СИСТЕМА КОНСЕРВИРОВАНИЯ НАПИТКОВ, ОСНОВАННАЯ НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПИМАРИЦИНА И ГАЗА В СВОБОДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ НАД ПРОДУКТОМ
SYSTEM OF BEVERAGE CONSERVATION BASED ON USE OF PYRAMYICIN AND GAS IN FREE SPACE ABOVE PRODUCT

По данной заявке испрашивается приоритет заявки № 61/758988, поданной 31 января 2013 г., полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к системам консервирования напитков и питьевым продуктам, содержащим такие системы консервирования. В частности, данное изобретение относится к системам консервирования напитков, включающим препараты, подходящие для удовлетворения потребительского спроса на здоровые и экологически безвредные ингредиенты.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Многие пищевые продукты и напитки содержат химические консерванты для продления срока годности продукта за счет ингибирования роста вызывающих порчу микроорганизмов (например, плесени, дрожжей, бактерий). Однако некоторые консерванты, используемые в настоящее время, как установлено, либо наносят ущерб здоровью и несут угрозу для окружающей среды, либо недостаточно стабильны. Таким образом, на рынке существует спрос на пищевые продукты и напитки, которые не содержат эти вредные консерванты и при этом имеют продолжительный срок годности.
Например, бензойную кислоту и ее соли широко используют в пищевых продуктах в качестве консервантов. Однако в некоторых напитках, содержащих витамин C и имеющих относительно высокое значение pH, небольшая часть бензойной кислоты и ее солей имеет тенденцию превращаться в бензол (количество часть на миллиард, (ppb)). Тепло и свет с определенными длинами волн увеличивают скорость этой реакции, так что необходимо принимать дополнительные меры предосторожности при производстве и хранении таких питьевых продуктов, в которых ингредиентами являются как бензоат, так и аскорбиновая кислота. Потребление бензола в питьевой воде также является проблемой общественного здравоохранения.
Этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА) и ее соли также являются обычными консервантами в питьевых продуктах. ЭДТА связывает ионы металлов и может влиять на их участие в разных химических реакциях. При повышенных концентрациях ЭДТА может служить для очистки сточных вод. ЭДТА стала серьезной экологической проблемой из-за ее устойчивости и сильных хелатообразующих свойств с металлами.
Полифосфаты представляют собой другой тип комплексообразователей, используемых в питьевых продуктах в качестве консервантов. Однако полифосфаты нестабильны в водном растворе и быстро распадаются при температуре окружающей среды. Распад полифосфатов приводит к органолептическим проблемам при употреблении питьевого продукта, например, вследствие изменения кислотности. Кроме того, срок хранения питьевых продуктов может не соблюдаться, поскольку концентрация полифосфатов снижается.
Необходимы новые системы консервирования для использования в напитках в качестве замены для систем консервирования, которые оказывают вредное воздействие на здоровье и/или окружающую среду, или недостаточно стабильны. Такие системы должны иметь улучшенные органолептические показатели. В публикации заявки США 2010/0323065 предложена система консервирования напитков, включающая комплекс пимарицин-циклодекстрин, для использования в напитках.
Целью настоящего изобретения является улучшение показателей стабильности и органолептических характеристик пимарицина и комплексов пимарицин-циклодекстрин, в частности, в кислых напитках. Другой целью является повышение эффективности пимарицина в низких концентрациях для предоставления потребителям доступных вариантов выбора.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Один из аспектов изобретения относится к питьевому продукту в герметичном контейнере. В частности, напиток содержит пимарицин в количестве от 0,1 до 1 ppm (часть на миллион) и циклодекстрин, а также газ в свободном пространстве над продуктом, инертный для ингредиентов в напитке, при этом давление газа в свободном пространстве над продуктом составляет по меньшей мере примерно 2 абсолютные атмосферы. Напиток имеет pH от 2,4 до 5,6 и количество кислорода, присутствующего в газе в свободном пространстве над продуктом, составляет менее 8300 микрограмм («мкг»).
