专利名称：酶促水解淀粉的制备的制作方法
技术领域：
本发明涉及制备用作稳定剂的酶促水解淀粉的方法。本发明还涉及含有所述酶促水解淀粉的乳液和食品。
背景技术：
化学组合物，例如瓜尔胶、阿拉伯胶、和其它胶、淀粉、蛋白质、各种水溶性聚合物等，通常在食品、化妆品、药物和各种工业应用中用作乳化和稳定剂。阿拉伯胶由于其优异的自身稳定性、长的使用历史，消费者的自然感性以及使用的便利而经常被选择，特别是在乳液的冷藏或冷冻贮存中。阿拉伯胶虽然昂贵，但其供给和质量是不可预知的。另外，通常必须在配制品中使用高水平的阿拉伯胶以满足功能上的需求。因此，工业上一直在寻找一种贮存稳定、低成本的阿拉伯胶的替代品。有人建议使用淀粉衍生物产品。在用已知淀粉衍生物产品代替阿拉伯胶的应用中的一个缺点是，已知的淀粉衍生物在贮存中更不稳定。这些淀粉衍生物与阿拉伯胶相比表现出较短的保存期，以及差的冷藏和冷冻/解冻稳定性。淀粉衍生物容易被酸或酶以任意的、非选择性的方式水解，产生几乎没有乳化能力的淀粉片段。人们认为饮料应用中发生稳定性问题是由于多种原因。虽然不希望被理论所束缚，但是现在对饮料乳液稳定性认知的描述有利于阐明对于提供一种合适的饮料乳化剂， 为什么典型地需要组合多种要求。饮料乳液通常是极性和非极性液体的不混溶性溶液的机械乳化的混合物。胶或淀粉与水混合以形成分子或小颗粒分散在液体介质中的溶液或悬浮液。加入风味油或其他非水性成分，并施以机械搅拌。乳液通常经过两个步骤制成，首先以相对低能量的搅拌形成粗乳液，随后以高压均质形成细乳液。除了随后讨论的其它方面外， 机械能量作用于混合物得到的不管是细乳液或粗乳液，不管乳液随时间是否稳定，也不管混合物是水包油或油包水乳液，都受到油相和水相粘度的影响。虽然油本身能够被改性或选择以使其在已知的温度和剪切力下具有某个粘度，但是油相的粘度是通常不能通过附加成分来改善的。油相的温度可以用来改变均质化期间的粘度。随着温度升高，油的粘度一般降低。水相的粘度受饮料乳液稳定剂的浓度和分子量和分子结构控制。水相粘度和油相粘度之间的差异必须通过机械能量和乳化期间的温度使之匹配，以最后形成最终的饮料浓缩乳液。由于例如静电排斥力、表面张力、密度差异引起的流体运动、布朗运动、以及渗透压引起的排斥絮凝(cbpletion flocculation)的力，机械形成的乳液的趋势一般倾向于将乳液分离成油相和水相。水包油乳液中的油滴可能合并、絮凝、成霜、沉淀或改变尺寸，其中任一都将导致应用的失败。乳液的稳定性因此可以由特性例如连续相和分散相的粘度、配制品中存在的表面活性剂、油滴的尺寸和尺寸分布、相之间的密度差异、贮存条件和其它成分相互作用控制。饮料乳液稳定剂能够作用以减少趋向于使乳液不稳定的力。一个广泛被接受的理论认为，具有疏水和亲水末端的分子能够稳定表面并保护非极性和极性表面之间界面的分离。人们认为肥皂泡是这样作用的，在非极性末端指向油相而极性首端指向水相的界面排列成线的形状。在当具有足够多的足够高分子量和极性/非极性电荷的分子以提高表面张力到高于使表面不稳定的力时，产生临界胶束浓度。当分散的油相液滴的尺寸随着均质化期间高能量的输入而减小，油-水相的总界面面积增加。因此，随着油滴尺寸的减小，应使用更高的胶束浓度或更高活性的乳液稳定剂。对于较大的分子，例如淀粉或胶，人们认为界面被乳液极性水相中聚合物链的分子缠结的架桥作用进一步稳定。对合并稳定的乳液的临界胶束浓度因此随聚合物链缠结的增加而降低。较低浓度的乳液稳定剂就能有效地保护分散相完整。