NO175262B - Fremgangsmåte for fremstilling av modifisert stivelse og anvendelse derav - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører fremgangsmåte for fremstilling av en modifisert stivelse som er nyttig i en lagringsstabil emulsjon og som en erstatning for gummi arabikum i systemer som krever en stabil olje-i-vann-emulsjon, spesielt i drikker som er smakstilsatt med smaks-eller krydderoljer slik som sitrusoljer. Oppfinnelsen angår også anvendelse av en slik modifisert stivelse for industrielle og matvareformål.

En rekke forskjellige kjemiske blandinger benyttes som emulgeringsmidler i matvare-, kosmetikk-, malings-, den farmasøytiske og polymerindustrien samt i tekstil- og laer-varebearbeidelse, malmflotasjon, oljeboring og landbruks-messige sprøyteoperasjoner. I mange av disse anvendelsene virkert emulgeringsmiddelet også som en stabilisator for viskositeten eller fluiditeten til den kontinuerlige fasen. Ofte krever disse anvendelsene at emulsjonen er lagringsstabil over lengre tidsrom.

Typiske blandinger som virker som vannoppløselige emulgeringsmidler og stabilisatorer innbefatter guargummi, gummi arabikum, og andre gummier, stivelser og proteiner, forskjellige vannoppløselige polymerer, o.l. Se f.eks. Encyclo-pedia of Chemical Technology, Kirk-Othmer Editor, 3rd Edition, Wiley-Interscience, New York, N.Y., 1979, Vol. 8, sidene 900-910, 918, 923-25; og vol. 12, sidene 55-6. Gummi arabikum er foretrukket i mange anvendelser p.g.a. dets lagringsstabilitet, spesielt ved avkjølt eller frosset lagring av emulsjonen.

Gummi arabikum er et forgrenet, substituert polysakkarid som er kjennetegnet ved ekstrem vannoppløselighet, lav viskositet og fravær av lukt, farge eller smak. Gummi arabikum er blitt benyttet som emulgeringsmiddel og stabilisator i matvarer slik som konditorvarer, siruper, smaksoljeemulsjoner, iskrem og drikker, og i trykkfarger, adhesiver, tekstiler og litografioppløsninger.

Gummi arabikum er en naturlig forekommende gummi som vokser i Midt-Østen og Afrika. Siden gummi arabikum oppnås fra disse områdene, er det kostbart og dets leveranse og kvalitet er uberegnelig. Følgelig har industrien lenge søkt etter en lagringsstabil, billig erstatning for gummi arabikum, og stivelsesavledede produkter er blitt foreslått for slik bruk.

US patent 2.661.349 beskriver substituerte dikarboksylsyre-anhydrid-stivelseshalvesterderivater. Enkelte av disse derivatene danner stabile olje-i-vann-emulsjoner som er egnet for bruk i drikkemulsjons-, smaksemulsjons- og andre emulsjonsanvendelser, se f.eks. P. Trubiano, kapittel 9, i Modified Starches: Properties and Uses, CRC Press, Boca Raton, Florida, 1986, sidene 134-47. Oktenylsuksinatstivel-sesderivater med lav viskositet og som er oppløselige i kaldt vann har på vellykket måte blitt benyttet for erstatning av gummi arabikum i karbonerte drikker."Oktenylsuksinat-derivater av høy viskositet har vært nyttige som gummi arabikum-erstatninger i salatdressinger. Slike substituerte dikarboksylsyre-stivelseshalvesterderivater har også vært benyttet istedenfor gummi arabikum for innkapsling av hydrofobe stoffer slik som smaksstoffer, vitaminer, duft-stoffer og oljer. Innkapslingsproduktet fremstilles typisk ved spraytørking av en olje-i-vann-emulsjon. Enkelte av disse innkapslingsmidlene har blitt modifisert for oppnåelse av en blanding som gir en gradvis eller regulert frigjøring av det innesluttede smaksstoffet eller oljen. Andre kan oppløses i vann ved høyere faststoffinnhold enn deres gummi arabikum-motstykker og kan være overlegne i forhold til gummi arabikum i visse anvendelser.

De lavviskositet (omdannet) —stivelser som benyttes i drikker og smaksemulsjoner blir vanligvis fremstilt ved syrenedbrytning av stivelsen. Fremgangsmåter for fremstilling av stivelser av lav viskositet er velkjente. US patent 4.035.235 beskriver en fremgangsmåte for nedbrytning av lipofile substituerte stivelser som benytter a-amylasenedbrytning som et alternativ til syrenedbrytning for fremstilling av stivelser av lav viskositet. De lipofile substituerte stivelsene er egnet for smaksstoffinnkapsling og olje-i-vann-emulsjoner. Disse omdannelsesmetodene gir stivelsesprodukter som er egnet som emulgeringsmidler og innkapslingsmidler for oljer benyttet i drikker. En ulempe med bruken av de kjente stivelsesavledede produktene for erstatning av gummi arabikum er at kjente stivelsesderivater er mindre stabile under lagring. Disse stivelsesderivatene viser kortere holdbarhet og dårligere kjøle- og fryse/tinestabilitet enn gummi arabikum. I visse anvendelser slik som smakstilsatte sirupbasismaterialer benyttet i fremstillingen av softdrinks og lignende typer av drikker, oppfører disse stivelsesavledede erstatningene seg derfor ikke så godt som gummi arabikum. Siden produsenter av drikker forsender smakstilsatte sirupbasismaterialer til tapperier på forskjellige steder hvor sirupbasismaterialene kan holdes lagret i avkjølt tilstand i lengre tidsrom før bruk i en tappeoperasjon, må smaksoljeemulsjonen holde seg stabil under lagring. Videre, siden kjøletemperaturer kan variere fra tapperi til tapperi eller fra dag til dag, må smaksol jeemulsjonen kunne motstå temperaturcykling, inkludert fryse/tinecykler.

Stabilitetsproblemet ved anvendelser i drikker antas å oppstå p.g.a. stivelsesprodukters tilbøyelighet til å retrogradere, og dermed forårsake at smaksoljeemulsjonen nedbrytes ved temperaturcykling eller langtidslagring. I alvorlige tilfeller kan stivelsen retrogradere til dannelse av en gel, og smaksoljen kan utskilles fullstendig fra vannfasen. Retrogradering av stivelser er i det vesentlige en krystalli-seringsprosess som oppstår når lineære deler av stivelses-molekylene innretter seg ved siden av hverandre og danner interkjede-hydrogenbindinger gjennom hydroksylgruppene. Når tilstrekkelig interkjede-binding oppstår, forener molekylene seg til dannelse av molekylære aggregater som viser en redusert evne for hydratisering og derfor lavere vannoppløse-lighet. Disse aggregatene kan utfelles, eller i mer konsentrerte oppløsninger, kan de danne en gel. Tilbøyelig-heten til å retrogradere er mer fremtredende i stivelser inneholdende høye nivåer av det lineære amylosemolekylet. I stivelser inneholdende både lineære (amylose) og forgrenede (amylopektin), eller bare forgrenede molekyler, er til-bøyeligheten til å retrogradere mindre fremtredende. Etter hvert som temperaturen nedsettes, viser både amylose- og amylopektinholdige stivelser en større tendens til å retrogradere .