Способ изготовления напитка в герметичном контейнере. Напиток, содержащий пимарицин в количестве от 0,1 до 1 ppm и циклодекстрин, добавляют в контейнер, при этом напиток имеет pH от 2,4 до 5,6. К напитку добавляют достаточное количество газа в свободное пространство над продуктом, инертного для ингредиентов, для создания давления по меньшей мере 2 абсолютные атмосферы, при этом количество кислорода, присутствующего в газе в свободном пространстве над продуктом, составляет менее 8300 мкг, и герметизируют контейнер.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
2
Фигура 1 демонстрирует рост вызывающих порчу микроорганизмов при низкой концентрации O.
Фигура 2 демонстрирует кинетику распада пимарицина в суррогатных напитках в отсутствие β-циклодекстрина.
2
Фигура 3 демонстрирует убыль пимарицина с течением времени в зависимости от содержания O (ppb) и наличия или отсутствия комплекса (смоделированного) при стандартной процедуре анализа (STP).
Фигура 4 демонстрирует кинетику распада пимарицина и начало порчи продукта.
2
Фигура 5 демонстрирует распад пимарицина в присутствии равного количества β-циклодекстрина, когда напиток подвергают давлению 3,7 объемов CO.
2
Фигура 6 демонстрирует, что при наличии давления от CO пимарицин в очень низкой концентрации (0,8 промилле) в присутствии равного количества циклодекстрина обеспечивает защиту от порчи, вызываемой дрожжами Zygosaccharomyces и Brettanomyces.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Настоящее изобретение относится к способу стабилизации пищевого противогрибкового средства, пимарицина, против разрушающего действия кислорода таким образом, что это не снижает активность пимарицина в отношении грибков, которые обычно вызывают порчу напитков с высокой кислотностью. Согласно изобретению не требуется исключение кислорода из напитков. Фактически, содержание кислорода в газированных напитках, как правило, является довольно высоким, составляя примерно половину от содержания кислорода в негазированных напитках. Удивительно, но количество пимарицина, необходимое для сохранения продукта, составляет всего 0,5 ppm(50 ppb), что по меньшей мере на порядок меньше, чем сообщается в литературе или раскрыто в различных патентах.
Настоящее изобретение основано на взаимодействии между газами, отличными от кислорода, давлении, оказываемом газами, отличными от кислорода, и комплексе циклодекстрина с пимарицином. Без привязки к какой-либо теории, изобретение может отражать тот факт, что давление вызывает размещение пимарицина в ядре молекулы циклодекстрина таким образом, что обычно реакционно-способные химические связи между атомами в пимарицине становятся недоступными для кислорода. Как показано в различных исследованиях, изобретение не зависит от уменьшения концентрации кислорода в напитке. Фактически, полученные данные свидетельствуют о том, что общая стабильность пимарицина в водной суспензии в виде комплекса с циклодекстрином лишь слегка улучшена по сравнению с одним только пимарицином на протяжении 16-недельного срока хранения. Даже в отсутствие зависимости от уменьшения содержания или удаления кислорода из жидкости, настоящее изобретение все же будет иметь преимущества в случае любого уменьшения содержания кислорода в напитке, которое удастся достигнуть.
