 제공되는 최상의 것은 전술한 바와 같이 코팅 첨가제로서 펙틴을 단독으로 이용하는 것이다. 따라서, 특히 비용과 복잡성이 낮고 음료 제조 방법 내에 통합되기 쉬운 용액에 의한 현탁 시스템의 개선이 매우 바람직하다.
발명의 개요
따라서, 본 발명은 크산탄 생성물, 펙틴, 알지네이트, 젤란 검, 웰란 검, 디우탄 검, 람산 검, 카라기난 검, 구아 검, 한천, 아라빅 검, 가티 검, 카라야 검, 트래거캔스 검, 타마린드 검, 로커스트 빈 검 및 기타, 그리고 이들의 임의의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 1 이상의 침전제, 1 이상의 하전된 셀룰로스 에테르로 구성된 군으로부터 선택되는 1 이상의 중합체 증점제 및 1 이상의 박테리아성 셀룰로스 물질을 포함하는 1 이상의 박테리아성 셀룰로스 함유 제제 및 1 이상의 단백질계 물질을 포함하는 액체 조성물로서, 상기 액체 조성물은 pH 수준이 최대 5.5를 나타내는 것인 액체 조성물을 포함한다.
더욱이, 본 발명은 또한 1 이상의 단백질계 물질을 0.1 ~ 20 중량%의 양으로 포함하고 pH 수준 최대 5.5를 나타내는 것인 액체 조성물로서, 상기 액체 조성물은 22℃의 온도에서 24시간 저장 후에 단백질의 침전 수준을 최대 10%로 나타내는 것인 액체 조성물을 포함한다. 추가로, 본 발명은 1 이상의 단백질계 물질을 0.1 ~ 20 중량%의 양으로, 그리고 불용성 칼슘원을 0.05 ~ 5 중량%의 양으로 포함하고, pH 수준 최대 5.5를 나타내는 것인 액체 조성물로서, 상기 액체 조성물은 22℃의 온도에서 24시간 저장 후에 단백질의 침전 수준을 최대 10%로, 그리고 불용성 칼슘의 침전 수준을 최대 10%로 나타내는 것인 액체 조성물을 더 포함한다.
박테리아성 셀룰로스 함유 제제 내의 가능한 하전된 셀룰로스 에테르는 이러한 박테리아성 셀룰로스 함유 제제가 첨가되는 최종 용도 조성물에서 망상 네트워크를 분산하고 안정화하기 위해 이용되는 화합물이다. 상기에 시사되는 바와 같이, 하전된 화합물은 개개 섬유의 반발을 통해 요구되는 섬유 네트워크를 형성하는 능력을 촉진시킨다. 이러한 네트워크는 충분한 강도, 장기간 저장 중의 안정성, 및 틱소트로피성을 나타내는 표적 음료 내의 우수한 네트워크를 제공하며, 그 결과 이러한 표적 음료 내에 존재하는 임의의 응집된 단백질은 경시적으로 식별 가능하게 침전하지 않는다. 박테리아성 셀룰로스 함유 제제 내에 가능한 침전제는 건조 및 밀링(milling) 중에 망상 박테리아성 셀룰로스 섬유의 기능성(functionality)을 보존하기 위해 이용되는 화합물이다. 이러한 하전된 셀룰로스 에테르의 예는 전체적인 양 또는 음을 나타내고, 임의의 나트륨 카르복시메틸셀룰로스(CMC), 양이온성 히드록시에틸셀룰로스 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는 셀룰로스계 화합물을 포함한다. 침전제(건조제)는 크산탄 생성물, 펙틴, 알지네이트, 젤란 검, 프로필렌 글리콜 알지네이트, 람산 검, 카라기난 검, 구아 검, 한천, 아라빅 검, 가티 검, 카라야 검, 트래거캔스 검, 타마린드 검, 로커스트 빈 검 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는 천연 생성물 및/또는 합성 생성물의 군으로부터 선택된다. 필수적이지는 않지만, 침전제(건조제)를 포함하는 것이 바람직하다.
잠재적으로 바람직한 일 실시형태로서, 박테리아성 셀룰로스와 이에 의해 제조되는 펙틴의 제제는 요구되는 임의의 노동 집약적 또는 에너지 집약적 활성화 없이 활성화를 촉진시키는 명확한 이점을 보유한다. 이러한 전체적 방법의 또 다른 명확한 이점은, 안에 존재하는 침전제(건조제)를 사용하든지 또는 하전된 셀룰로스 에테르를 사용하든지 간에, 이소프로필 알코올을 사용하여 침전을 통해 생성된 박테리아성 셀룰로스 함유 제제를 수집하는 능력이다. 따라서, 박테리아성 셀룰로스는 전술한 방법으로 공동 침전되므로, 알코올 불용성 중합체 증점제(예컨대 크산탄 또는 나트륨 CMC)는, 임의의 특정한 과학적 이론에 한정하고자 하는 것은 아니지만, 결과적으로 형성된 섬유의 적어도 일부에 걸쳐 코팅을 제공함으로써 박테리아성 셀룰로스에 대한 보호를 제공하게 된다. 이러한 방식으로, 중합체 증점제는 사실상 비수성 액체(예컨대 바람직하게는 저알킬 알코올)의 첨가시 셀룰로스성 섬유를 회합 및 탈수시킴으로써, 결과적으로 공동 침전 단계 중에 상당량의 저수율 다당류를 수집하게 된다. 따라서, 정제 및 회수 도중에 상당량의 물을 피하는 것은 더 많은 양의 박테리아성 셀룰로스가 궁극적으로 수집되는 것을 가능하게 한다. 이러한 신규 공정을 이용하면, 최대량의 발효된 박테리아성 셀룰로스가 수집될 수 있고, 이로써 원하는 생산에 대한 고효율 뿐만 아니라 전술한 바와 같은 폐수 및 그러한 최종 생성물을 수득하기 위해 통상 요구되는 탈수화 및 재슬러리화의 다중 경로의 회피를 제공한다. 또한, 전술한 바와 같이, 박테리아성 셀룰로스 섬유 다발의 적어도 일부에 걸친 코팅으로서 건조제, 특히, 비제한적인 일례로서, 펙틴 생성물의 존재는, 표적 최종 용도 조성물 내에 도입하는 경우 활성화 요건에의 개선을 제공하게 된다. 놀랍게도, 이전에 실시한 동일한 유형의 생성물과 비교하여 본 발명의 박테리아성 셀룰로스 함유 제제에 따른 원하는 유동학적(rheological) 개질화의 이점을 달성하기 위해 필요한 에너지가 현저하게 감소한다. 더욱이, 박테리아성 셀룰로스(이하 "BC"라고 명명함)는 용해성 중합체 증점제 단독과 비교하여 특유의 기능성 및 리올로지(rheology)를 제공하므로, 본 발명의 방법을 통해 제조된 생성물은 재활성화 요건의 개선, 고온 식품 가공 중의 점도 변화에 대한 내성, 및 장기간 저장 중에 개선된 현탁 성질로 인하여 통상의 방법에 대한 더 저렴한 대체 방법을 가능하게 한다.
