西米凝胶淀粉的制作方法

专利名称：西米凝胶淀粉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种预胶凝的或冷水可分散的改性淀粉及其生产方法。更具体而言，本发明涉及一种改性西米淀粉，该淀粉的凝胶特性显著提高，其中的淀粉能够“立即凝胶化”或者相对于其他的凝胶淀粉具有更快的凝胶化速度。
背景技术：
食品体系例如派馅、布丁和果冻在加工的过程中都有凝固或凝胶结构。这种类型的食品体系通常都含有凝胶剂，并且必须加热使其凝胶化。通常用于这种目的的凝胶剂包括琼脂、明胶、玉米淀粉、果胶、角叉胶、藻酸铵以及刺槐豆胶和黄原胶的结合物。众所周知，由于淀粉的凝胶特性，它可以被用于产品的赋形剂。例如，可以被转化到具有一定的流动性的，酸转化淀粉衍生物，当被加热时，又可以转化为凝胶。这种衍生物包括，例如玉米、马铃薯、木薯和小麦的衍生物。
传统的以淀粉为基质的布丁是需要加热使其凝胶化的典型食品。这些布丁通常包括一种未胶凝的淀粉、风味剂、甜味剂等等，在消费食用之前需要经过以下处理加入牛奶，加热使得淀粉凝胶化，将加热后的混合物倒入一个碗或一个单独准备的盘子中，然后冷却和/或冷冻。
然而，这类食品体系的缺点不仅仅因为其需要加热使其形成凝胶组织，而且还因为该食品体系还有其它一些要求。例如，果胶只有在非常烫的水中分散之后才能够使用，而且通常在果冻中使用的果胶需要在大约65％的糖度时才能够生产出凝胶。
此外还有其它一些已知的含有凝固剂或不需加热、就可以形成凝胶的凝胶组织的食品体系。许多这种产品都是以奶作为主要原料，而且其中包括预胶凝(例如，冷水可分散)淀粉和一种或多种凝固剂，其中的凝固剂通常是磷酸盐(例如，焦磷酸四钠)和风味剂、甜味剂和着色剂。这些食品体系的凝固剂或凝胶特性主要是来自奶中的磷酸盐和酪蛋白和钙离子的相互反应，而不和配方中的淀粉成分反应。在这里，预胶凝的淀粉是作为增粘剂或增稠剂。然而，这不是产生预加工的食品体系中凝胶组织的主要原因。
这些未加热的、被叫做“速凝”的食品配方通常不含有象加热过的食品配方所具有的稳固的凝胶结构。例如，他们不能够用勺子整齐的切开。此外，他们的结构，不是光滑的，而是无论从外观还是“口感”都可以被形容为“多粒的”。同时，这些盐凝固剂在低pH值或者不含奶的食品体系中不起作用。
一种不含奶的食品体系也已经被公开，其中含有凝固剂和不需加热就可形成凝胶的凝胶组织。US4207355公开了一种冷水可分散的、当其在冷水中分散时，就形成凝胶的改性木薯淀粉。这种淀粉产品可以通过将木薯淀粉转化为具有特定的水流动性并且与交联剂反应后布雷本登粘度参数在一定的选择范围之内，然后再将其进行滚筒干燥制得。这个专利指出如果不将淀粉转化为流动型淀粉，而仅仅是通过简单的交联，并且滚筒干燥生产的产品不具有凝胶特性。
也有资料公开了与US4207355中公开的加工过程相反的加工过程，例如US4229489中公开的生产工艺为先将天然的木薯淀粉交联，然后将这种淀粉转化成它的流动形式，最后再进行滚筒干燥。
美国专利US4228199公开了一种冷水可分散的、改性马铃薯淀粉，这种淀粉当在冷水中进行分散时可以形成一种凝胶。这种淀粉产品可以这样制得将马铃薯淀粉先与交联剂反应使其具有特定选择范围的布雷本登粘度参数，然后进行滚筒干燥。在US4207355和US4229489中必须的将淀粉转化为特定的水流动性的步骤在‘199专利中不再为必须步骤。然而，如果需要，马铃薯淀粉在交联步骤的前后都可以被转化为特定的水流动性的淀粉。
美国专利US4391836中公开了一种迅速凝胶化的天然木薯或者天然马铃薯淀粉，其制作方法如下通过滚筒干燥天然淀粉使其可以在冷水中分散，然后对滚筒干燥过的淀粉进行热处理，将它的粘度降至特定的范围内。在此过程中，也可以用轻微转化过的木薯或者马铃薯淀粉来代替天然淀粉。
通常情况下，制作口香糖使用的是一种流动性淀粉或者一种高直链淀粉和流动性淀粉的混合物，先在水分含量高于糖果最终的水分含量的情况下加热流动性淀粉或者混合物，然后将这种稀薄的、热的液体沉淀在一个通常是以干淀粉的形式制得的模子中。模子中的淀粉形成了口香糖片并且用于将口香糖中的水分含量减少到最终产品的水平。这种淀粉模子浇铸过程的缺点在于为了得到足够的、可用于加工和包装的凝胶强度和理想的产品结构，需要很长的加工时间。
美国专利US6447615公开了具有大约40-80的水流动性的转化流动性西米(例如粘性的)淀粉。流动性西米淀粉可以形成异乎寻常的坚硬的胶体，以及具有与来源于其他植物的淀粉相比较，更快的凝胶化速度。然而，流动性西米淀粉凝胶在低固形物含量的情况下凝胶强度减弱，且易于脱水收缩。虽然这样的淀粉可以用于生产糖果，但是将其用于生产诸如派和冰淇淋馅，布丁，涂抹食品和果冻仿制品时效果却不理想。
因此，目前市场需要一种与现有的、可以获得的速凝淀粉相比较，形成具有高强度凝胶并且速度更快的速凝淀粉。此外，目前还需要一种具有光滑的结构，并且没有在冷水中分散的淀粉常有的多粒感的速凝淀粉。

发明内容
本发明涉及改性西米淀粉及其用途。这种淀粉表现出超常的快速凝胶性，高凝胶强度，而且无论外观还是口感都很光滑，并且易于切分。这些特性可以显著的减少加工时间，包括减少控制(hold)时间。此外，较高的凝胶强度可以减少淀粉的用量，但是却不损失最终产品的凝胶强度的完整性或组织。
