NO328117B1 - Fremgangsmate ved fremstilling av sma perler som inneholder fettloselige substanser - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte ved fremstilling av små perler som inneholder fettløselige stoffer.

Ifølge US patent 4670247 fremstilles fettløselige små perler ved å emulgere et fettløselig stoff valgt fra gruppen omfattende vitaminene A, D, E og K og derivater derav; karotenoider, flerumettede fettsyrer og smaksstoffer eller aromatiske stoffer med vann, gelatin og et sukker og videre å omdanne denne emulsjon til små dråper, samle de små dråper i et oppsamlingspulver for å danne partikler, separere partiklene fra det stivelsesaktige oppsamlingspulver og varmebehandle det dannede produkt for å danne en liten perle som er uoppløselig i vann. Det valgte fettløselige stoff er fortrinnsvis vitamin A-acetat eller vitamin A-palmitat. Sukkeret er et reduserende sukker og kan være valgt fra gruppen omfattende fruktose, glukose, melkesukker, maltose, xylose og blandinger derav. Oppsamlingspulveret som brukes ifølge US patent 4670247, er et stivelsesaktig pulver. Imidlertid kan også andre pulvere så som f.eks. kalsiumsilikat (EP 0 867 177 A), kalsiumaluminum-silikat, tri-kalsiumfosfat, kiselsyre eller celluloser brukes. Varmebehandlingen fører til kryssbinding av gelatinmatriksen. Ifølge konvensjonelle oppvarmingsmetoder ble kryssbindingstrinnet utført ved oppvarming på forhånds-oppvarmede skåler av rustfritt stål i en elektrisk ovn ved en temperatur på fra 90°C i 2 h til 180°C i mindre enn ett minutt.

Disse konvensjonelle kryssbindingsmetoder ved oppvarming har den ulempe at kryssbindingen ikke er enhetlig på grunn av ikke-enhetligheten av varmebehandlingen.

Videre er de kjente prosesser ofte mindre tilfredsstillende fordi det brukes for mye energi ved deres utøvelse og de dermed er uøkonomiske.

Man har nå funnet at disse ulemper kan overvinnes når kryssbindingstrinnet utføres ved utsettelse for stråling eller ved bruk av et enzym.

Dermed vedrører foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte ved fremstilling av små perler som inneholder fettløselige stoffer, som er kjennetegnet ved at den omfatter å

(i) danne en vandig emulsjon av et fettløselig stoff, gelatin, et reduksjonsmiddel og valgfritt en antioksidant og/eller et fuktemiddel; (ii) valgfritt tilsette et kryssbindingsenzym; (iii) omdanne emulsjonen til et tørt pulver; (iv) kryssbinde gelatinmatriksen i de belagte partikler enten ved utsettelse for stråling eller i tilfellet et enzym foreligger, ved inkubasjon.

Slik det brukes her viser begrepet "fettløselig stoff" til vitaminer valgt fra gruppen omfattende vitaminene A, D, E og K og derivater derav; karotenoider, flerumettede fettsyrer og smaksstoffer eller aromatiske stoffer samt blandinger derav. Et foretrukket fettløselig stoff er vitamin A og dets derivater, fortrinnsvis vitamin A-acetat eller vitamin A-palmitat. Egnede karotenoider er f.eks. beta-karoten, astaxantin, apokarotenal, kantaxantin, apoester, citranaxantin, zeaxantin, lutein og lycopene. Eksempler på flerumettede fettsyrer er f.eks. linolsyre, linolensyre, arakidonsyre, dokosaheksaensyre, eikosa-pentaensyre og lignende.

Slik det brukes her viser begrepet "reduksjonsmiddel" til reduserende sukkere eller reduserende sukkerderivater. Foretrukne reduserende sukkerforbindelser er monosakkari-dene, fortrinnsvis pentoser og heksoser, og oligosakkari-dene, fortrinnsvis disakkarider. Eksempler på monosakkari-der er glukose, fruktose, galaktose, mannose, talose og invertsukker (blanding av glukose og fruktose) så som heksoser og arabinose, ribose og xylose så som pentoser, treose så som tetrose og glycerinaldehyd så som triose. Eksempler på oligosakkarider er melkesukker, maltose og lignende. I tillegg kan høyt fruktoseholdige maissiruper (blandinger av fruktose og dekstrose) også anvendes ved utøvelse av oppfinnelsen.