2
2
2
2
2
H
Настоящее изобретение может быть понято в контексте физической химии, которая объясняет взаимодействие жидкостей и газов в контакте с жидкостью. Вода или любой водный напиток с водной фазой (>95% воды), поверхность которого соприкасается с атмосферой, будет содержать некоторое количество газов, присутствующих в атмосфере. Воздух состоит на 78,08% из азота (N), содержит 20,95% кислорода (O), 0,93% аргона и меньшие количества CO, гелия, криптона и водорода. N и O в совокупности составляют 99,04% от общего содержания газов в воздухе. Количество газа каждого типа, который поступает в раствор, легко определять, используя закон Генри и зная величину, известную как константа Генри (K). Закон Генри гласит, что при постоянной температуре количество газа, растворенного в жидкости определенного типа и объема, прямо пропорционально парциальному давлению этого газа в равновесии с жидкостью. Это соотношение может быть выражено математически следующим образом:
x
2
2
газа
H
2
2
H
2
2
-4
-3
-1
-1
Из данного уравнения следует, что концентрация газового компонента X в водной фазе равна произведению константы Генри для газа на парциальное давление этого газа в равновесии с жидкостью. Величина p представляет собой давление, оказываемое рассматриваемой молекулой в виде газа. При давлении в одну атмосферу парциальное давление N составляет 0,78 и для O оно составляет 0,2095. Константы Генри известны и легко доступны из различных литературных источников. Форма, в которой константа может быть выражена, варьируется. При выражении ее в размерности [моль /л*атм) значение K для N составляет 6,48×10 и для O оно составляет 1,28×10 в воде при 25°C. Значения будут немного меняться в зависимости от pH, наличия растворенного вещества и температуры. При одном и том же давлении значения K указывают на то, что азот будет хуже растворим в воде в расчете моль на моль. Разница в молекулярных массах для O и N (31,9988 против 28,0134, соответственно) подчеркивает различие, когда величину, выраженную в молях на литр, переводят в размерность граммов на литр. Концентрацию газов в жидкости можно выражать по-разному. В настоящем документе используют размерность количество частей на миллиард (ppb) (микрограмм⋅л, мкг⋅л, ppb).
2
2
2
2
Небольшое количество паров воды будет занимать газовую фазу, которая находится в контакте с жидкой водой. Если газовая фаза представляет собой воздух при температуре 25°C, парциальное давление для N и O составляет, соответственно, 0,7566 и 0,203 атмосферы. Используя соответствующие значения для константы Генри, можно установить, что концентрация N в воде составляет 1,372,84 ppb и концентрация O в воде составляет 8,320 ppb. Вычисленные значения можно подтверждать аналитическими методами.
2
В зависимости от высоты над уровнем моря и погодных условий атмосфера создает давление примерно в 1 атмосферу, что соответствует 14,7 фунтов на квадратный дюйм (psi). Если жидкость, такую как напиток, не подвергали обработке для удаления газа (деаэрации) или не вводили в нее газ под давлением, содержание газа в напитке при герметизации в контейнере не будет отличаться от того, которое имеет место в случае, если жидкость оставлять открытой на воздухе. Жидкость будет содержать количество газа O, аналогичное тому, которое рассчитано выше, примерно 8300 ppb.
Кроме того, поскольку контейнер закрывается крышкой, как правило, его нельзя заполнять до краев. Пространство, не занимаемое жидкостью, будет занято некоторым количеством газа. Как правило, объем, не занятый жидкостью, называют «свободным пространством над продуктом». Если свободное пространство над продуктом не продувать или не заменять газом, отличным от воздуха, атмосфера в свободном пространстве над продуктом будет представлять собой воздух. Если жидкость при 25°C находится в равновесии с воздухом в момент ее заполнения и герметизации в контейнере, воздух в области свободного пространства над продуктом в контейнере не будет создавать манометрическое давление выше нуля. Давление газа внутри контейнера (абсолютное) является таким же, как давление с внешней стороны контейнера, а манометры, как правило, показывают значения (манометрическое давление) только тогда, когда давление превышает абсолютное давление.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
-2
Как известно, водные напитки могут быть «газированными». Газирование представляет собой процесс растворения диоксида углерода в воде. Количество диоксида углерода, которое может поступать в раствор, определяется законом Генри таким же образом, как и в случае газов, содержащихся в воздухе. Константа Генри для CO составляет примерно 3,4×10 (моль/л*атм). При одном и том же парциальном давлении CO растворяется в 26 раз лучше, чем O. При использовании специально сконструированных сосудов можно создавать для воды атмосферу практически чистого, находящегося под давлением CO, так что в воде растворяется заранее определенный объем CO. В научной литературе принято выражать поглощение газа жидкостью в размерности миллилитров газа на литр жидкости. Литр воды при 15,5°C (60°F), которая находится в непосредственном контакте с газовой фазой, представляющей собой 1 атмосферу CO, будет поглощать ровно 1 миллилитр CO. Поскольку CO имеет плотность 1,96 г/мл при 15,5°C, также верно то, что при 15,5°C 1 атмосфера CO в непосредственном контакте с водой приведет к концентрации CO 1,96 г на литр. Поскольку давление газа составляет 1 атм, такая жидкость, заключенная в герметичный контейнер, будет иметь манометрическое давлением в 0 psi (абсолютное давление 1 атмосфера).