Retrogradering har delvis blitt overvunnet i visse anvendelser ved kjemisk derivatisering av stivelsesmolekylet for å stabilisere stivelsen ved å forstyrre foreningen mellom stivelsesmolekyler, eller deler av det samme molekylet, og derved redusere stivelsens tendens til å miste sin hydra-tiseringsevne ved lagring. Omsetning av stivelsen med en reagens for å innføre substituenter slik som" hydroksypropyl-, fosfat-, acetat- eller suksinatgrupper har f.eks. tendens til å stabilisere stivelsesmolekylet under lagring. Disse derivatiseringsreaksjonene kan utføres på stivelser som er ytterligere modifisert ved tverrbinding eller nedbrytning for oppnåelse av stivelser for spesielle anvendelser. Disse derivatiserte stivelsene gir imidlertid ikke de stabile emulgeringsegenskapene som er typiske for gummi arabikum.

Andre prosesser som er kjent for å begrense retrogradering av stivelse ved lave temperaturer gir heller ikke stabile emulgerende stivelser. F.eks. beskriver US patent 3.525.672 behandling av et tverrbundet, inhibert stivelsesfortyknings-middel med et enzym slik som p-amylase for å gi fryse/tine-stabilitet til stivelsesfortykningsmidler for paifyllmasser, puddinger og andre fortykkede matvarer som utsettes for lavtemperaturlagring. Det angis at i tillegg til den beskrevne inhiberingsmetode, så er det noen ganger fordelaktig å delvis derivatisere stivelsesbasismaterialene. Typiske substituentgrupper innbefatter estergrupper slik som acetat-, suksinat-, fosfat- og sulfatgrupper, samt etergrupper.

"US patent 4.428.972 beskriver et voksaktig stivelsesfortyk-ningsmiddel med overlegen lavtemperaturstabilitet i vandige dispersjoner, hvilken stivelse oppnås fra en valgt plante av en wxsug genotype.

Ingen av disse oppfinnelsene for å overvinne retrogradering under lavtemperaturlagring beskriver imidlertid et stivelses-produkt som er nyttig for fremstilling av en holdbar olje-i-vann-emulsjon. Det er således stadig et behov for et produkt som kombinerer egenskapene for emulsjon med stabilitet under lagring, kjøle- og fryse/tinecykluser, og som kan benyttes for å erstatte gummi arabikum.

Det er følgelig et behov for en forbedret modifisert stivelse som viser de stabile emulgeringsegenskapene til gummi arabikum.

Produktene kan anvendes i stivelsesbaserte emulsjoner som har god holdbarhet, spesielt matvarer og drikker inneholdende smaksoljeemulsjoner.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en fremgangsmåte for fremstilling av en modifisert stivelse fra et gelatinert stivelsederivat hvor hvert substituentradikal i derivatet inneholder en hydrofob gruppe eller både en hydrofil gruppe og en hydrofob gruppe, og hvilket derivat har emulgerende egenskaper, hvilken modifisert stivelses emulsjoner viser forbedret stabilitet og motstandsevne ovefor oljedannelse og geldannelse ved lagring, og denne fremgangsmåten er kjennetegnet ved nedbrytning av opp til 70$ av det gelatinerte stivelsederivatet til maltose med et ekso-enzym som kan spalte 1,4-alfa-D-glukosidbindingene fra ikke-reduserende ender i stivelse, men som ikke kan spalte 1,6-alfa-D-glukosidbindinger i stivelse.

En modifisert stivelse fremstilt ved denne " fremgangsmåten anvendes ifølge oppfinnelsen for industrielle eller matvareformål.

Enzymbehandlingen som benyttes i foreliggende fremgangsmåte, utføres på stivelser etter at de har blitt derivatisert til å inneholde enten hydrofobe grupper, elle grupper som omfatter både hydrofile og hydrofobe grupper, for derved å oppnå emulgerende egenskaper. Alternativt utføres enzymbehandlingen før stivelsesderivatet er fremstilt. Fremgangsmåter for fremstilling av slike derivater er beskrevet i ovennevnte US patent 2.661.349. Det foretrukne stivelsesderivåtet er en stivelsesalkenylsuksinat-halvester, hvor karboksylgruppen kan være til stede som en syre eller et karboksylatsalt. Det skal imidlertid nevnes at en hvilken som helst fremgangsmåte som gir den ønskede hydrofobe funksjon eller en blanding av hydrofobe og hydrofile funksjoner på stivelsesmolekylet og derved gir det emulgerende egenskaper, kan benyttes for fremstilling av den heri fremstilte modifiserte stivelsen. Egnede derivater og fremgangsmåter for fremstilling av disse er beskrevet i US patent 4.626.288.

Behandlingen med et ekso-enzym som kan spalte 1,4-alfa-D-glukosidbindingene fra den ikke-reduserende enden i stivelsesmolekylet, mens man ikke kan spalte 1,6-alfa-D-glukosidbindingene i stivelsesmolekylet, utføres inntil opptil 70% (fortrinnsvis opptil 55$), beregnet på vekt, av stivelsesderivatet inneholdende en hydrofob gruppe eller både en hydrofil gruppe og en hydrofob gruppe, er nedbrutt til maltose.

Ved fremstilling ifølge oppfinnelsen av modifisert nedbrutt stivelse blir stivelsen oppslemmet i vann i et hvilket som helst mengdeforhold nødvendig for oppnåelse av den ønskede enzymsubstrat-konsentrasjon eller beregnet til å passe sluttanvendelsen. Blandingen kokes deretter for å gelatinere stivelsen. Om ønsket, kan stivelsen benyttes i granulær form, men enzymatisk nedbrytning av granulæf stivelse for-løper langsomt. Blandingens temperatur og pE-verdi justeres til de optimale verdier som er anbefalt av produsenten eller leverandøren for det spesielle enzymet som skal benyttes ved fremstilling av stivelsesproduktet.

Enzymet må være et ekso-enzym, kunne spalte 1,4-alfa-D-glukosidbindingene fra den ikke-reduserende enden i stivelsesmolekylet, og ikke kunne spalte 1,6-alfa-D-glukosidbindingene. Beta-amylase, som er foretrukket, er et meget spesifikt ekso-enzym som p.g.a. sin virkning er i stand til å danne et reaksjonskompleks bare fra stivelsesmolekylets ikke-reduserende ender med en maltosidgruppe som er bundet til en glukosegruppe via en 1,4-alfa-D-glukosidbinding. Således an-griper enzymet stivelse bare ved den ikke-aldehydiske enden (den ikke-reduserende enden) og avspalter derved maltoseenheter fra disse ytre grendelene inntil et"forgreningspunkt (en 1,6-binding) er nådd. En enkelt maltose- eller glukose-enhet er tilbake ved hvert forgreningsspunkt i stivelsesmolekylet etter enzymbehandling. Siden dette ekso-enzymet er i stand til å spalte 1,4-bindingene i stivelsesmolekylet, men ikke er i stand til å spalte 1,6-bindingene, er resten fra en slik nedbrytningsprosedyre en kompakt molekylstruktur som er vesentlig fri for ytre grendeler eller bare inneholder korte ytre grendeler. Dette produktet mangler således lange ytre kjeder som bevirker retrogradering og syneresis som er tydelig i vandige stivelsesdispersjoner som er utsatt for lange lagringsperioder og/eller gjentatte fryse/tine-cykler.

