用于无淀粉生产的明胶和果胶软糖组合物1.对相关申请的交叉引用2.本技术要求2020年5月8日提交的第16/870,862号美国非临时专利申请的权益，该申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域：
：3.营养组合物，特别是胶质组合物和与之相关的方法。
背景技术：
：：4.可咀嚼软糖(口香糖)产品或组合物一般由明胶或果胶基质与糖、葡萄糖、玉米糖浆、调味剂、着色剂和柠檬酸制成，一直是一种受欢迎的休闲食品。该产品(组合物)通常具有凝胶或凝胶样结构和质地，长度在两厘米(cm)左右，并被生产成食用时可咀嚼的各种形状、颜色和口味。最近，软糖产品中补充了维生素、矿物质、精油和其他营养补充剂，以提供吸引不喜欢吞咽或难以吞咽药片或胶囊的儿童和成年人的营养补充剂。5.软糖组合物通常形成为液体明胶和糖混合物的水基软糖浆。在较高的温度(如70℃至100℃)下混合软糖浆，产生可流动液体。将可流动液体倒入模具中并允许其凝固。传统模具是玉米淀粉模具。通过在装有玉米淀粉粉的托盘上冲压出所需的软糖形状而形成玉米淀粉模具。一旦位于模具中，软糖组合物就会被冷却到软糖组合物的至少外部部分已经胶化(部分固化)的程度。在软糖组合物凝固后，将托盘翻转，打破模具并使胶化软糖组合物与玉米淀粉分离。淀粉模具的作用通常是降低软糖组合物的温度，并从软糖中吸收水分。这两者都有助于软糖固化。软糖组合物通常需要大约24小时以完全凝固，"凝固时间(settime)"的定义为，当在每一侧面或每一面上测量时，软糖组合物从外表面到中间点形成牢固的胶化结构所需的时间。一旦软糖组合物凝固，则可以将软糖组合物的任何外表面都脱淀粉并进行涂抹(例如用棕榈蜡)。6.与传统生产相比，软糖组合物的无淀粉生产具有良好的卫生条件和通常快速凝固(凝胶化)等优点。无淀粉模具的实例是硅胶模具(sliconemold)。尽管有这些优点，但是在无淀粉模具中制作明胶基软糖组合物(明胶作为结构化剂)还是有挑战，因为明胶基软糖组合物不能像淀粉模具那样容易地从无淀粉模具中取出，而且明胶基软糖组合物在进一步加工之前会需要长的取出(胶化)时间(例如90分钟或更长)。一项研究表明，以果胶为唯一结构化剂的软糖组合物需要较少的时间(例如1分钟至20分钟)从硅胶模具中取出，取出时间的定义为，通过将软糖组合物从模具的背面推出，使软糖组合物的所有面都容易地与模具分离所需的时间。然而，以果胶为唯一结构化剂的软糖组合物的质地，往往比大多数消费者喜欢的明胶基软糖组合物更脆、更不耐嚼。附图说明7.图1a显示了软糖组合物的质地特性分析的示意图。8.图1b显示了软糖组合物在以1℃/分钟从85℃降到25℃这一温度斜坡期间储存模量曲线和损失模量曲线。9.图2显示了具有1.5重量百分比的果胶和具有0.8重量百分比的果胶的软糖组合物取出时间的三维示意图。10.图3显示了具有2％(重量)和具有1％(重量)的柠檬酸溶液(50％的柠檬酸溶液)的软糖组合物的胶化温度的示意图。具体实施方式11.公开了用于口服的软糖或口香糖组合物。软糖组合物由作为结构化剂的明胶和果胶的组合形成。软糖组合物可在其中具有一种或多种补充剂或活性剂，包括但不限于一种或多种维生素、一种或多种矿物质、一种或多种草药、一种或多种药物和/或一种或多种营养补充剂，例如蛋白质、有益油(如鱼油包括磷虾油、甘油三酯等)、激素(如褪黑激素)、抗氧化剂(例如coq10)、植物甾醇。12.通过研究明胶和果胶以及食品级有机酸和水与软糖组合物特性之间的关系，可以在无淀粉模具中持续生产软糖组合物，使其取出时间为30分钟或更短，同时提供消费者可以接受的质地和外观。本文所用的"取出时间(removaltime)"、"可取出时间(removabletime)"或"释放时间(releasetime)"是指软糖组合物的至少外部部分胶化，以便可以将软糖组合物作为一个整体从无淀粉模具中取出所需的时间。