2
2
2
2
2
2
2
Основополагающие уравнения состояния газа определяют, что, если объемы жидкости и газа и температура остаются неизменными, удвоение количества газа в газовой фазе приведет к удвоению давления газа. Литр воды при 15,5°C (60°F), которая находится в контакте с CO, присутствующим при давлении 2 атмосферы (манометрическое давление 14,7 psi), будет поглощать 2 объема CO или 2*1,96 грамм CO. Именно с помощью такого процесса получают газированные напитки. Типичные объемы CO в напитках находятся в диапазоне от 2 до 4,5 объемов CO. Как правило, добавление к продукту диоксида углерода (CO) (газирование) осуществляют, подвергая поток напитка воздействию находящегося под давлением газообразного CO в сосуде высокого давления.
2
2
2
2
2
2
2
Газирование не преследует цель удаления других газов из воды. Для удаления измеримых количеств кислорода из воды воду необходимо подвергать процессу, известному как деаэрация. Воду, используемую в изготовлении напитка, можно подвергать или не подвергать деаэрации. Более того, степень или мера деаэрации варьируется в зависимости от категории продукта. Производители пива, как правило, используют интенсивный процесс деаэрации так, что содержание кислорода в упакованном пиве составляет менее 0,2 ppm (200 ppb). Производители газированных напитков используют менее интенсивные процессы деаэрации. Как правило, ингредиенты или готовые напитки не подвергают деаэрации какого-либо типа, чтобы избежать удаления летучих ароматических добавок. При заливке газированного напитка в контейнер небольшое количество CO выходит из напитка и поступает в область свободного пространства над продуктом. Вследствие этого, некоторое, но не все, количество воздуха, который занимал свободное пространство над продуктом, вытесняется. Данные исследования продукта с прилавков магазинов показывают, что содержание кислорода в разлитом в герметичную тару газированном напитке может находиться в диапазоне от 500 до >4500 ppb, и в среднем очень близко к 1200 ppb. Продукты, упакованные в стеклянную тару, как правило, имеют более высокие концентрации O, в пределах 750-4500 ppb, о чем свидетельствуют данные исследования продуктов от различных производственных компаний и из разных районов производства. Продукт в ПЭТ контейнерах изначально содержит O в концентрации примерно 1000-1500 ppb. Через некоторое время концентрация возрастает до 2500-3000 ppb. Это отражает тот факт, что ПЭТ является проницаемым для O и что в течение определенного периода времени сохраняется тенденция к возрастанию концентрации O в контейнере для достижения равновесия с атмосферой (примерно 8300 ppb). Начальная концентрация O в газированных напитках отражает ряд явлений. Как отмечалось ранее, воду, используемую для производства, обычно подвергают деаэрации. Воду, как правило, смешивают в различных соотношениях с концентратами. Как правило, концентраты не подвергают деаэрации, и они содержат измеримые количества кислорода. Кроме того, сразу после заливки в контейнеры определенное количество CO в свободном пространстве над продуктом заменяет некоторое количество воздуха.