이러한 표적 음료는 바람직하게는 유제품계 또는 대두계이며 따라서 이러한 물질과 직접 관련된 단백질 물질을 포함한다. 그러나, 응집 가능성을 나타내는 단백질을 포함하는 다른 유형의 음료는 또한 본 발명의 범위 내에서 이용될 수 있다. 이러한 음료는 과일맛 우유 또는 두유 드링크제, 영양 음료, 및 요구르트 스무티를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 장기간 저장 후 현탁물 형태로 영양분을 제공하기 위해 적절히 현탁되는 것이 바람직한 단백질 함유 음료가 특히 흥미롭다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 목적에 있어서, 용어 "박테리아성 셀룰로스 함유 제제"는 본 발명의 방법에 의해 제조된 바와 같은 박테리아성 셀룰로스 생성물을 포함하고 이로써 생성된 박테리아성 셀룰로스 섬유 다발의 적어도 일부를 코팅하는 중합체 증점제를 포함한다는 것을 의도한다. 이와 같은 용어 "제제"는 이로부터 제조된 생성물이 이러한 방식으로 제조된 중합체 증점제와 박테리아성 셀룰로스의 조합물이고 이러한 결과로 생성된 구조 및 배치를 나타낸다는 것을 시사한다. 용어 "박테리아성 셀룰로스"는 아세토박터 속 박테리아의 발효를 통해 제조된 임의의 유형의 셀룰로스를 포함하고 미소피브릴화된 셀룰로스(microfibrillated), 망상 박테리아성 셀룰로스 등과 같이 일반적으로 언급되는 물질을 포함한다는 것을 의도한다.
박테리아성 셀룰로스는 다양한 조성물에서 유효한 유동학적 개질제로서 사용될 수 있다. 이러한 물질은, 유체 내에서 분산되는 경우, 매우 점성이 있는, 높은 항복 응력을 보유하는 틱소트로피성 혼합물을 생성한다. 항복 응력은 겔형 시스템에서 흐름을 개시하기 위해 요구되는 힘의 척도이다. 이는 유체의 현탁 능력을 나타낼 뿐만 아니라, 수직면에 도포 후 계내에서 유지하는 유체의 능력을 나타낸다.
통상적으로, 이러한 유동학적 개질 거동은 친수성 용매, 예컨대 물, 폴리올(예를 들어, 에틸렌 글리콜, 글리세린, 폴리에틸렌 글리콜, 등), 또는 이들의 혼합물 중 박테리아성 셀룰로스의 혼합물의 몇몇 처리 정도를 통해 제공된다. 이러한 처리는 "활성화"라고 명명되며, 일반적으로, 고압 균질화 및/또는 고전단 혼합을 포함한다. 그러나, 본 발명의 박테리아성 셀룰로스 함유 제제는 저에너지 혼합을 활성화시키는 것으로 밝혀졌다. 활성화는 셀룰로스의 3차원적 구조가 개질되고 그 결과 셀룰로스가 활성화가 일어나는 베이스 용매 또는 용매 혼합물에, 또는 활성화된 셀룰로스가 첨가되는 조성물에 기능성을 부여하는 과정이다. 기능성은 점증성과 같은 특성을 제공하고, 항복 응력, 열 안정성, 현탁성, 동결-해동 안정성, 흐름 제어, 발포 안정화, 코팅 및 필름 형성 등을 부여하는 단계를 포함한다. 활성화 공정 도중에 수반되는 처리는 베이스 용매 중에 셀룰로스를 단지 분산시키는 것 이상으로 상당하게 수행한다. 이러한 처리는 셀룰로스 섬유를 확장시키기 위해 셀룰로스 섬유를 "분열시킨다". 박테리아성 셀룰로스 함유 제제는, 잘 알려진 건조 기법, 예컨대 분무 건조법 또는 동결 건조법을 사용하여 분산제를 건조시켜 제조함으로써 표적 유체 조성물에 대한 원하는 유동학적 이점을 제공하는, 건조 생성물로서 또는 습윤 슬러리(분산물)의 형태로 사용될 수 있다. 박테리아성 셀룰로스 BC의 활성화는 셀룰로스 부분을 확장시켜 매우 높은 표면적을 갖는 매우 상호 맞물리는(intermeshing) 섬유의 망상 네트워크를 형성한다. 활성화된 망상 박테리아성 셀룰로스는 종래의 미소결정질 셀룰로스(즉, 식물원에 의해 제공된 셀룰로스)보다 적어도 200배 많다고 여겨지는 극도로 높은 표면적을 보유한다.
본원에서 이용되는 박테리아성 셀룰로스는 아세토박터 속 미생물의 발효 생성물과 관련된 임의의 유형의 것일 수 있으며, 일례로서, CP Kelco U.S.사에서 제조한 상품명 CELLULON®로 이전에 이용가능하였다. 이러한 호기성 배양 생성물은 수불용성인 섬유의 매우 고도한 망상형으로 분지화하는 상호 연결된 네트워크를 특징으로 한다.
이러한 박테리아성 셀룰로스 생성물의 제조는 잘 알려져 있다. 예를 들어, 본원에서 참고로 인용하는 미국 특허 제5,079,162호 및 미국 특허 제5,144,021호에서는 교반된 배양 조건 하에, 아세토박터 아세티 바르. 크실리눔(Acetobacter aceti var . xylinum)의 균주를 사용하여, 망상 박테리아성 셀룰로스를 호기성으로 제조하는 방법 및 배지를 개시하고 있다. 교반된 배양 조건의 사용은, 평균 70시간에 걸쳐서, 원하는 셀룰로스를 시간당 적어도 0.1 g/리터로 지속적으로 생산한다. 대략 80 ~ 85% 수분을 함유하는 습윤 케이크 망상 셀룰로스는 전술한 특허에 개시된 방법 및 조건을 사용하여 제조할 수 있다. 건조 망상 박테리아성 셀룰로스는 분무 건조법 또는 동결 건조법과 같은 잘 알려진 건조 기법을 사용하여 제조할 수 있다.
아세토박터는 특징적으로 0.6 ~ 0.8 마이크론 × 1.0 ~ 4 마이크론인 그람 음성, 막대형 박테리아이다. 이는 엄격히 호기성 미생물이며, 즉, 물질 대사가 발효성이 아닌 호흡성이다. 이러한 박테리아는 화학적으로 셀룰로스와 동일한 다수의 폴리 β-1,4-글리칸 사슬을 제조하는 능력에 의해 더 구별된다. 망상 박테리아 셀룰로스의 마이크로셀룰로스 사슬, 또는 마이크로피브릴은 세포막의 외부 부위의, 박테리아 표면에 합성된다. 이들 마이크로피브릴은 일반적으로 횡단면 치수가 약 1.6 nm ~ 5.8 nm이다. 대조적으로, 정적이거나 정지 배양 조건 하에, 박테리아 표면의 마이크로피브릴이 결합하여 일반적으로 횡단면 치수가 약 3.2 nm × 133 nm인 피브릴을 형성한다. 작은 횡단면 크기의 이들 아세토박터가 생산하는 피브릴은, 동시적으로 셀룰로스의 본래의 친수성 및 큰 표면과 함께, 수용액을 흡수하는 유별나게 큰 수용력을 갖는 셀룰로스 생성물을 제공한다. 첨가제는 종종 안정한, 점성이 있는 분산제의 형성을 돕는 망상 박테리아성 셀룰로스와 조합하여 사용된다.