具有凝胶性质的、冷水可分散的改性西米淀粉具有上述的特性。这种改性淀粉可以通过以下方法制得将西米淀粉的粘度转化为大约400布雷本登单位至大约850布雷本登单位、然后抑制，将这种转化、抑制过的西米淀粉进行物理改性，制得改性淀粉。这种被转化的、抑制的改性淀粉可以在室温和酸性环境下，在生产后的5小时之内形成一种具有至少20克/力凝胶强度的凝胶。一旦凝胶化，当其被切分的时候，分散体可以保持它原有的形状。
这种改性淀粉可以用于任何希望不通过进一步加热就能产生淀粉凝胶的食品配方中。这种淀粉尤其适用于制作派馅和冰淇淋馅、布丁、涂抹食品、果冻和那些在水或牛奶中可以重新组成，并且适于在室温下定型的速凝混合物。一种含有本发明所述的淀粉的食品体系具备这样的性质，例如与加热过的食品配方相类似的质地、外观、凝胶结构和风味。
本发明还进一步涉及一种冷水可分散的、具有凝胶性质的改性西米淀粉。这种改性淀粉可以通过以下方法制得将西米淀粉的粘度转化为大约400布雷本登单位至1000布雷本登单位、然后抑制，将这种转化、抑制过的西米淀粉进行预胶凝，制得改性西米淀粉。这种转化并抑制的淀粉优选具有一个布雷本登粘度差异(BVD)，在温度约80-约90℃之间测量，大约是-35BVD至大约25BVD。
本发明还涉及一种西米淀粉，其特征在于其粘度为大约400布雷本登单位(BU)至约850布雷本登单位，且当在固形物含量为10％的相同条件下测定时，其凝胶强度比相应的粘度为400BU至约1000BU的玉米淀粉的凝胶强度至少要大100％。
本发明同时还公开了一种制备冷水可分散的、具有凝胶性的改性西米淀粉的工艺。这个工艺过程包括将西米淀粉的粘度转化为大约400布雷本登单位(BU)至约1000BU，然后抑制西米淀粉，使得交联淀粉在温度为约80-约90℃之间、7％的固体浓度的条件下测量时有一个布雷本登粘度差异(BVD)，大约是-35BVD至大约25BVD，接着预胶凝该西米淀粉；该转化、抑制、预胶凝的西米淀粉可以形成一种凝胶，该胶的膨胀(Bloom)强度从制备开始计算的5小时之内至少为30g。这个工艺过程还可以进一步包括漂白淀粉的步骤。
本发明中使用的以淀粉为基础的材料是从西米棕榈树的木髓中提取的天然西米淀粉。这种淀粉中包括至少含有40％以上的直链淀粉的高直链淀粉种类。粒状的淀粉被转化为粘度为大约400布雷本登单位至约850布雷本登单位的淀粉。这些淀粉使用一种合适的降解方法使得其转化成它的粘性或微沸状态，这里将其定义为改性淀粉。上述降解方法包括，例如，使用硫酸或者盐酸进行轻度酸水解，用过氧化氢，或者使用酶进行转化。转化后的西米产品可以包括通过各种各样技术转化后的西米淀粉的混合物，以及转化过的与未转化的西米淀粉混合在一起的西米淀粉。
就商业上而言，淀粉通常是通过酸或者酶技术进行转化。在用酸转化淀粉时，粒状的淀粉基质在有酸存在的情况下被水解成所需的粘度。上述水解的温度控制在淀粉的凝胶点以下。淀粉与水混合成浆，然后加入通常为浓缩形式的酸。通常，这个反应需要8-16小时，其后，淀粉浆状物的pH值被调节成大约5.5，然后可以通过过滤回收淀粉。
在通过酶处理的方式对淀粉进行转化的过程中，粒状淀粉基质与水混合成浆，然后其中的pH值被调节成大约为5.6-5.7。在淀粉浆状物中加入少量的酶，例如α-淀粉酶。(例如，大约淀粉的0.02％的酶)。然后淀粉浆状物被加热至高于淀粉的凝胶点。当达到了理想的转化程度时，可以调节浆状物的pH值，例如使用酸，来达到使酶失活的目的。使得酶钝化所需要的pH值保持至少10分钟。然后，pH可以被重新调整，所得到酶转化淀粉可以喷气加热以确保淀粉的完全溶解和剩余酶的失活。酶的类型和浓度，转化的条件和转化时间长短都会对最终的产品的成分产生影响。也可以使用其它的酶或者酶的混合物。
过氧化氢可以单独或者与金属催化剂相结合，用于转化或者稀化淀粉。例如，美国专利US3655644中公开了一种利用过氧化氢和铜离子催化剂稀化衍生淀粉的方法。US3975206中也公开了一种使用过氧化氢结合重金属盐催化剂例如铁、钴、铜和铬在酸性pH值下稀化淀粉的方法。这篇专利进一步列举了一些在各种条件下用过氧化氢直接降解和稀化淀粉的方法。US4838944也公开了一种利用过氧化氢和催化量的锰盐，优选高锰酸钾，在pH值为11.0-12.5的含水浆状物中对粒状的淀粉进行降解的方法(“manox”转化)。甚至最近，US5833755中公开了一种使用过氧化氢对粒状淀粉进行降解的过程。这个过程是在温度低于淀粉的凝胶点的条件下进行。步骤包括在pH11.0-12.5提供粒状淀粉的含水的浆状物，在有水的浆状物中添加有效的催化剂量的金属配合物催化剂，并且添加有效量的过氧化氢降解粒状淀粉。在优选的技术方案中，西米淀粉使用过氧化氢进行转化。
