СМЕШАННАЯ ГЕЛЕВАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ
MIXED GEL SYSTEM AND PREPARATION METHOD THEREOF

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение касается способа получения смешанной гелевой системы, содержащей по меньшей мере один глобулярный белок по меньшей мере один полисахарид и по меньшей мере 50 мас.% воды, причем смешанная гелевая система содержит по меньшей мере две отдельные водные фазы, которые находятся в непосредственном контакте, включая белковую желатинизированную фазу и небелковую водную фазу. Согласно настоящему изобретению белковую желатинизированную фазу получают посредством холодного гелеобразования глобулярного белка, такого как белок молочной сыворотки, яичный белок или соевый белок.
Настоящее изобретение также касается регидратируемой смешанной гелевой системы, содержащей белковую желатинизированную фазу и небелковую фазу, а также сбора белковых частиц, содержащих ковалентно сшитый глобулярный белок.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Смешанные гелевые системы, содержащие две отдельные водные фазы, включая по меньшей мере одну желатинизированную водную фазу, описаны в прототипах.
В EP-A 0298561 (Unilever NV) описаны пищевые пластичные дисперсии, содержащие по меньшей мере две конденсированные водные фазы по меньшей мере одна из которых является непрерывной, причем дисперсия содержит агрегатобразующий желирующий агент и другой желирующий агент. Предпочтительные комбинации включают желирующий агент (a), выбранный из желатина, каппа-каррагенана, йота-каррагенана, альгината, агара, геллана, пектина или их смесей, и желирующий агент (b), выбранный из желирующего крахмала, денатурированного белка молочной сыворотки, денатурированного белка бычьей сыворотки крови, денатурированного соевого белка, микрокристаллической целлюлозы и их смесей.
В EP-A 1466630 (Wisconsin Alumni Research Foundation) раскрыт гибридный белковый-полисахаридный суперабсорбирующий гидрогель, содержащий ацилированную сшитую белковую матрицу; и анионную полисахаридную матрицу, взаимопроникающую с ацилированной сшитой белковой матрицей. Этот Европейский патент показывает образование сшитой белковой матрицы при добавлении карбоксильных фрагментов к лизильным остаткам в белковой матрице с получением ацилированной белковой матрицы и последующей сшивке ацилированной белковой матрицы при помощи бифункционального сшивающего реагента. Карбоксильные фрагменты предпочтительно добавляют к лизильным остаткам, обрабатывая белковую матрицу диангидридом этилендиаминтетрауксусной кислоты (EDTAD). Предпочтительным сшивающим агентом является глутаральдегид.
В статье Bryant и др. (Food Hydrocolloids 14 (2000) 383-390) сообщаются результаты исследования влияния ксантановой смолы на физические свойства растворов и гелей денатурированного нагреванием белка молочной сыворотки. Описано, как получают серии растворов денатурированного нагреванием белка молочной сыворотки, содержащие различные концентрации ксантановой смолы, посредством добавления меняющихся пропорций 2 мас.% раствора ксантановой смолы и дистиллированной воды к 10 мас.% растворам денатурированного нагреванием белка молочной сыворотки. Эти растворы перемешивают в течение 10 мин для растворения ксантановой смолы и затем добавляют раствор соли (4M NaCl). Добавление соли вызывает холодное гелеобразование денатурированного белка молочной сыворотки. Конечный состав растворов следующий: 8,5 мас.% белка, 0-02 мас.% ксантановой смолы и 200 мМ NaCl. Авторы делают вывод, что термодинамическая несовместимость ксантановой смолы и денатурированного нагреванием белка молочной сыворотки приводит к разделению фаз и образованию эмульсии типа «вода-в-воде».
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Заявители обнаружили, что особо полезные смешанные гелевые системы можно получить, используя комбинацию глобулярного белка и одного или более полисахаридов и индуцируя холодное гелеобразование глобулярного белка, применяя понижение pH. Более конкретно, настоящий способ включает в себя следующие стадии:
a. обеспечение суспензии белковых агрегатов глобулярного белка, которая способна к холодному гелеобразованию, причем указанная суспензия дополнительно содержит один или более полисахаридов; и
b. получение смешанной гелевой системы при индуцировании гелеобразования суспензии белковых агрегатов посредством понижения pH смешанной суспензии.
Настоящий метод дает возможность получения смешанных гелевых систем высоко воспроизводимым и регулируемым способом. В настоящем способе один или более полисахаридов могут быть диспергированы и гидратированы без существенного влияния глобулярных белков. Когда один или более полисахаридов полностью диспергированы и гидратированы, можно индуцировать гелеобразование глобулярного белка. Таким образом, можно очень эффективно регулировать комплексную динамику гелеобразования/загущения такой смешанной системы белок/полисахарид.
Изобретение также касается восстанавливаемой путем гидратации смешанной гелевой системы, содержащей по меньшей мере две отдельные водные фазы, включая белковую желатинизированную фазу и небелковую фазу, причем указанная смешанная гелевая система содержит:
a. желатинизированный глобулярный белок, выбранный из группы, включающей белки молочной сыворотки, яичные белки, соевые белки и их комбинации;
b. полисахарид, выбранный из группы, включающей галактоманнаны, каррагенаны, агар, пектины, пектиновые производные, производные целлюлозы, декстран, производные декстрана, геллановую смолу, ксантановую смолу, альгинат, крахмал, производные крахмала, инулин, производные инулина, экзополисахариды и их комбинации; в которых pH смешанной гелевой системы имеет значение в интервале «на 1 единицу выше и на 1,5 единицы ниже изоэлектрической точки глобулярного белка», и в которых смешанная гелевая система имеет показатель регидратации, составляющий по меньшей мере 2.