이러한 박테리아성 셀룰로스를 정제하고 수집하는 것과 관련하여 전술한 본래의 문제점들은 본원에서 사용된 방법이 원하는 정도로 우수한 결과를 제공한다는 결정에 이르게 되었다. 전체 공정에서 제1 단계는 임의의 양의 표적 박테리아성 셀룰로스를 발효 형태로 제공하는 것이다. 이러한 단계에 대한 제조 방법을 전술되어 있다. 이러한 생성물에 대한 수율은 지속적인 높은 수준으로 생성하는 것이 매우 어려운 것으로 입증되었으며, 따라서 궁극적으로 최저 비용으로 수집된 생성물을 제공하기 위하여 표적 생성물의 유지를 달성하는 것이 절대적이다.
이러한 물질에 대한 정제 방법은 잘 알려져 있다. 박테리아성 셀룰로스 생성물로부터 박테리아 세포의 용해 단계는, 셀룰로스 생성물로부터 가능한 많은 소멸된 박테리아 세포를 적절하게 제거하기 위하여 임의의 양으로 부식제, 예컨대 수산화나트륨, 또는 임의의 대략 높은 pH(바람직하게는 약 12.5 pH 이상)의 첨가제를 도입하여 수행한다. 이는 원하는 경우 하나 이상의 단계로 수행될 수 있다. 그 후 산에 의한 중화 단계가 통상적으로 수반된다. 경쟁(combatting)하기에 충분히 낮은 pH 및 몰 농도의 임의의 적절한 산을 사용할 수 있다(이로써, 생성물의 pH 수준을 가능한 한 7.0에 가깝도록 효과적으로 중화시키거나 감소시킨다). 황산, 염산, 및 질산은 이 단계에 대하여 모두 적절한 예들이다. 당업자라면 이러한 목적을 위하여 그러한 반응물에 대한 적절한 선택 및 적절한 양을 용이하게 결정할 수 있을 것이다. 대안으로, 세포는 효소적 방법(적절한 pH의 프로테아제 및 리소자임에 의한 처리)을 통해 용해되고 분리될 수 있다.
그 후 용해된 생성물은 박테리아성 셀룰로스의 표적 섬유 및 다발을 효과적으로 코팅하기 위하여 중합체 증점제를 사용하여 혼합 처리한다. 중합체 증점제는 알코올(특히, 이소프로필 알코올)에 불용성이어야 한다. 이러한 증점제는 표적 유체 조성물 내에 박테리아성 셀룰로스를 분산하기 위한 보조제이거나, 또는 박테리아성 셀룰로스를 건조시켜 그로부터 물을 더욱 용이하게 제거하는 경우의 보조제일 뿐만 아니라 잠재적으로 표적 유체 조성물 내에 섬유를 분산시키거나 또는 현탁시키는 경우의 보조제이다. 적절한 분산 보조제(작용제)는, (다양한 유형의) CMC, 양이온성 HEC 등이며, 성질상 중합체이면서 표적 액체 용액 내에 도입하는 경우 실질적으로 박테리아성 셀룰로스에 대해 요구되는 분산 성능을 나타내는 임의의 화합물을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는 이러한 분산 보조제는 CMC, 예컨대 CP Kelco사로부터 입수가능한 CEKOL®이다. 전술한 바와 같이, 적절한 침전 보조제(작용제)는, 비제한적인 일례로서, 크산탄 생성물(예컨대 CP Kelco사에서 제조한 KELTROL®, KELTROL T®, 및 기타), 젤란 검, 웰란 검, 디우탄 검, 람산 검, 구아 검, 로커스트 빈 검 등, 및 다른 유형의 천연 중합체 증점제, 예컨대 펙틴을 포함하는 임의의 수의 바이오 검을 포함한다. 기본적으로, 배양액, 분말 형태 또는 재수화된 분말 형태로 2가지 생성물의 혼합(commingling)은 박테리아성 셀룰로스의 섬유 및/또는 다발의 적어도 일부에 코팅하는 중합체 증점제의 원하는 생성을 가능하게 한다. 일 실시형태에 있어서, 크산탄 및 박테리아성 셀룰로스의 배양액은 잔류하는 박테리아 세포를 제거하기 위하여 둘 다 정제(용해) 단계 후에 혼합된다. 또 다른 실시형태에 있어서, 배양액은 초기 용해 단계없이 함께 혼합될 수 있지만, 그러한 정제가 일어날 수 있는 혼합 단계 중에 공동 용해될 수 있다.
상기 방법 내의 각 성분의 양은 상당히 다양할 수 있다. 예를 들어, 박테리아성 셀룰로스는 통상적으로 약 0.1 중량% ~ 약 5 중량%, 바람직하게는 약 0.5 중량% ~ 약 3.0 중량%의 양으로 존재하며, 한편 중합체 증점제는 박테리아성 셀룰로스의 10 중량% ~ 약 900 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
중합체 증점제에 의한 박테리아성 셀룰로스의 혼합 및 코팅 후, 생성된 생성물은 그 후 수혼화성 비수성 용액 중에 공동 침전을 통해 수집된다. 바람직하게는, 독성, 이용 가능성, 및 비용을 이유로, 이러한 액체는 예컨대 알코올이고, 가장 바람직하게는 이소프로필 알코올이다. 다른 유형의 알코올, 예컨대 에탄올, 메탄올, 부탄올 등도 또한 사용할 수 있으며, 다른 수혼화성 비수성 액체, 예컨대 아세톤, 아세트산에틸, 및 이들의 임의의 혼합물은 말할 것도 없다. 또한, 이러한 비수성 액체의 임의의 혼합물을 상기 공동 침전 단계에서 사용할 수 있다. 일반적으로, 공동 침전 생성물은 고체-액체 분리 장치를 통해 처리되며, 알코올 용해성 성분이 제거되도록 하고, 그 위에 원하는 박테리아성 셀룰로스 함유 제제를 남긴다.
이로부터, 습윤 케이크 형성 생성물이 수집된 후, 건조 장치로 옮겨지고, 그 후 적절한 입경의 제조를 위해 밀링한다. 또 다른 보조제는 추가적인 특성 및/또는 이점을 제공하기 위해 습윤 케이크 또는 건조 물질에 대한 침전 이전에 첨가될 수 있다. 이러한 보조제는 저분자량 탄수화물 예컨대 수크로스, 글루코스, 말토덱스트린 등과 함께 식물성, 해조성 및 박테리아성 다당류 및 이들의 유도체를 포함한다. 박테리아성 셀룰로스 함유 제제 내에 존재할 수 있는 다른 첨가제는, 하이드로콜로이드, 폴리아크릴아미드(및 동족체), 폴리아크릴산(및 동족체), 폴리에틸렌 글리콜, 폴리(에틸렌 산화물), 폴리비닐 알코올, 폴리비닐피롤리돈, 전분(및 당형계(like sugar-based) 분자), 개질된 전분, 동물 유래 젤라틴, 유제품 단백질, 대두 단백질, 다른 동물 또는 식물 유래 단백질 및 하전되지 않은 셀룰로스 에테르(예컨대 카르복시메틸세룰로스, 히드록시에틸셀룰로스, 및 기타)를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 박테리아성 셀룰로스 함유 제제는 그 후 표적물인 본 발명의 충분히 낮은 pH 단백질계 음료 내로 도입할 수 있다. 이러한 음료 조성물은 이러한 박테리아성 셀룰로스 함유 제제를 음료 조성물의 총 중량의 약 0.01 중량% ~ 약 1 중량%, 바람직하게는 약 0.03 중량% ~ 약 0.5 중량%의 양으로, 단백질계 물질(바람직하게는, 사실상 반드시 유제품 및/또는 대두가 아닐지라도)을 음료 조성물의 총 중량의 0.1 중량% ~ 20 중량%의 양으로 포함할 수 있다. 이러한 단백질계 물질은 또한, 젖소 우유, 염소 우유, 두유, 우유 고형물, 유장 단백질, 카세인, 대두 단백질 농축물, 대두 단백질 단리물, 및 이들의 임의의 혼합물을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 이러한 저 pH 음료 내에 포함될 수 있는 다른 가능한 첨가제는, 특히, 향료, 보존제, 착색제, 안정제, 감미료(예컨대, 당, 사카린, 및 기타), 과육, 식이성 섬유, 비타민 및 미네랄을 포함한다.