Enzymet gis anledning til å nedbryte stivelses inntil opptil 70% (fortrinnsvis opptil 55$), beregnet på vekt, av stivelsen er nedbrutt til maltose, eller inntil det ønskede endepunkt (dvs. tilstrekkelig nedbrytning for tilveiebringelse av forbedret lagringsstabilitet av en spesiell emulsjon fremstilt med stivelsen) er nådd. Endepunktet kan bestemmes ved endring i viskositet, ved innhold av reduserende sukker, eller ved en hvilken som helst annen metode som er kjent innen teknikken for måling av nivået for enzymnedbrytning av stivelsesmolekylet. Alternativt kan enzymnedbrytningen fortsette inntil i det vesentlige alle av de tilgjengelige maltoseenhetene er fjernet fra stivelsesmolekylet. Vanligvis vil nedbrytningen utføres i perioder varierende fra noen timer til 24 timer eller mer avhengig av temperaturen, enzym-og substratkonsentrasjonene, og andre variabler. Enzymnedbrytningen avsluttes deretter ved hjelp av varme, kjemiske tilsetninger eller andre metoder som er kjent for deaktivering av et enzym eller separering av et enzym fra dets substrat.

Den resulterende nedbrutte stivelsesblandingen kan spray-tørkes, trommeltørkes eller gjenvinnes på annen måte i en form som er egnet for den tilsiktede anvendelse.

Den modifiserte stivelsen som er fremstilt" ifølge oppfinnelsen kan på fordelaktig måte anvendes i et hvilket som helst produkt hvori gummi arabikum er blitt benyttet som et emulgeringsmiddel, stabiliseringsmiddel eller lignende, og i et hvilket som helst produkt hvor vannoppløselige emulgeringsmidler av høy mpolekylvekt er benyttet for dannelse eller stabilisering av emulsjoner. De kan således benyttes i drikker som er smakstilsatt med oljer slik som appelsin-eller sitronoljer, konditorvarer, iskrem, eller andre drikker og andre matvareprodukter som krever et lagringsstabilt emulgeringsmiddel. De kan benyttes i vann- og alkoholbaserte drikker. Stivelsene kan også benyttes ved fremstilling av spraytørkede smaksoljer som kan rekonstitueres med vann for tilveiebringelse av smaksemulsjoner, og i trykkfarger, tekstiler og andre ikke-matvaresluttanvendelser.

De anvendbare stivelsene som kan benyttes ved fremstilling av enzymnedbrutt stivelse heri, kan oppnås fra en hvilken som helst plantekilde, innbefattende mais, potet, søt potet, hvete, ris, sago, tapioka, voksaktig mais ("waxy maize"), durra, o.l. Også innbefattet er omdannelsesproduktene oppnådd fra hvilke som helst av de ovennevnte stivelser inkludert f.eks. fluiditets- eller tyntkokende stivelser fremstilt ved oksydasjon, alfa-amylaseomdannelse, mild syrehydrolyse eller varmedekstrinering, og derivatiserte stivelser slik som etere og estere.

Stivelsen vil fortrinnsvis være en gelatinert stivelse (en forkokt, ikke-granulær stivelse, og kan også være en fluiditetsstivelse omdannet med mild syrehydrolyse eller varmedekstrineringsmetoder som er velkjente innen teknikken (se f.eks. M. W. Rutenberg, "Starch and Its Modifications" i Handbook of Water-Soluble Gums and Resins, R. L. Davidson, utgiver, McGraw Hill, Inc., New York, N.Y., 1980, sidene 22-36). En kombinasjon av en eller flere av disse omdannelses-teknikkene kan anvendes. Omdannelsen utføres typisk før behandling med den hydrofobe/hydrofile (eller kun hydrofobe) reagens og før beta-amylasebehandlingen. Om ønsket kan stivelsen omdannes ved behandling med et alfa-amylaseenzym for fremstilling av en fluiditetsstivelse på den måten som er beskrevet i US patent 4.035.235. Omdannelse med alfa-amylase blir også typisk utført før beta-amylasebehandling. Når et emulgeringssystem av høy viskositet er ønsket, så er det ikke nødvendig å omdanne stivelsen.

Stivelsen kan derivatiseres ved behandling med en hvilken som helst reagens som gir emulgerende egenskaper til stivelsen. Derivatiseringen kan utføres før eller etter beta-amylase-behandl ing. Reagensen må inneholde en hydrofob gruppe og kan inneholde en hydrofil gruppe. Den hydrofobe grupper bør være en alkyl-, alkenyl-, aralkyl- eller aralkenylgruppe som inneholder minst 5 karbonatomer, og fortrinnsvis 5-24 karbonatomer. Som i den nedenfor angitte foretrukne utførelse kan de hydrofile gruppeer gis av reagensen eller, som i andre utførelser, tjener stivelsens egne hydroksylgrupper som den hydrofile delen og reagensen gir kun en hydrofob del.

I en foretrukken utførelse blir stivelsen derivatisert ved omsetning med et cyklisk alkenyldikarboksylsyreanhydrid ved den metoden som beskrives i US patent 2.661.349. En hvilken som helst fremgangsmåte for derivatisering av stivelse som gir den ønskede blanding av hydrofobe og hydrofile funksjoner på stivelsesmolekylet og derved gir stabile, emulgerende egenskaper, kan imidlertid benyttes for å fremstille foreliggende modifiserte stivelse. Dette innbefatter fremgangsmåter som nå ikke er kjent innen teknikken. I en ut-førelse blir stivelsen derivatisert ved behandling med minst 0, 25% oktenylravsyreanhydrid på basis av stivelsestørrhet. Stivelsen kan ytterligere derivatiseres til å inneholde hydroksypropylgrupper.

Når et emulgeringsmiddel med lav viskositet er ønsket, er den foretrukne utførelsen et oktenylsuksinat-halvesterderivat av en amylopektinholdig stivelse, slik som" voksaktig mais, som har blitt omdannet til en vannfluiditet (WF) på opptil 60. Vannfluiditet er en empirisk test for viskositet målt på en målestokk fra 0 til 90 hvor fluiditet er det resiproke av viskositet. Vannfluiditet til stivelser måles typisk ved anvendelse av et roterende Thomas-viskometer av skjær-påvirkningstypen (produsert av Arthur E. Thomas Co. , Philadelphia, PA 19106), standardisert ved 30°C med en standard olje som har en viskositet på 24,73 eps, hvilken olje krever 23,12 ± 0,05 sek. for 100 omdreininger. Nøyaktige og reproduserbare målinger av vannfluiditeten oppnås ved å bestemme den tid som forløper for 100 omdreininger ved forskjellige faststoffnivåer avhengig av stivelsens omdannelses-grad (etter hvert som omdannelsen øker, så avtar visskosite-ten). I en foretrukken utførelse blir den omdannede stivelsen behandlet med minst 0, 25% og fortrinnsvis 3, 0% av oktenylravsyreanhydridet. Om ønsket, kan et hydroksypropyl-oktenylsuksinatderivat benyttes.

For andre produkter kan en hvilken som helst substituerings-grad eller omdannelsesnivå som resulterer i de ønskede viskositets- og emulgeringsegenskapene, anvendes. F.eks. beskriver US patent 4.035.235 en hensiktsmessig utførelse omfattende en fremgangsmåte for fremstilling av et lipofilt derivat av stivelse for anvendelse som et alternativ til gummi arabikum ved innkapsling av vannoppløselige stoffer, slik som flyktige smaksoljer og parfymer.