通常认为在油相中，随着疏水末端基团从单体烃到多碳链分子量的增大，其与油相互作用的能力也变得更强。已知阿拉伯胶含有多个带电基团，其与油相和水相都具有很强的相互作用。已知与不连接有疏水部分的淀粉相比，食品级辛烯基琥珀酸酐取代的淀粉具有更高的稳定水包油乳液的能力。当疏水基团在油相中的暴露在空间上被阻碍，其相互作用以及稳定的能力都被减弱。当疏水基团位于分子的外部，并且完全开放与油相作用，其稳定乳液的能力增大。酶可以被用来剪切活性基团、或能以定位选择性的方式非均勻地添加化学衍生，并引起乳化剂外部更高浓度的取代。除了之前描述的粘度问题外，目前可利用的淀粉产品具有退化(retrograde)的倾向，其导致例如风味油乳液在温度周期变化或长期贮存中被破坏。在某些应用中，退化 (retrogradation)通过化学衍生淀粉分子以稳定淀粉而被部分地克服。这些改性干扰了淀粉分子、或部分相同分子之间的缔合，并因此减少了淀粉在贮存中失去水合能力的倾向。例如，淀粉与引入取代基(例如羟丙基、磷酸酯、以及醋酸酯或琥珀酸酯基团)的反应物反应， 趋向于在贮存中稳定淀粉分子。这些反应可以在淀粉上实施，其进一步通过交联或降解来改性以得到特殊应用的淀粉。但是，这些淀粉仍然不能提供典型的阿拉伯胶的稳定乳化性能。其它方法是用外酶处理淀粉，例如β -淀粉酶，其从聚合物的非还原末端剪切麦芽糖。虽然由此产生的改性的淀粉衍生物在贮存中表现出减弱的退化倾向，然而合适纯度的不含α-淀粉酶污染物的淀粉酶并不容易得到，并且用其来制备产品也很昂贵。 α -淀粉酶污染物与淀粉反应，并将粘度降低至淀粉起作用的水平以下。β -淀粉酶因此必须广泛测试并特别选择以找到α-淀粉酶污染物低并且能够生产具有足够粘度以稳定乳液或实现其它应用的淀粉的商业产品。即使通过这样的选择，淀粉酶水解的淀粉产品表现出的低粘度通常不足够在运动学上稳定乳液。依靠酶的选择性非还原末端水解模式的特点，β -淀粉酶制备的极限糊精分子是相对功能型的乳化剂，理论上其比起任意剪切的分子更容易使活性疏水部分暴露于油滴。β-淀粉酶只从淀粉链的末端剪切连续的乳糖单元直至淀粉的化学取代基或分支点。β -淀粉酶的乳糖副产物通常为组合物中的大部分，其已知在提高乳液稳定性上是惰性的分子。更进一步地，从使用淀粉酶制备的活性极限糊精中分离惰性的乳糖成本不低。因此，考虑到成本、操作和应用的困难，仍然需要一种结合了乳化与在货架贮存、冷藏和冷冻/解冻周期中稳定性的性质，并可以用于代替阿拉伯胶的产品。
图1显示了 3个乳液配制品的粒度分布。
发明内容
本发明的一方面是制备酶促水解淀粉的方法。所述方法包括下述步骤(a)首先使淀粉凝胶化；然后(b)使用具有内切水解活性的酶水解所述凝胶化的淀粉。本发明的另一方面是用作稳定剂的酶促水解淀粉，其包括被具有内切水解活性的酶水解的淀粉。在一些操作中，淀粉在水解前被凝胶化。得到的酶促水解淀粉可以用于制备具有优异稳定性的乳液，用于食物、饮料以及工业应用，例如化妆品。本发明还涉及包括本发明的酶促水解淀粉的饮料、食物产品以及工业产品的组合物。出乎意料地，在一些具体实施方案中，观察到了本发明的酶促水解淀粉在水基溶剂中，在淀粉水平小于50重量％固体(优选的具体实施方案包括那些小于30重量％固体， 更优选小于15重量％ )的水性混合物中，在低于50°C的贮存条件下至少90天对退化保持稳定。在其它的具体实施方案中，本发明的酶促水解淀粉在低于25°C的贮存条件下对退化保持稳定，并且在另一些具体实施方案中低于10°C。