하기 비제한적인 예들은 비교예 뿐만 아니라 본 발명 내에 포함되는 본 발명의 다양한 음료의 교시를 제공한다.
현탁 보조제 제조
실시예 1
BC를 1200 gal 발효기에서 최종 수율 1.93 중량%로 제조하였다. 배양액을 차아염소산염 350 ppm으로 처리한 후 리소자임 70 ppm 및 프로테아제 194 ppm으로 처리하였다. 처리된 BC 배양액의 일부를 소정량의 크산탄 검 배양액 및 CMC 용액과 혼합하고(BC/XG/CMC=3/1/1, 건량 기준), 그 후 생성된 혼합물을 IPA(85%)로 침전시켜 압축 케이크(press cake)를 형성하였다. 그 후 압축 케이크를 실시예 1에서와 같이 건조시키고 밀링하였다. 그 후 분말형 제제를 이의 약 0.36 중량%의 양으로 STW 샘플 내로 도입하였고, 그 후 조성물을 8000 rpm에서 5분 동안 실버슨 혼합기(Silverson mixer)로 혼합하였다. 생성물 점도 및 항복 응력은 각각 1057 cP 및 3.65 dynes/cm2였다.
실시예 2
BC를 1200 gal 발효기에서 최종 수율 1.93 중량%로 제조하였다. 배양액을 차아염소산염 350 ppm으로 처리한 후 리소자임 70 ppm 및 프로테아제 194 ppm으로 처리하였다. 처리된 BC 배양액의 일부를 소정량의 펙틴 용액과 혼합하고(BC/펙틴=6/1, 건량 기준), 그 후 생성된 혼합물을 IPA(85%)로 침전시켜 압축 케이크(press cake)를 형성하였다. 압축 케이크를 실시예 1에서와 같이 건조시키고 밀링하였다. 그 후 분말형 제제를, 동시에 첨가된 20% CMC와 함께, 이의 약 0.36 중량%의 양으로 STW 샘플 내로 도입하였고, 그 후 조성물을 8000 rpm에서 5분 동안 실버슨 혼합기로 혼합하였다. 생성물 점도 및 항복 응력은 각각 377 cP 및 1.06 dynes/cm2였다.
실시예 3
BC를 1200 gal 발효기에서 최종 수율 1.93 중량%로 제조하였다. 배양액을 차아염소산염 350 ppm으로 처리한 후 리소자임 70 ppm 및 프로테아제 194 ppm으로 처리하였다. 처리된 BC 배양액의 일부를 소정량의 CMC 용액과 혼합하고(BC/CMC=3/1, 건량 기준), 그 후 생성된 혼합물을 IPA(85%)로 침전시켜 압축 케이크(press cake)를 형성하였다. 압축 케이크를 실시예 1에서와 같이 건조시키고 밀링하였다. 그 후 분말형 제제를 이의 약 0.36 중량%의 양으로 STW 샘플 내로 도입하였고, 그 후 조 성물을 8000 rpm에서 5분 동안 실버슨 혼합기로 혼합하였다. 생성물 점도 및 항복 응력은 각각 432 cP 및 1.39 dynes/cm2였다.
실시예 4
BC를 1200 gal 발효기에서 최종 수율 1.93 중량%로 제조하였다. 배양액을 차아염소산염 350 ppm으로 처리한 후 리소자임 70 ppm 및 프로테아제 194 ppm으로 처리하였다. 처리된 BC 배양액의 일부를 소정량의 펙틴 및 CMC 용액과 혼합하고(BC/펙틴/CMC=6/1/2, 건량 기준), 그 후 생성된 혼합물을 IPA(85%)로 침전시켜 압축 케이크(press cake)를 형성하였다. 압축 케이크를 실시예 1에서와 같이 건조시키고 밀링하였다. 그 후 분말형 제제를 이의 약 0.36 중량%의 양으로 STW 샘플 내로 도입하였고, 그 후 조성물을 8000 rpm에서 5분 동안 실버슨 혼합기로 혼합하였다. 생성물 점도 및 항복 응력은 각각 552 cP 및 1.74 dynes/cm2였다.
실시예 5
BC를 1200 gal 발효기에서 최종 수율 1.4 중량%로 제조하였다. 배양액을 차아염소산염 350 ppm으로 처리한 후 리소자임 70 ppm 및 프로테아제 350 ppm으로 처리하고 그 후 또 다른 차아염소산염 350 ppm으로 처리하였다. 처리된 BC 배양액의 일부를 소정량의 크산탄 검 배양액 및 전수화(pre-hydrated) CMC 용액과 혼합하고(BC/XG/CMC=6/3/1, 건량 기준), 그 후 실시예 1에서와 같이 IPA(85%)로 침전시키고, 건조시키고, 밀링하였다. 그 후 분말형 제제를 이의 약 0.2 중량%의 양으로 STW 용액 및 0.25% CaCl2 용액 내로 각각 도입하였고, 그 후 조성물을 1500 psi에서 2회 동안 확장형 호모지나이저를 사용하여 활성화하였다. 6 rpm에서의 생성물 점도는 STW 및 0.25% CaCl2 용액에서 각각 343 cP 및 334 cP였다. 약 20 3.2 mm 직경의 나일론 비드(1.14 g/mL)를 각각의 용액 내로(STW 또는 0.25% CaCl2 용액 내) 적하하였고, 이 용액을 실온에서 24시간 동안 방치하였다. 24시간 주기 후에 비이커의 저부에는 어떤 비드도 침전하지 않았다.
실시예 6
BC를 1200 gal 발효기에서 최종 수율 1.6 중량%로 제조하였다. 배양액을 차아염소산염 350 ppm으로 처리한 후 리소자임 70 ppm 및 프로테아제 350 ppm으로 처리하고 그 후 또 다른 차아염소산염 350 ppm으로 처리하였다. 처리된 BC 배양액의 일부를 소정량의 전수화 펙틴 및 CMC 용액과 혼합하고(BC/펙틴/CMC=6/3/1, 건량 기준), 그 후 실시예 1에서와 같이 IPA(85%)로 침전시키고, 건조시키고, 밀링하였다. 그 후 분말형 제제를 이의 약 0.2 중량%의 양으로 STW 용액 및 0.25% CaCl2 용액 내로 각각 도입하였고, 그 후 조성물을 1500 psi에서 2회 동안 확장형 호모지나이저를 사용하여 활성화하였다. 6 rpm에서의 생성물 점도는 STW 및 0.25% CaCl2 용액에서 각각 306 cP 및 293 cP였다. 약 20 3.2 mm 직경의 나일론 비드(1.14 g/mL)를 각각의 용액 내로(STW 또는 0.25% CaCl2 용액 내) 적하하였고, 이 용액을 실온에서 24시간 동안 방치하였다. 24시간 주기 후에 비이커의 저부에는 어떤 비드도 침전하지 않았다.