Кроме того, настоящее изобретение касается водной суспензии белковых частиц, содержащей по меньшей мере 50% глобулярного белка от массы сухих веществ, причем по меньшей мере 50 мас.% указанного глобулярного белка являются ковалентно сшитыми, указанный глобулярный белок выбран из группы, включающей белки молочной сыворотки, яичные белки, соевые белки и их комбинации, указанные частицы имеют диаметр, определенный объемно-массовым методом, в диапазоне 1-100 мкм и характеризуются тем, что частицы с диаметром, превосходящим 1 мкм, имеют среднюю шероховатость поверхности менее 1,2.
Настоящее изобретение также касается свободно текущего порошка, содержащего сухие белковые частицы, который можно гидратировать, получая суспензию белковых частиц, которая определена здесь ранее.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Первый аспект настоящего изобретения касается способа получения смешанной гелевой системы, содержащей по меньшей мере один глобулярный белок по меньшей мере один полисахарид и по меньшей мере 50 мас.% воды и содержащей по меньшей мере две отдельные водные фазы, которые находятся в непосредственном контакте, в том числе белковую желатинизированную фазу и небелковую водную фазу, причем указанный способ включает:
b. получение суспензии белковых агрегатов глобулярного белка, которая способна к холодному гелеобразованию, причем указанные агрегаты имеют гидродинамический радиус в диапазоне 10-500 нм, предпочтительно 15-200 нм, и указанная суспензия дополнительно содержит один или более полисахаридов; и
c. получение смешанной гелевой системы при индуцировании гелеобразования суспензии белковых агрегатов, содержащей один или более полисахаридов, посредством понижения рН смешанной суспензии.
Используемое здесь выражение "белковая желатинизированная фаза" относится к водной фазе, которая желатинизирована посредством образования трехмерного белкового каркаса.
Используемое здесь выражение "небелковая водная фаза" относится к водной фазе, которая не содержит белкового геля в виде трехмерного белкового каркаса. Предпочтительно, если указанная небелковая водная фаза содержит не более ограниченного количества белка, например, меньше 1 мас.%, более предпочтительно меньше 0,5 мас.%, наиболее предпочтительно меньше 0,2 мас.% белка.
Суспензию агрегатов глобулярного белка, содержащую один или более полисахаридов, можно получить, соответствующим образом осуществляя следующие стадии:
i. получение водного раствора или дисперсии, содержащей по меньшей мере 1% глобулярного белка от массы воды;
ii. если необходимо, регулирование pH раствора до значения по меньшей мере на 1 единицу выше изоэлектрической точки глобулярного белка;
iii. нагревание и/или повышение давления указанного водного раствора, таким образом, чтобы получить суспензию агрегатов глобулярного белка;
где один или более полисахаридов подмешивают к водному раствору или дисперсии и/или к суспензии белковых агрегатов.
По-другому, суспензию глобулярного белка можно получить, диспергируя порошок или суспензию предварительно полученных агрегатов глобулярного белка в воде. Один или более полисахаридов можно добавлять одновременно, до или после агрегатов глобулярного белка.
В случае, когда настоящий способ включает получение суспензии агрегатов глобулярного белка при нагревании и/или повышении давления, такой глобулярный белок должен быть в существенной степени неденатурированным до того, как его подвергают воздействию нагревания и/или высокого давления с целью получения суспензии белковых агрегатов. Если в настоящем способе применяют денатурированный глобулярный белок, то невозможно получить суспензию агрегированного глобулярного белка, который можно было бы сшить с образованием геля посредством понижения pH. Естественно, в настоящем способе можно использовать смесь нативного и денатурированного белка, при условии, что количество нативного белка является достаточным, чтобы сделать возможным получение белковой желатинизированной фазы.
Чтобы обеспечить преобразование раствора или дисперсии в существенной степени неденатурированного глобулярного белка в способную к холодному гелеобразованию суспензию белковых агрегатов, водный раствор или дисперсию нагревают до температуры по меньшей мере 60°C и ниже 159°C. Обычно по меньшей мере 70 мас.% глобулярного белка, присутствующего в водном растворе или дисперсии, агрегируются после тепловой обработки и/или воздействия повышенного давления. Предпочтительно, если по меньшей мере 90 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 95 мас.% глобулярного белка агрегируется после указанной обработки.
Смешанная гелевая система настоящего изобретения содержит по меньшей мере две отдельные водные фазы, которые находятся в непосредственном контакте, включая белковую желатинизированную фазу и небелковую водную фазу. Таким образом, смешанная гелевая система может, например, состоять по существу из непрерывной белковой желатинизированной фазы и дисперсной небелковой водной фазы. Дисперсная небелковая водная фаза может быть загущена или желатинизирована при помощи одного или нескольких полисахаридов, или она может фактически не содержать полисахаридов и глобулярного белка. По-другому, смешанная гелевая система может в существенной степени состоять из дисперсной белковой желатинизированной фазы и непрерывной небелковой водной фазы, причем небелковая фаза может быть желатинизирована или загущена при помощи одного или нескольких полисахаридов, или она может фактически не содержать полисахаридов и глобулярного белка. Другой вариант настоящей смешанной гелевой системы в существенной степени состоит из непрерывной белковой желатинизированной фазы и непрерывной небелковой водной фазы, которая к тому же может быть желатинизирована или загущена при помощи одного или нескольких полисахаридов, или которая может фактически не содержать полисахаридов и глобулярного белка.
