食品和飲料添加劑的制作方法
【專利說明】食品和飲料添加劑
[0001] 本發明涉及用于包含在食品和飲料組合物中的添加劑。具體地講，本發明涉及可 用來提供獨特的口感或充當脂肪代用品的可食凝膠顆粒。本文描述的凝膠顆粒特別適合給 高檔飲料提供濃稠的、乳脂狀的質構，同時避免需要在飲料組合物中包含高脂肪水平。
[0002] 消費者對于在家庭環境中制作與咖啡館和餐館中生產的飲料相仿的飲料擁有極 大的興趣。但是，在近年來，消費者變得更具有健康意識，因此期望避免咖啡館生產高檔飲 料所依賴的高卡路里和油膩的成分。當考慮可以日常使用的家庭飲料制作機器而不是在咖 啡館偶爾消費的飲料時尤為如此。
[0003] 按需使用的飲料系統可用來在家庭中生產飲料。這些系統通常依賴于使用密封 的、可插入機器中的筒（cartridge)，筒中包含用于單份飲料的成分。將熱水引入到筒中，以 將飲料重組并沖入飲料接收器（receptacle)中。可在這些機器中生產的高檔飲料通常限 于熱巧克力、卡布奇諾咖啡（cappuccino)或拿鐵咖啡（latte)飲料，它們可通過引入被截 留的空氣或使用諸如乳固形物的成分來增稠。
[0004] 還已知在適合于飲料制作機器中使用的筒中包括增稠劑。例如，EP2233051公開 了使用增稠劑，包括熱可逆的膠凝增稠劑，如甲基纖維素。EP2233051還公開了將海藻酸鹽 與可包括在飲料組合物中的鈣離子組合使用。根據EP2233051，增稠劑的使用是為了提供更 濃稠的最終飲料。也就是說，向飲料筒中的成分加水會引發反應，該反應在飲料接收器中完 成。因此，最終飲料具有內部凝膠網絡，從而提供獨特的增稠飲料。但是，這些增稠劑的使 用會導致過度增稠的飲料，并且包括這些增稠劑的組合物對巴氏滅菌造成困難。另一個制 約是，重要的是在杯子中而不是在料合（capsule)中得到增強的質構，因為料合中的非常 高的稠度會使飲料制作/釀制無效果，導致缺乏固形物和口感的含水分多的飲料。
[0005]具體地講，當在飲料筒中使用功能成分時，特別是對于液體飲料成分而言，一旦它 們已被完全水化或加熱，它們常常僅僅實現它們的功能性（如增強的質構/膠凝或改進的 口感）。由于加工方面的限制（例如包裝物的巴氏滅菌方面），這通常制約了可在料合/筒 內包括的功能成分的數量和類型。這一點連同飲料制作期間的加水會導致口感的缺乏。
[0006] 因此，期望提供一種改進的食品或飲料添加劑和/或解決現有技術中的至少一些 問題，或至少提供其商業上有用的替代方案。
[0007] 因此，本發明的第一方面提供一種用于制造具有0. 1至20 ym的平均最長直徑的 可食凝膠顆粒的方法，該方法包括：
[0008] 將包括海藻酸鹽的溶液進行高剪切混合，同時向該溶液加入鈣離子源。
[0009] 現將進一步描述本發明。在以下各段落中更詳細地限定本發明的不同方面。如此 限定的每個方面都可與任何其他（一個或更多個）方面進行組合，除非明確地有相反的指 示。具體地講，任何被指出為優選的或有利的特征都可與任何其他被指出為優選的或有利 的（一個或更多個）特征進行組合。
[0010] 本發明人已發現了現有技術中的原位生產（produced-in-situ)的增稠劑的替代 方案。具體地講，本發明人已發現，制造可作為添加劑在食品和飲料中提供的凝膠小顆粒 (或"珠粒"）是有可能的。當然，所謂可食意指所述顆粒適于食用。
[0011] 本發明人已發現，這些顆粒對食品和飲料組合物的口感具有意料不到的作用。具 體地講，在流體環境中，這些顆粒表現為流體凝膠，而這些凝膠提供改進的質構感官品質。 不過，由于這些顆粒是預先膠凝的，它們不會形成原位膠凝系統可能獲得的擴展的膠凍狀 結構。相反，這些顆粒更接近地模仿大多數高檔乳脂狀飲料中存在的脂肪顆粒，但不會同樣 增添熱量含量。
[0012] 也就是說，本發明人已發現，使用新型的、預先膠凝的、表現得如同流體結構形式 的傳統增稠劑/膠凝劑，可實現類似的（但不同口感）效果。這可避免與傳統增稠劑的使 用相關的許多缺點。
[0013] 本發明人還已發現，這些顆粒的關鍵在于它們的熱穩定性。這個穩定性由根據本 文公開的方法制造這些顆粒而獲得。應認識到，微細的凝膠顆粒可簡單地通過將膨大的凝 膠結構進行細分來產生。但是，本發明人發現，這種顆粒缺乏本發明的方法所實現的熱穩定 性。不想受理論的約束，推測成分所經歷的混合的瞬時性質造成了更緊密結合、更不易分解 的凝膠顆粒的形成。相反，細分而成的凝膠似乎具有斷掉的鏈，且在加熱時更容易分解。