I en foretrukken utførelse er det neste trinnet etter fremstilling av stivelsesderivatet å gelatinere den derivatiserte stivelsen. Gelatineringsprosessen folder ut stivelses-molekylene fra den granulaere strukturen og gir derved enzymet anledning til på en lettere og mer ensartet måte å nedbryte stivelsesmolekylenes ytre grendeler. Etter at en oppslemming av stivelsesbasismateriale er gelatinert, blir de faste stoffene, temperaturen og pH-verdien på oppslemmingen justert for tilveiebringelse av optimal enzymaktivitet.

De optimale parametrene for enzymaktivitet vil variere avhengig av det enzym som benyttes. Således avhenger hastig-heten på enzymnedbrytningen av faktorer som innbefatter typen av enzym som benyttes, enzymkonsentrasjon, substrat-konsentrasjon, pH, temperatur, tilstedeværelse og fravær av inhibitorer og andre faktorer. Avhengig av typen av enzym, eller dets kilde, kan forskjellige parametre nødvendiggjøre justering for oppnåelse av optimal nedbrytningshastighet. Generelt blir den foretrukne enzymnedbrytningsreaksjonen ut-ført ved det høyeste faststoffinnholdet som er mulig for å lette etterfølgende tørking av stivelsessammensetningen under opprettholdelse av optimale reaksjonshastigheter. F.eks., for hvete-beta-amylase som heri benyttes for fremstilling av et emulgeringsmiddel for anvendelser i drikker, er en forkokt stivelsesdispersjon ved et faststoffinnhold varierende opptil 33$ foretrukket. Høyere faststoffinnhold kan imidlertid benyttes, men ved høyere faststtoffinnhold er omrøring vanskelig eller ineffektiv, og stivelsesdispersjonen er vanskeligere å håndtere.

Selv om foreliggende fremgangsmåte er illustrert ved anvendelse av beta-amylase som enzymkomponent, kan andre enzymer slik som ekso-alfa-1,4-glukosidase, ekso-1,4-alfa-D-glukan-maltotetrahydrolase, ekso-1,4-alfa-D-glukanmaltoheksa-hydrolase, eller et hvilket som helst annet ekso-enzym som viser selektivitet m.h.t. spalting av 1,4-bindingene i stivelsesmolekylet fra de ikke-reduserende endene, men etter-later 1,6-bindingene intakte, benyttes for fremstilling ifølge oppfinnelsen av den modifiserte stivelsen.

Siden slike ekso-enzymer fjerner glukose-, maltose- eller større sakkaridenheter kun fra de ytre grendelene i amylo-pektinmolekylet, og ikke avgrener molekylet, gir den enzymatiske nedbrytningssprosessen molekyler hvori forgrenings-punktene for de korte kjedene forblir intakte. I amylopektin forekommer forgreningsspunkter ved omtrent 4-5$ av molekylets monosakkaridenheter. Etter enzymatisk nedbrytning av amylopektin blir molekylets ytre forgreninger forkortet til det punkt hvor forening med andre grendeler reduseres eller elimineres, og de gjenværende 1,6-grenpunktene hindrer de indre grendeler i å forene seg. Derfor viser nedbrutte molekyler forbedret motstandsevne overfor retrogradering under lagring og under fryse/tine-cykler. Det er pga. dette at et ekso-enzym som kan spalte 1,4-, men ikke 1,6-bindingene fra stivelsesmolekylets ikke-reduserende ender, er et nød-vendig element i foreliggende oppfinnelse.

Selv om foreliggende fremgangsmåte gjør bruk av et enzym i oppløsning, er fremgangssmåter som anvender et enzym som er immobilisert på en fast bærer, egnet for bruk heri.

Optimale konsentrasjoner av enzym- og substrat bestemmes avnivået av enzymaktivitet. Enzymaktivitet kan uttrykkes i grader av diastatisk styrke (DP°) pr. ml vandig enzym-oppløsning. DP°-verdien er den mengde enzym, som inneholdes i 0,1 ml av en 55^ oppløsning av enzymprøvepreparatet, som vil gi tilstrekkelig reduserende sukkere til å redusere 5 ml av Fehlings oppløsning når prøven inkuberes med 100 ml substrat i 1 time ved 20°C. Metoden for bestemmelse av DP° er publi-sert i Food Chemicals Codex, 3. utgave, National Academy Press, Washington, DC, 1981, side 484.

En DP°-verdi over 334 pr. 100 g stivelse på en tørrvektbasis er nødvendig for å nedbryte gelatinerte stivelsesoppløsninger inneholdende opptil 33$ faststoffer i løpet av 8 timer under optimale betingelser for temperatur og pH. En DP° på 840-1.110 pr. 100 g stivelses på en tørrvektbasis (ved en pH-vrdi på 5,3 og en temperatur på 57°C) er foretrukket.

Reaksjonen kan forløpe i nærvær av buffere for å sikre at pH-verdien vil være ved det optimale nivået gjennom hele nedbrytningen. Buffere slik som acetater, citrater eller salter av andre svake syrer er akseptable. Andre midler kan benyttes for å optimalisere enzymaktivitet.' Reaksjonen kan utføres i et pH-område fra 3 til 10, idet det foretrukne området er mellom 5 og 7 ved 20-75°C, og det optimale er 5,7 ved 55-60°C.

Under den enzymatiske nedbrytningen bør den vandige stivelsesdispersjonen holdes ved en temperatur på 20-100°C, idet det foretrukne området er 55-60°C, og det optimale er 57°C. Dersom kortere reaksjonstid er ønsket, kan imidlertid et temperaturområde på 60-63°C eller en høyere enzymkonsentrasjon anvendes. Som med andre parametrer for enzymreaksjonen vil de foretrukne og optimale temperaturområdene variere med endringer i andre parametre slik som substrat-konsentrasjon, pE og andre faktorer som påvirker enzymaktivitet, og som kan bestemmes av operatøren.

Enzymreaksjonen får fortsette inntil det ønskede ned-brytningsnivå er nådd eller inntil i det vesentlige all tilgjengelig maltose er fjernet fra stivelsesmolekylet. Enzymreaksjonens forløp kan måles ved hjelp av forskjellige metoder. Dersom alle kritiske parametre er fastsatt for oppnåelse av en spesiell stivelsesblanding, så kan reaksjonen få forløpe til et bestemt relativt tidsendepunkt (dvs. 8 timer i eksempel I). Endepunktet kan også overvåkes og defineres ved måling av konsentrasjonen av reduserende sukkere. Maltosen som oppnås med 1,4-alfa-D-glukosidase er et reduserende sukker som kan kvantifiseres ved hjelp av metoder som er velkjent innen teknikken. Andre teknikker slik som overvåkning av endringen i viskositet eller endringen i molekylvekt kan benyttes for å definere reak-sj onsendepunktet.

I en foretrukken utførelse måles nedbrytningsendepunktet ved å bestemme prosentandelen er reduserende sukkere som inneholdes i reaksjonsmediet. Hver maltoseenhet inneholder to glukoseenheter, men bare en reduserende gruppe som kan detekteres i en analyse for reduserende sukker. Derfor er prosentandelen, beregnet på vekt, av reduserende sukkere (beregnet som glukose) omtrent lik halvparten av prosentandelen, beregnet på vekt, av maltoseenheter dannet ved nedbrytning av stivelsesmolekylet. Dersom beta-amylasen er forurenset med høyere nivåer av alfa-amylase, så kan reaksjonsmediet inneholde enda høyere nivåer av reduserende grupper, og målinger av reduserende sukker må standardiseres for å ta hensyn til effekten av slik forurensning på målingen av forløpet for enzymreaksjonen. Alternativt kan maltosen måles direkte ved hjelp av andre typer av kjente analyser.

