增強的天然甜味劑以及制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種天然增甜組合物，其包含至少一種基于植物的天然高強度增甜化合物的粗制混合物，所述增甜組合物通過如下方法制備，所述方法包括以下步驟：(a)汽提所述粗制混合物的步驟；以及(b)至少一個過濾所述粗制混合物的步驟。
【專利說明】增強的天然甜味劑以及制備方法
[0001]相關專利申請的交叉引用
[0002]本專利申請要求2011年2月8日提交的美國臨時申請序列號61/440，512的優先權,其內容以引入方式完全并入本文。
【背景技術】【技術領域】
[0003]本發明涉及增甜組合物。更具體地，本發明涉及具有增強風味屬性的天然甜味劑，以及制備該天然甜味劑的方法。
[0004]隨著越來越多的消費者有意識地選擇購買天然食物產品，天然食品的市場正在快速增長。為了保護與幫助消費者，政府機構例如加拿大食品檢驗局提出了保證多種食品成分的天然狀態的標準。
[0005]這種趨勢在甜味劑類別中也很明顯，其中天然甜味劑產品正贏得越來越多的青睞。許多消費者在尋找能提供他們想要的甜味而同時具有比糖的卡路里低的天然甜味劑。
[0006]即便如此，仍有一些低強度或高強度甜味劑通過使用化學處理(添加碳酸鈣、氧化鋁或其它澄清化學品)、或者使用離子交換樹脂處理、或者從非食品級溶劑結晶來生產。這些通常使用的方法不符合許多國家關于如何制備天然味道甜味劑的管理規定。
[0007]此外，許多人嘗試使用各種方法以通過使用天然成分來配制餐桌用甜味劑。通常，所述產品的配制經過調節以嘗試掩蓋或克服天然甜味劑產品中固有的不可取的味道感覺。在許多情況下，所得產品不再具有天然味道。相反，消費者發現這些產品中的一些具有類似人造糖果的風味。并且在一些情況下，消費者不喜歡的不可取的味道和風味仍然存在。
[0008]很明顯，消費者想要具有天然味道而沒有人造味道和/或苦味的天然甜味劑產品O
【發明內容】
[0009]本發明涉及天然增甜組合物，其包含至少一種基于植物的天然高強度增甜化合物的粗制混合物，所述增甜組合物通過如下方法制備，所述方法包括(a)汽提粗制混合物的步驟；以及(b)至少一個過濾所述粗制混合物的步驟。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1描繪了典型的汽提塔示意圖；
[0011]圖2描繪了根據本發明的一個實施例來加工提取物的工藝流程圖；
[0012]圖3描繪了根據本發明的另一個實施例來加工提取物的工藝流程圖；
[0013]圖4描繪了根據本發明的另一個實施例來加工提取物的工藝流程圖；
[0014]圖5描繪了根據本發明的另一個實施例來加工提取物的工藝流程圖；并且
[0015]圖6描繪了根據本發明的一個實施例來加工發酵罐產物的工藝流程圖。【具體實施方式】
[0016]如本文所用，I克“等效蔗糖甜度” (“SES”)應當理解為是指為提供與獨立的包含I克蔗糖的一杯8盎司水相同的甜度而需要加入一杯8盎司水中的低強度或高強度甜味劑的量。例如，約l/250g的萊苞迪甙A等于約I克SES，因為萊苞迪甙A比蔗糖甜約250倍。相似地，約l/50g的甘草素提供I克SES，因為甘草素比蔗糖甜約50倍。
[0017]如本文所用，低強度甜味劑提供每克固體介于0.5至2克之間的等效蔗糖甜度(SES)。其它植物來源的低強度甜味劑包括赤蘚醇、木糖醇、麥芽糖醇、麥芽低聚糖、甘露糖醇、山梨醇、塔格糖、葡萄糖、果糖和蔗糖。由于這些中的一些相比其它甜味劑甜度低，因此這些甜味劑的比例和濃度會影響所述組合物的甜度品質。