실시예 7
BC를 1200 gal 발효기에서 최종 수율 1.6 중량%로 제조하였다. 배양액을 차아염소산염 350 ppm으로 처리한 후 리소자임 70 ppm 및 프로테아제 350 ppm으로 처리하고 그 후 또 다른 차아염소산염 350 ppm으로 처리하였다. 처리된 BC 배양액의 일부를 소정량의 전수화 CMC 용액과 혼합하고(BC/CMC=3/1, 건량 기준), 그 후 실시예 1에서와 같이 IPA(85%)로 침전시키고, 건조시키고, 밀링하였다. 그 후 분말형 제제를 이의 약 0.2 중량%의 양으로 STW 용액 및 0.25% CaCl2 용액 내로 각각 도입하였고, 그 후 조성물을 1500 psi에서 2회 동안 확장형 호모지나이저를 사용하여 활성화하였다. 6 rpm에서의 생성물 점도는 STW 및 0.25% CaCl2 용액에서 각각 206 cP 및 202 cP였다. 약 20 3.2 mm 직경의 나일론 비드(1.14 g/mL)를 각각의 용액 내로(STW 또는 0.25% CaCl2 용액 내) 적하하였고, 이 용액을 실온에서 24시간 동안 방치하였다. 24시간 주기 후에 비이커의 저부에는 어떤 비드도 침전하지 않았다.
각각의 샘플은 우수하고 매우 바람직한 점도 개질 및 항복 응력 결과를 나타내었다. 박테리아성 셀룰로스 생성물에 대하여, 이러한 결과는 지금까지 박테리아성 셀룰로스 물질을 단독으로 사용하여 및/또는 본원에서 수반되는 저복합성 방법을 사용하여서는 달성할 수 없었다.
저 pH 수준 단백질계 음료 제조 및 분석
산성 대두 드링크제의 안정성을 입증하기 위하여 고 메톡실(HM) 펙틴을 단독으로 사용하여 펙틴 함유 대두계 음료의 몇몇 최초 비교예를 먼저 제조하였다. 이 들 제제는 하기 기재된 가공 조건을 사용하여 하기 표 1에 나타내었다. 대두 단백질은 Solae사로부터 입수 가능한 상품명 XT34N IP인 단리체였다.
대조군 0.20% 펙틴 (비교예 1) 0.35% 펙틴 (비교예 2) 0.50% 펙틴 (비교예 3)
백분율 그램 백분율 그램 백분율 그램 백분율 그램
1.5% HM 펙틴 용액 0.00 0 13.33 666.7 23.33 1166.7 33.33 1666.7
탈이온수 65.39 3269.5 52.06 2602.8 42.06 2102.8 32.06 1602.8
대두 단백질 단리체 1.56 78 1.56 78.0 1.56 78.0 1.56 78.0
당 8.00 400 8.00 400.0 8.00 400.0 8.00 400.0
오렌지 쥬스 25.00 1250 25.00 1250.0 25.00 1250.0 25.00 1250.0
구연산나트륨 0.05 2.5 0.05 2.5 0.05 2.5 0.05 2.5
50% 구연산 용액 pH 4.0까지 pH 4.0까지 pH 4.0까지 pH 4.0까지
대두 단백질 단리체를 고속 혼합기(Caframo Stirrer)를 사용하여 플라스크 내 25℃의 탈이온(DI)수 내로 분산시켰다. 그 후 생성된 혼합물을 70℃로 가열하고, 5분 동안 유지한 후, 주위 온도(약 20 ~ 25℃)로 냉각하였다. 별개의 플라스크에서, HM 펙틴을 동일한 유형의 고속 혼합기를 사용하여 50℃의 DI수 내로 5분 동안 분산시키고, 주위 온도로 냉각하였다. 그 후 HM 펙틴 용액을 대두 단리체 용액에 첨가하고 온도가 약 ~25℃가 될 때까지 약 3분 동안 손으로 교반하였다. 그 후 오렌지 쥬스(코카콜라사에서 제조한 무과육의 상품명 MINUTE MAID®)를 생성된 용액에 첨가하였다. 상기 표 1에 기술한 양으로 구연산나트륨의 건조 혼합물을 별도로 제조한 후, 이를 단백질/펙틴/쥬스 용액 내에 도입하였다. 그 후 교반하면서 50% (w/v) 구연산 용액을 사용하여 pH를 4.0으로 조절하였다. 이어서 140.5℃에서 4.5초의 유지 시간 동안, 2000 psi(제1 단계 1500, 제2 단계 500)에서 추가적인 초압 균질화 공정(homogenization)과 함께, 초고온(UHT) 처리를 수행하고, 궁극적으로 30℃로 냉각시켰다. 그 후 샘플을 분석을 위해 30℃에서 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합폴리에스테르 날진 물병(Nalgene bottle) 내로 무균 상태로 도입하였다. 이어서 이 샘플을 실온에서 7일 동안 저장하고 안정성 및 침전 작용에 대해 평가하였다.
그 후 본 발명의 샘플을 특정 박테리아성 셀룰로스 함유 제제, 예컨대 BC:크산탄:CMC(실시예 1에서의 안정제 A) 및 BC:펙틴:CMC(실시예 6에서의 안정제 B)를 포함하여 제조하였다. 하기 표 2는 이로부터 제조된 조성물을 나타낸다. 이들을 제조하는 방법은 상기 요약된 바와 같다.
0.1% 안정제 A (실시예 1) 0.2% 안정제 A (실시예 2) 0.1% 안정제 B (실시예 3) 0.2% 안정제 B (실시예 4)
백분율 그램 백분율 그램 백분율 그램 백분율 그램
탈이온수 65.29 3264.5 65.19 3259.5 65.29 3264.5 65.19 3259.5
대두 단백질 단리체 1.56 78 1.56 78 1.56 78 1.56 78
당 8.00 400 8.00 400 8.00 400 8.00 400
오렌지 쥬스 25.00 1250 25.00 1250 25.00 1250 25.00 1250
구연산나트륨 0.05 2.5 0.05 2.5 0.05 2.5 0.05 2.5
안정제 0.10 5 0.20 10 0.10 5 0.20 10
50% 구연산 용액 pH 4.0까지 pH 4.0까지 pH 4.0까지 pH 4.0까지
상기 표 1 및 표 2로부터의 대조군, 비교예, 및 본 발명의 실시예 각각을 실온에서 7일 동안 저장하고 평가하였다. 음성 대조군의 완전한 상을 용기 중 절반에 해당하는 저부의 두꺼운 저층 침전부와 50%의 투명한 상층으로 분리하였다. 0.20% 펙틴을 첨가하는 경우, 음료는 음료 중 90%를 구성하는 불투명한 상층과 함께, 여전히 저부에 불투명한 침전을 형성하였으며, 이는 산성화 단계 중에 단백질을 코팅하는 불충분한 양의 펙틴이 존재함을 나타내었다. 또한 0.35% 및 0.50% 펙틴 샘플은 용기의 저부에서 명백한 펠릿의 성장으로 인해 불안정하였으며, 이들 음료의 입맛도 상이하였다. 대조군 및 0.20% 펙틴 샘플은 불쾌한 거친 텍스처를 가졌으며, 반면 0.35% 및 0.50% 펙틴 샘플은 이들의 불안정성에도 불구하고 부드러웠다.