Естественно, смешанные гелевые системы согласно настоящему изобретению могут содержать более двух отдельных фаз. Таким образом, смешанная гелевая система может содержать три или более отдельных водных фаз. Кроме того, смешанная система также может содержать жировую фазу, причем указанная фаза предпочтительно представляет собой дисперсную жировую фазу.
Используемое здесь выражение "отдельные", например, в отношении белковой желатинизированной фазы и небелковой водной фазы, означает, что фазы отчетливо разделены так, что можно показать наличие очевидной поверхности раздела между этими фазами. Существование двух отдельных фаз определяют соответствующим образом при помощи конфокальной сканирующей лазерной микроскопии, при этом белковую желатинизированную фазу подкрашивают подходящим красителем, например родамином B (см. пример 9).
Выражение "две отдельные водные фазы, которые находятся в непосредственном контакте" используют для получения ясности, что эти две отдельные водные фазы не отделяются друг от друга промежуточной фазой, как, например, в случае эмульсии типа «вода-масло-вода».
Настоящее изобретение дает преимущество в том, что можно использовать немодифицированные природные белки. Таким образом, в предпочтительном варианте глобулярный белок не ацилируют или не сшивают при помощи химического сшивающего реагента, например, бифункционального сшивающего реагента.
Гелеобразующий глобулярный белок, применяемый в настоящей смешанной гелевой системе, преимущественно выбран из группы, включающей белки молочной сыворотки, яичные белки, соевые белки и их комбинации. Более предпочтительный указанный глобулярный белок выбран из белков молочной сыворотки, яичных белков и их комбинаций. Наиболее предпочтительным глобулярным белком является белок молочной сыворотки. Выражение "белок молочной сыворотки" охватывает индивидуальные белки молочной сыворотки, например, (β-лактоглобулин и α-лактальбумин. Белки молочной сыворотки можно также соответствующим образом применять, например, в виде порошка молочной сыворотки, концентратов белков молочной сыворотки или изолятов белков молочной сыворотки.
Один или более полисахаридов, применяемых в смешанной гелевой системе, преимущественно, выбраны из группы, включающей галактоманнаны, каррагенаны, агар, пектины, производные пектина, производные целлюлозы, декстран, производные декстрана, геллановую смолу, ксантановую смолу, альгинат, крахмал, производные крахмала, инулин, производные инулина, экзополисахариды и их комбинации. Особо предпочтительные полисахариды включают галактоманнаны, каррагенаны, геллановую смолу, ксантановую смолу, пектины и их комбинации. Используемый здесь в отношении полисахаридов термин "производные" относится к полисахаридам, которые являются химически модифицированными, например, путем этерификации, карбоксиметилирования или гидролиза.
Один или более полисахаридов обычно используют при концентрации от 0,001 до 10 мас.%, предпочтительно от 0,005 до 8 мас.%, более предпочтительно от 001 до 5 мас.%.
Понижая рН суспензии агрегатов, содержащей один или более полисахаридов, можно индуцировать сшивку между агрегатами. Сначала происходит, главным образом, физическая сшивка. Однако на следующей стадии, в частности, в случае белка молочной сыворотки, может также происходить химическая ковалентная сшивка. Обычно pH суспензии агрегатов, содержащей один или более полисахаридов, понижают по меньшей мере на 0,5 единицы pH, предпочтительно по меньшей мере на 1,0 единицу pH, более предпочтительно по меньшей мере на 1,5 единицы pH, чтобы инициировать сшивку, достаточную для получения белкового геля. Сшивка происходит, когда pH понижают до уровня, близкого к изоэлектрической точке глобулярного белка. Предпочтительно понижать pH до значения в интервале «на 1 единицу выше и на 1,5 единицы ниже изоэлектрической точки глобулярного белка». Более предпочтительно понижать pH до значения в диапазоне «на 0,8 единицы выше и на 1 единицу ниже изоэлектрической точки глобулярного белка».
В предпочтительном варианте наибольшее количество присутствующего глобулярного белка является сшитым в виде белкового геля. Таким образом, в белковой желатинизированной фазе более 50 мас.% глобулярного белка ковалентно связаны. Еще предпочтительнее, если в белковой желатинизированной фазе ковалентно связаны по меньшей мере 70 мас.%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 80 мас.% глобулярного белка.
Один или более полисахаридов, применяемых в соответствии с настоящим изобретением, могут быть сконцентрированы в небелковой водной фазе или в белковой желатинизированной фазе, или, по-другому, эти полисахариды могут быть распределены в этих двух фазах. Возможно получить смешанную гелевую систему, содержащую небелковую водную фазу, которая практически не содержит полисахаридов, применяя отрицательно заряженный (анионный) полисахарид в комбинации с желатинизированной белковой фазой при pH ниже изоэлектрической точки белка.
Если при pH, используемых для получения смешанной гелевой системы, нет отрицательно заряженных полисахаридов, то небелковая водная фаза смешанной гелевой системы обычно содержит значительное количество одного или нескольких полисахаридов, например по меньшей мере 30 мас.%, более конкретно по меньшей мере 50 мас.%, еще конкретнее по меньшей мере 70 мас.%.