[0018]如本文所用，“高強度甜味劑”提供每克固體50克的等效蔗糖甜度(SES)。如本文所公開的基于植物的高強度甜味劑可為僧果的提取物或濃縮物，僧果還已知為羅漢果或甜葉菊(Stevia rebaudiana)。
[0019]如本文所用，“基于植物的”應當理解為是指自然地提供植物中主要甜度的化合物或化合物的組合。此外，應當理解，其包括通過酶或微生物手段改性的甜味劑，從而得到自然地提供植物中主要甜度的化合物或化合物的組合。
[0020]本發明人已研制出一種制備天然增甜組合物的方法，其生產天然味道的甜味劑產品。天然增甜組合物包括至少一種基于植物的天然高強度增甜化合物的提取物或粗制混合物，或者至少一種基于植物的天然低強度增甜化合物與至少一種基于植物的天然高強度增甜化合物的組合。所述組合物的這些組分與剩余的組分一起形成提取物或粗制混合物，所述提取物或粗制混合物通過(a)汽提處理，并且(b)通過至少一個過濾(澄清和/或萃取)步驟處理。
[0021 ] 粗制植物提取物通過汽提塔加工，從而產生汽提提取物。然后，過濾汽提提取物。例如，提取物混合物被泵入填料塔或板式塔的頂部，其中混合物與通過塔底部進入的蒸汽在塔中密切接觸。作為混合物與蒸汽之間接觸的結果，來自提取物混合物的揮發性組分傳送至氣相，從而純化提取物混合物。
[0022]汽提與過濾結合使用的條件和參數:
[0023]蒸汽與進料比率。蒸汽(例如，單位時間內進料中單位體積水蒸氣的千克數)與進料速率的比例可根據塔的效率和揮發性組分需要去除的程度而變化。
[0024]進料與蒸汽在入塔點的溫度。預熱進料和/或過度加熱蒸汽可一定程度上防止縮合，并且提高去除揮發物的操作效率。因此，必須維持熱平衡，使得保留足夠的液體以在液相中保持期望的非揮發性組分并且使其沿汽提塔移動。
[0025]塔與填料幾何形狀。塔的比例(高度相對于圓周)和填料的形狀應使得它將通過的上升的蒸氣或下降的液體的量最小化，使得兩相不能進行必要的接觸。優化地，液體和蒸氣在整個塔內密切接觸，使得塔以接近預測的理論板數操作。相似地，塔將在豎直位置操作，并且選擇的填料或再分布器提供最小的或無液體滯留。
[0026]產物產量與進料速率的比率最佳地接近1.0，但塔可以任選地操作以提高產物在底部相對于進料速率的出料速率。將得到一種更稀的產品，或者采用較小的相對于進料速率的底部物速率(較高的進料流的凈蒸發產生更濃縮的底部物)。[0027]在每種情況下，必須保證總和:
[0028]液體進料+蒸汽進料=底部物+頂部蒸氣
[0029]否則塔將集聚存儲液體并且將很快溢出。
[0030]液體和蒸氣進料的進入點和產物的出料可根據塔的設計和操作效率而改變。盡管以下例子說明/討論頂部進料與底部出料，但是還可以沿著塔軸向在一個或多個點處引入進料。此外，產物和/或蒸汽可在沿著塔的側面的一個或數個點處引入。該塔的操作條件在設計中是固有的，并且可進行選擇以得到相對于揮發性組分和非揮發物濃度的特定產物組合物。
[0031]理想地，蒸汽質量應與食品相容。然而，一些蒸汽發生器使用化學品或其它添加齊U(以保護鍋爐)，所述化學品或添加劑可能是揮發性的并且可能被帶入底部物中的產物中(或者頂部的蒸汽/蒸氣，如果其為期望的產物流)。因此，避免使用鍋爐化學品以便為所述工藝產生清潔的蒸汽是優選的。