本文所用的"凝固时间"是指，当在每一侧面或每一面上测量时，软糖组合物从外表面到中点形成牢固的胶化结构所需的时间。软糖组合物的凝固时间通常比取出时间长。对于软糖组合物，取出时间与凝固时间直接相关。因此，取出时间的减少会导致凝固时间的减少和软糖组合物制造过程效率的提高。除了使用无淀粉模具(如硅胶模具)的取出时间为30分钟或更短之外，当以通过ta-25探针(直径2英寸，高20mm)将厚度为0.9厘米、形状为方形(2.0厘米乘2.0厘米)的软糖组合物在凝固状态下以每秒0.5毫米压缩50％或4.5毫米(按距离的压缩50％)以峰值力测量时，软糖组合物的硬度可以为4000g力(gforce)或更低。代表性的硬度为2500g力到4000g力、3300g力到3900g力、3500g力到3800g力。13.软糖组合物可具有以下水活性：低于0.7，例如0.6-0.7、0.62-0.7、0.65-0.7、0.67-0.7或0.67-0.69的范围。软糖组合物还可以具有以下固体含量：81％或更少(81°白利度(brix))，例如76-81°白利度，例如77-80°白利度，例如76°白利度、77°白利度、78°白利度或79°白利度。软糖组合物的代表性ph可以为3.10-3.45，例如3.20-3.40。14.软糖组合物可以包括水、明胶、果胶和食品级有机酸或酸以及糖、玉米糖浆、食用香料和着色剂。明胶可以是波罗姆(bloom)大于250的明胶("高波罗姆明胶")，例如255波罗姆至300波罗姆，260波罗姆至300波罗姆或270波罗姆至300波罗姆的范围。果胶可以是高甲氧基(hm)果胶(酯化度或de°高于50％)。15.软糖组合物所包括的水的量可以为组合物重量的14.4％至15.2％；明胶(例如，高波罗姆明胶)的量可以为组合物重量的5.1％至5.6％；hm果胶的量可以为组合物重量的0.8％至1.3％，以及50％(重量)的食品级有机酸或酸溶液的量为组合物重量的1.9％至2％。适合的食品级有机酸包括柠檬酸、乳酸、富马酸、苹果酸、抗坏血酸和酒石酸。在一个实例中，食品级有机酸可以是单独或与另一种食品级有机酸的组合的50％(重量)的柠檬酸溶液。16.软糖组合物可以通过形成明胶、果胶、食品级有机酸或酸和水的浆液而形成。在较高的温度下(例如，70℃至90℃)混合软糖浆，以产生可流动液体。将可流动液体倒入无淀粉模具中，取出时间为30分钟或更短。更具体地说，可以分别使明胶和果胶在水中水合，形成第一浆液和第二浆液，并将这些浆液合并成沉积于无淀粉模具中的单一浆液。果胶的第二浆液可以包括糖和一种玉米糖浆或多种玉米糖浆。作为形成两种单独的浆液然后合并溶液的替代方案，更具体的方法可以包括使果胶水合，并将固体形式的明胶、糖和玉米糖浆加入到水合的果胶中。17.如上所述，通过了解结构化剂(明胶和果胶)与软糖组合物特性之间的关系，以及结构化剂(明胶和果胶)和食品级有机酸或酸和水与软糖组合物特性之间的关系，可以使用取出时间为30分钟或更短的无淀粉模具持续生产软糖组合物，同时提供消费者可以接受的质地和外观。18.表1列出了代表性的软糖组合物配方，包括单独的明胶结构化剂(批次001)和明胶与果胶结构化剂(批次002和批次003)。使这些组合物形成并沉积在硅胶(无淀粉)模具中，进行凝固。表2显示了表1的代表性配方的物理特性。表2表明，通过向明胶软糖配方中加入果胶，在无淀粉模具中的凝固时间减少了，这可以由取出时间从批次001(无果胶)的90分钟减少到20分钟(批次002)来说明。表2中列出的取出时间是通过将软糖组合物样品从硅胶模具的背面推出并确认样品的所有面都与模具分离而确定的。19.表2还表明，一旦果胶与明胶的比例过高，则所获得的软糖结构就会被果胶主导，硬度明显增加(批次003)。批次002的明胶的量大约是果胶的五倍(按重量百分比测量)，而批次003的明胶和果胶的量大约相等。批次003中果胶的比例增加导致凝固后软糖组合物更硬。