Согласно особо преимущественному варианту изобретения небелковую водную фазу загущают или желатинируют при помощи одного или более полисахаридов.
Согласно одному предпочтительному варианту изобретения смешанная гелевая система, получаемая после гелеобразования глобулярного белка, содержит дисперсную белковую желатинизированную фазу и непрерывную небелковую водную фазу. Еще более предпочтительно, если указанная непрерывная небелковая водная фаза является нежелатинизированной.
Удаляя непрерывную небелковую водную фазу, можно восстановить дисперсную белковую фазу в виде желатинизированных белковых частиц. Эти желатинизированные белковые частицы преимущественно можно использовать в качестве заменителя жира, вкусового агента, систем доставки лекарственных средств и др. Таким образом, в предпочтительном варианте дисперсную белковую желатинизированную фазу выделяют из смешанной гелевой системы, удаляя небелковую водную фазу и собирая выделенные белковые желатинизированные частицы. Еще более предпочтительно, если дисперсную белковую желатинизированную фазу выделяют из смешанной гелевой системы, удаляя небелковую водную фазу посредством гидроциклонирования, фильтрования, центрифугирования, седиментации и/или промывания. Еще более предпочтительно, если дисперсную белковую желатинизированную фазу выделяют из смешанной гелевой системы, удаляя небелковую водную фазу посредством промывания. Собранные частицы можно высушить соответствующим образом с получением восстанавливаемого гидратацией порошка.
Смешанные гелевые системы по настоящему изобретению могут содержать подходящие дополнительные компоненты кроме воды, глобулярного белка и полисахаридов. Примеры добавок, которые можно соответствующим образом вводить в настоящую смешанную гелевую систему, включают: красители, вкусовые агенты, консерванты, витамины, минералы, фармацевтически активные вещества, негелеобразующие белки, сахара, жир, эмульгаторы и др. Указанные выше добавки можно добавлять на разных стадиях настоящего способа, например, во время получения водного раствора или дисперсии, содержащей глобулярный белок. По-другому, добавки можно добавлять к суспензии агрегатов. В частности, если добавки чувствительны к условиям нагревания и/или давления, применяемым для получения суспензии белковых агрегатов, то может быть полезно включить добавки в суспензию белковых агрегатов до индуцирования гелеобразования.
Настоящая смешанная гелевая система может содержать соответствующим образом диспергированный липидный материал, например жир. Обычно настоящая смешанная гелевая система содержит от 60 до 98 мас.% воды и от 0 до 38 мас.% диспергированных липидов, причем вода и необязательные липиды вместе составляют по меньшей мере 90 мас.% смешанной гелевой системы. Примеры диспергированных липидов включают жир, эмульгаторы, флавоноиды, стерины и др.
Другой преимущественный вариант настоящего изобретения касается способа, в котором смешанная гелевая система, получаемая после гелеобразования глобулярного белка, содержит непрерывную белковую желатинизированную фазу и небелковую водную фазу. Небелковая водная фаза может представлять собой непрерывную фазу, или она может представлять собой дисперсную фазу, причем первая является предпочтительной. Взаимно непрерывная смешанная гелевая система дает преимущество в том, что небелковую фазу можно относительно легко удалить посредством прессования, тогда как непрерывная белковая фаза обеспечивает "структуру губки". Для облегчения удаления небелковой водной фазы указанная фаза предпочтительно является нежелатинизированной.
Заявители обнаружили, что эти типы смешанных гелевых систем можно дегидратировать, получая продукт, который предельно легко восстанавливает влагосодержание. Хотя заявители решили не ограничиваться теорией, полагают, что указанные выше смешанные гелевые системы действуют как губки, это означает, что их можно спрессовать и высушить с получением материалов, которые способны абсорбировать большое количество воды относительно своей собственной массы. Таким образом, этот дегидратированный продукт можно преимущественно применять в качестве абсорбирующей ткани при упаковке, в качестве гидроизолирующего слоя и др. В соответствии с этим преимущественным вариантом способ включает стадию дегидратации смешанной гелевой системы при удалении по меньшей мере 50 мас.% содержащейся в ней воды посредством прессования, центрифугирования и/или сушки. Еще более предпочтительно, если удаляют по меньшей мере 70 мас.%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 80 мас.% содержащейся в смешанной гелевой системе воды. В предпочтительном варианте воду удаляют при первом прессовании смешанной гелевой системы, удаляя по меньшей мере 20 мас.% воды, с последующей сушкой.
В случае, когда настоящий способ включает дегидратацию смешанной гелевой системы, указанная смешанная гелевая система преимущественно содержит две непрерывные фазы, причем одна представляет собой белковую желатинизированную фазу. Этот тип смешанного геля можно соответствующим образом дегидратировать, получая продукт, который очень легко и эффективно восстанавливается при гидратации. Согласно предпочтительному варианту небелковая водная фаза является загущенной фазой, в которой вязкость обеспечивается одним или несколькими полисахаридами.