[0032]在一個實施例中，實施汽提工藝使得蒸氣(蒸汽)與液體之間的接觸緊密并迅速。例如，這一點可通過使蒸汽流動與液體流動方向相反(逆流)的配置實施所述工藝來完成。汽提可由液體(向下)和蒸氣(向上)的逆流垂直完成。
[0033]作為另外一種選擇，汽提可由圖1所示的混合方式來完成。在圖1中，液體在液體通過堰的被動溢流(例如，如果在進料高于出料點處容器稍微傾斜)時由機械裝置(例如旋轉盤或通過噴灑)帶入氣相。
[0034]根據操作條件，其被認為是汽提，因為實際上液體流動與蒸汽流動逆向。
[0035]所述方法中另一個關鍵步驟是過濾步驟(澄清和/或分餾)，其中過濾用于純化液體，即通過從液體中分離顆粒來提取混合物。基本上，溶劑通過半滲透阻隔層。阻隔層中的孔徑決定了阻隔層的滲透性，允許小于孔徑的溶劑和顆粒通過阻隔層，同時保留或阻擋比孔大的顆粒。這提供了一種從液體溶劑中分離不期望組分的方法，從而得到經純化的液體，所述液體澄清并在阻隔層的一側被過濾，其中被去除的溶質顆粒在另一側。在一個優選的實施例中，膜過濾可用于去除細顆粒物、彩色顆粒、以及高分子物質例如蛋白質和多糖。膜過濾可被用于富集一些組分，同時貧化或去除其它組分。這一點確認基于尺寸的分離不需要為有效和適用而進行完全。在另一個實施例中，其它可以使用的用于過濾的靜態介質，例如使用樹脂珠的基于溶質或顆粒尺寸的過濾，從粘土或陶瓷制得的分子篩顆粒，以及其它類似材料等。
[0036]過濾步驟可在汽提步驟之前、之后，或在汽提步驟之前及之后進行。
[0037]膜分餾參數:
[0038]一種過濾形式為分子過濾，其用半滲透膜(膜分餾)過濾來完成。這基本上涉及根據它們分子的大小在膜兩側分配溶質。一般用于預測或建立溶質性質模型的經驗公式為:
[0039]% 截留率=(log (Cr/Co)) / (log (Vo/Vr)) X 100%
[0040]其中: Cr=截留液中給定溶質的濃度[0041 ] Co=原始溶液(進料)中給定溶質的濃度
[0042]Vo=進料原始體積
[0043]Vr=截留液體積
[0044]截留液=進料溶液的未通過膜的部分[0045]滲透液=進料溶液的通過膜的部分
[0046]由于溫度可影響膜的滲透性，從而影響溶質的％表觀截留率(%R)，因此所有膜分餾都采用一些適度的溫度控制。應當理解，產物的溫度將取決于期望的結果，并且可在加工/操作過程中經驗性地確定。在一個實施例中，產物的溫度在約15至約100°C的范圍內。
[0047]溶質的分子大小與形狀和體積以及溶質的電荷的關系比與其分子量(MW)的關系更大，但分子量可為一種區分哪種溶質可能或不可能通過膜的有用的方法。
[0048]植物提取物中復雜分子的尺寸和形狀可能受到其它溶質的影響，包括在汽提期間可能被去除的一些。
[0049]利用汽提過濾的本發明方法的一些實施例描繪于圖2-6中。圖2-6中所示的方法供選擇的替代方案示出了多種汽提和過濾加工(澄清和分餾)的組合。圖2描繪了提取物經汽提和分餾處理的工藝流程示意圖。圖3中示出了提取物經膜澄清、汽提和分餾處理的工藝流程示意圖。圖4中示出了提取物經汽提、膜澄清和分餾處理的工藝流程示意圖。圖5描繪了提取物經分餾和汽提處理、提取物經分餾處理之前任選地經膜澄清處理步驟的工藝流程示意圖。并且圖6中示出了提取物經發酵(酶改性)處理以形成發酵罐產物的工藝流程示意圖，所述產物經膜澄清、汽提和分餾處理。應當理解圖6示例性地說明一個具體的實施例，然而，發酵(酶改性)步驟可以在(i)膜澄清、(ii)汽提、或(iii)分餾之后發生。也就是說，發酵(酶改性)步驟以及后續的加工步驟的順序位置可被改變。所有組合均旨在作為本發明的一部分。