Slik det brukes her omfatter begrepet "antioksidant" butylert hydroksyanisol (BHA), butylert hydroksytoluen (BHT), etoksykin (6-etoksy-l,2-dihydro-2,2,4-trimetyl-kinolin), tokoferoler og lignende.

Slik det brukes her omfatter begrepet "fuktemiddel" glycerol, sorbitol, polyetylenglykol, propylenglykol og lignende .

Slik det brukes her viser begrepet "stråling" til hvilken som helst strålingskilde som vil indusere en reaksjon mellom karbonylgruppen av sukkeret med den frie aminoenhet av gelatinmolekylet. Egnede strålingskilder er lyskilder, som stråler i området valgt fra ultrafiolett, synlig og infra-rødområdet, eller elektromagnetiske strålingskilder så som mikrobølger.

Begrepet "mikrobølger" viser til elektromagnetiske bølger som har frekvenser i området fra 900 MHz til 2,45 GHz. Disse bølger absorberes meget lett av dielektrika som har et polart radikal, så som vann, og når et slikt dielek-trikum utsettes for mikrobølgeenergi ved fra 700 til 1000 Watt, utsettes dets molekyler for en høyhastighets intern vibrasjon som fører til en generering av varme.

Kryssbindingsprosessen utføres fortrinnsvis ved mikrobølge-oppvarming, som tilveiebringer en høyt virksom oppvarming og kryssbindingseffekt. De små perler som kryssbindes ved tilføring av mikrobølgeenergi, er uoppløselige i vann og har en høy stabilitet, spesielt i forproduksjonsprosesser så som ekstrudering og pelletering.

Slik begrepet brukes her viser "kryssbindingsenzym" til transferaser, spesielt transglutaminaser som kobler amino-syrer ved dannelse av en peptidbinding. Dermed katalyseres en reaksjon mellom karbonylgruppen av sukkeret med den frie aminoenhet av gelatinmolekylet. Et egnet transglutaminase er på markedet under handelsbetegnelsen "ACTIVA TI"

(Ajinomoto). Mengden av transglutaminase som skal brukes, er fra 0,01 g/g til 0,10 g/g gelatin.

Små mengder av andre ingredienser, f.eks. emulgeringsmid-ler, så som lecitin; ekstendere og løselighetsformidlere; fargestoffer; kan også innlemmes i emulsjonene ifølge denne oppfinnelse.

Det første trinn av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter å emulgere det fettløselige stoff med vann, gelatin og et reduksjonsmiddel og valgfritt med en antioksidant og/eller et fuktemiddel.

Det fettløselige stoff kan foreligge i en mengde fra 1 vekt% til 80 vekt%, fortrinnsvis fra 5 vekt% til 40 vekt%.

Gelatin av hvilket som helst opphav kan anvendes. Foretrukket er gelatin fra gris eller storfe og som har et Bloom-nummer fra 80 til 160, spesielt 140. Gelatinet kan foreligge i en mengde fra 5 vekt% til 70 vekt%, fortrinnsvis fra 20 vekt% til 60 vekt%.

Reduksjonsmidlet kan foreligge i en mengde fra 2 vekt% til 20 vekt%, fortrinnsvis fra 5 vekt% til 10 vekt%.

Antioksidanten kan foreligge i en mengde fra 2 vekt% til 15 vekt%, fortrinnsvis fra 5 vekt% til 10 vekt%.

Fuktemidlet kan foreligge i en mengde fra 2 vekt% til 20 vekt%, fortrinnsvis fra 5 vekt% til 10 vekt%.

Fremstillingen av emulsjonen kan utføres ved fremgangsmåter som vil være åpenbare for fagmannen. For eksempel løses gelatinet opp i vann ved hjelp av moderat oppvarming, og det fettløselige stoff dispergeres deretter eller emulgeres i oppløsningen av gelatinet. Reduksjonsmidlet, samt eventu-elle andre ingredienser, kan innføres i blandingen enten før eller etter tilsetning av det fettløselige stoff. Blandingen holdes i bevegelse inntil alle dispersoider er enhetlig fordelt; om nødvendig ved å føre blandingen gjen-nom en homogenisator.

Emulsjonen tørkes deretter ved kjente metoder, f.eks. ved sprøytetørking så som innsprøyting i et oppsamlingspulver, f.eks. et stivelsesaktig pulver som beskrevet i US patent 4670247.