В особо предпочтительном варианте способа, включающего дегидратацию, один или более полисахаридов в значительной степени состоят из анионных полисахаридов, таких как альгинаты, пектины, каррагенаны, геллановая смола, ксантановая смола и карбоксиметилцеллюлозы. Еще более предпочтительно, если по меньшей мере 60 мас.% полисахаридов, более предпочтительно по меньшей мере 80 мас.% одного или более полисахаридов представляют собой анионные полисахариды. Анионные полисахариды дают преимущества в том, что они могут связывать положительно заряженные белки, в особенности, при pH-значениях ниже изоэлектрического pH глобулярного белка. Таким образом, можно получить смешанные гелевые системы, которые содержат анионные полисахариды, образующие комплексы с положительно заряженным желатинизированным глобулярным белком. Содержание воды в этих смешанных гелевых системах можно понизить прессованием без значительной потери фракции анионных полисахаридов, даже если указанные полисахариды присутствуют не в виде полисахаридного геля.
Другой аспект изобретения касается восстанавливаемой путем гидратации смешанной гелевой системы, содержащей по меньшей мере две отдельных фазы, включая белковую желатинизированную фазу и небелковую фазу, причем указанная смешанная гелевая система содержит 0,01-40 мас.% воды и сухие вещества (указан % от массы сухих веществ):
a. 50-99,5 мас.% желатинизированного глобулярного белка, выбранного из группы, включающей белки молочной сыворотки, яичные белки, соевые белки и их комбинации;
b. 0,1-50 мас.% полисахарида, выбранного из группы, включающей галактоманнаны, каррагенаны, агар, пектины, производные пектина, производные целлюлозы, декстран, производные декстрана, геллановую смолу, ксантановую смолу, альгинат, крахмал, производные крахмала, инулин, производные инулина, экзополисахариды и их комбинации;
где pH смешанной гелевой системы имеет значение в интервале «на 1 единицу выше и на 1,5 единицы ниже изоэлектрической точки глобулярного белка», и где смешанная гелевая система имеет показатель регидратации по меньшей мере 2. Еще более предпочтительно, если pH смешанной гелевой системы имеет значение в интервале «на 0,8 единицы выше и на 1 единицу ниже изоэлектрической точки глобулярного белка».
Восстанавливаемая путем гидратации смешанная гелевая система предпочтительно имеет содержание воды меньше 30 мас.%, более предпочтительно меньше 20 мас.% и наиболее предпочтительно меньше 15 мас.%. Обычно восстанавливаемая путем гидратации смешанная гелевая система содержит по меньшей мере 0,01 мас.% воды.
Небелковая фаза в восстанавливаемой путем гидратации смешанной гелевой системе предпочтительно представляет собой непрерывную фазу. В другом предпочтительном варианте белковая желатинизированная фаза представляет собой непрерывную фазу. Наиболее предпочтительно, если обе фазы, небелковая фаза и белковая желатинизированная фаза, являются непрерывными.
Как объясняется здесь ранее, предпочтительно использовать анионные полисахариды, так как они дают возможность легкого получения восстанавливаемых путем гидратации смешанных гелевых систем без значительных потерь полисахаридов во время прессования. Следовательно, полисахарид восстанавливаемой путем гидратации гелевой системы преимущественно выбран из группы, включающей альгинаты, пектины, каоррагены, геллановую смолу, ксантановую смолу, карбоксиметилцеллюлозы и их комбинаций.
Согласно особо предпочтительному варианту восстанавливаемая путем гидратации смешанная гелевая система имеет показатель регидратации по меньшей мере 2,5, предпочтительно по меньшей мере 3, наиболее предпочтительно по меньшей мере 3,5. Показатель регидратации является индикатором количества воды, которое способен абсорбировать данный материал. Показатель регидратации рассчитывают из массы исходного материала и массы влажного материала, полученной при наличии избытка воды по прошествии периода, достаточного для достижения максимальной абсорбции, используя следующую формулу:
показатель регидратации = (влажная масса - сухая масса)/сухая масса.
Восстанавливаемая путем гидратации смешанная гелевая система по настоящему изобретению может соответствующим образом принимать форму порошка, агломерата или пленки. Восстанавливаемая путем гидратации смешанная гелевая система может также принимать форму формованного изделия, подобного восстанавливаемым путем гидратации макаронным изделиям (макаронам, спагетти и др.). Наиболее предпочтительно, если восстанавливаемая путем гидратации смешанная гелевая система представляет собой свободно текущий порошок.
Количество глобулярного белка, содержащегося в восстанавливаемой путем гидратации смешанной гелевой системе, предпочтительно составляет величину в диапазоне 70-99% от массы сухих веществ. Обычно по меньшей мере 50 мас.% глобулярного белка являются сшитыми. Предпочтительно, если сшитый белок составляет по меньшей мере 70 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 80 мас.% глобулярного белка, содержащегося в смешанной гелевой системе.
Как описано выше, смешанные гелевые системы, получаемые настоящим способом и содержащие дисперсную белковую желатинизированную фазу и непрерывную небелковую водную фазу, можно преимущественно использовать для получения желатинизированных белковых частиц. Таким образом, дополнительный аспект изобретения касается водной суспензии белковых частиц, содержащей по меньшей мере 50% глобулярного белка от массы сухих веществ, причем по меньшей мере 50 мас.% указанного глобулярного белка являются ковалентно сшитыми, указанный глобулярный белок выбран из группы, включающей белки молочной сыворотки, яичные белки, соевые белки и их комбинации, указанные частицы имеют диаметр, определяемый объемно-массовым методом, в диапазоне 1-100 мкм и характеризуются тем, что частицы с диаметром, превосходящим 1 мкм, имеют среднюю шероховатость поверхности менее 1,2, предпочтительно менее 1,15.