在一个特别的具体实施方案中，本发明的酶促水解淀粉在水基溶剂中，在淀粉水平为25%至35重量％固体之间的水性溶液中，在低于10°C的贮存条件下至少90天对退化保持稳定。在一些具体实施方案中，当用来制备乳液时，所述酶促水解淀粉出人意料地在淀粉水平小于50重量％固体的水性溶液中，在低于50°C的贮存条件下至少90天对退化保持稳定。在一个特别的具体实施方案中，当用来制备乳液时，所述酶促水解淀粉在水基溶剂中，在淀粉水平为10%至15重量％固体之间的水性溶液中，在低于30°C的贮存条件下至少 295天对退化保持稳定。在另一个特别的具体实施方案中，当用来制备乳液时，所述酶促水解淀粉在水基溶剂中，在淀粉水平为5%至15重量％固体之间的水性溶液中，在低于10°C 的贮存条件下至少180天对退化保持稳定。在另一个具体实施方案中，所述酶促水解淀粉被用于制备包括单模分布且主要的高斯粒度小于5微米的油滴的乳液。在这个具体实施方案中，在低于50°C的贮存条件下，平均粒度至少90天维持在初始值的10%。在上述情况下使用的淀粉可以为改性淀粉、非改性淀粉、预凝胶化的淀粉或它们的混合物。优选的，所述淀粉为改性淀粉。更优选的，所述淀粉为正辛烯基琥珀酸酐淀粉。 上述情况下使用的酶可以为α-淀粉酶，优选为真菌α-淀粉酶。在上述情况下，所述淀粉可以是通过将淀粉暴露在50°C至220°C之间，优选80°C 至175°C之间，更优选120°C至150°C之间的温度下凝胶化的。在一些构造中，凝胶化的淀粉在水解前先冷却至40°C至60°C之间。前述的以及本公开的其它目的和性质将在以下的详述中进一步显见。发明详述I.序言
本发明包括制备用作稳定剂的酶促水解淀粉的方法。得到的产品及得到的产品的应用可以用于食品、饮料以及工业产品中。所述方法包括下述步骤首先，使淀粉凝胶化； 然后，使用具有内切水解活性的酶水解所述凝胶化的淀粉。得到的酶促水解淀粉的应用包括用于饮料、食品和工业产品中的乳液。用本发明的酶促水解淀粉制备的乳液出人意料地在冷藏环境以及甚至在冷冻/解冻循环中对退化保持稳定。因此，本发明的酶促水解淀粉能够用于替代目前用于所述饮料、食品以及工业产品中的乳液中的阿拉伯胶以及其它改性淀粉。
II.缩写词和术语以下对术语和方法的解释用以更好地描述本发明并指导本领域技术人员实现本发明。除非在上下文中明确指示，在此使用的“包含”是“包括”的意思，单数形式的“一个” 或“所述”还包括复数含义。除非在上下文中明确指示，术语“或”是指所述的二者择一的元素或两个或多个元素的组合中的一个单一的元素。在这里用于混合物或溶液中的术语固体百分数是指混合物或溶液各自的重量百分数。虽然与那些在此描述的类似或等效的方法和材料能够用于实施或测试本发明，下面描述了合适的方法和原料。所述材料、方法以及实施例只是示例性的且没有限制意义。本发明的其它特征在以下的记述和权利要求中显而易见。常见化学术语的定义可以参见Richard J. Lewis, Sr. (ed.)著， John Wiley& Sons, Inc. 1997 年出版的 Hawley ' s Condensed Chemical Dictionary(ISBN0-471-29205-2)。在此使用的术语“乳液”是指一种流体在第二种不混溶的液体中的稳定分散液，例如油在水中。在水包油乳液中，乳液一般包括未增重的油、水、以及食品级的稳定剂。所述未增重的油组分可以为任意未增重的来源于任何动物或植物源的、可消化的或不易消化的油，包括例如萜烃、植物油、风味油、不易消化的多元醇聚酯或它们的混合物。