本发明中的西米淀粉的粘度被转化为大约400布雷本登单位至约850布雷本登单位(BU)的淀粉。粘度是一种物质的形态改变的阻力，粘度越大，阻力越大。天然淀粉和改性淀粉的粘度的大小在控制的加热和冷却的条件下进行测量。淀粉的粘度通常用布雷本登单位进行表示，可以使用粘度曲线仪(例如可以由新泽西州的南哈肯萨克市的C.W.布雷本登设备有限公司购买的Visco-Amylo-Graph)进行测定。仪器可以使用标准化工具进行校准，这些标准化工具包括一个350和/或700cmg的加热筒，一个转速为75rpm的滚筒和起始温度为50℃。在粘度确定的过程中，温度以1.5℃/min的速度连续递增和递减。为了准确的、可重复的测定粘度，可以根据淀粉粘焙力曲线图，考虑淀粉浆状物在不同的预先设定的温度下的浓度和数量，测定转矩数据。凝胶点就是在某个温度下，粘度升高20BU的那个温度。峰值温度是粘度到达最大值的温度。峰值粘度就是在峰值温度时的布雷本登单位值。
基础材料可以使用现有技术中公开的技术进行化学和/或物理的改性。改性适用于基础材料或者转化过的西米淀粉，虽然通常情况下，改性是在转化之后进行的。
不加限制地，化学改性淀粉包括交联淀粉，乙酰化淀粉和有机酯化淀粉、羟乙基化和羟丙基化淀粉，磷酸化和无机酯化淀粉，阳离子活化淀粉，阴离子活化淀粉，非离子淀粉和两性离子淀粉，以及琥珀酸和取代的琥珀酸淀粉衍生物。上述改性方法在现有技术中都可以找到，例如，在《改性淀粉性质及应用》，第3-10章，第41-147页，Wurzburg主编，CRC出版有限公司出版，弗洛里达(1986)中就已经公开。
物理改性淀粉，例如WO95/04082中公开的热抑制淀粉也适用于本发明，物理改性淀粉也用于包括直链淀粉含量较高的分级淀粉。
优选的改性淀粉是交联淀粉，在对淀粉进行改性的过程中，淀粉可以与任何可在淀粉分子之间形成交联的交联剂反应。上述反应中适用的交联剂主要指允许在食品中使用的交联剂，例如3-氯-1，2-环氧丙烷、线性二羧酸酸酐、丙烯醛、三氯氧化磷和可溶性偏磷酸盐。其它一些公知的交联剂例如甲醛、氰尿酰氯、二异氰酸盐、二乙烯砜以及其它一些类似物也可以在非食品的产品中使用。优选的交联剂是三氯氧化磷、3-氯-1，2-环氧丙烷、三偏磷酸钠(STMP)和己二酸乙酸酸酐，其中最优选的是三氯氧化磷。
可以根据有关文献中描述的标准程序利用交联反应本身生产交联的、粒状的淀粉。记载着相关的技术的文献包括US2328537和US2801242。当然，精确的反应条件根据所使用的交联剂以及淀粉基质的类型、反应规模等等因素的不同，具有多样性。在淀粉和交联剂之间的反应可以在一种含水的介质中进行。优选方案中，淀粉在水中浆液化，并且调整到合适的pH值，随后加入交联剂。
交联反应通常在温度为大约5℃-约60℃之间进行，优选大约20℃-约45℃。不建议使用60℃以上的温度，因为会产生颗粒增大、过滤困难，甚至随之产生淀粉的凝胶化。此外，理想的状况是淀粉可以在预胶凝之前一直保持一种粒状。反应的时间根据交联剂和所用的温度的不同而不同，通常情况下为大约0.2-约16小时。
在交联反应结束之后，反应的混合物的pH可以根据需要使用普通的酸或者碱调节至约5-约6.5之间。在预胶凝前，可以通过过滤回收粒状的产品，并且洗涤、干燥。然而，这种洗涤的步骤对于本文的目的而言并不是必须的，交联后的产品可以不经过分离直接进行预胶凝。
获得具有本文所定义的性质的产品所需的交联剂的量依据以下因素确定例如，淀粉转化的程度、所使用的预胶凝的类型、所使用的交联剂的类型、交联剂的浓度、反应条件以及制得一种由其粘度特性决定的特定的交联范围内的交联淀粉所必需的条件。本领域技术人员将会得出这样的结论不是加入到反应容器中的交联剂的量而是实际上与淀粉反应的交联剂的量决定最终产品的性质。而实际上与淀粉反应的交联剂的量可以通过布雷本登粘度测量。此外，用于反应的交联剂的数量通常会根据淀粉的水流动性的不同而变化，变化范围大概为0.01％到0.07％。准确的范围还依赖于预胶凝的过程，所用的交联剂的类型可以使得用量范围增大或减小。然而，在任何情况下，交联剂的数量至少都占重量的0.005％。
既然淀粉可以具有如它的布雷本登粘度所测量的不同程度的转化，那么，每一个转化水平在相同程度的交联情况下可能会得到不同水平的粘度。因此，在上述规定的条件下，能否形成凝胶的改性淀粉所需要的特定的布雷本登粘度值很大程度上依赖于转化的程度。因此，不能在400布雷本登单位至850布雷本登单位的范围内设定适用于所有淀粉的布雷本登参数。布雷本登粘度和会导致淀粉具有特定的最小凝胶强度的凝胶强度之间的最佳相关性可以通过以下的公式表明为了达到上述目的，用下述定义的参数，即布雷本登粘度差异(“BVD”)表示所需要的交联的数量[V95-V80V80]×100]]>其中的V95和V80分别表示在95℃和80℃时的布雷本登粘度。BVD以百分数的形式表示，可能是一个正数，也可能是一个负数，取决于布雷本登曲线是继续上升(BVD为正数，表明具有更高水平的抑制)，还是到达一个峰值，然后开始下降(BVD为负数，表明更低水平的抑制)。对于布雷本登粘度单位在约400到约850之间的转化交联后的淀粉，其布雷本登粘度差异变化范围很大，使用350cm-g的圆筒在固形物含量为7％时进行测量，可以在大约-40-+30％之间变化。本领域技术人员应该清楚并不是上述BVD范围内所有的数值对于在给定的布雷本登单位范围内具有价值的淀粉而言都适用。适当的布雷本登差异必须根据每一个布雷本登单位和所使用的预胶凝的工艺单独确定，这一点将在下文中具体描述。