Шероховатость поверхности является показателем неровности поверхности частиц белка. Шероховатость поверхности рассчитывают по изображениям, полученным при помощи микроскопа (конфокального сканирующего лазерного микроскопа), используя программу для количественного анализа изображений (см. пример 9). Шероховатость поверхности определяют по следующей формуле:
шероховатость поверхности = измеряемый периметр/периметр эллипса с равными измерениями.
Настоящая суспензия белковых частиц обычно содержит 1-60 мас.% глобулярного белка, предпочтительно 3-40 мас.% глобулярного белка. Содержание воды указанной суспензии обычно составляет величину в диапазоне 99-60 мас.%, предпочтительно 97-60 мас.%. Непрерывная водная фаза по настоящему изобретению предпочтительно является нежелатинизированной.
Как объясняется здесь ранее, эти желатинизированные частицы можно преимущественно использовать в качестве заменителя жира, вкусового агента или систем доставки лекарственных средств и др. Настоящая суспензия демонстрирует текстуру, которую можно описать как маслянистую или похожую на мазь. Приятная текстура суспензии делает ее подходящей для применения в качестве основы продуктов, например, в заправках, майонезе, десертах, средах и мазях. Обычно в этих применениях можно применять настоящую суспензию преимущественно в качестве основы продуктов при концентрации, превосходящей 70 мас.%, предпочтительно, превосходящей 80 мас.%.
Заменители жира на основе водной суспензии белковых частиц, в особенности частиц белка молочной сыворотки, являются коммерчески доступными под торговой маркой Simplesse. Белковые частицы Simplesse отличаются от настоящих частиц тем, что они составлены из небольших агломерированных белковых частиц и имеют неправильную форму. Обычно агломераты Simplesse состоят из небольших частиц с диаметром, который обычно значительно меньше 1 мкм. В противоположность этому, настоящие частицы представляют собой шаровидные гранулы с диаметром, который обычно значительно больше 1 мкм. Кроме того, настоящие желатинизированные белковые частицы демонстрируют очень гладкую поверхность, как проиллюстрировано CSLM-изображениями, имеющимися в этом документе.
Заявители провели эксперименты, в которых получали 1 мас.% водную суспензию коммерчески доступного продукта Simplesse (Simplesse 100), диспергируя указанный продукт в обратноосмотической воде. В суспензии определяли распределение частиц по размерам, применяя лазерный дифрактометр Mastersizer 2000. Далее суспензию подвергали воздействию ультразвука в течение 2 ч. на ультразвуковой бане (Branson™, модель 2510). Снова определяли распределение частиц по размерам. Обнаружено, что в результате обработки ультразвуком объемная фракция частиц с диаметром менее 1 мкм увеличивается примерно от 40 до 90 об.%, это служит демонстрацией разрушения агломератов в процессе обработки ультразвуком. Проведение аналогичной обработки водной суспензии желатинизированных белковых частиц по настоящему изобретению не дает образования большой объемной фракции частиц с диаметром менее 1 мкм. Таким образом, настоящее изобретение также включает водную суспензию белковых частиц, содержащую по меньшей мере 50% глобулярного белка от массы сухих веществ, причем по меньшей мере 50 мас.% указанного глобулярного белка являются ковалентно сшитыми, указанный глобулярный белок выбран из группы, включающей белки молочной сыворотки, яичные белки, соевые белки и их комбинации, указанные частицы имеют объемно-массовый диаметр в диапазоне 1-100 мкм и характеризуются тем, что после 2 ч обработки ультразвуком по меньшей мере 60 об.%, предпочтительно по меньшей мере 80 об.%, более предпочтительно по меньшей мере 90 об.% желатинизированных белковых частиц имеют диаметр больше 1 мкм. Согласно другому предпочтительному варианту, после 2 ч обработки ультразвуком по меньшей мере 60 об.%, предпочтительно по меньшей мере 80 об.% частиц имеют диаметр больше 3 мкм, наиболее предпочтительно больше 5 мкм.
Указанные выше желатинизированные белковые частицы можно соответствующим образом высушить, получая свободно текущий порошок с содержанием воды менее 40 мас.%. Таким образом, настоящее изобретение также касается свободно текущего порошка с содержанием воды меньше 40 мас.%, предпочтительно меньше 30 мас.% и наиболее предпочтительно меньше 20 мас.%, который можно гидратировать, получая суспензию белковых частиц, которые определены здесь ранее. Для того чтобы свободно текущий порошок имел хорошие технологические свойства, предпочтительно, чтобы белковые частицы присутствовали в виде агломератов. Эти агломераты состоят из индивидуальных белковых частиц, которые слабо связаны вместе, так что они легко отделяются при диспергировании в воде, в особенности, при перемешивании. Агломераты желатинизированных белковых частиц можно получить подходящими методиками агломерации, известными в данной области. Предпочтительно, если свободно текущий порошок имеет средний объемно-массовый размер частиц по меньшей мере 30 мкм, более предпочтительно по меньшей мере 50 мкм и наиболее предпочтительно по меньшей мере 200 мкм. Обычно свободно текущий порошок имеет средний объемно-массовый размер частиц не более 2000 мкм, предпочтительно не более 1000 мкм.