因此，了解用于无淀粉生产的软糖配方中明胶和果胶的适当范围以及这些成分和其他成分如何影响软糖组合物的制造过程、物理性质和感官特性，是至关重要的。20.表1.明胶和果胶及明胶批次的实例21.成分001002003水平4.50％8.23％9.15％58-65％de°果胶(herbstreith&fox)0.00％1.46％1.64％270波罗姆的明胶(gelita)7.52％7.46％1.62％糖38.12％40.98％41.45％43de玉米糖浆(cargill)0.00％0.00％0.00％63de玉米糖浆(cargill)47.16％39.17％43.44％50％的柠檬酸溶液2.20％2.20％2.20％颜料(chrhansen)0.10％0.10％0.10％香料(virginiadare)0.40％0.40％0.40％总计100.00％100.00％100.00％22.表2.表1配方的工艺和物理特性23.批次#:取出时间(min)°brixb水活性c硬度d(g力)00190830.62118700220780.6822490035800.63470724.在软糖组合物样品可从无淀粉模具中取出后，将样品从模具中取出并在室内空气中放置24小时，然后进行以下物理特性测试：°白利度(atago手持式折射仪)、水活性(aqualab4te水活性仪)和硬度(stablemicrosystems的质地分析仪(textgureanalyze))。对于硬度分析，使用ta-25圆柱体探针(直径2英寸，高20mm)进行了双压缩试验(doublecompressiontest)。通过用探针以每秒0.5mm从样品表面压缩4.5毫米(mm)，然后以同样的速度返回到原来的位置，接着休止一秒钟，然后以同样的条件重复压缩和返回，进行该试验。将第一个峰的峰值力测量为硬度(图1a)。25.研究表明，只要最终的°白利度在78或以上，糖和玉米糖浆的量或其类型对软糖在无淀粉模具中沉积后的可取出(凝固)时间没有明显影响。因此，设计了混合设计实验(mixturedesignofexperiment,doe)，其中糖、糖浆、香料和颜料在软糖配方中的重量百分比保持不变或相同，而水、果胶、明胶和食品级有机酸(柠檬酸)则变化。软糖配方中恒定成分的重量百分比为：糖37.0％，43de糖浆18.5％、63de糖浆21.0％、混合浆果香料0.4％、颜料0.1％。根据一些初步结果和文献综述，将可变成分视为变量，其重量百分比范围列于表3中。26.表3.doe可变成分和重量百分比范围27.成分单位最小值最大值水wt％10.618.858-65％de°果胶(herbstreith&fox)wt％0.71.5270波罗姆的明胶(gelita)wt％4.66.850％的柠檬酸溶液wt％12ꢀꢀ总计＝23.028.设计并进行了20个doe批次，测试了软糖可取出时间、胶化温度、°白利度、水活性、ph、加速热稳定性、质地特性。表4显示了doe批次的两个实例。表5显示了这两个实例的工艺和物理特性。29.对于所有批次，首先在约85℃下使明胶在水中以1:2的重量比水合(caframooverheadmixer)15分钟，然后在70℃在烤箱中消泡过夜。在程序开始时，首先将果胶粉与糖按1:5的比例混合，然后再混入预热的去离子(di)水中。然后将溶液加热到90℃，并在搅拌的同时保持10分钟。然后将预热的玉米糖浆添加到该批次中，并混合至均质。一旦温度达到90℃，就将剩余的糖添加到混合物中，并将混合物在90℃下再保持10分钟。然后将温度升高到110℃，结果开始出现密集的气泡以溶解糖。然后将混合物冷却到100℃，经确认最终的°白利度为约84。测量一部分混合物，将其转移到新的烧杯中，并保持在85℃左右。然后加入消泡的明胶水合物，接着加入颜料、香料和50％的柠檬酸溶液。将浆液的温度保持在85℃左右，用oaktonph计测量在线ph。发现在线ph测量结果对应于在30℃时凝固的明胶-果胶软糖组合物的ph测量结果，后者是通过以下方式进行的：将凝固的软糖组合物与水以1:1的重量比组合，然后加热使软糖组合物溶解，接着冷却到30℃。