I tilfellet av en enzymatisk kryssbinding settes enzymet

til rett før emulsjonen sprøytes inn i oppsamlingspulveret.

Partiklene som inneholder det fettløselige stoff og som ble dannet i oppsamlingspulveret ved kjente metoder, bør tørkes til et fuktighetsinnhold under 10%.

Kryssbindingen av gelatinmatriksen i de belagte partikler startes enten ved utsettelse for stråling eller i tilfelle et enzym er nærværende, ved inkubasjon.

For småperlesammensetninger som inneholder et enzym, utfø-res kryssbindingen av de belagte partikler ved å inkubere enzymet ved temperaturer hvor enzymet er stabilt, f.eks. opptil 40°C. Om ønsket, kan den enzymatiske kryssbindingsprosess følges av en varmebehandling som beskrevet i US 4670247.

Den enzymatiske kryssbindingsprosess fører til mindre varmebelastning av den aktive ingrediens. Videre fører kryssbindingsreaksjonen til et homogent kryssbundet produkt.

Kryssbindingsprosessen som induseres med mikrobølger, utføres under omrøring ved bruk av en mikrobølgeovn, f.eks. med 1000 Watt i 10 minutter. Kryssbindingsprosessen sikrer en enhetlig oppvarming og forebygger en lokal over-oppheting. Dermed fører kryssbindingsreaksjonen til et homogent kryssbundet produkt.

Foreliggende oppfinnelse illustreres ved hjelp av de føl-gende eksempler: eksemplene 1 og 2 er sammenligningseksem-pler, og eksemplene 3 til 5 er eksempler ifølge oppfinnelsen .

Eksempel 1

77,8 g gelatin med Bloom-nummer 140, 15,4 g fruktose og 13,6 g glycerol ble plassert i en 500 ml beholder med doble vegger, 100 ml avionisert vann ble satt til, og blandingen ble brakt til oppløsning under omrøring med en kverneskive med 1000 omdreininger pr. minutt (rpm) og ved ca. 65°C. Denne oppløsning benevnes matriksoppløsning. Deretter ble en blanding av 39,4 g krystallinsk vitamin A-acetat, 2,8 millioner IU/g, og 10,2 g BHT (antioksidanter) emulgert i denne matriks og omrørt i 5 minutter. Under emulgeringen og omrøringen ble kverneskiven drevet ved 4800 rpm. Etter denne emulgering hadde den interne fase av emulsjonen en midlere partikkelstørrelse på ca. 340 nm (målt ved laser-diffraksjon). Emulsjonen ble fortynnet med 100 ml avionisert vann, og temperaturen ble holdt ved 65°C.

Deretter ble 1300 g maisstivelse (fluidisert med kiselsyre) plassert i en laboratoriesprøytepanne og avkjølt til minst 0°C. Emulsjonen ble sprøytet inn i sprøytepannen ved bruk av en roterende sprøytedyse. De dermed dannede partikler som var belagt med maisstivelse, ble silt bort (silfraksjon 0,16 til 0,63 mm) fra den overflødige maisstivelse og tør-ket ved romtemperatur ved bruk av en strøm av luft. Man erholdt 201 g partikler som var belagt med maisstivelse og som hadde utmerkede flytegenskaper, var fullstendig tørre og kunne håndteres meget godt.

For varmebehandling ble 160 g av de ovennevnte partikler plassert i et 1000 ml glassbeger og satt i et oljebad. Under oppvarmingen ved 135°C ble partiklene omrørt med en teflon-rører (300 rpm). Denne varmebehandling fører til en kryssbinding av gelatinmatriksen (maillard-reaksjon). Vitamin A-innholdet av det endelige produkt var 502.300 IU/g, kryssbindingsgraden var 91% og tapet ved tørking var 2,8%. Kryssbindingsgraden bestemmes ved å helle produktet i vann ved 55°C og en konsentrasjon på 4%. Det dermed fri-givne vitamin A i % av vitamin A-innholdet bestemmes som kryssbindingsgraden.

Eksempel 2

I et eksperiment som var analogt med eksempel 1, ble fruk-tosen erstattet med xylose. Utbyttet var 193 g, vitamin A-innholdet var 577.050 IU/g, kryssbindingsgraden var 96%, og tapet ved tørking var 0,3%.