2
2
Тот факт, что газированные напитки содержат измеримое количество кислорода, связан с двумя важными соображениями, касающимися устойчивости к порче, вызываемой различными микроорганизмами. Во-первых, некоторое количество кислорода доступно для микроорганизмов и избавляет микроорганизмы от использования менее эффективных метаболических путей выработки энергии, таких как брожение или анаэробное дыхание. Энергия, выработанная в метаболических путях, используется при сборке сложных молекул, необходимых для роста и размножения. Литературные данные свидетельствуют, что способность вызывать порчу продуктов у тех микроорганизмов, которые могут портить газированные напитки, не ограничивается из-за ограниченного содержания O. Это верно по крайней мере тогда, когда начальные концентрации кислорода превышают 200 ppb. Данные, полученные в настоящем исследовании, подтверждают это (пример предшествующего уровня 1, фигура 1). Как указано ранее, большинство газированных продуктов, включая пиво, имеют начальную концентрацию O, превышающую 1000 ppb. Во-вторых, количество кислорода, превышающее 1000 ppb, составляет относительно большую долю от количества кислорода, который присутствовал бы в необработанной воде (8350 ppb), соприкасающейся с воздухом.
2
2
2
В дополнение к подпитывающей функции O с точки зрения роста вызывающих порчу микроорганизмов, также верно то, что O может вызывать распад соединений через механизмы, которые не требуют расхода кислорода в реакции. Такие реакции являются следствием образования активных форм кислорода (ROS), при этом кислород служит лишь в качестве промежуточного соединения при переносе электронов в реакциях окислительно-восстановительного типа, которые в конечном счете приводят к распаду более сложных молекул, таких как пимарицин. В этом отношении, O действует как катализатор. Как и во многих реакциях с участием катализатора, количество кислорода, необходимое для протекания таких реакций, очень мало. В связи с этим, представляет интерес оценка стабильности пимарицина в растворе при различных условиях давления кислорода. Очевидно, что также представляет интерес установление того, способствует ли образование комплекса между пимарицином и β-циклодекстрином устойчивости пимарицина к распаду в результате реакции с кислородом. В предпосылочном примере 2, на фигуре 2, показано, как можно определять степень распада пимарицина в растворе. Вкратце, пимарицин имеет очень характерный спектр в УФ-видимой области с 3 отдельными максимумами поглощения. По мере распада пимарицина высота пиков уменьшается. Распад можно отслеживать по уменьшению высоты какого-либо одного пика максимума или по изменениям относительной высоты пиков.
2
При наличии метода мониторинга изменений концентрации пимарицина можно определять, распадается ли пимарицин по-разному в зависимости от таких переменных, как начальное давление кислорода в растворе. В примере предшествующего уровня 3, на фигуре 3, приведены результаты изучения распада пимарицина в течение периода времени в несколько месяцев в зависимости от начального давления кислорода и наличия или отсутствия комплекса между пимарицином и β(бета)-циклодекстрином. Судя по всему, пимарицин довольно быстро распадается, если он не входит в комплекс и если находится в воде, содержащей кислород в концентрации, превышающей 8500 ppb. Снижение концентрации кислорода до 3500 ppb заметно не влияет на скорость распада. Когда пимарицин находится в комплексе с β(бета)-циклодекстрином в присутствии 8500 ppb O, распад замедляется, но не предотвращается.