乳液也可以包括增重的油，以使油相的密度与水相相匹配并且减小分离的倾向。增重剂可以包括例如乙酸异丁酸蔗糖酯、溴化植物油、酯胶以及其它成分。乳液浓缩物是使用以上提到的成分以提供浓缩形式供随后稀释成最终饮料的乳液。例如，风味油、淀粉和水可以组合并且制备成乳液浓缩物。另外的水、糖、碳酸化物以及防腐剂可以随后混合到浓缩物中以形成最终的饮料产品。工业上通常寻求在乳液浓缩物中可能使用的油和淀粉的最高浓度以便得到高产量， 高强度的风味浓度，并使成本最小化。淀粉的退化是指结晶化，类似于当淀粉分子的直链部分相互并列排列并且通过羟基形成链间的氢键时发生的过程。当产生了足够多的链间键时，分子结合形成分子聚集体， 其表现出减弱的水合能力，并且由此表现出更低的水溶性。这些聚集体可能沉淀，或在更浓的溶液中可能形成凝胶。退化的倾向在含有高水平直链淀粉分子的淀粉中更为明显。在同时含有直链的(直链淀粉)和支链的(支链淀粉)的淀粉中，以及进一步的只含有支链分子的淀粉中，退化的倾向不太明显。然而，随着温度的降低，含有直链淀粉和支链淀粉的淀粉都表现出较大的退化倾向。退化的倾向随着淀粉浓度的增加而增大。当淀粉部分退化时， 淀粉稳定乳液的能力降低或消失，并使乳液失效。因此，提供一种用于乳液稳定的，在降低的温度、高浓度和长期贮存时间中具有低的退化倾向的淀粉是非常重要的。在此使用的术语“稳定”是指乳液或水相混合物的性质随时间并不表现出大的变化。乳液浓缩物从其生产时间到被稀释为最终饮料的时间段里保持其材料的性质是一个重要参数。此外，最终饮料必须在生产到最终消费之间的时间里耐贮存。油滴的粒度、粘度、 透光率和光反射率都是必须保持稳定的性质，以确保乳液如预期的表现。稳定的乳液是指这样的乳液，例如，油的粒度相对其原始值变化不超过10%，不表现出任何大的可见缺陷， 例如絮凝、沉淀或结圈(ringing)。对退化稳定是指淀粉在贮存期间不在溶液外发生明显的重结晶或沉淀。退化的典型指标包括白度以及光反射率随时间的增大或减小、粘度的增大或减小、或者差示扫描量热法期间随着融化焓的增加测得的结晶度的增大。乳液稳定剂是加入到配制品中以增加乳液性质稳定性的成分。两种测量方法特别可用于测定水性溶液中的酶促水解淀粉何时对退化不再稳定。第一种是目测观察水性溶液中的酶促水解淀粉从液体到固体的转变。第二种是使用 Turbiscan 浊度计(turbimeter)测量水性溶液中的酶促水解淀粉的样品在IOmm至30mm 之间0%的平均透过率。这些测量方法用于分析包括酶促水解淀粉的乳液何时对退化不再稳定同样有用。酶是指催化生化反应的蛋白质。淀粉酶是指水解淀粉的酶。α-淀粉酶是指催化淀粉、肝糖以及含有3个或更多1，4-α -链接的d-葡萄糖单元的相关多糖和低聚糖中的 1-4-α -糖苷键内水解的酶。α -淀粉酶可以是真菌的或细菌的。在此使用的术语“内切水解活性”是指酶活性通过能够剪切分子内部的键的酶实现。这些键包括α-淀粉酶情况中的α-1，4-糖苷键，还有其它酶例如支链淀粉酶和异淀粉酶的分子内的α-1，6糖苷分支点。仅作为实例，内酶是能够快速水解凝胶化的淀粉、直链淀粉和支链淀粉溶液内部(α-1，4_糖苷键)链产生具有较少量葡萄糖和麦芽糖的可溶性糊精的内淀粉酶。真菌 α-淀粉酶CLARASE L 40，000(WGenencOr International 获得)是具有内切水解作用的酶的实例。