[0050]此處澄清指一種去除非常小的顆粒的過濾形式，所述顆粒小至細菌細胞或孢子、或可能一些病毒的大小。相比之下，分餾更多地在大分子水平或較小、至水分子的水平上。用于進行澄清或分餾的半透膜可由其孔隙率來表征。本領域的技術人員使用術語標稱截留分子量(nmwco)以根據能夠通過半透膜的分子大小的上限(或截留的下限)描述膜的孔隙率。由于有效孔隙率可隨操作溫度、系統壓力和溶質顆粒的幾何形狀、以及其它因素而變化，其應當理解為描述性的術語。膜的具體選擇是高度經驗性的，并且通常為實驗的結果。應當理解，澄清和過濾材料可為層壓產品，多孔金屬，或非金屬例如陶瓷、玻璃、碳，以及其它材料。
[0051]任選地，所述方法包括干燥步驟。可采用任何合適的干燥天然增甜組合物的裝置。
[0052]改善的天然風味的屬性可被更多地感知為甜味，具有較少的粗制植物提取物特有的“未熟的”味，減弱的來自不可取的提取組分(可能來自表面組分)的異味，或提取物中的苦味。
[0053]基于植物的天然低強度甜味劑包括但不限于水果來源的甜味劑，例如D-果糖，還已知為左旋糖D-阿糖-2-己酮糖，或者存在于許多水果中的“水果糖”。其它例子為濃縮的或干燥的果汁，例如來自蘋果、葡萄、或類似水果的果汁。
[0054]基于植物的天然高強度甜味劑包括但不限于來自甜菊(Stevia rebaudianaBertoni)的植物物質，來自甘草根光果甘草(Glycyrrhiza glabra)的植物物質，和/或來自多年生草本藤本植物水果的植物物質，中國南方特有的羅漢果(Siraitiagrosvenorii),已知為植物學同義詞羅漢果(Momordica grosvenorii)和羅漢果(Thladiantha grosvenorii)，僧果(通常叫做羅漢果)。
[0055]另外，本發明的增甜組合物中可包含多種成分。[0056]例如，可包含增量劑或其它載體材料。公開的或使用的那些包括低聚果糖(FOS)和其它纖維、麥芽低聚糖、以及赤蘚醇。赤蘚醇尤其流行，因為它可以減輕一些苦味。載體材料可以為簡單混合物的形式，或與高強度甜味劑共結晶。
[0057]其它水果提取物可有助于產生附加的、能夠引發甜味劑中“天然”的感覺的風味或顏色屬性。草莓或藍莓口味的糖漿或其它漿果的糖漿固體，以及多種濃縮的果汁包含許多有助于“天然”感覺的甜味和非甜味化合物。
[0058]這些甜味劑的制造者和使用者常常向甜味劑中添加其它組分，以克服令人不快的味道，例如苦味。
[0059]本發明的組合物中的另一種任選的成分為可溶性食物成分。可溶性食物成分可為例如低聚果糖(FOS)、耐消化麥芽糖糊精(例如FiberSol)、赤蘚醇、菊粉、糖類聚合物、或它們的任何組合。優選地，可溶性食物成分為纖維。
[0060]還可存在維生素和礦物質。
[0061]組合物可包含其它組分，包括風味劑、芳香劑、其它營養性組分、粘合劑、以及它們的混合物。
[0062]所公開的餐桌用甜味劑可為無定形的或結晶固體、液體或漿液。它們可通過本領域的技術人員已知的任何方法制備。
[0063]優選地，餐桌用甜味劑組合物具有小于2.5千卡每茶匙(在甜度上等于I茶匙蔗糖)的SES，但可對其進行配制以提供多種小于4千卡每克的SES的含熱量(蔗糖的卡路里值)。例如，使用本領域工作人員已知的技術配制所述組合物至任何實用密度，例如低堆積體積密度的噴霧干燥。