30.在软糖样品准备好沉积后，立即将一部分软糖浆转移到流变仪(antonpaarmcr302)中，用于使用cc27测量系统进行流变测试。流变测试以每秒300弧度的预剪切速度进行一分钟，然后是以每分钟1℃从85℃降到25℃的温度斜坡，振幅应变为5％，频率为每秒10弧度。通过确定储存模量曲线与损失模量曲线相交时的温度来测量胶化温度(图1b)。31.在软糖样品沉积后不久，通过将软糖组合物样品从硅胶模具的背面推出，并评估样品的所有面是否与模具分离，来评估取出时间。在软糖组合物样品可取出后，将样品从模具中取出，在室内空气中放置24小时，然后进行以下物理特性测试：°白利度(atago手持式折射仪)、水活性(aqualab4te水活性仪)和质地特性(stablemicrosystems的质地分析仪)。对于质地特性分析，使用一个25mm的圆形平面探针进行了双压缩测试。通过用探针以每秒0.5mm从样品表面压缩4.5毫米(mm)，然后以同样的速度返回到原来的位置，接着休止一秒钟，然后再次以该条件进行压缩，进行测验。将第一个峰的峰值力测量为硬度(图1a)。将黏聚性计算为第二峰的面积除以第一峰的面积(图1a)。将弹性计算为第二峰的压缩距离除以第一峰的压缩距离(图1a)。将咀嚼性计算方法为硬度×黏聚性×弹性。32.对于加速热稳定性研究，将样品装入瓶中并放入40℃/75％相对湿度(rh％)的稳定室。七天后，将样品从室中取出并返回到室温后，对样品的外观进行评估。对于此doe，首先单独进行明胶水合，并进行消泡，以减少工艺变量。在其他批次工艺中，可以在约85-95℃的温度下直接将明胶粉添加到水合果胶溶液中，以水合。之后添加糖和玉米糖浆。其余的程序与doe批次相同。33.表4.doe建模后创建的批次实例34.成分b001b002水14.88％9.25％58-65％de°果胶(herbstreith&fox)1.39％1.50％270波罗姆的明胶(gelita)4.74％5.55％50％的柠檬酸溶液1.99％1.94％糖37.00％37.00％43de玉米糖浆(cargill)18.50％18.50％63de玉米糖浆(cargill)21.00％21.00％红色颜料(chrhansen)0.10％0.10％混合浆果香料(virginiadare)0.40％0.40％总计100.00％100.00％35.表5.doe批次实例的工艺和物理特性[0036][0037]doe分析表明，软糖组合物可从无淀粉模具中取出所需的最短时间在很大程度上取决于食品级有机酸(例如柠檬酸)和果胶含量及其相互作用。图2图表表明，例如，将软糖组合物中果胶的重量百分比从1.5％降至0.8％，会大大增加所得的可取出时间。[0038]doe还表明，软糖组合物的胶化温度受食品级有机酸含量的影响很大。图3表明，将软糖组合物中50％(重量)的柠檬酸溶液从2％降至1％，显著降低软糖组合物的胶化温度。[0039]doe进一步显示，每个可变成分(水、明胶、果胶、食品级有机酸)都密切影响ph和水活性。[0040]doe还进一步表明，软糖组合物的硬度和咀嚼性受食品级有机酸和果胶含量的影响很大。[0041]使用根据以20分钟的理想取出时间为目标的doe开发的模型创建了配方(批次b001和b002)。所得的取出时间(如表6所示)与模型的预测结果一致，表明其可靠性。一般来说，针对最短的取出时间，推荐高水平的食品级有机酸(例如柠檬酸溶液)和果胶以及中低水平的明胶。[0042]众所周知，明胶的波罗姆指数影响沉积后软糖样品的凝固。所有20个doe批次都使用了270波罗姆指数的明胶。为了评估波罗姆指数对软糖凝固的潜在影响，使用与之前批次相同的配方(例如批次b001和b002)，但用250波罗姆的明胶代替270波罗姆的明胶，制备了额外的批次(批次b003和b004)。据观察，降低配方中明胶波罗姆指数，明显增加沉积后从模具中取出软糖所需的最短时间。