上述对内切水解活性的描述与已知的外切水解酶 (例如β-淀粉酶)的作用形成对照，内切水解酶不仅仅像淀粉酶那样从淀粉分子的非还原末端剪切麦芽糖单元。本发明优选的内切水解酶是真菌α-淀粉酶。优选的酶是那些突出的酶活性为内切水解的酶，或那些主要酶活性为内切水解的酶，或那些所有的酶活性都是内切水解的酶。在此使用的术语“凝胶化”是指淀粉颗粒内的分子顺序的不可逆破裂。凝胶化的过程将淀粉从不溶的半结晶颗粒悬浮液转变成溶胀的不定形水凝胶或在进一步的加热和剪切下转变成可溶的和微溶的多糖分子的水性分散液。在此使用的术语“水解”是指在酸、酶、热、剪切力或它们的组合的作用下剪切聚合物。水解的形式和速率，以及由此得到的产品组合物与使用的酶的种类、底物的浓度以及其它参数中的作用时间有关。一般来说，淀粉水解伴随着分子量以及聚合物粘度的减小。正辛烯基琥珀酸酐("nOSA")是能够用来改性淀粉的试剂。用nOSA处理淀粉得到同时具有亲水和疏水部分的改性淀粉。得到的nOSA淀粉可以在乳化中起辅助作用。示例性的nOSA淀粉片段如下所示
权利要求
1.制备酶促水解淀粉的方法，其包括下述步骤(a)首先，凝胶化淀粉；和(b)然后，使用具有内切水解活性的酶水解所述凝胶化的淀粉。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述淀粉选自改性淀粉、非改性淀粉、预凝胶化的淀粉及其混合物。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述淀粉为改性淀粉。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述改性淀粉为正辛烯基琥珀酸酐淀粉。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述酶为α-淀粉酶。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述酶为真菌α-淀粉酶。
7.根据权利要求3所述的方法，其中通过将淀粉暴露在约50°C至约220°C之间的温度下将淀粉凝胶化。
8.根据权利要求5所述的方法，其中通过将淀粉暴露在约80°C至约175°C之间的温度下将淀粉凝胶化。
9.根据权利要求6所述的方法，其中通过将淀粉暴露在约120°C至约150°C之间的温度下将淀粉凝胶化。
10.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括在水解之前将所述凝胶化的淀粉冷却至约40°C至约60°C之间的步骤。
11.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括在水解之前将所述凝胶化的淀粉冷却至约40°C至60°C之间的步骤。
12.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括在水解之前将所述凝胶化的淀粉冷却至约40°C至60°C之间的步骤。
13.通过根据权利要求3所述的方法制备的酶促水解淀粉。
14.通过根据权利要求9所述的方法制备的酶促水解淀粉。
15.通过根据权利要求12所述的方法制备的酶促水解淀粉。
16.用作稳定剂的酶促水解淀粉，其包含被具有内切水解活性的酶水解的淀粉。
17.根据权利要求16所述的酶促水解淀粉，其中所述淀粉选自改性淀粉、非改性淀粉、 预凝胶化的淀粉及其混合物。
18.根据权利要求17所述的酶促水解淀粉，其中所述淀粉为改性淀粉。