[0064]天然甜味劑組 合物具有小于2千卡每克的SES。在一個實施例中，增甜組合物具有小于I千卡每克的SES。在另一個實施例中，增甜組合物具有小于0.5千卡每克的SES。在另一個實施例中，增甜組合物具有小于0.25千卡每克的SES。
[0065]另外，天然甜味劑組合物具有約0.lg/cm3至約0.8g/cm3的密度。
[0066]天然甜味劑組合物具有載體材料與基于植物的天然高強度增甜化合物約1:1至約99:1的比率。在一個實施例中，載體材料與基于植物的天然高強度增甜化合物的比率為約10:1至約90:1。在另一個實施例中，載體材料與基于植物的天然高強度增甜化合物的比率為約25:1至約50:1。在另一個實施例中，載體材料與基于植物的天然高強度增甜化合物的比率為約30:1至約40:1。
[0067]餐桌用甜味劑組合物可由本領域的技術人員已知的任何形式提供。例如，小藥囊、
魚姑怨坐
寸 ο
[0068]除非另外定義，否則本文所用的所有科技術語的含義均與本發明所涉及領域的普通技術人員通常理解的相同。本文描述的材料、方法和實例僅為例證性的，并不旨在為限制性的。
[0069]以下提供的實例進一步說明了本發明的組合物和方法。這些實例僅是示例性的，并不旨在以任何方式限制本發明的范圍。
[0070]實例I
[0071]組合的汽提與膜過濾
[0072]提取:[0073]將干燥的、粗切的甜菊葉片(0.8kg)浸入Groen (型號:TDB/7_23)釜中的自來水(5.85kg)中，并且使混合物沸騰。混合物保持緩慢的將沸未沸幾分鐘，然后冷卻幾小時直至它剛好觸摸起來溫熱。從葉片物質中潷出含水溶液，并且手壓葉片以盡可能多地去除提取物。丟棄葉片物質，并且提取物被(3.8kg，較少樣品)載入汽提階段。提取物顏色很深且很渾濁，甚至在通過200目篩網過濾后也如此。
[0074]IHM:
[0075]汽提塔可單階段操作，但可增加額外的階段。存在三個部分:(1)頂蓋，其具有在塔身之上的進料入口和可連接至冷凝器的頂部物蒸氣出口 ；(2)塔身，其盛裝填料和支撐物；和(3)底部物出料口，其還具有偏離中心地定位的蒸汽入口，以防沿著塔流下的液體阻擋蒸汽進入塔身。塔的外部進行隔熱以使塔壁上的熱損失和冷凝最小化。
[0076]相對于固定的約96mL/min的蒸汽流量(作為冷凝物測量)，提取物在塔頂以約5mL/min的速度喂入。汽提塔底部物通過調節底部物出料口活塞的孔半連續地收集。經過約75分鐘收集大約6.7kg的經汽提的底部物(89mL/min ;約39mL/min的蒸汽冷凝物)。混合的汽提塔底部物作為樣品，其余的用于膜澄清階段。觀察到汽提塔底部物和汽提塔進料是一樣黑的，但是完全沒有粗提物的顯著的草本植物氣味，為經煮沸的甜葉菊樹葉的特征。
[0077]膜澄清:
[0078]使用KOCH膜測試裝置(KPN0210090)完成澄清，所述測試裝置安裝2000nmwco的1〃中空纖維測試濾芯(PM2)。汽提塔底部物在沒有背壓以建立流動的情況下再循環幾分鐘，然后通過逐漸夾緊在膜透過液一側的節流夾施加背壓，直至達到緩慢的透過液流量(約4mL/min)。直至收集1.25kg的透過液。收集透過液和截留液樣品作為保留樣品。透過液完全透明并具有輕微的金黃色。透過液和截留液均表現強烈的甜菊醇糖苷特征性的甜味，但透過液具有較不明顯的苦的余味。