因此，对于无淀粉软糖生产，优选使用较高波罗姆的明胶的配方。[0043]表6.使用270波罗姆的明胶或250波罗姆的明胶的软糖组合物以及所得的可取出时间[0044]成分b001b002b003b004水14.88％14.02％14.88％14.02％58-65％de°果胶(herbstreith&fox)1.39％1.50％1.39％1.50％270波罗姆的明胶(gelita)4.74％5.55％0.00％0.00％250波罗姆的明胶(gelita)0.00％0.00％4.74％5.55％50％的柠檬酸溶液1.99％1.94％1.99％1.94％糖37.00％37.00％37.00％37.00％43de玉米糖浆(cargill)18.50％18.50％18.50％18.50％63de玉米糖浆(cargill)21.00％21.00％21.00％21.00％红色颜料(chrhansen)0.10％0.10％0.10％0.10％混合果胶香料(virginiadare)0.40％0.40％0.40％0.40％总计100％100％100％100％可取出时间(min)101512075[0045]观察到，doe中的四个变量每个都影响了软糖样品的工艺和物理特性。特别是，柠檬酸溶液、果胶和/或它们的相互作用对可取出时间、胶化温度、硬度和咀嚼性有明显影响。为了实现快速凝固，推荐低到中水平的明胶水合(例如，15.3重量％至16.8重量％的范围)和相对高水平的果胶和柠檬酸。此外，为了更快速凝固，推荐波罗姆指数为270或更高的明胶。另一方面，感官分析表明，柠檬酸溶液水平高、果胶和明胶溶液水平低到中的配方有较高的概率获得较高的总体喜欢评分。因此，对于软糖组合物的无淀粉生产，推荐果胶和高波罗姆明胶的组合、相对高水平的柠檬酸溶液以及相对中等水平的果胶和明胶，以实现优选的感官分数和更快的凝固。[0046]基于doe、感官属性和整体喜好，用于在无淀粉模具(例如，硅胶模具)中制造的软糖组合物配方可以具有表7中所列的配方。[0047]表7.软糖组合物配方[0048]成分重量百分比(wt％)实例wt％水13.1-16.514.4-15.2hm果胶0.5-1.50.8-1.3270波罗姆的明胶4.5-6.05.1-5.650％的柠檬酸溶液1.5-2.41.9-2.0糖30.0-40.034.0-39.0玉米糖浆35.0-45.035.0-41.0颜料0.05-0.500.05-0.30香料0.10-1.000.20-0.50[0049]取出时间为30分钟或更短的软糖组合物可以具有ph在3.1-3.45的范围，例如3.2-3.4；°白利度范围为76-81，例如77-80，以及硬度范围为2500g力至4000g力。[0050]表8显示了用于无淀粉模具的软糖组合物配方的实例。表9显示了在无淀粉模具制造过程中，使用表8中的软糖组合物配方的软糖组合物的工艺和物理特性。[0051]表8.软糖组合物批次[0052]成分b005水14.87％58-65％de°果胶(herbstreith&fox)0.97％270波罗姆的明胶(gelita)5.16％50％的柠檬酸溶液2.00％糖37.00％43de玉米糖浆(cargill)18.50％63de玉米糖浆(cargill)21.00％红色颜料(chrhansen)0.10％混合果酱香料(virginiadare)0.40％总计100.00％[0053]表9.基于表8中软糖组合物配方的组合物的工艺和物理特性[0054]°白利度78可取出时间(min)30ph(在线)3.34胶化温度(℃)49.91水活性0.67硬度(g力)3762咀嚼性(gforce)2942[0055]设计并进行了两个批次，以调查补充剂或活性成分对软糖组合物样品物理特性的潜在影响。表10显示了批次的配方。批次c001是添加了维生素d3的配方，其剂量为软糖产品的常用水平。