Eksempel 3

Eksempel 1 ble gjentatt analogt, men med en tilsetning av 4,0 g av et enzym (Transglutaminase ACTIVA TI fra Ajinomoto, Japan) rett før emulsjonen ble sprøytet inn i mais-stivelsen. Etter sprøytingen ble partikkel/emulsjons-blandingen holdt ved 35°C i seks timer. De enzymatisk belagte partikler ble silt bort fra overflødig maisstivelse og tørket analogt med eksempel 1. Utbyttet var 208 g med et vitamin A-innhold på 475.500 IU/g, kryssbindingsgraden var 57%, og tapet ved tørking var 5,7%.

Eksempel 4

To prøver fra eksempel 3 ble blandet (til sammen: 425 g). 160 g av disse enzymatisk kryssbundne partikler ble varmebehandlet analogt med eksempel 1. Vitamin A-innholdet av dette produkt var 516.600 IU/g, kryssbindingsgraden var 93%, og tapet ved tørking var 0,3%.

Eksempel 5

Istedenfor varmebehandlingen som ble beskrevet i eksempel 1, ble 50 g av partikler med et vitamin A-innhold på 800.000 IU/g plassert i en 250 rund kolbe og varmebehandlet i 10 minutter ved bruk av en mikrobølgeovn (LAVIS 1000 Multi Quant). Under varmebehandlingen med 1000 Watt ble partiklene omrørt med en teflon-rører. Vitamin A-innholdet etter varmebehandlingen var 727.800 IU/g, kryssbindingsgraden var 85%, og tapet ved tørking var 1,1%.

Alle produkter som ble beskrevet i eksemplene 2 til 5, hadde de samme gode industrielt anvendbare egenskaper som produktet fra eksempel 1.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av små perler som inneholder fettløselige stoffer, karakterisert ved at den omfatter å (i) danne en vandig emulsjon av et fettløselig stoff, gelatin, et reduksjonsmiddel og valgfritt en antioksidant og/eller et fuktemiddel; (ii) valgfritt tilsette et kryssbindingsenzym; (iii) omdanne emulsjonen til et tørt pulver; (iv) kryssbinde gelatinmatriksen i de belagte partikler enten ved utsettelse for stråling eller i tilfellet et enzym foreligger, ved inkubasjon.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor det fettløselige stoff er et fettløselig vitamin valgt fra gruppen omfattende vitaminene A, D, E og K og derivater derav; et karotenoid, en flerumettet fettsyre, et smaksstoff eller et aromatisk stoff samt blandinger derav.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, hvor det fettløselige stoff er vitamin A og dets derivater, fortrinnsvis vitamin A-acetat eller vitamin A-palmitat.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 3, hvor reduksjonsmidlet er et reduserende sukker eller et reduserende sukkerderivat, fortrinnsvis valgt fra gruppen omfattende glukose, fruktose, galaktose, mannose, talose, invertsukker, arabinose, ribose, xylose, melkesukker, maltose og høyt fruktoseholdig maissirup.

5. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 4, hvor kryssbindingen induseres ved utsettelse for en strålingskilde, fortrinnsvis med mikrobølger.

6. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 4, hvor kryssbindingen induseres med enzymer, fortrinnsvis med et transglutaminase.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, hvor transglutaminaset foreligger i en mengde fra 0,01 g/g til 0,10 g/g gelatin.

8. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 7, hvor emulsjonen består av fra 1 vekt% til 80 vekt%, fortrinnsvis fra 5 vekt% til 40 vekt% av et fettløselig stoff; fra 5 vekt% til 70 vekt%, fortrinnsvis fra 20 vekt% til 60 vekt% gelatin; fra 2 vekt% til 20 vekt%, fortrinnsvis fra 5 vekt% til 10 vekt% reduksjonsmiddel; valgfritt fra 2 vekt% til 15 vekt%, fortrinnsvis fra 5 vekt% til 10 vekt% antioksidant; og valgfritt fra 2 vekt% til 20 vekt%, fortrinnsvis fra 5 vekt% til 10 vekt% fuktemiddel.

9. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 8, hvor en antioksidant og et fuktemiddel foreligger.

10. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 9, hvor emulsjonen omdannes til et tørt pulver ved sprøytetørking inn i et oppsamlingspulver, fortrinnsvis et stivelsesaktig pulver.