这里谈到的任何具有合理的使用特性的淀粉或者淀粉的混合物在任何改性或者转化前后都可以被纯化，可以通过现有技术去掉淀粉中天然存在的或者是加工过程产生的风味、气味或者颜色。适用于淀粉的纯化处理的工艺在以欧洲专利EP554818为代表的同族专利中被公开。在以美国专利US4477480和US5187272为代表的同族专利中公开的碱洗技术也非常有用。优选的情况是，淀粉可以用碱土金属的氢氧化物例如氢氧化钠进行洗涤。此外，洗涤最好在淀粉的转化和/或交联之前进行。
通过上述的步骤生产出来的交联的，转化的西米淀粉必须预胶凝使得冷水可分散。现有技术中公开的各种各样的技术，包括滚筒干燥，喷雾干燥，挤压加工或者喷射加热都可以使得这些淀粉预胶凝。预胶凝淀粉的生产工艺的典型的例子在以下专利文件中被公开US1516512；1901109；2314459；2582198；2805966；2919214；2940876；3086890；3133836；3137592；3234046；3607394；3630775；4280851；4465702；5037929；5131953，和5149799。
优选的，预胶凝可以这样完成通过使用合适的具有一个或者两个滚筒的滚筒干燥器，将淀粉干燥至水分含量为大约12％或者更少。淀粉的浆状物通常是通过一个有孔的管或者一个罐上面的振动式搅拌器臂或者由具有一个搅伴器和一个马达的桶加入到一个或者多个滚筒中。
上述的特定的粘度和交联水平是相互依存的，但是它们会随着所使用的滚筒干燥器产生一定程度的变化。研究发现为了生产出本发明中具有相应的凝胶性的改性淀粉，所使用的能够产生更高的剪切力的预胶凝技术需要淀粉具有更高的交联度。虽然不受限于任何一种理论，我们假设上述产品独特的凝胶性与预胶凝过程中直链淀粉的释放量具有相关性。淀粉的转化改变了淀粉的粒度以达到控制直链淀粉的大小及其释放量的目的；同时交联度也是直链淀粉释放的一个因素，它可以提高颗粒对预胶凝的过程中剪切降解的耐受力。因此，具有更高的剪切力的预胶凝技术可能会倾向于更大程度上破坏颗粒，以至于以更快的速率释放出更多的直链淀粉。在预胶凝的过程中(例如在滚筒干燥的过程中)，这些释放的直链淀粉沉积在溶胀的颗粒的表面，因此，在加入水时，非常容易再次分散。假如淀粉更高程度的交联后，它将不易于被破坏，并且可以使用高剪切力设备成功地预胶凝，而不会对它的凝胶性质产生负面影响。
经过预胶凝后，从设备上取出淀粉产品，然后将此淀粉产品粉碎成粉。或者，这种产品可以根据最终产品的特殊用途，加工成片状，然而，最好的是加工成粉末状。任何传统的设备例如Fitz磨粉机，研磨机或者锤打式磨粉机可以用于压片或者粉碎。
经过预胶凝过程获得的最终的产品是一种冷水可分散的淀粉，当在水溶液例如水或者奶中分散后可以形成一种凝胶。通过感官评价和质构分析仪读数可以确定凝胶的形成和测量凝胶强度。两种方法的测量结果并不总是一致的(部分原因是因为一些产品的粘结性)，但是为了达到上述目的，本发明中的改性淀粉必须能够形成一种凝胶，这种凝胶的强度(如上文所述)在生产5小时之内至少为约20克，优选至少为约30克，更优选至少为约45克。理想情况是当在固形物含量为6％的状态下时，本发明中的改性西米淀粉可以在食品体系中形成凝胶。
生成的改性西米淀粉具有与其它的基质例如玉米形成的相对应的淀粉相比较，更快的凝胶化速率。如图6所示，与由其它的基质例如玉米生成的相应的淀粉相比较，最终生成的改性西米淀粉形成凝胶更快，通常情况下大约快100％，更优选的是，可以快300％。这种凝胶速度的提高使得降低产品中的淀粉含量，但使其仍然具有理想的凝胶强度和组织成为可能。例如，为了提供可比拟的凝胶强度和组织，其相对应的玉米淀粉的添加量需要高至少30％，尤其至少50％，更特别地至少100％。
改性西米淀粉实质上易于切割，而非弹性的。这种可以切割的性质在许多最终的应用方面非常有用，例如在派馅中，切割可以使得产品能够成形且表面光滑。
最终的改性西米淀粉通常由于脱水收缩受到抑制而具有良好的持水性。这种淀粉在低pH值，剪切性和耐受高温的方面通常与改性木薯淀粉相当或者优于改性木薯淀粉。例如，在最不适宜凝胶化的条件下(例如，在室温条件下，pH值为3.1的酸性体系中)，本发明中的改性西米淀粉与其它改性淀粉，例如改性木薯淀粉相比较，可以更快的形成更高强度的凝胶。
改性西米淀粉可以用于替代明胶、酪蛋白、果胶、琼脂，阿拉伯树胶，大豆或肉类分离蛋白和某些凝胶例如角叉胶。
最终的西米流动性淀粉可以应用于许多工业包括，食品、个人护理品、药品和保健食品、造纸、农产品和油漆，特别是在那些需要低粘度的淀粉来提供具有可泵送的和可使用的粘度的高固性物淀粉分散液中非常有用。那些包括纸张和纸板的制造，干墙体建筑物的石膏板的生产和纺织品经纱上浆的工业应用中，使用降解或转化后的淀粉非常理想和需要。
食品产品指的是食品和饮料。这些包括，但是不限于以下所列糖果例如淀粉口香糖、面条、布丁、奶油蛋羹和果派馅，馅类例如饼馅、干酪仿制品和干酪产品，涂抹食品例如人造黄油、浇头、糖衣，鱼类仿制品，禽类或肉类，淀粉球，酸奶酪，凝胶甜点，果冻和蛋制品。