본 발명의 BC계 안정제 1-4로 제조된 음료는 펙틴으로 안정화된 산성 대두 드링크제보다 안정성에 있어서 현저한 개선을 입증하였다. 안정제 A는 대조군에서의 50% 상 분리와 비교하여, 0.10% 사용 수준에서 단지 35% 상 분리와 함께, 대조군보다 개선된 안정성을 나타내었다. 상 분리는 안정제 A의 농도를 0.20%까지 증가시켜 단지 20%로 더 감소시켰다. 안정제 B로 안정화된 음료는 상 분리의 어떤 징후도 나타나지 않았다. 이들 BC계 전용 음료의 감각적 속성은 텍스처에 있어 거칠었다. 이들 음료 실시예에 대한 결과는 하기 표 3에서 제공하였다.
대조군 0.2% 펙틴 0.35% 펙틴 0.50% 펙틴 0.1% 안정제 A 0.2% 안정제 A 0.1% 안정제 B 0.2% 안정제 B
%상 분리 50 90 90 90 35 20 0 0
육안관찰 투명 상층 불투명 상층, 농후한 침전물 불투명 상층, 농후한 침전물 불투명 상층, 농후한 침전물 투명 상층 투명 상층 안정 안정
입맛 텍스처 거침 거침 부드러움 부드러움 거침 거침 거침 거침
그 후 펙틴 전용 제제의 안정성을 개선시키고 BC계 안정제 전용 제제의 불쾌한 텍스처를 극복하기 위해 본 발명의 안정제 및 HM 펙틴 둘 다를 포함하여 추가적인 제제를 제조하였다. 본 발명의 이들 신규 제제를, 상기 표 1 다음에 요약된 공정 단계에 따라 하기와 같이 처리하였다.
0.05% 안정제 B + 0.20% 펙틴 (실시예 5) 0.075% 안정제 B + 0.20% 펙틴 (실시예 6) 0.10% 안정제 B + 0.20% 펙틴 (실시예 7)
백분율 그램 백분율 그램 백분율 그램
1.5% HM 펙틴 용액 13.3333 666.667 13.3333 666.667 13.3333 666.667
탈이온수 52.0042 2600.208 51.9779 2598.896 51.9517 2597.583
대두 단백질 단리체 1.5600 78.000 1.5600 78.000 1.5600 78.000
당 8.0000 400.000 8.0000 400.000 8.0000 400.000
오렌지 쥬스 25.0000 1250.000 25.0000 1250.000 25.0000 1250.000
안정제 B 0.0500 2.500 0.0750 3.750 0.1000 5.000
구연산나트륨 0.0500 2.500 0.0500 2.500 0.0500 2.500
50% 구연산 용액 pH 4.0까지 pH 4.0까지 pH 4.0까지
0.05% 안정제 B + 0.35% 펙틴 (실시예 8) 0.075% 안정제 B + 0.35% 펙틴 (실시예 9) 0.10% 안정제 B + 0.35% 펙틴 (실시예 10)
백분율 그램 백분율 그램 백분율 그램
1.5% HM 펙틴 용액 23.3333 1166.667 23.3333 1166.667 23.3333 1166.667
탈이온수 42.0042 2100.208 41.9779 2098.896 41.9517 2097.583
대두 단백질 단리체 1.5600 78.000 1.5600 78.000 1.5600 78.000
당 8.0000 400.000 8.0000 400.000 8.0000 400.000
오렌지 쥬스 25.0000 1250.000 25.0000 1250.000 25.0000 1250.000
안정제 B 0.0500 2.500 0.0750 3.750 0.1000 5.000
구연산나트륨 0.0500 2.500 0.0500 2.500 0.0500 2.500
50% 구연산 용액 pH 4.0까지 pH 4.0까지 pH 4.0까지
7일 후의 육안 조사는 이들 본 발명의 안정제 B와 0.20% 펙틴과의 배합물 각각이 BC계 안정제가 없는 0.20% 펙틴 음료의 안정성을 상당히 개선시켰음을 나타내었다. 0.05% 안정제 B/ 0.20% 펙틴을 배합한 경우, 상 분리는 펙틴 전용 음료에서 나타난 90%에서 단지 40%로 감소하였다. 이러한 감소는 0.075% 안정제 B/ 0.20% 펙틴을 사용하여 25% 상 분리로 더 감소되었으며, 한편 0.10% 안정제 B/ 0.20% 펙틴 배합 시스템에서는 단지 10%의 불안정성이 관찰되었다. 모든 샘플의 입맛은 펙틴의 존재로 인하여 부드러웠다.
비록 표 형태로 상기에 나타내지 않았지만, 0.35% 펙틴과 안정제 A의 배합도 역시 펙틴 전용 음료보다 안정성에 대한 개선을 나타내었다. 7일 후, 샘플들은 0.05% 및 0.075% 안정제 B/ 0.35% 펙틴으로 안정화된 음료 둘 다에서 10% 상 분리를 나타내었다. 0.10% 안정제 B/ 0.35% 펙틴을 사용하여 완전한 안정성을 실현하였다. 게다가, 이들 안정한 샘플의 감각적 평가는 거침이 줄어든 부드러운 입맛을 나타내었다. 이들 데이타는 0.35% 펙틴과 조합한 0.10% 안정제 B가 본 적용에 있어 최적의 안정성 및 입맛을 제공함을 시사하였다. 이들 결과는 하기 표 6에 나타내었다.
실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10
% 상 분리 40 25 10 10 10 0
육안 관찰 투명 상층 투명 상층 투명 상층 투명 상층 투명 상층 안정
입맛텍스처 부드러움 부드러움 부드러움 부드러움 부드러움 부드러움
본 발명의 시스템과 관련하여 더 흥미있는 것은 산성화된 단백질계(이러한 실시예에서, 비제한적인 선택으로서, 대두) 음료에서 불용성 칼슘을 현탁시키는 경우 BC계 안정제의 기능성을 나타내는 능력이다. 안정제 B 및 C(BC:CMC)(실시예 3)는 0.35% 펙틴에 첨가하여 사용하는 경우 칼슘을 현탁시키기 위해 첨가하였다. 상기 표 1 다음에 설명하는 공정에 따라 하기와 같이 제제를 제조하였다.