Graden av stivelsesnedbrytning som er nødvendig for i vesentlig grad å forbedre stivelsesblandingens lavtemperaturstabilitet, er utsatt for variasjon. Den avhenger av den type stivelse som benyttes, tilstedeværelsen og beskaffen-heten av eventuelle substituentgrupper og graden, om noen av omdannelse. Stivelsesnedbrytning varierende fra 13 til 55%, beregnet på vekt, er kjent for å gi forbedret lavtemperaturstabilitet i fortykningmidler (se US patent 3.525.672). For lavviskositet-emulgeringsanvendelser (dvs. stivelser omdannet til en WF på 40-60), forløper nedbrytning inntil opptil 70$, beregnet på vekt, av stivelsen som målt ifølge innhold av reduserende sukker i stivelsesdispersjonen, er hydrolysert til maltose.

Det maksimale omfang av enzymatisk nedbrytning til maltose som teoretisk kan oppnås ved bruk av ren beta-amylase og uomdannet stivelse er ca. 55$, beregnet på vekt, av stivelsen. Ken beta-amylase er ikke lett tilgjengelig på kom-mersiell basis. Den beta-amylasen som er kommersielt tilgjengelig, inneholder små mengder alfa-amylase, et endo-enzym som spalter indre forgreninger i stivelse vilkårlig, og frigjør disse forgreninger for beta-amylaseaktivitet. Stivelsesomdannelse ved hjelp av syre, varme eller oksydasjon har en lignende, men mindre fremtredende effekt på beta-amylasenedbrytning av stivelse. Således kan en degradering opptil 70$, beregnet på vekt, av stivelsen oppnås under anvendelse av kommersielt tilgjengelig beta-amylase som er forurenset med små mengder av alfa-amylase.

Etter at den ønskede grad av stivelsesnedbrytning er nådd, kan enzymet deaktiveres. Beta-amylase blir hurtig deaktivert ved temperaturer på 100°C, og derfor kan reaksjonen hensiktsmessig avsluttes ved å øke stivelsesdispersjonens temperatur til minst 75°C i minst 15 min.

Operatøren vil forstå at trinnsekvensen i foreliggende fremgangsmåte kan utføres i en hvilken som helst rekkefølge, og er ikke begrenset til den ovenfor angitte foretrukne ut-førelse. Således blir i en annen foretrukket utførelse sekvensen reversert, slik at det enzymatiske nedbrytnings-trinnet fullføres før deaktiveringstrinnet.

Dersom sluttanvendelsen krever rensing av stivelsesblandingen kan maltosen og andre reaksjonsurenheter og biprodukter fjernes ved dialyse, filtrering, sentrifugering eller andre metoder som er kjent innen teknikken for isolering og konsentrasjon av stivelsesblandinger.

Dersom en tørket stivelsesblanding er ønsket for slutt-anvendelser, kan stivelsesblandingen dehydratiseres ved en hvilken som helst metode som er kjent innen teknikken.

For smaksemulsjonsanvendelser i drikker er voksaktige mais-stivelser, omdannet til en vannfluiditet på 40-60, foretrukket .

For emulgeringsmidler av lav viskositet kan reduksjonen i viskositet under enzymreaksjon benyttes for bestemmelse av når det ønskede nivå av nedbrytning er oppnådd. En metode for overvåking av reaksjonsoppløsningens viskositet er beskrevet i eksempel I. En hvilken som helst av de mange metodene som er kjent innen teknikken for måling av viskositet kan anvendes. Viskositeten kan imidlertid endres av faktorer andre enn den ønskede enzymaktiviteten. For eksempel, dersom beta-amylasen inneholder store mengder alfa-amylase, så kan reduksjonen i viskositet ikke direkte korreleres til beta-amylaseaktivitet. Derfor må nivået for alfa-amylaseforurensning nøye overvåkes og reguleres dersom viskositetsendringer benyttes for å bestemme enzymned-brytningsnivået. Dersom beta-amylase, eller en hvilken som helst annen 1,4-alfa-D-glukosidase som heri er benyttet, inneholder høye nivåer av alfa-amylaseforurensning, så kan beta-amylasen renses før bruk, eller en alfa-amylaseinhibitor kan tilsettes til reaksjonsdispersjonen.

Følgende eksempler vil mer fullstendig illustrere oppfinnel-sens utførelser. I disse eksemplene er alle del- og prosent-angivelser gitt på tørrvektbasis, og alle temperaturer er i grader Celcius med mindre annet er angitt. Lagringsstabilitet er målt ved lav temperatur for å akselerere retrogradering og forkorte testperioden.

EKSEMPEL I

Dette eksempelet illustrerer fremstillingen ifølge oppfinnelsen av en modifisert stivelse for bruk i smaksemul-gering for drikk.

Et oktenylsuksinatderivat (OSA) av stivelse fra voksaktig mais ("waxy maize") ble fremstilt ved den fremgangsmåten som er beskrevet i eksempel II i US patent 2.661.349 med unntagelse av at mais-("corn")-stivelsen ble erstattet med voksaktig mais ("waxy maize"). I tillegg ble stivelsen omsatt med 3 % oktenylravsyreanhydrid istedenfor med 0,5 % som angitt i patentet. En 28% vandig oppslemming av produktet av OSA og voksaktig mais ble "jet "-kokt ved ca. 149°C. Deretter ble det kokte OSA av voksaktig mais anbrakt i et bad med konstant temperatur og holdt ved 55-60°C under konstant omrøring. pH-verdien ble justert " til 5,3 med 3% saltsyre.

Dispersjonen av det kokte OSA av voksaktig mais ble oppdelt i fire porsjoner, og en forskjellig mengde av hvete-beta-amylase (1,4-alfa-D-glukanmaltohydrolase (E.C. 3.2.1.2), oppnådd fra Fermco Biochemics, Inc., Elk Grove Village, Illinois) ble tilsatt til hver porsjon. Mengdene av tilsatt enzym var 186, 334, 840 og 1110 DP° per 100 g tørrbasis av OSA av voksaktig mais. Det var bestemt i tidligere forsøk at dette relative området for enzymkonsentrasjon ville gi den ønskede stivelsesnedbrytning i løpet av ca. 8 timer. De tre porsjonene som inneholdt minst 334 DP° pr. 100 g stivelse, nådde den ønskede nedbrytningssgrad i løpet av 3-8 timer.

Nedbrytningsgraden ble bestemt ved å overvåke dispersjonens traktviskositet. Følgelig ble nivået for alfa-amylaseforurensning som var til stede i hvete-beta-amylasen, overvåket og begrenset til ikke mer enn 0,4 DU/ml av enzym-oppløsning slik at viskositeten ikke ville bli påvirket av denne variablen. En DU (dekstrineringsenhet) er den mengde av alfa-amylase som vil dekstrinere oppløselig stivelse, i nærvær av et overskudd av beta-amylase, i en hastighet på lg/time ved 20°C.

For å måle traktviskositet ble 38 g av den omdannede stivelsen (vannfri basis) innveiet i et tarert 250 ml beger (rust-fritt stål) inneholdende et termometer og bragt til 200 g totalvekt med destillert vann. Prøven ble blandet for å oppløse eventuelle klumper og oppvarmet eller avkjølt til 22°C. Totalt 100 ml av den kokte stivelsesdispersjonen ble utmålt i en gradert sylinder. Den ble deretter helt i en kalibrert trakt under anvendelse av en finger for å lukke åpningen. En liten mengde fikk strømme inn i graduatet for å fjerne eventuell innesluttet luft, og hele resten som var tilbake i graduatet, ble helt tilbake i trakten. Ved bruk av en tidtageranordning ble tiden som gikk med til at 100 ml-prøven skulle strømme gjennom traktens spiss"registrert.