可以根据最终达到的特定的应用特性的需要确定改性西米淀粉的使用量。一般情况下，淀粉的使用量至少为产品重量的约4％，优选至少约6％，更优选至少约7％。
在下面所述的例子中，除非另外有标注，所有的份和百分比都是以重量计，所有的温度都是指摄氏度(℃)。下面的例子进一步说明和解释了本发明，但不能被看作是对本发明的限定。所有使用的百分比都是以重量/重量作为基础。利用下面的分析和测试过程来阐述上述的淀粉产品的特性。


如何实现上述目标和其它理想的特性记载在下面的描述和附图中图1记载随着时间的变化，柠檬派中的根据本发明的各种西米凝胶的凝胶强度图。
图2记载当转化后的西米淀粉的粘度为825布雷本登单位时，根据本发明的各种西米凝胶的凝胶强度图。
图3记载当转化后的西米淀粉的粘度为710布雷本登单位时，根据本发明的各种西米凝胶的凝胶强度图。
图4记载当转化后的西米淀粉的粘度为595布雷本登单位时，根据本发明的各种西米凝胶的凝胶强度图。
图5记载交联对根据本发明的各种西米淀粉基凝胶的峰值粘度的影响图。
图6记载与不是以西米为基质的对照组相比较，根据本发明的各种西米基凝胶的凝胶强度图。
图7记载与冷冻后的不是以西米为基质的对照组相比较，根据本发明的各种西米基凝胶的凝胶强度图。
具体实施例方式
A使用质构分析仪测得凝胶强度凝胶强度使用型号为TX-XT2的质构分析仪进行测定(英国萨里的稳定微量分析系统购买)。20克无水淀粉与去离子水混合制得所需固性物含量百分比的淀粉浆状物。这种浆状物在沸腾的水浴中加热20分钟，期间不停搅拌保持淀粉悬浮状态，直到变稠，然后停止搅拌，将其封口。在室温，pH值为7的4-oz(118-ml)罐中对由淀粉样品形成的凝胶进行凝胶强度的测量。罐的中心被固定在一个5mm的探测器的下面，测试使用的参数如下模式力/压缩选项返回出发点开始的速度5.0mm/see速度0.5mm/sec力N/A距离15.0mm时间N/A计数N/A触发器0.05NPPS200.0探测器p50 12.7mm(1/2in)直径，塑料圆筒B.通过布雷本登测量仪测定粘度使用一个微量粘度-淀粉-测定仪(从新泽西州的南哈肯萨克市的C.W.布雷本登设备有限公司购买)测定粘度。35.4g(无水基)的转化过的交联淀粉与足够多的蒸馏水打浆，使得总重达到500g，然后添加到布雷本登微量粘度-淀粉-测定仪的滚筒中。淀粉浆状物被快速的加热到50℃，然后以1.5℃/min中的速度从50℃加热到95℃。记录80℃和95℃的粘度读数，然后在95℃保持20分钟后再次记录95℃时的粘度值。(95℃+20)
C.柠檬派馅凝胶的测定6.0g的转化交联后的预胶凝淀粉，24.6g的糖，0.62g的葡萄糖，0.19g的柠檬酸钠和0.19g的柠檬酸在一个4-oz.(118ml)的滚筒中通过摇动进行干混合。这种干的混合物在大于1分钟的时间里被缓慢的加入到一种由55.5g的蒸馏水和12.91g的柠檬汁制得的溶液中，然后在4分钟之内以#1的速度在SunbeamMixmaster Kitchen主机中混合。
接着最后制得的混合物被倒进4-OZ(118ml)的滚筒中，在上端留有大约5mm的空隙，然后放入冰箱中在15℃放置7小时。此后，混合物在室温下放置长短不一的时间。
实施例1这个实施例说明了西米淀粉的漂白和转化为所需的布雷本登粘度，然后与三氯氧化磷交联的过程。
将2000g的西米淀粉悬浮在3000ml的自来水中制得浆状物。用水浴加热将这种浆状物的温度调节到45℃。使用盐酸将pH值调节到2.5，然后加入5g的氯化钠。保持两小时后，将浆状物的pH值调整到4.0。加入足量的焦亚硫酸钠中和剩余的氧化剂。
此时，温度降到42℃。通过缓慢的加入3％的NaOH的水溶液，将碱度提高到28至32ml0.1N的HCl(50-ml样品)。在这个混合物中，加入5g 2％的高锰酸钾的水溶液。(即，淀粉重量的0.005％，相当于以淀粉的重量计，17.5ppm的锰离子。)在淀粉的浆状物中加入2.0g 30％的H2O2。这个反应持续3小时，直到没有过氧化氢残余，这一点可以通过一个H2O2定量分析带的实验结果为阴性加以证明。最终淀粉的布鲁本登粘度为700BU。
然后将淀粉浆状物的温度降至30℃，在其中加入0.5％的NaCl(10g)和0.020％的POCl3(0.4g)反应0.5小时，使得淀粉交联。然后加入HCl，将淀粉浆状物的pH调节到5.5。淀粉产品通过过滤回收，用水冲洗两次，然后在空气中干燥。
实施例2这个实施例涉及各种各样漂白的转化的西米淀粉(所有淀粉的漂白都采用实施例1中所述的方法)的制备方法，这些西米淀粉具有宽泛的粘度范围，并且用各种各样的POCl3处理水平进行交联。象后面的实施例中表明的那样，最

图5是描述包括根据本发明另一实施例的打印介质鉴别器的喷墨打印机的部分的侧视图。参考图5，摩擦辊51可设置在送纸辊35上以接触送纸辊35，其沿着送纸通道在箭头A所示方向从取纸辊(pick-up roller)(未示出)将纸张25送入到打印区域。摩擦辊51可旋转的连接到摩擦辊保持器52的一端。摩擦辊保持器52的另一端连接到打印机体。