[0079]由于膜分餾方法是非破環性的，因此可通過將來自透過液和截留液的組分加回至進料組合物而對其(Co)進行計算，如下所示:
[0080]Co=[ (CpXMp) + (CrXMr) ]/MoX 100%
[0081]其中:Cp=滲透液中給定溶質的濃度
[0082]Mp=滲透液的質量
[0083]表I示出了計算得到的代表性甜菊醇糖苷的％截留率。甜菊醇糖苷由相對于已知標準物的HPLC相對流動性鑒定，并由質譜儀確認。
[0084]表I
[0085]
【權利要求】
1.一種天然增甜組合物，包含至少一種基于植物的天然高強度增甜化合物的粗制混合物，所述增甜組合物通過包括以下步驟的方法來制備: (a)汽提所述粗制混合物的步驟；以及 (b)至少一個過濾所述粗制混合物的步驟。
2.根據權利要求1所述的組合物，其中所述基于植物的天然高強度增甜化合物為甜味職烯苷。
3.根據權利要求1所述的組合物，其中所述基于植物的天然高強度增甜化合物選自甜菊醇糖苷、甘草素(和相關的結構)、羅漢果甙、以及它們的混合物。
4.根據權利要求1所述的組合物，其中所述天然高強度甜味劑提取自甜葉菊(Steviarebaudiana)、光果甘草(Glycyrrhiza glabra)、羅漢果(Siraitia grosvenorii)、以及它們的混合物。
5.根據權利要求1所述的組合物，其中所述天然高強度甜味劑通過酶或微生物發酵來改性。
6.根據權利要求1所述的組合物，還包含風味調節劑。
7.根據權利要求1所述的組合物，其中所述增甜組合物經歷干燥過程。
8.根據權利要求1所述的組合物，其中所述增甜組合物與載體材料混合。
9.根據權利要求7所述的組合物，其中所述增甜組合物與所述載體材料共結晶。
10.根據權利要求1所述的組合物，其中所述增甜組合物具有小于0.25千卡每克的SES。
11.根據權利要求1所述的組合物，其中所述增甜組合物具有約0.lg/cm3至約0.Sg/cm3的密度。
12.根據權利要求7所述的組合物，其中所述增甜組合物具有載體材料與基于植物的天然高強度增甜化合物的約1:1至約99:1的比率。
13.根據權利要求7所述的組合物，其中所述增甜組合物具有載體材料與基于植物的天然高強度增甜化合物的約30:1至約40:1的比率。
14.根據權利要求1所述的組合物，其中所述組合物為粉末或濃縮物。
15.根據權利要求1所述的組合物，其中所述過濾步驟使用半透膜來執行。
16.根據權利要求1所述的組合物，其中所述過濾步驟在(i)所述汽提步驟之前、(ii)所述汽提步驟之后、或(iii)所述汽提步驟和所述汽提步驟之后的第二過濾步驟之前發生。
17.根據權利要求1所述的組合物，還包含基于植物的天然低強度增甜化合物。
18.根據權利要求1所述的組合物，其中所述粗制混合物包含所述基于植物的天然低強度增甜化合物。
19.根據權利要求1所述的組合物，其中所述基于植物的天然低強度增甜化合物為水果來源的甜味劑。
20.根據權利要求1所述的組合物，其中所述制備所述組合物的方法不包括用離子交換樹脂的處理、基于碳或基于樹脂的脫色劑的處理、或用基于碳的溶劑結晶。
【文檔編號】A23L1/236GK103442591SQ201280008034
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2012年2月7日 優先權日:2011年2月8日
【發明者】S·J·卡泰尼, J·L·納維亞 申請人:麥克內爾營養有限公司