批次c002是添加了生物素和维生素c(抗坏血酸和抗坏血酸钠)的配方，其剂量为软糖产品的常用水平。[0056]表10.具有活性成分的软糖组合物配方[0057]成分c001c002水13.28％11.99％58-65％de°果胶(herbstreith&fox)1.50％1.50％270波罗姆的明胶(gelita)5.55％5.55％50％的柠檬酸溶液1.94％1.40％糖37.00％37.00％43de玉米糖浆(cargill)18.50％18.50％63de玉米糖浆(cargill)21.00％21.00％颜料(chrhansen)0.10％0.10％香料(virginiadare)0.40％0.40％维生素d-3(basf)0.73％0.00％生物素(u.s.pharmalab)0.00％0.50％抗坏血酸(prinova)0.00％1.72％抗坏血酸钠(dsm)0.00％0.34％总计100％100％[0058]对于这两个批次，制备主批次(软糖组合物)的过程与之前的批次实例相同，没有活性成分。对于批次c001，通过在60℃下将维生素d粉添加到玉米糖浆和去离子水的混合器中，然后在60℃下将其混合约15分钟，使其均匀悬浮，来制备维生素d预混物。将维生素d预混物添加到主批次中，同时混合，然后在大约85℃加入颜料、香料和50％的柠檬酸溶液。将软糖浆沉积在硅胶模具中。对于批次c002，通过首先在60℃下将抗坏血酸、抗坏血酸钠溶解在去离子水中，同时混合，然后将生物素粉悬浮在溶解的溶液中，来制备生物素和维生素c的预混物。然后将生物素和维生素c的预混物在约85℃下添加到主批次中，再加入颜料、香料和50％的柠檬酸溶液，然后将软糖浆沉积在硅胶模具中。使用与上述相同的程序，对软糖可取出时间、°白利度、水活性、ph和质地特性进行了测试。[0059]表11.具有活性成分的两个批次的工艺和物理特性[0060][0061]观察到，以所描述的量添加普通脂溶性和水溶性维生素并不明显影响无淀粉软糖配方的关键物理特性和工艺特性。[0062]表12显示了四种使用明胶和果胶二者作为结构化剂的商业可得的软糖组合物产品的测量的°白利度、水活性和ph，结果是三次单独测量结果的平均值。为了测量这些产品的ph，将软糖组合物与温热的去离子水按1:1的重量比合并，并加热至溶解。在30℃下测量ph。四种商业可得的软糖组合物产品相对于本文所述的软糖组合物的明显区别是ph值更高以及°白利度值更高。鉴于这些更高的ph值和°白利度值，这些商业可得的软糖组合物产品可能不适合无淀粉的生产过程。[0063]表12.具有明胶和果胶的商业可得的软糖组合物及其测量的特性[0064][0065]进一步设计和进行批次，以研究不同食品级有机酸对软糖组合物的物理特性的潜在影响。表13显示了批次的配方。批次d001是使用50％柠檬酸溶液的配方。批次d002和d003是相同的配方，分别使用50％的苹果酸溶液和25％柠檬酸和25％苹果酸的混合溶液。[0066]表13.具有不同酸的配方[0067]成分d001d002d003水15.00％15.00％15.00％果胶(herbstreith&fox)1.50％1.50％1.50％270波罗姆的明胶(gelita)5.53％5.53％5.53％50％的柠檬酸溶液1.94％0％0.97％50％的苹果酸溶液0％1.94％0.97％糖37.00％37.00％37.00％43de玉米糖浆(cargill)18.50％18.50％18.50％63de玉米糖浆(cargill)21.00％21.00％21.00％颜料(chrhansen)0.10％0.10％0.10％香料(virginiadare)0.40％0.40％0.40％总计100％100％100％[0068]表14.表13的三个具有不同酸的批次的工艺和物理特性[0069][0070]观察到，用苹果酸或柠檬酸和苹果酸的组合代替柠檬酸并不明显影响无淀粉软糖配方的关键物理特性和工艺特性。当前第1页12当前第1页12