在打印通道中从送纸辊35的下游处，墨盒31和导纸器53可安装为与设置在墨盒31底上的打印头31a空间分开预定距离以支撑纸张25。缝53a或者具有预定长度的槽可沿着主扫描方向形成在导纸器53上。用于垂直移动纸张25的单元可安装在缝53a或者槽处以移动纸张朝着介质检测器20或者在垂直方向移动。垂直移动单元可为柱状杆54以通过促动器(未示出)来垂直移动。柱状杆54可控制纸张25以朝着介质检测器20移动或者在垂直方向移动。
介质检测器20可安装在墨盒31的一侧以面对送纸辊35。柱状杆54可正位于介质检测器20的下面。介质检测器20的结构可如图2中所示相同。
多个槽55可形成在导纸器53的一个端部。出纸56可设置在槽55内，并且星形轮57可设置在出纸56上。
现在参考图2和图5说明喷墨打印机的介质鉴别器的操作。首先，被取纸辊(未示出)拾取的纸张25可在摩擦辊51和送纸辊35之间通过。纸张25可通过送纸辊35和纸张25之间的摩擦力被压送到打印通道中。介质检测器20的光源21可发射光到纸张25上，并且光接收器22可接收从纸张25反射的光，即漫反射光。
如图5所示，通过驱动促动器，柱状杆54可向上移动预定高度，因而升高纸张25的位置。介质检测器20可接收从纸张25反射的光，即，规则反射光。漫反射光的强度和规则反射光的强度可与表1中的数值相比较。然后，所使用的打印介质的类型或者特征就可以被鉴定。
图6是描述包括根据本申请的一般发明构思的再一实施例的打印介质鉴别器的喷墨打印机的部分的侧视图。和图5中前述实施例的元件相同的本发明实施例的元件的详细说明将省略。和图5中前述实施例的元件相同的本实施例的元件的参考标号与前述实施例的元件参考标号相同。
在图中辨认表中所列的对应的西米的样品时，可以根据它们的样品编号和滚筒干燥时的pH值进行识别。例如，在pH4的条件下，对西米样品10进行滚筒干燥，标示为“西米10/4”。图1表示了上述的西米淀粉的凝胶强度在酸性环境随着时间的变化图。(pH＝3.1，柠檬派馅)实施例3这个实施例公开了一种采用滚筒干燥预胶凝上述转化和交联过的淀粉以获得这里所述的速凝淀粉的方法。
每一个样品的滚筒干燥方法如下将200g的淀粉分散在300ml的水中形成浆状物，然后将其缓慢的加入到一个蒸汽加热的直径为10英寸的不锈钢转筒中，在蒸汽压力为105-110psi下进行加热和干燥。使用一个直径为2英寸的给料辊子将淀粉添加到滚筒中，滚筒运转的速度为5转/分。利用一个钢片将预胶凝的淀粉层从滚筒上刮下来，将预胶凝的淀粉粉碎，使得85％的淀粉都能够通过200目筛。
干燥后的淀粉产品的凝胶性可以通过上面“凝胶强度测定”程序部分的凝胶强度测定方法进行测定。结果列在下面的表2中。我们可以看出，当过氧化物用量大于约0.13％和/或当POCl3与淀粉交联的用量大于0.030％时，凝胶的强度相对差一些。
表2

图2-4使用图的形式列出了上述在pH4和pH7的条件下滚筒干燥后的样品1-3和样品10-21的凝胶强度。从图中可以看出，与pH值无关，随着交联程度的升高，凝胶强度下降。此外，图3中揭示了交联程度在某个范围内效果最好。例如，虽然西米样品1-3都比西米样品16-17要好，但是，最好的样品是在pH值为中性条件下滚筒干燥的样品14。样品14的交联程度大于样品1-3，但是小于西米样品15-17。
图5说明交联剂的数量在生产本发明快速凝胶西米淀粉中对峰值粘度的影响。
图6说明与三个非西米的对照组的凝胶强度相比较，本发明五个最好的西米淀粉的凝胶强度。对照组1是一个利用乙醇加热的玉米淀粉(MiragelTM，由伊利诺斯州Decatur市A.E.Staley制造公司生产).对照组2是一个速凝改性马铃薯淀粉(PaselliEasy Gel，由新泽西州Princeton市Avebe美国有限公司生产)。对照组3是一种热抑制型马铃薯淀粉(Novation6600，由新泽西州Bridgewater国家淀粉和化学制品公司生产)。
实施例4这个实施例评价了漂白的效果。天然西米淀粉经过实施例1中的转化和交联，但是没有经过漂白。
将2000g的西米淀粉分散在3000ml的自来水中形成浆状物。采用水浴加热的方法将其加热到42℃。通过缓慢的加入3％的NaOH的水溶液，将碱度提高到28至32ml0.1N的HCl(50-ml样品)。在这个混合物中，加入5g 2％的高锰酸钾的水溶液。(即，淀粉重量的0.005％，相当于以淀粉的重量计，17.5ppm的锰离子。)在淀粉的浆状物中加入1.4g 30％的H2O2。这个反应持续3小时，直到没有过氧化氢残余，这一点可以通过一个H2O2定量分析纸带的阴性实验证明。最终淀粉的布鲁本登粘度为775BU。
然后将淀粉浆状物的温度降至30℃，在其中加入0.025％的POCl3(0.5g)反应0.5小时，使得淀粉交联。然后加入HCl将淀粉浆状物的pH调节到5.5。淀粉产品通过过滤回收，用水冲洗两次，然后在空气中干燥。
随后这种产品依据实施例3的方法进行滚筒干燥，在室温下储存5小时后，凝胶强度为41.05。(当其如上所述分散在柠檬派馅中)实施例5这个实施例有关将转化和交联的顺序互换后的效果。
将2000g的西米淀粉分散在3000ml的自来水中形成浆状物。采用水浴加热的方法将其加热到45℃。使用盐酸将pH值调节到2.5，然后加入5g的氯化钠。保持两小时后，调整浆状物的pH值到4.0。加入足量的焦亚硫酸钠中和剩余的氧化剂。然后将浆状物冷却到接近室温。(大约25℃至大约30℃)。