Количество глобулярного белка, содержащегося в указанных выше белковых частицах, в суспензии или свободно текущем порошке, предпочтительно превышает 60%, более предпочтительно превышает 75% и наиболее предпочтительно превышает 90% от массы сухих веществ. Обычно по меньшей мере 50 мас.% глобулярного белка, присутствующего в белковых частицах, являются сшитыми. Предпочтительно по меньшей мере 70 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 80 мас.% глобулярного белка, содержащегося в смешанной гелевой системе, являются сшитыми. Изобретение дополнительно проиллюстрировано при помощи следующих примеров.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
Изолят белка молочной сыворотки (WPI; Bipro™ от Davisco Foots International Inc.; La Sueur, MN, USA) растворяют в воде при непрерывном перемешивании (2 ч при комнатной температуре). Растворимые WPI-агрегаты получают посредством инкубации раствора WPI порциями по 400 мл при начальной концентрации 9 мас.% и 68,5°C на водяной бане в течение 2,5 ч. Эта тепловая обработка дает в результате агрегацию белков более 95%. Растворы WPI-агрегатов охлаждают до комнатной температуры, используя проточную водопроводную воду (30 мин). Растворы WPI-агрегатов разводят до концентрации 3 мас.%, добавляя раствор смолы рожкового дерева. Предварительно готовят маточный раствор смолы рожкового дерева (lbg; C-130 от CP Kelco Inc.; Lille Skensved, Denmark) посредством гидратации порошка в течение ночи при 4°C с последующим нагреванием до 80°C в течение 30 мин при непрерывном перемешивании. Конечный состав смешанной суспензии белковых агрегатов и полисахаридов содержит 3,0 мас.% WPI-агрегатов и 0,175 мас.% смолы рожкового дерева.
Гелеообразование индуцируют, добавляя глюконо-5-лактон (GDL; Gluconal™ от Purac Biochem; Gorinchem, The Netherlands). Добавляют количество 0,25 мас.% для достижения значения pH приблизительно 4,8 после 20 ч инкубации при 25°C. Все анализы выполняют после инкубации образцов в течение 20 ч при 25°C.
Пример 2
Смешанную гелевую систему, полученную в примере 1, прессуют до 20% ее начальной высоты, используя универсальную исследовательскую систему Instron (модель 5543, Instron Corp.) для удаления части жидкости из геля. Спрессованный кусок геля (3,7 г) сушат при 60°C в течение 5 ч. Дегидратированный кусок геля (03 г) помещают в избыток воды и оставляют регидратироваться по меньшей мере на 2 час. Масса регидратированного материала составляет 1,5 г. Таким образом, показатель регидратации сухого куска геля равен 4((1,5-03)/03).
Пример 3
Повторяют пример 1, за исключением того, что задают концентрацию смолы рожкового дерева. Конечный состав смешанной гелевой системы содержит 3,0 мас.% WPI и 0,40 мас.% смолы рожкового дерева. Смешанную гелевую систему разводят равным объемом воды и центрифугируют в течение 15 мин при 4000g. Полученный осадок повторно суспендируют в воде, получая исходный объем, и вторично центрифугируют. Полученный таким образом белковый осадок снова суспендируют в воде до исходного объема. Распределение белковых частиц по размерам определяют, используя Malvern MasterSizer X (Malvern Instruments, Spring Lane South), и средний размер частиц приводят как диаметр, полученный при делении объема на величину поверхности:
n
d
i
j
где  равно количеству частиц с диаметром  и N равно общему количеству частиц.
3,2
Средний размер белковых частиц (d), полученных из этой смешанной гелевой системы, составляет 6,8 мкм.
Пример 4
3,2
Повторяют пример 3, за исключением того, что на стадии разведения вместо смолы рожкового дерева добавляют в качестве полисахарида пектин. Конечный состав смешанной гелевой системы содержит 3,0 мас.% WPI и 0,40 мас.% пектина (HM пектин, H-6 от CP Kelco Inc.; Lille Skensved, Denmark). Средний размер белковых частиц (d), полученных из этой смешанной гелевой системы, составляет 12,3 мкм.
Пример 5
3,2
Повторяют пример 3, за исключением того, что на стадии разведения вместо смолы рожкового дерева добавляют в качестве полисахарида геллановую смолу. Конечный состав смешанной гелевой системы содержит 3,0 мас.% WPI и 0,10 мас.% геллановой смолы (Kelcogel™ F от CP Kelco Inc.; Lille Skensved, Denmark). Средний размер частиц (d), полученных из этой смешанной гелевой системы, составляет 20,3 мкм.
Пример 6
Овальбумин (альбумин из белка куриных яиц категории III от Sigma-Aldrich, Zwijndrecht, the Netherlands) растворяют в воде при непрерывном перемешивании (2 ч при комнатной температуре). Растворимые белковые агрегаты получают посредством инкубации раствора овальбумина порциями по 400 мл при начальной концентрации 5 мас.% и 78°C на водяной бане в течение 22 ч. Результирующие растворы агрегатов овальбумина охлаждают до комнатной температуры, применяя проточную водопроводную воду (30 мин). Растворы белковых агрегатов разводят, добавляя раствор пектина. Конечный состав смешанных белковых агрегатов и суспензии полисахаридов содержит 2,0 мас.% овальбумина и 0,40 мас.% пектина.
Гелеобразование индуцируют, добавляя глюконо-5-лактон (GDL). Добавляют количество 0,16 мас.% для достижения значения pH приблизительно 4,8 после 20 ч инкубации при 25°C. Все исследования проводят после инкубации образцов в течение 20 час. при 25°C.