Известно, что пимарицин (натамицин) является противогрибковым средством, в значительной степени подверженным окислению. Распад пимарицина приводит к утрате противогрибковой активности. Было бы неверным предположение, что добавление пимарицина к суспензии микроорганизмов приводит к мгновенной ликвидации всех жизнеспособных микроорганизмов. В равной степени неверно считать, что все микроорганизмы уничтожаются или прекращают размножаться после воздействия пимарицина в течение нескольких часов или даже дней. Следует отметить, что измеряемые величины, такие как минимальная ингибирующая концентрация (MIC) или минимальная летальная концентрация (MLC), могут некоторым образом вводить в заблуждение. Технически, MLC представляет собой минимальную концентрацию, которая приводит к гибели некоторых, но не обязательно всех, микроорганизмов в популяции или образце. Аналогично, MIC представляет собой концентрацию вещества, которая служит для снижения скорости роста большинства, но не всех микроорганизмов в популяции. Через некоторое время микроорганизмы, которые являются более устойчивыми, чем средние микроорганизмы в популяции, могут продолжать расти с почти обычной скоростью. Важно отметить, что, если начальная концентрация противогрибкового средства была фактически ингибирующей для всей популяции, возможно, что распад противогрибкового средства вызовет падение эффективной концентрации, так что подгруппа микроорганизмов может возобновлять рост.
Фактически, именно этот результат был получен, когда микроорганизмы, способные вызывать порчу газированных напитков, присутствовали в напитке с различными начальными концентрациями пимарицина. В примере 2, таблице 1, приведены данные, свидетельствующие о том, что через несколько недель после начала исследования, в котором вызывающие порчу дрожжи были инокулированы в газированный напиток, содержащий пимарицин, начиналась порча продукта.
Начало порчи с течением времени зависит от начальной концентрации пимарицина. Данные таблицы подчеркивают относительно медленное начало развития порчи в течение относительно длительного периода времени, что, однако, также является неприемлемым с точки зрения ожидаемого срока годности. Важно отметить, что только те образцы, которые содержали 25 ppm пимарицина, не подвергались порче в течение срока годности.
2
2
В отсутствие аналитических данных о стабильности пимарицина в растворе данные о стабильности продукта с течением времени могут быть интерпретированы двояко. Либо распад пимарицина не происходит, и продукт портится из-за усиленного роста тех немногих микроорганизмов, которые были устойчивы к тому количеству пимарицина, которое присутствовало в продукте, либо порча происходит вследствие выживания и последующего усиленного роста микроорганизмов из-за распада пимарицина до концентрации ниже критической. Сильный аргумент в пользу последнего варианта приведен в примере предшествующего уровня 4, на фигуре 4. В нем распад пимарицина отслеживали от начальной концентрации 13 и 25 ppm параллельно с ранее установленной частотой порчи в образцах, которые изначально содержали 13 и 25 ppm. Следует напомнить, что среди оцениваемых образцов продукт, содержащий 25 ppm пимарицина, не подвергался порче и образцы, содержащие пимарицин в концентрации 13 ppm, в 33% случаев подвергались порче, но только через 80 дней инкубации. Совмещение времени начала порчи с графиком распада пимарицина в концентрации 13 ppm указывает на то, что порча возникает, когда концентрация пимарицина падает ниже 1,5-2 ppm. Не удивительно, что концентрация пимарицина в образцах, которые изначально содержали 25 ppm, не падала ниже диапазона 1,5-2 ppm во время ожидаемого срока хранения и, таким образом, порча не возникала. Следует отметить, что тест проводили в газированном напитке, содержащем 3,6 объемов CO. Продукт содержал свыше 2000 ppb O.
Данные результаты важны по двум причинам. Во-первых, если бы можно было поддерживать концентрацию пимарицина на уровне 2-3 ppm, то продукт можно было бы уберечь от порчи дрожжевыми микроорганизмами, вызывающими порчу газированных напитков, в течение периода времени, равного требуемому сроку годности продукта. Эти результаты просто удивительны и, в целом, являются неожиданными для специалистов в данной области. Как правило, известные значения MIC для разновидностей дрожжей, которые могут вызывать порчу газированных напитков, находятся в диапазоне по меньшей мере ≥10 ppm. Другим важным моментом является то, что любая возможность сохранения продукта при помощи пимарицина, судя по всему, предполагает исходное добавление вплоть до 25 ppm пимарицина. Это является проблематичным, поскольку добавление 25 ppm пимарицина является, в целом, нерентабельным и, что еще более важно, это количество выходит за пределы того, что разрешено регулирующими органами. Регулирующие органы часто накладывают ограничение на общее количество вещества, которое можно употреблять из всего количества продуктов, в которые добавлено вещество. Для пимарицина допустимая суточная доза (ДСД) (ADI) составляет порядка 0,3 мг на кг массы тела. Очень большая доля ДСД для пимарицина приходится на потребляемые мясные и сырные продукты. Поскольку регулирующие органы оценивают ДСД на основании начальной концентрации ингредиента, то не существует резерва на случай распада пимарицина с течением времени. Считается, что предельное содержание пимарицина в напитке не должно превышать 10 ppm и может составлять всего 5 ppm.