대조군 0.10% 안정제 B + 0.35% 펙틴 (실시예 11) 0.10% 안정제 C + 0.35% 펙틴 (실시예 12)
백분율 그램 백분율 그램 백분율 그램
1.5% HM 펙틴 용액 23.33 1166.5 23.33 1166.50 23.33 1166.50
탈이온수 41.74 2087.0 41.64 2082.00 41.64 2082.00
대두 단백질 단리체 1.56 78.0 1.56 78.00 1.56 78.00
당 8.00 400.0 8.00 400.00 8.00 400.00
오렌지 쥬스 25.00 1250.0 25.00 1250.00 25.00 1250.00
삼인산칼슘 0.32 16.0 0.32 16.00 0.32 16.00
안정제 0.00 0.0 0.10 5.00 0.10 5.00
구연산나트륨 0.05 2.5 0.0500 2.500 0.0500 2.500
50% 구연산 용액 pH 4.0까지 pH 4.0까지 pH 4.0까지
실온에서 7일 후, 대조군 샘플은 많은 침전물의 형성으로 인해 최악의 안정성을 나타냈다. 안정한 영역 및 불안정한 영역 각각에서, 고체 및 칼슘 함량에 대하여 음료의 중앙부 및 저부의 조성물을 분석하였다. 샘플의 중앙부와 비교하여 저부에서 더 많은 양의 고체가 존재하였다(15.16% 대 11.80%). 이들 불안정한 고체는 음료의 안정일부에서의 0.68%와 비교하여 2.15%의 불안정한 칼슘을 함유하였으며, 침전물에서 칼슘 및 고체의 차이는 단백질과 당으로 구성되었다는 것이다.
BC계 안정제의 두 유형은 대조군보다 칼슘 현탁을 개선하였다. 안정제 B 및 C에서 샘플의 중앙부와 저부 간의 고체의 차이는, 칼슘 농도에서의 차이와 같이, 사소하였으며, 이는 BC계 안정제 둘 다 산성화된 대두 음료에서 단백질을 현탁시킬 수 있음을 시사하였다. 결과는 하기 표 8에 나타내었다.
샘플 위치 % 총 고체 고체 중 % Ca 음료 중 % Ca % RDA
대조군 중앙부 11.80% 0.677% 0.080% 19.00%
저부 15.16% 2.155% 0.327% 77.76%
실시예 11 중앙부 13.16% 1.221% 0.161% 38.24%
저부 13.19% 1.242% 0.164% 39.00%
실시예 12 중앙부 13.13% 1.229% 0.161% 38.41%
저부 13.18% 1.302% 0.172% 40.85%
이와 같이, 본 발명의 안정화된 음료는 용액 중 잠재적으로 단백질 고체를 응집하는 경우조차도 대조군과 비교하여 우수한 칼슘 안정화 및 현탁을 나타내었다.
이어서, 저산도(pH 5) 대두 단백질 쥬스 드링크제를 안정화시키는 경우 펙틴으로 공동 처리한 본 발명의 BC계 안정제의 기능성을 조사하기 위하여 추가적인 작업을 수행하였다. 테스트한 제제를 하기 표 9에 기재하였다.
대조군 0.075% 안정제 B (실시예 13) 0.10% 안정제 B (실시예 14) 0.15% 안정제 B (실시예 15)
백분율 그램 백분율 그램 백분율 그램 백분율 그램
물 32.60 1630.00 32.53 1626.25 32.50 1625.00 32.45 1622.50
두유 35.00 1750.0 35.00 1750.0 35.00 1750.0 35.00 1750.0
당 8.00 400.0 8.00 400.0 8.00 400.0 8.00 400.0
오렌지 쥬스 24.00 1200.0 24.00 1200.0 24.00 1200.0 24.00 1200.0
구연산나트륨 0.20 10.0 0.20 10.0 0.20 10.0 0.20 10.0
안정제 0.00 0.0 0.075 3.8 0.10 5.0 0.15 7.5
바닐라 추출물 0.20 10.0 0.20 10.0 0.20 10.0 0.20 10.0
구연산 용액 (50% w/v) pH 5.0까지 pH 5.0까지 pH 5.0까지 pH 5.0까지
이들 제제를 하기와 같이 제조하였다: 먼저 대두 단백질 단리체를 플라스크 중 고속 혼합기를 사용하여 25℃ DI수 내로 분산시켰다. 그 후 이 용액을 70℃로 가열하고, 이 온도에서 5분 동안 유지한 후, 주위 온도로 냉각시켰다. 이어서 쥬스를 교반하면서 두유에 첨가하였다. 그 후 구연산나트륨, 당 및 본 발명의 안정제를 전술한 바와 같은 양으로 건조 혼합하고 이미 혼합된 대두 용액에 첨가하였다. 이어서 교반하면서 50% (w/v) 구연산 용액을 사용하여 pH를 5.0으로 조절하였다. 그 후 140.5℃에서 4.5초의 유지 시간 동안, 2000 psi(제1 단계 1500, 제2 단계 500)에서 추가적인 초압 균질화 공정과 함께, UHT 처리를 수행하고, 이어서 30℃로 냉각시켰다. 그 후 저장 및 평가를 위해 30℃에서 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합폴리에스테르 날진 물병을 (상기 병에서와 같이) 무균 상태로 충전하였다.
실온 저장 7일 후, 대조군 샘플은 용기의 저부에서 단백질 침전물을 형성하고, 80% 상 분리를 나타내었다. 0.075% 안정제 B를 첨가하는 경우, 안정성은 단지 35%의 상 분리로 개선되었다. 농도를 0.10%로 증가시키는 경우 안정성을 10% 상 분리로 더 개선시켰다. 0.15% 안정제 B를 사용하여 안정화된 샘플에서 완전한 안정성이 관찰되었다. 또한, 모든 샘플을 경구적으로 평가하였으며 임의의 샘플에 기록된 어떤 거침도 없었다. 이들 데이타는 BC계 안정제가 5.0 근처의 pH 범위로 대두 단백질을 현탁시킬 수 있었음을 나타내었다. 결과는 하기 표 10에 나타내었다.
대조군 실시예 13 실시예 14 실시예 15
% 상 분리 80 35 10 0
육안 관찰 투명 상층 투명 상층 투명 상층 안정
입맛 텍스처 부드러움 부드러움 부드러움 부드러움
또한, 이어서 약산성화된 유제품계 쥬스 음료 내에서 열변성된 우유 단백질을 현탁시키는 경우 본 발명의 BC계 안정제의 기능성을 조사하기 위해 실험을 수행하였다. 안정제 B의 2가지 농축물(BC:펙틴:CMC)(실시예 6)을 음료에 첨가하고 대조군 샘플과 비교하였다. 이러한 분석을 위해 가공된 제제를 하기 표 11 및 하기 요약에 따라 하기와 같이 제조하였다.
대조군 0.15% 안정제 B (실시예 16) 0.20% 안정제 B (실시예 17)
백분율 백분율 백분율
탈이온수 37.85 37.70 37.65
2.0% 우유 30.00 30.00 30.00
당 8.00 8.00 8.00
오렌지 쥬스 24.00 24.00 24.00
바닐라 향 0.15 0.15 0.15
구연산 용액 (50% w/v) pH 5.0까지 pH 5.0까지 pH 5.0까지
이들 음료를 제조하기 위해, DI수, 우유, 당 및 바닐라를 고속 혼합기를 사용하여 함께 혼합하였다. 이렇게 생성된 혼합물에 오렌지 쥬스를 천천히 첨가하였고, 그 후 교반하면서 50% (w/v) 구연산 용액을 사용하여 생성된 조성물의 pH를 5.0으로 조절하였다. 그 후 140.5℃에서 4.5초의 유지 시간 동안, 2000 psi(제1 단계 1500, 제2 단계 500)에서 추가적인 초압 균질화 공정과 함께, UHT 처리를 수행하고, 이어서 30℃로 냉각시켰다. 그 후 30℃에서 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합폴리에스테르 날진 물병을 무균 상태로 충전하였고, 평가를 위해 실온에서 저장하였다.