Trakten var en standard 58°, tykkvegget motstandstrakt av glass hvis toppdiameter var 9-10 cm, idet stammens diameter var ca. 0,381 cm. Trakten ble kalibrert slik at 100 ml vann kunne gå igjennom i løpet av 6 sek. ved bruk av den ovenfor omtalte metode.

Ved nøye å regulere parametrene for trakt-viskositetstesten og begrense alfa-amylaseforurensning, ble stivelsesnedbryt-ningsgraden med beta-amylase korrelert til viskositetstapet. De reduserende sukkerne ble målt ved hjelp av Fehling-metoden for å bekrefte nedbrytningsgraden.

I dette eksempelet ble det ønskede enzymreaksjon-endepunkt nådd i et trakt-viskositetsområde på 9-50 sek. Innholdet av reduserende sukkere i disse prøvene varierte fra 29 til 35$. Den tilsvarende nedbrytning av stivelsen, beregnet på vekt, varierte fra 58 til 7056. Når den ønskede viskositet var nådd, ble enzymet deaktivert ved injeksjon av frisk damp i reaksjonsoppløsningen inntil en temperatur på minst 75°C var oppnådd og holdt i minst 15 min. Porsjonene hie deretter spraytørket ved en innløpstemperatur på 200-210°C og en utløpstemperatur på 85-90°C ved bruk av en standard nr. 22 1/4 J dyse oppnådd fra Spraying Systems Company. Det spray-tørkede stivelsesproduktet ble siktet gjennom en nr. 40 mesh (0,420 mm) US. standard sikt.

EKSEMPEL II

Dette eksempel illustrerer at vandige dispersjoner av produktet fremstilt i eksempel I er stabilt gjennom en rekke fryse/tine-cyklUSer, og finnes, ved ekstrapolering, å være stabilt ved lengre tids lagring. Dette eksempelet illustrerer også at beta-amylasenedbrutte stivelser fremstilt ifølge oppfinnelsen er mer stabile ved lav temperatur enn kontrollstivelsen som ikke er beta-amylasenedbrutt.

Ved bruk av metodene som er angitt i eksempel I ble OSA av voksaktig mais og syrenedbrutt 50 WF OSA av voksaktig mais nedbrutt med beta-amylase. Sammen med en kontroll bestående av en syreomdannet OSA av voksaktig mais som for tiden anvendes i smaksemulsjoner for drikker, ble de beta-amylase-nedbrutte stivelsene dispergert i vann ved 20 % faststoffer og anbragt i en fryseanordning. I et sett tester ble dispersjonene utsatt for seks fryse/tine-cykluser hvorved cykelens frysedel varierte fra 1 til 5 dager i varighet over en 18 dagers periode. Etter hver fryse/tine-cyklus ble viskositeter målt med et Brookfield-viskometer ved omgivel-sestemperatur (ca. 22°C) med en nr. 3 spindel ved 10 omdr./- min.

Viskositeten til kontrollen øket, et synlig fnokkmateriale dannet seg, og deretter avtok viskositeten. De enzymbehandlede prøvenes viskosieterer viste liten variasjon annet enn den variasjon som naturlig er forbundet med Brookfield viskometeravlesninger ved lav viskositet. I tillegg var det fnokkmaterialet som ble dannet i kontrollen etter en fryse/- tine-cyklus ikke til stede i de enzymbehandlede prøvene selv etter seks fryse/tine-cykluser. De enzymnedbrutte stivelsesblandingene viser således en større motstand overfor retrogradering ved temperaturcyklusgjennomgang og, ifølge ekstrapolering, ved lagring enn kontrollblandingen som for tiden anvendes som erstatning for gummi arabikum i drikker.

EKSEMPEL III

Dette eksempel illustrerer at den modifiserte stivelsen som har blitt renset ved fjerning av den beta-amylase-frigjorte maltosen forblir motstandsdyktig overfor retrogradering under lagring.

Beta-amylasenedbrutt OSA av voksaktig mais fremstilt ved fremgangsmåten angitt i eksempel I ovenfor, ble utsatt for dialyse for å fjerne maltose. Stivelsen ble dispergert i destillert vann ved 15-20 % faststoffer og anbrakt i et dialyserør (oppnådd fra Spektropor Membrane) som holdt tilbake molekyler med molekylvekter over 6000-8000. Dispersjonen ble dialysert mot destillert vann inntil dialysatet var frigjort for alle organiske materialer. Stivelsen ble deretter oppsamlet ved utfelling med etanol.

Sammen med en maltoseholdig prøve fremstilt som i eksempel I ble den maltosefrigjorte prøven kjølt ved 5-7°C over en periode på 83 dager. Prøver ble periodisk fjernet og underkastet differensial-scanningkalorimetri (DSC) -analyse for å bestemme det minimum antall dager som var nødvendig for at prøven skulle retrogradere. DSC-analysen ble utført ved hjelp av metoden rapportert av A. C. Eliasson i "Retrograda-tion of starch as measured by differential scanning calorime-try", Prog. Biotechnol., 1:93-8 (1985).

Den maltosefrie prøven viste ingen retrogradering selv etter lagring i 83 dager under kjøling. Således, lik de maltose-holdige, beta-amylase-nedbrutte stivelsene viser den maltosefrie stivelsen forøket motstandsevne overfor retrogradering i forhold til et for tiden benyttet emulgeringsmiddel bestående av OSA av voksaktig mais (se tabell I). Derfor er tilstedeværelsen av maltose ikke vesentlig for forbedring av stabiliteten til den nedbrutte stivelsen.

EKSEMPEL IV

Dette eksempelet illustrerer at den beta-amylasenedbrutte stivelsen viser forbedret motstandsevne overfor retrogradering under lagring.

Vandige dispersjoner ved 50$ faststoffer ble fremstilt med følgende stivelser: 1) beta-amylasenedbrutt OSA av voksaktig mais, (fra eksempel I ovenfor), 2) beta-amylasenedbrutt, 50 WF syreomdannet OSA av voksaktig mais, (fra eksempel II ovenfor), 3) beta-amylasenedbrutt, syreomdannet myristatester av voksaktig mais med WF på 50, fr"emstilt ved den nedenfor angitte metode, 4) syreomdannet myristatester av voksaktig mais med WF på 50, kontroll fremstilt ved metoden angitt nedenfor, 5) alfa-amylaseomdannet OSA av voksaktig mais, kontroll,

6) syreomdannet OSA av voksaktig mais, kontroll,

7) OSA av voksaktig mais, kontroll.

Alle beta-amylasenedbrutte prøver ble fremstilt ved den metoden som er angitt i eksempel I. Alle OSA-prøvene ble fremstilt ved metoden angitt i eksempel I. Myristatester-prøvene ble fremstilt ved oppslemming av 200 g av 50 WF syreomdannet, voksaktig maisstivelse i 300 ml vann, justering av pH-verdien til 8,0 ved tilsetning av 3$ NaOH, og tilsetning av 20 g N-myristyl-N-metylimidazoliumklorid i løpet av 10-15 minutter. Reaksjonen fortsatte i 2 timer, og ytterligere vann ble tilsatt for å lette omrøring når reaksjonsblandingen hadde fortykket seg. Reaksjonsblandingen ble filtrert, stivelsen ble resuspendert, pH-verdien ble justert til 5,5, og deretter filtrert, vasket med metanol og tørket. Stivelsesproduktet inneholdt ca. 5% myristatester, beregnet på vekt.