2
Учитывая все вышесказанное, нельзя использовать пимарицин в качестве консерванта в напитке, если только его начальная концентрация не будет менее 6 ppm и не будет сохраняться на протяжении периода времени, эквивалентного сроку годности (120 дней), на уровне по меньшей мере 2 ppm. Полученные результаты свидетельствуют, что пимарицин недостаточно стабилен в газированных напитках, несмотря на заметно сниженное содержание O по сравнению с негазированными жидкостями на водной основе. Кроме того, пимарицин, находящийся в комплексе с β-циклодекстрином, незначительно защищен от распада. Пимарицин в комплексе с β-циклодекстрином распадается со скоростью примерно 60% от скорости, с которой распадается пимарицин в отсутствие β-циклодекстрина. Хотя налицо определенное улучшение, начальная концентрация пимарицина в напитке все еще должна составлять 17-20 ppm для гарантии стабильности продукта.
Таким образом, было неожиданным и удивительным установление того факта, что пимарицин в комплексе с β-циклодекстрином остается в значительной степени стабильным, когда присутствует в растворе, находящемся под давлением газа, отличного от кислорода, в свободном пространстве над продуктом. В равной степени удивительно и неожиданно, что продукт может сохраняться при начальной концентрации пимарицина всего лишь 0,1-5 ppm. Особенно неожиданно было обнаружить, что продукт может сохраняться при концентрации пимарицина, составляющей 0,5-1 ppm, поскольку известно только одно другое вещество, которое является измеримо биостатическим при таких концентрациях (низин). Можно лишь предполагать, каким образом давление может способствовать эффективности. Точно так же, неясно, каким образом давление газа в свободном пространстве над продуктом может действовать в совокупности с β-циклодекстрином таким образом, что изменяет скорость распада пимарицина. Без привязки к какой-либо теории, возможно, что давление приводит к расположению части пимарицина, связанного ядром циклодекстрина, в таком положении, которое делает одну или более двойных связей менее доступными, чем в отсутствие градиента давления.
2
В случае раствора, подвергающегося давлению, производимому 3,7 объемами CO (32 psi при 60°F), картина распада пимарицина в комплексе с β-циклодекстрином сильно отличается от картины распада пимарицина без β-циклодекстрина. В первую очередь, относительная высота пика максимума сохраняется в течение долгого времени. Во-вторых, скорость распада, судя по всему, является двухрежимной (пример предшествующего уровня 5, фигура 5). В целом, химическая структура пимарицина, как правило, сохраняется в течение времени тестирования, и вполне вероятно, что это является очень важным фактором, благодаря которому пимарицин способен демонстрировать величину MIC, соответствующую невероятно низкой концентрации 0,8 ppm. Двухрежимная картина распада вероятно отражает тот факт, что пимарицин в отсутствие β-циклодекстрина распадается с иной скоростью, чем пимарицин, связанный с β-циклодекстрином. Фактически, при концентрациях ниже 20 ppm очень небольшое количество пимарицина будет связано с β-циклодекстрином. Похоже, что давление от газа в свободном пространстве над продуктом действительно может индуцировать образование комплекса (по оценкам, может быть связано до 37% пимарицина).