3,2
Смешанную гелевую систему разводят равным объемом воды и центрифугируют в течение 15 мин при 4000g. Полученный осадок повторно суспендируют в воде, получая исходный объем, и центрифугируют вторично. Этот белковый осадок снова суспендируют в воде до исходного объема. Распределение белковых частиц по размерам определяют согласно примеру 3. Средний размер белковых частиц (d), полученных из этой смешанной гелевой системы, составляет 25,3 мкм.
Пример 7
3,2
Повторяют пример 6, за исключением того, что на стадии разбавления вместо пектина добавляют в качестве полисахарида каппа-каррагенан. Конечный состав смешанной гелевой системы содержит 2,0 мас.% овальбумина и 0,20 мас.% каппа-каррагенана (C-40 от CP Kelco Inc.; Lille Skensved, Denmark). Средний размер белковых частиц (d), полученных из этой смешанной гелевой системы, составляет 15,3 мкм.
Пример 8
3,2
Повторяют пример 6, за исключением того, что на стадии разбавления вместо пектина добавляют в качестве полисахарида геллановую смолу. Конечный состав смешанной гелевой системы содержит 2,0 мас.% овальбумина и 0,20 мас.% геллановой смолы. Средний размер белковых частиц (d), полученных из этой смешанной гелевой системы, составляет 10,7 мкм.
Пример 9
Микроструктуры смешанных гелевых систем, полученных согласно примеру 1, анализируют методом конфокальной сканирующей лазерной микроскопии (CSLM). Исследованные смешанные гелевые системы содержат 3,0 мас.% WPI и 0,1 мас.% геллана (образец A); 3,0 мас.% WPI и 0,2 мас.% геллана (образец B) и 3,0 мас.% WPI и 0,3 мас.% смолы рожкового дерева (образец C). Смешанные гелевые системы разводят равным объемом воды и центрифугируют в течение 15 мин при 4000 g. Полученные осадки повторно суспендируют в воде, получая исходный объем, и центрифугируют вторично. Полученные таким образом белковые осадки снова суспендируют в воде до исходного объема. Аликвоты конечной суспензии белковых частиц смешивают с раствором родамина B (10 мкл 0,2 мас.% раствора на мл образца) и оставляют для гелеобразования внутри специальной CSLM-кюветы при 25°C.
Кроме того, получают суспензию, содержащую 2,5 мас.% Simplesse 100, смешивая порошкообразный Simplesse 100 с обратноосмотической водой и перемешивая в течение по меньшей мере 5 мин при помощи магнитной мешалки. Аликвоту этого образца смешивают с раствором родамина B, как описано выше (образец D).
Регистрируют CSLM-изображения (160 мкм×160 мкм) 4 упоминаемых выше образцов в NIZO food research B.V. (Ede, The Netherlands) на конфокальном сканирующем лазерном микроскопе LEICA TCS SP (Leica Microsystems CMS GmbH., Manheim, Germany), оснащенном обращенным микроскопом (модель Leica DM IRBE), используемым c Ar/Kr лазером видимого света в режиме с регистрацией отдельных фотонов. Используют линзы объективов Leica (63x/UV/1,25NA/водонепроницаемые/PL APO). Длину волны возбуждения устанавливают при 568 нм для родамина B с максимумом испускания при 625 нм. Файлы с цифровым изображением получают при совмещении нескольких изображений в формате tif и разрешении 1024×1024 пикселей.
CSLM-изображения образцов A, B и C, а также образца D (Simplesse ) представлены на фиг.1 (образец A), фиг.2 (образец B), фиг.3 (образец C) и фиг.4 (образец D).
2
Белковые частицы, полученные согласно способу по данному изобретению, имеют шаровидную форму с гладкой поверхностью. В противоположность этому, коммерчески доступные белковые частицы Simplesse имеют неправильную форму с неровной поверхностью. Неровность различных белковых частиц рассчитывают, применяя количественный анализ изображений к изображениям образцов A, B, C и D. Для этих целей используют пакет программ Leica QWin Pro (Leica, Microsystems Imaging Systems Ltd., Cambridge, UK). Для создания бинарного изображения применяют рутинные приемы детектирования «Detect» с использованием этого программного пакета. Затем применяют рутинные приемы определения особенностей «Measure Feature» с целью расчета для каждого индивидуального объекта в бинарном изображении следующих параметров (используя предел детектирования 10 пикселей): площадь (мкм), длина (мкм), ширина (мкм), периметр (мкм) и формат кадра (-). Длина и ширина представляют собой длинную и короткую оси объекта, при этом формат кадра представляет собой соотношение между этими двумя осями. Длину (L) и ширину (B) используют для расчета периметра соответствующего эллипса согласно следующей формуле:
P-эллипс = p*квадратный корень из (2((L/2)
+(B/2)
)-((L/2)-(B/2))
/2,458338
2
2
2
Неровности объектов на изображениях определяют как рассчитанный периметр, поделенный на периметр соответствующего эллипса. Абсолютно гладкие сферы имеют неровность, равную 1. Среднюю неровность рассчитывают для объекта с форматом, меньше или равным 1,25, чтобы избежать артефактов, появляющихся в результате соприкосновения объектов. Рассчитанная неровность для различных белковых частиц составляет 1,09, 1,06, 1,09 и 1,35, соответственно, для образца A, образца B, образца C и образца D.