Sammen med kontrollene og den maltosefrie prøven i eksempel III ovenfor, ble disse stivelsesdispersjonene underkastet lagring ved 5-7°C. Perodisk ble prøvene bedømt med henblikk på retrogradering ved DSC-analysemetoden angitt i eksempel

III.

Tabell I angir antall dager som skulle til for retrogradering av hver st i vel ses sammensetning til et punkt som kunne detekteres ved DSC-analyse.

Resultatene viser at kontrollene som ikke var behandlet med beta-amylase hurtig retrograderte, mens de behandlede prøvene ikke retrograderte til et punkt som kunne detekteres ved DSC-analyse i løpet av de 83 dagene hvorved studiet ble utført.

EKSEMPEL V

Dette eksempelet illustrerer at en rekke forskjellige stivelser og stivelsesderivater vil vise forbedret holdbarhet og, i visse tilfeller, forbedret evne til å danne en emulsjon etter beta-amylase-nedbrytning.

En gruppe stivelser, inkludert syreomdannet tapioka med en trakt-viskositet på 33,6 sek. ved 19$ faststoffer og 22°C, 40 WF-fluiditetsmais ("corn") og et hydroksypropyl 84 WF-syreomdannet, voksaktig mais ("waxy maize") -derivat, ble omsatt med oktenylravsyreanhydrid for dannelse av OSA-derivatet ved den metoden som er angitt i eksempel I. Et 5 % myristatester-derivat av 50 WF voksaktig mais ble fremstilt ved metoden angitt i eksempel IV. En blanding av hydrokarbonetere, med 16-24 karbonatomer i kjeden, av stivelse fra voksaktig mais ble fremstilt ved blanding av 100 g av stivelsen med 3 g 3-klor-2-hydroksypropylkokosalkyldimetylammoniumklorid (Quab 360 [<C>^5_24<H>25-33N0Cl2], oppnådd fra Degussa Co.) ved pE 11,5-12. Stivelsesblandingen ble oppvarmet til 40°C, fikk anledning til å reagere i 16 timer, og ble deretter nøytrali-sert til pE 5,5-6, vasket tre ganger med vann og tørket. Dette stivelseseterderivatet ble underkastet beta-amylase-nedbrytning på den måten som er angitt i eksempel I (med en unntagelse) og spraytørket. Unntagelsen var at beta-amylase-nedbrytningen ble avsluttet da trakt-viskositeten til reaksjonsmediet nådde den til en kontrollblanding av C^^-C24 hydrokarboneter av voksaktig maisstivelse med en WF på 50. Kontrollstivelseseteren ble fremstilt ved den metode som er angitt ovenfor, med unntakelse for av utgangsmaterialet var en syreomdannet stivelse av voksaktig mais med en WF på 50.

Alle andre prøver av hvert stivelsesderivaf ble underkastet enzymnedbrytning på den måten som er angitt i eksempel I, og spraytørket.

Prøver av de spraytørkede stivelsesderivatene (20 g) ble blandet med 180 g destillert vann. Denne dispersjonen ble omrørt i en Waring-blander ved lav hastighet med en bryter-innstilling på 25-30 i 2 min. En sitrusoljeblanding (80 g) ble tilsatt til midten av hvirvelen ved langsom hastighet. Sitrusoljeblandingen var en blanding av 12 deler av enkeltfold-appelsinolje oppnådd fra Fritzsche-Dodge-Olcott, og 3,4 deler av estergummi nr. 8 BE oppnådd fra Eercules Company. Stivelsesdispersjonen og olje ble emulgert ved høy hastighet i en Waring-blander. De resulterende emulsjonene ble anbragt i en glassbeholder, som ble lukket, anbrakt i en fryser og periodisk fjernet og oppvarmet til romtemperatur. Bedømmelsen besto i visuell undersøkelse av emulgeringen med henblikk på separering, oljedannelse og geldannelse. Alle prøver med unntakelse av dem som ikke dannet stabile emulsjoner ved romtemperatur, ble også bedømt etter kjølelagring. Det syreomdannede kontroll-OSA av maisstivelse med en WF på 40 geldannet ved romtemperatur, og dannet ikke en emulsjon. Den syredannede hydroksypropyl-kontroll av voksaktig mais med en WF på 84 og nevnte myristatester, av syreomdannet kontroll av voksaktig mais med WF på 50 dannet emulsjoner som umiddelbart skilte seg ved romtemperatur. Likeledes dannet den syreomdannede tapioka-kontrollen ikke en emulsjon. Kontrolleteren av syreomdannet voksaktig mais med WF på 50 dannet en emulsjon som viste blekgul kremdannelse ved romtemperatur og utoljing etter kjøling i 1 dag.

I motsetning til dette dannet det beta-amylasenedbrutte, syreomdannede OSA av mais-stivelse med WF på 40 en emulsjon som skilte seg bare etter to fryse/tine-cykluser, og det beta-amylasenedbrutte, syreomdannede OSA av tapioka-stivelse dannet en emulsjon som skilte seg etter en fryse/tine-cyklus. Det beta-amylasenedbrutte hydroksypropyl-OSA var stabilt gjennom 7 fryse/tine-cykluser. Den beta-amylasenedbrutte 5, %- ige myristatesteren av voksaktig mais dannet en emulsjon som var stabil gjennom den ene testede fryse/tine-cyklusen og etter 3 uker med kjølelagring. Den beta-amylase-nedbrutte eteren av voksaktig mais dannet en emulsjon som var stabil ved romtemperatur og forble stabil etter to fryse/- tine-cykluser over en 12 dagers periode. Alle andre beta-amylasebehandlede prøver dannet emulsjoner som var stabile etter 6 måneder med kjølelagring. I alle tilfeller oppførte de beta-amylasenedbrutte prøvene seg bedre enn deres respektive kontroller.

Resultatene viser at beta-amylasenedbrytning av OSA-stivelser slik som derivater av voksaktig mais ("waxy maize"), mais ("corn") og tapioka vil forbedre lagringsstabiliteten for olje-i-vann-emulsjoner dannet med disse stivelsene. Resultatene er de samme uansett om stivelsen er derivatisert med en hydrofob/hydrofil-substituent slik som OSA, eller med en hydrofob substituent alene, slik som myristat. I tillegg illustrerer resultatene at der den spesielle anvendelse nødvendiggjør et derivat slik som et hydroksypropyl-OSA av voksaktig mais, så vil enzymnedbrytning av et slikt derivat gi en lav-temperaturstabil olje-i-vann-emulsjon.

EKSEMPEL VI

Dette eksempelet illustrerer at modifisert stivelse fremstilt ifølge oppfinnelsen er like motstandsdyktig overfor endring under lagring som gummi arabikum, og mer motstandsdyktig enn et stivelsesbasert emulgeringsmiddel som som for tiden benyttes for å emulgere smaksoljer i drikker.