19.根据权利要求18所述的酶促水解淀粉，其中所述改性淀粉为正辛烯基琥珀酸酐淀粉。
20.根据权利要求18所述的酶促水解淀粉，其中所述酶为α-淀粉酶。
21.根据权利要求19所述的酶促水解淀粉，其中所述酶为真菌α-淀粉酶。
22.根据权利要求21所述的酶促水解淀粉，其中所述酶促水解淀粉在淀粉水平小于约 50%固体的水性溶液中，在低于约50°C的贮存温度下至少约90天对退化保持稳定。
23.根据权利要求22所述的酶促水解淀粉，其中所述酶促水解淀粉在水性溶液中在低于约25°C的温度下对退化保持稳定。
24.根据权利要求23所述的酶促水解淀粉，其中所述酶促水解淀粉在水性溶液中在低于约10°C的温度下对退化保持稳定。
25.根据权利要求21所述的酶促水解淀粉，其中所述酶促水解淀粉在淀粉水平在约25.至约35%固体之间的水性溶液中，在低于约10°C的贮存温度下至少约90天对退化保持稳定。
26.食物、饮料或工业产品，其包含根据权利要求21所述的酶促水解淀粉。
27.乳液，其包含根据权利要求16所述的酶促水解淀粉。
28.乳液，其包含根据权利要求21所述的酶促水解淀粉。
29.根据权利要求27所述的乳液，其中所述乳液包含单模分布且主要的高斯粒度小于约5微米的油滴，并且其中当贮存温度低于50°C时至少约90天其平均粒度维持在初始值的 10%。
30.根据权利要求28所述的乳液，其中所述乳液包含单模分布且主要的高斯粒度小于约5微米的油滴，并且其中当贮存温度低于50°C时至少约90天其平均粒度维持在初始值的 10%。
31.根据权利要求27所述的乳液，其中在淀粉水平小于约50%固体，当贮存温度低于 50°C时，所述酶促水解淀粉至少约90天对退化保持稳定。
32.根据权利要求31所述的乳液，其中当贮存温度低于25°C时，所述酶促水解淀粉对退化保持稳定。
33.根据权利要求22所述的乳液，其中当贮存温度低于10°C时，所述酶促水解淀粉对退化保持稳定。
34.根据权利要求28所述的乳液，其中在淀粉水平小于约50%固体，当贮存温度低于 50°C时，所述酶促水解淀粉至少约90天对退化保持稳定。
35.根据权利要求34所述的乳液，其中当贮存温度低于25°C时，所述酶促水解淀粉对退化保持稳定。
36.根据权利要求35所述的乳液，其中当贮存温度低于10°C时，所述酶促水解淀粉对退化保持稳定。
37.根据权利要求27所述的乳液，其中在淀粉水平在约10%至约15%固体之间，当贮存温度低于30°C时，所述酶促水解淀粉至少约295天对退化保持稳定。
38.根据权利要求28所述的乳液，其中在淀粉水平在约5%至约15%固体之间，当贮存温度低于10°c时，所述酶促水解淀粉至少约180天对退化保持稳定。
39.食物、饮料或工业产品，其包含根据权利要求27所述的乳液。
40.食物、饮料或工业产品，其包含根据权利要求28所述的乳液。
全文摘要
本发明涉及用作稳定剂的酶促水解淀粉的制备方法，其包括首先使淀粉凝胶化，然后用具有内切水解活性的酶水解该凝胶化的淀粉的步骤。本发明还涉及得到的酶促水解淀粉用作使用该酶促水解淀粉制备的乳液、饮料、食品和工业产品中的稳定剂。
文档编号A23L2/62GK102176840SQ200980110136
公开日2011年9月7日 申请日期2009年1月29日 优先权日2008年1月30日
发明者B·C·斯蒂芬斯, C·H·霍姆斯玛, D·J·莫罗, D·R·普罗沃斯特, D·方廷, J·B·霍尔特维克, J·R·海基斯, W-J·谢 申请人:嘉吉公司