通过缓慢的加入3％的NaOH的水溶液，将碱度提高到28至32ml0.1N的HCl(50-ml样品)。然后在其中加入0.5％的NaCl(10g)和0.020％的POCl3(0.4g)反应0.5小时，使得淀粉交联。
采用水浴加热的方法将其加热到42℃。在这个混合物中，加入5g 2％的高锰酸钾的水溶液。(即，淀粉重量的0.005％，相当于以淀粉的重量计，17.5ppm的锰离子。)在淀粉的浆状物中加入2.0g 30％的H2O2。这个反应持续3小时，直到没有过氧化氢残余，这一点可以通过一个H2O2定量分析纸带的阴性实验证明。
然后加入HCl将淀粉浆状物的pH调节到5.5。淀粉产品通过过滤回收，用水冲洗两次，然后在空气中干燥。
然后这种产品依据实施例3的方法进行预胶凝，在室温下储存5小时后，凝胶强度为24.5，而与之对应的转化后再交联的产品在室温下储存5小时后，凝胶强度为54.9。(当两者都按照上述的办法分散在柠檬派的馅中时)。
实施例6未经过预胶凝的淀粉基质在生产的过程中的凝胶强度可以根据柠檬派馅中凝胶的强度的测量方法进行测定。由于未经过预胶凝，上述淀粉基质可以在沸水中加热20分钟后，再在冷冻的环境中冷却7个小时。将上述未经滚筒干燥的淀粉与经过滚筒干燥的相同的淀粉基质进行比较后的结果记载在下列的表3中。
表3

实施例7
这个实施例说明了对漂白，转化，交联过的西米淀粉进行喷雾干燥的效果。
利用实施例1中的程序制造一大批产品。然后这些产品按照美国专利US5131953和US5149799中公开的方法进行喷雾干燥。下列的产品的凝胶强度根据柠檬派馅中凝胶的强度的测量方法进行测定。样品在室温下放置7小时，下表中列出了他们的凝胶强度分析表4

SIDA1是指“蒸汽注射双雾化”，一种生产如美国专利US5149799中所述的冷水可溶性淀粉的方法。根据US5149799所述，淀粉的糊化物在加压的情况下被进料到一个喷雾嘴中。在喷雾嘴中，糊化物与高压蒸汽接触，立即加热并将淀粉颗粒喷雾，然后在干燥室中将淀粉颗粒回收。
EK指US5131953中描述的一种方法，作者是Eden和Kasica。在这个过程中，当喷雾干燥使用一种压力加热雾化的方式时，用高温蒸汽(300°F+)加热的淀粉被雾化。在EK加工过程中，粒状结构不存在了。
实施例8这个实施例说明了对漂白，转化，交联过的西米淀粉进行滚筒干燥的效果。
一种中试规模的滚筒干燥器(购自GMG-Gouda，Holland)被用于对一种漂白、转化和交联过的西米淀粉进行滚筒干燥。这个滚筒宽50cm，直径为50cm，利用一个5HP的变速电动机进行翻转。滚筒的上方是一个倒转的轧辊和三个涂抹器轧辊。
制备了下列八个批次漂白、转化和交联的西米淀粉——批次 ％H2O2％POCl31 0.05 0.0252 0.06 0.0203 0.06 0.0154 0.06 0.0105 0 06 0.015
60.055 0.017270.05 0.01780.04 0.016改性西米淀粉悬浮在水中形成了一种21玻美比重的浆状物，调整pH值到大约6.5。滚筒的起始转速为6转/分，在120psig下用蒸汽将表面的温度加热到大约160℃。
利用一个moyno泵将浆状物泵入一个滚筒干燥器中。调节泵的速度使得浆状物在向第二个涂抹器轧辊传递时具有一个稳定的速度。当在滚筒上有一个涂层时，可以使用一个刮刀进行缓慢清除，直到表面干净，刮刀可以通过旋紧刀的螺丝进行调节。
滚筒干燥淀粉膜被刮到一个输送螺杆中，这个输送螺杆可以直接将刮下来的物质刮入一个垃圾储备筒中。当在第三个和第四个涂抹器轧辊中形成一个完整的腊肠状的物质且片比较均匀时，产品被收集到一个容器中。然后，将这些材料在一个锤子磨粉机中粉碎，直到颗粒的尺寸大约为200目(74微米)。
可以根据上述柠檬派馅产品在酸性条件下的效力的测定方法测定这些滚筒干燥的淀粉产品在酸性条件下的效力。这些中试规模改性西米淀粉的粘度列在下面的表5中。凝胶强度列在表6中。
表5

表6

本领域技术人员都知道可以通过调节浆状物浓度的变化，滚筒干燥的温度，滚筒的速度，pH和淀粉的类型来得到需要不同加热程度的产品。通常，将浆状物调整到一个相对中性的pH值(5-8)、较高的浓度、提高滚筒的转速、降低滚筒的温度都可以降低加热的程度。另一种极端的情况是，将浆状物调整到一个非常高或非常低的pH值、较低的浓度、降低滚筒的转速、增加滚筒的温度都可以提高加热的程度。中度加热可以通过相应地调整相关的变量得到。
实施例9这个实施例将本发明中的淀粉和US6447615中公开的淀粉(615发明专利)进行了比较。
总共8个派馅，分为两组两种不同的柠檬派馅。在第一组中，两次使用本发明中的淀粉依照“柠檬派馅凝胶评价”方法生产柠檬派馅，两次使用‘615专利中的淀粉生产柠檬派馅，共生产4个淀粉含量为6％的柠檬派馅。在第二组中，除了使用10％的淀粉来取代6％的淀粉外，生产了不同于第一组的四个柠檬派馅。这些10％馅是这样制备的在一个4-oz(118ml)的罐中将10.0g的淀粉，24.6g的糖，0.62g的葡萄糖，0.19g的柠檬酸钠和0.19g的柠檬酸通过摇动进行干混合，这种干混合物在一分钟内缓慢的加入到一个由51.5g的蒸馏水和12.91g的柠檬汁组成的溶液中，然后在一个Sunbeam Mixmaster Kitchen主机中使用速度#1混合4分钟。然后将上述得到的混合物到入一个4-oz(118ml)的罐中，顶端留有大约5mm的空隙，在室温下放置不同的时间。