Enzymnedbrutte OSA-derivater av voksaktig mais og av syreomdannet OSA av voksaktig mais med WF på 50 ble fremstilt ved de metoder som er angitt i eksempel I. Disse stivelsesblandingene og kontrollene som innbefattet gummi arabikum og et syreomdannet OSA av voksaktig mais so"m for tiden er benyttet i smaksoljeemulsjoner for drikker, ble emulgert ved den metoden som er beskrevet i eksempel V.

Disse emulsjonenene ble lagret under kjøling i 3 måneder. Brookfield-viskositeter ble målt til å begynne med og etter 3 måneder ved den metoden som er angitt i eksempel II med unntagelse for at en nr. 5 spindel ble benyttet for viskositeter fra 1000 til 5000 cp. Visuell observasjon av de enzymnedbrutte prøvene etter 3 måneder under kjøling viste god emulsjonsstabilitet. Viskositetsmålinger er angitt i tabell II. Disse stivelsesblandingene og kontrollene som innbefattet gummi arabikum og et syreomdannet OSA av voksholdig mais som for tiden er benyttet i smaksoljeemulsjoner for drikker, ble emulgert ved den metoden som er beskrevet i eksempel V.

Disse emulsjonene ble lagret under kjøling i tre måneder. Brookf ield-viskositeter ble målt til å begynne med og etter tre måneder ved den metoden som er angitt i eksempel II, med unntagelse av at en nr. 5 spindel ble benyttet for viskositeter fra 1000 til 5000 cp. Visuell observasjon av de enzymnedbrutte prøvene etter tre måneder under kjøling visste god emulsjonsstabilitet. Viskositetsmålinger er angitt i tabell II.

Resultatene viser at emulsjonene fremstilt fra beta-amylase-nedbrutte sitvelsesblandinger er like motstandsdyktige som gummi arabikum-emulsjoner overfor viskositetsendringer, geldannelse og oljedannelse ved lagring.

I vandige dispersjoner og i emulsjoner viser således de modifiserte stivelsene som er fremstilt ifølge oppfinnelsen forbedret motstandsevne overfor retrogradering og forbedret stabilitet under lagring i forhold til det som oppnås gjennom for tiden kjente stivelsesemulgeringsmidler.

EKSEMPEL VII

Dette eksempelet illustrerer at en modifisert stivelse fremstilt ifølge oppfinnelsen kan fremstilles ved å reversere den trinnrekkefølgen som er angitt i eksempel I.

En 28% faststoffholdig vandig oppslemming av voksholdig maisstivelse ble fremstilt, pE-verdien ble justert til 6,6-6,3 ved tilsetning av 3% NaOE, og oppslemmingen ble "jet"-kokt ved ca. 149°C. Den kokte stivelsen ble anbragt i et vannbad av konstant temperatur og holdt ved 55-60°C under konstant omrøring. Evete-beta-amylasen benyttet i eksempel I ble tilsatt til den kokte stivelsen ved en konsentrasjon på 1.650 DP° pr. 100 g tørrbasis av stivelse. Porsjonen av beta-amylase benyttet i dette eksempelet inneholdt 0,9 DU/ml alfa-amylaseaktivitet. Nedbrytningsgraden ble overvåket ved hjelp av trakt-viskositetsmetoden angitt i eksempel I.

Da stivelsen hadde nådd en trakt-viskositet på 30 sek., ble enzymet deaktivert ved at det ble tilsatt av 10% EC1 for å senke pE-verdien til 3,5-4,0, og ved at av stivelsen ble holdt ved denne pE-verdi i 30-60 min. Etter deaktivering ble pE-verdien justert til 7,0 ved tilsetning av 3 % NaOE.

OSA-derivatet ble fremstilt ved grundig innblanding av 3 g oktenylravsyreanhydrid pr. 100 g stivelse på tørrvektbasis i den nøytraliserte, avgrenede stivelsesdispersjonen. Reaksjonen fikk fortsette ved romtemperatur med god omrøring i 4 timer.

En porsjon av denne stivelsesdispersjonen ble sprøytetørket ved metoden angitt i eksempel I.

Appelsinoljeemulsjoner ble fremstilt som i eksempel V fra en kontrollstivelse som er kommersielt tilgjengelig for bruk som et emulgeringsmiddel (et syreomdannet OSA av voksaktig mais, og fra de spraytørkede og vandige dispersjonsprøvene av den avgrenede stivelsen. Emulsjonene ble utsatt for minst 8 fryse/tine-cykluser, varierende fra 1 til 10 dager i lengde og bedømt som i eksempel V.

Kontrollstivelsen dannet en emulsjon som var dekket av en tung flekk av appelsinoljen etter en fryse/tine-cyklus. I motsetning til dette dannet de avgrenede stivelsene emulsjoner som var stabile gjennom minst 5 fryse/tine-cykluser. Den spraytørkede stivelsesprøven var stabil gjennom 8 cykluser. Den vandige stivelsesdispersjonsprøven viste en lett appelsinoljeflekk ved begynnelsen av den sjette cyklusen.

Emulsjoner som benytter de ifølge oppfinnelsen fremstilte modifiserte stivelser, oppnådd ved enzymatisk nedbrytning av stivelsen, enten før eller etter fremstillingen av stivelsesderivatet, viser således forbedret motstandsevne overfor retrogradering og forbedret stabilitet under lagring i forhold til det som er tilfellet for emulsjoner som anvender en av de kommersielle stivelsesemulgeringsmidlene.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en modifisert stivelse fra et gelatinert stivelsederivat hvor hvert substituentradikal i derivatet inneholder en hydrofob gruppe eller både en hydrofil gruppe og en hydrofob gruppe, og hvilket derivat har emulgerende egenskaper, hvilken modifisert stivelses emulsjoner viser forbedret stabilitet og motstandsevne overfor oljedannelse og geldannelse ved lagring, karakterisert ved nedbrytning av opptil 70 % > av det gelatinerte stivelsederivatet til maltose med et ekso-enzym som kan spalte 1,4-alfa-D-glukosidbindingene fra ikke-reduserende ender i stivelse, men som ikke kan spalte 1,6-alfa-D-glukosidbindinger i stivelse.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som stivelse anvendes en voksaktig mais-stivelse som er syre- eller varmeomdannet, eller omdannet av alfa-amylase til en vannfluiditet på opptil 60 før behandling med ekso-enzymet og at stivelsen er derivatisert ved behandling med minst 0,25 % oktenylravsyreanhydrid på stivelse-tørrvektbasis.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som ekso-enzym anvendes beta-amylase og enzymnedbrytningen utføres i vandig dispersjon inneholdende opptil 33 % faststoffer ved en enzymkonsentrasjon på 334-1110 grader av diastatisk styrke pr. 100 g stivelse på tørrvekt-basis, og ved et pE-område mellom 3 og 10 og et temperaturområde på 20-75"C.

4 . Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes et stivelsesderivatet der den hydrofobe gruppen omfatter en alkyl-, alkenyl-, aralkyl-eller aralkenylgruppe inneholdende minst 5 karbonatomer eller et stivelsesderivat inneholdende både en hydrofil gruppe og en hydrofob gruppe omfattende et substituentradikal med følgende formel: hvor R er et radikal fra klassen bestående av dimetylen- og trimetylenradikaler, og R' er den hydrofobe substituent-gruppen som omfatter en alkyl-, alkenyl-, aralkyl- eller aralkenylgruppe inneholdende minst 5 karbonatomer, og hvor karboksylradikalet COOH er den hydrofile gruppen.

5. Anvendelse av en modifisert stivelse fremstilt ved fremgangsmåten ifølge krav 1 for industrielle eller matvareformål.