[0014] 因此，本發明方法提供了凝膠顆粒的制造。凝膠是本領域熟知的，具體地講，用鈣 離子形成的海藻酸鹽凝膠在本領域中熟知用于許多應用。
[0015] 凝膠顆粒具有0. 1至20 ym的平均最長直徑。這個直徑可容易地用光學方法測 量。光散射技術不能用來測量流體凝膠顆粒的尺寸，因為它們的折射指數與懸浮介質（水） 的折射指數非常近似。由于這個原因，使用裝備有照相機（日本佳能公司（Canon)的EOS 1000D)的光學顯微鏡（英國布魯內爾顯微鏡公司（Brunei Microscopes Ltd)的SP300F) 通過鏡檢測定顆粒的尺寸。采用偏振光來增加對比度，以便可以使用ImageJ軟件測量微凝 膠顆粒尺寸的平均直徑（總共50個顆粒），單位為像素。然后使用事先通過用已知的長度 方格圖（length graticulate)進行校準而獲得的轉換系數，將像素數轉換為毫米（mm)。
[0016] 優選地，凝膠顆粒具有1至10 ym、更優選3至8 iim的平均最長直徑。已發現這些 小顆粒在具有足夠的尺寸以便在最終飲料中可辨別與具有足夠的熱穩定性之間提供平衡。 更大的顆粒具有減低的穩定性，而更小的顆粒則不能充分地有助于最終產品的口感。
[0017] 優選地，凝膠顆粒的顆粒尺寸分布窄。顆粒尺寸分布可通過D50值、DlO值和D90 值來表征。這些參數是本領域熟知的，尤其是對于咖啡研磨尺寸而言。D90值是僅有10體 積％的顆粒具有更大尺寸時的值。優選地，凝膠顆粒具有至多50 y m、更優選至多20 y m、最 優選至多15 y m的D90。優選地，凝膠顆粒具有至少0.1 y m、更優選至少0. 5 y m的DlO。
[0018] 盡管凝膠顆粒的顆粒尺寸小，但它們在飲料中被消費時對口感具有顯著的作用。 理論認為，食品水性膠體（food hydrocolloids)的質構或口感與其薄膜流變行為及其整體 性質（bulk properties)有關。
[0019] 本發明方法包括高剪切混合的步驟。高剪切混合是本領域的術語，典型的高剪切 混合機通常是易得的。這種混合機被設計成確保混合機內至少有其中施加在待混合的組合 物上的剪切力非常高的區域。優選的高剪切混合機是銷攪拌機（pin-stirrer)，其在下文中 更詳細討論。
[0020] 用于形成顆粒的成分是包括海藻酸鹽的溶液和加到該溶液的鈣離子源。鈣離子是 在高剪切混合機內添加。本發明人發現，如果沒有這一點，混合機沒有實現具有相同的熱穩 定性的產品。也就是說，顯示出如果沒有鈣的高剪切添加，混合機僅僅是打碎預先膠凝的材 料，且產品易于熱分解。
[0021] 優選地，該溶液是水性溶液并以0. 1至10 % w/w范圍內、更優選0. 2至5 %范圍 內、最優選0. 5至3%范圍內的量包括海藻酸鹽。本發明人已發現，海藻酸鹽濃度可對最終 凝膠顆粒的顆粒尺寸具有影響。理論認為，較高的濃度導致在高剪切條件下產生更多小的 顆粒，因為在較大的海藻酸鹽含量下，這些顆粒可更快地形成。舉例來說，下表中示出可獲 得的顆粒尺寸。
[0022]表 1
[0023]
[0024] 優選地，海藻酸鹽包括從褐海藻提取的海藻酸鹽。術語"海藻酸鹽"是本領域公知 的。市售的海藻酸鹽往往源自各種海藻來源，因為這些來源是最具成本效益性的來源。不同 的海藻產生具有不同的單體組成和嵌段構造的海藻酸鹽，因此海藻酸鹽的鈣反應性可能取 決于其來源。具體地講，海藻酸鹽可包括包含D-甘露糖醛酸和L-古洛糖醛酸單體單元的線 性共聚物。這些單體可作為各個單體單元的嵌段（M嵌段或G嵌段）在海藻酸鹽分子中出 現，或作為其中單體接近于交替序列的區域在海藻酸鹽分子中出現。取決于其所含的甘露 糖醛酸（mannuronic acid)和古洛糖醛酸（guluronic acid)的比例，海藻酸鹽可稱為"高 M"或"高G"。高M海藻酸鹽的一個例子是從在加利福尼亞州沿岸收獲的巨藻（Macrocystis pyrifera)獲得的海藻酸鹽。海藻酸鹽增稠的一個機制被認為是，兩個扣住的G嵌段區域對 齊形成菱形