可以依据上文“凝胶强度测试”部分所描述的过程对八个柠檬派中的每一个进行凝胶测试。这些测试分别进行5小时和24小时，结果如下表7

“凝胶百分比”指的是5小时的凝胶强度与24小时的凝胶强度的百分比值，经过24小时凝胶化的淀粉的凝胶强度被认为是100％。
由表7可以看出，无论是在高的淀粉含量(10％-99％凝胶对80％)还是低的淀粉含量(6％-82％凝胶对66％)的情况下，本发明中的西米淀粉的凝胶化速度都比‘615中西米淀粉的凝胶化速度快。相对而言，本发明中的西米淀粉可以使用更少量的淀粉而更有效、更快的形成更高强度的凝胶。此外，本发明中的柠檬派馅不会脱水收缩，并且上部触摸是干的。相反，使用‘615专利中公开的西米淀粉制得的柠檬派馅严重脱水收缩，并且不能象使用本发明中的西米淀粉形成的柠檬派馅那样可以隔水。本发明中的西米淀粉可被应用到食品产品例如派馅和甜点涂层，而‘615专利中的西米淀粉被应用到糖果食品例如胶姆糖中(例如，Mason Dots)。
虽然本发明已经详细描述和说明过，但是必须说明本发明的说明书和实施例仅仅用于清楚的解释本发明，不能理解为是对本发明的限制。本发明的主题和范围仅仅被附在后面的全部权利要求限定。
权利要求
1.一种冷水可分散的、具有凝胶性的改性西米淀粉，其特征在于这种改性西米淀粉是通过预胶凝一种粘度被转化为大约400布雷本登单位至1000布雷本登单位、然后被抑制的淀粉制得，在温度为大约80-大约90℃之间测量表明，这种转化并抑制的淀粉有一个布雷本登粘度差异(BVD)，大约是-35BVD至大约25BVD。
2.如权利要求1所述的改性西米淀粉，其特征在于西米淀粉是被热抑制的。
3.如权利要求1所述的改性西米淀粉，其特征在于西米淀粉的抑制是通过与重量百分比至少为0.005％的交联剂反应而实现的。
4.如权利要求3所述的改性西米淀粉，其特征在于其中与西米淀粉反应的交联剂选自三氯氧化磷、3-氯-1，2-环氧丙烷、三偏磷酸钠和己二酸乙酸酸酐。
5.如权利要求1所述的改性西米淀粉，其特征在于其中的淀粉可以形成一种凝胶，凝胶的强度从生产开始计算的5小时之内至少为30g。
6.一种含有如权利要求1所述的改性西米淀粉的食品体系。
7.一种西米淀粉，其特征在于其粘度为大约400布雷本登单位(BU)至约850布雷本登单位，且其凝胶强度比相应的粘度为400BU至约1000BU的玉米淀粉的凝胶强度至少要大100％，上述的凝胶强度是在淀粉固形物含量为6％的相同条件下测定的。
8.一种冷水可分散的、具有凝胶性的改性西米淀粉的制备方法，其中包括以下步骤将西米淀粉的粘度转化为大约400布雷本登单位(BU)至约1000BU；抑制西米淀粉，使得在温度为约80至约90℃之间、固体浓度为7％的条件下测量时，该抑制后的西米淀粉有一个布雷本登粘度差异(BVD)，大约是-35BVD至大约25BVD；和预胶凝该西米淀粉；其中，该转化、抑制、预胶凝的西米淀粉可以形成一种凝胶，该凝胶的强度从生产开始计算的5小时之内至少为30g。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于其中的西米淀粉是被热抑制的。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于其中的西米淀粉是通过滚筒干燥进行预胶凝。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于西米淀粉的抑制是通过与重量百分比至少为0.005％的交联剂反应而实现的。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于其中与西米淀粉反应的交联剂选自三氯氧化磷、3-氯-1，2-环氧丙烷、三偏磷酸钠和己二酸乙酸酸酐。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于其中的交联反应进一步在温度为约5℃-约60℃的条件下进行。
14.如权利要求8所述的方法，其特征在于其中的西米淀粉是通过过氧化氢转化的。
15.如权利要求8所述的方法，其特征在于其中还含有漂白西米淀粉的步骤。
全文摘要
本申请涉及西米凝胶淀粉及其用途。本申请所涉及的改性淀粉具有超常的快速凝胶性、高凝胶强度以及优良的弹性。这些性质使得加工时间大幅度地减少、包括减少控制时间都成为可能。此外，更高的凝胶强度使得降低淀粉的含量但却不损失最终产品的凝胶强度的完整性和结构成为可能。这种速凝淀粉在储存时凝胶化的系列食品体系中非常有用，例如派和冰淇淋馅、布丁、涂抹食品和果冻。
文档编号A23L1/0522GK1618818SQ20041008825
公开日2005年5月25日 申请日期2004年8月27日 优先权日2003年8月29日
发明者R·M·特尔克萨克, P·J·福德 申请人:国家淀粉及化学投资控股公司