저장 7일 후, 대조군 샘플은 용기의 저부에 불투명한 침전물을 형성하여 완전히 실패하였다. 안정제 B를 사용한 샘플 둘 다는 드링크제에서 완전히 균일한 현탁의 단백질을 나타내었다. 샘플의 경구 평가는 대조군 샘플에서 현저한 거친 텍스처를 나타내었으며, 한편 0.15% 안정제 B 및 0.20% 안정제 B는 더 부드러웠다. 안정제 B의 농도가 0.15%에서 0.20%로 증가함에 따라 입맛의 범위(thickness)가 증가하였다.
이와 같이, 모든 예에서, BC와 현탁 보조제의 함유는, 특히 대조군 및 다른 비교 현탁 보조제 시스템과 비교하여, 우수한 낮은 상 분리, 안정한 시각적 외관, 및 우수한 입맛을 제공하였다.
본 발명이 특정 바람직한 실시형태 및 실시와 관련하여 기술되고 개시되는 동안, 어떤 방식으로도 본 발명을 상기 특정 실시형태로 제한하는 것으로 의도되지 않으며, 오히려 첨부된 청구 범위 및 이에 대한 등가물의 범위에 의해 정의될 수 있는 바와 같이 동등한 구조 및 모든 대안적 실시형태 및 변형예를 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (30)

  1. 크산탄 생성물, 펙틴, 알지네이트, 젤란 검, 웰란 검, 디우탄 검, 람산 검, 카라기난 검, 구아 검, 한천, 아라빅 검, 가티 검, 카라야 검, 트래거캔스 검, 타마린드 검, 로커스트 빈 검 및 기타, 그리고 이들의 임의의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 1 이상의 침전제, 1 이상의 하전된 셀룰로스 에테르로 구성된 군으로부터 선택되는 1 이상의 중합체 증점제 및 1 이상의 박테리아성 셀룰로스 물질을 포함하는 1 이상의 박테리아성 셀룰로스 함유 제제 및 1 이상의 단백질계 물질을 포함하는 액체 조성물로서, 상기 액체 조성물은 pH 수준이 최대 5.5를 나타내는 것인 액체 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중합체 증점제는 하전된 셀룰로스 에테르인 액체 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 하전된 셀룰로스 에테르는 나트륨 카르복시메틸셀룰로스, 양이온성 히드록시에틸셀룰로스, 및 이들의 임의의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것인 액체 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 중합체 증점제는 침전제인 액체 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 침전제는 크산탄 생성물, 펙틴, 알지네이트, 젤란 검, 웰란 검, 디우탄 검, 람산 검, 카라기난 검, 구아 검, 한천, 아라빅 검, 가티 검, 카라야 검, 트래거캔스 검, 타마린드 검, 로커스트 빈 검 및 이들의 임의의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것인 액체 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 상기 침전제는 펙틴인 액체 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 중합체 증점제는 침전제와 하전된 셀룰로스 에테르의 조합물인 액체 조성물.
  8. 제7항에 있어서, 상기 중합체 증점제는 나트륨 카르복시메틸셀룰로스와 펙틴의 조합물인 액체 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 박테리아성 셀룰로스 생성물은 미소피브릴화된(microfibrillated) 셀룰로스인 액체 조성물.
  10. 제2항에 있어서, 상기 박테리아성 셀룰로스 생성물은 미소피브릴화된(microfibrillated) 셀룰로스인 액체 조성물.
  11. 제3항에 있어서, 상기 박테리아성 셀룰로스 생성물은 미소피브릴화 된(microfibrillated) 셀룰로스인 액체 조성물.
  12. 제4항에 있어서, 상기 박테리아성 셀룰로스 생성물은 미소피브릴화된(microfibrillated) 셀룰로스인 액체 조성물.
  13. 제5항에 있어서, 상기 박테리아성 셀룰로스 생성물은 미소피브릴화된(microfibrillated) 셀룰로스인 액체 조성물.
  14. 제6항에 있어서, 상기 박테리아성 셀룰로스 생성물은 미소피브릴화된(microfibrillated) 셀룰로스인 액체 조성물.
  15. 제7항에 있어서, 상기 박테리아성 셀룰로스 생성물은 미소피브릴화된(microfibrillated) 셀룰로스인 액체 조성물.
  16. 제8항에 있어서, 상기 박테리아성 셀룰로스 생성물은 미소피브릴화된(microfibrillated) 셀룰로스인 액체 조성물.
  17. 제1항에 있어서, 불용성 칼슘 성분을 더 포함하는 액체 조성물.
  18. 제7항에 있어서, 불용성 칼슘 성분을 더 포함하는 액체 조성물.
  19. 제8항에 있어서, 불용성 칼슘 성분을 더 포함하는 액체 조성물.
  20. 제16항에 있어서, 불용성 칼슘 성분을 더 포함하는 액체 조성물.
  21. 1 이상의 단백질계 물질을 0.1 ~ 20 중량%의 양으로 포함하고 pH 수준이 최대 5.5를 나타내는 것인 액체 조성물로서, 상기 액체 조성물은 22℃의 온도에서 24시간 저장 후에 단백질의 침전 수준을 최대 10%로 나타내는 것인 액체 조성물.
  22. 제21항에 있어서, 상기 단백질계 물질은 두유, 낙농 우유, 및 이들의 임의의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것인 액체 조성물.
  23. 제22항에 있어서, 상기 단백질계 물질은 두유인 액체 조성물.
  24. 제23항에 있어서, pH 수준이 최대 4.5를 나타내는 것인 액체 조성물.
  25. 제22항에 있어서, 상기 단백질계 물질은 낙농 우유인 액체 조성물.
  26. 1 이상의 단백질계 물질을 0.1 ~ 20 중량%의 양으로, 그리고 불용성 칼슘원을 0.05 ~ 5 중량%의 양으로 포함하고, pH 수준이 최대 5.5를 나타내는 것인 액체 조성물로서, 상기 액체 조성물은 22℃의 온도에서 24시간 저장 후에 단백질의 침전 수준을 최대 10%로, 그리고 불용성 칼슘의 침전 수준을 최대 10%로 나타내는 것인 액체 조성물.
  27. 제26항에 있어서, 상기 단백질계 물질은 두유, 낙농 우유, 및 이들의 임의의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되고, 상기 불용성 칼슘원은 삼인산칼슘, 탄산칼슘, 및 구연산칼슘으로 구성된 군으로부터 선택되는 물질인 액체 조성물.
  28. 제27항에 있어서, 상기 단백질계 물질은 두유이고 상기 불용성 칼슘원은 삼인산칼슘인 액체 조성물.
  29. 제28항에 있어서, pH 수준이 최대 4.5를 나타내는 것인 액체 조성물.
  30. 제27항에 있어서, 상기 단백질계 물질은 낙농 우유인 액체 조성물.
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