Вкратце, считается, что существует сильная корреляция между степенью окисления пимарицина и потерей им противогрибковой активности. Пимарицин может быть защищен от окисления путем двухэтапного процесса. Благодаря двухстадийному процессу биологическая активность пимарицина не только сохраняется, но, может быть даже усилена.
На первой стадии процесса пимарицин образует комплекс с β-циклодекстрином. Полученный комплекс относится к типу, известному как комплекс включения; один компонент (хозяин) образует полость, в которую вторая молекула (гость) может встраиваться без ковалентного присоединения. За счет образования комплекса пимарицин может присутствовать в водных растворах в концентрации, превышающей 400 промилле. Это особенность важна при формулировании продукта для подготовки к розливу. Как правило, ингредиенты при подготовке к формулированию смеси должны присутствовать в концентрации, которая по меньшей мере в 5 раз превышает концентрацию в конечном продукте. Именно поэтому ингредиенты готовят в виде концентрата и затем смешивают с водой таким образом, что происходит разбавление концентрата в 4 или 5 раз.
Разбавление, в результате которого концентрация пимарицина становится менее 20 ppm, является причиной того, что весь пимарицин не связан с β-циклодекстрином. Тем не менее имеющиеся на сегодняшний день данные свидетельствуют, что в случае раствора, содержащего пимарицин в концентрации ≤25 промилле, пимарицин будет вынужденно возвращаться в комплекс с β-циклодекстрином. Количество пимарицина в комплексе в несколько раз меньше, чем оно имеет место в комплексе, когда концентрация пимарицина превышает 25 ppm. Однако пимарицин, связанный с циклодекстрином, ощутимо защищен от распада. Кислород обычно присутствует в напитке в концентрации по меньшей мере 2500 ppb и вплоть до 5500 ppb. Распад имеет место, но в меньшей степени по сравнению с тем, что происходит в отсутствие β-циклодекстрина.
Очень важно понимать природу связи между пимарицином и β-циклодекстрином. Действие β-циклодекстрина заключается не в «растворении» пимарицина. Скорее, β-циклодекстрин служит в качестве молекулы-хозяина для пимарицина, гостевой молекулы. Полученный комплекс относится к типу, известному как комплекс включения; один компонент (хозяин) образует полость, в которую вторая молекула (гость) может встраиваться без ковалентного присоединения. Полученный комплекс относится к типу, известному как комплекс включения. Гостевая молекула предпочтительно располагается в пространстве, предоставленном хозяином, за счет ван-дер-ваальсовых взаимодействий. В отличие от образований, известных как клатраты, гостевая молекула не полностью заключена в оболочку, а располагается в отверстии кольца. В биохимическом смысле термина меньшую по размеру гостевую молекулу также можно называть «лигандом». Как правило, образование включения происходит только в том случае, когда концентрация гостевой молекулы превышает нормальный предел растворимости. В случае пимарицина нормальный предел растворимости находится в диапазоне 20-25 ppm в напитке с кислым pH при температуре 25°C. Однако под влиянием давления газа в свободном пространстве над продуктом пимарицин стимулируется к образованию комплекса с β-циклодекстрином даже когда концентрация пимарицина составляет менее 20 ppm. Часть пимарицина, которая вступает в комплекс с циклодекстрином, фактически очень мала по сравнению с константой связывания циклодекстрина для пимарицина, однако количества пимарицина, которое связывается, достаточно для целей сохранения от порчи газированного напитка.
-1
-1
В данном изобретении гостевым лигандом является пимарицин (натамицин) и молекулой-хозяином является β-циклодекстрин. Следует отметить, что пимарицин является относительно большой молекулой по сравнению со многими лигандами, которые, как правило, образуют комплекс с β-циклодекстрином. Вследствие этого, весь пимарицин не может разместиться в полости, образованной циклодекстрином. Это легко подтверждается при оценке размера полости в сравнении с размером молекулы пимарицина. Следовательно, часть молекулы выступает над плоскостью, образованной кольцевой структурой циклодекстрина. В условиях стандартной температуры окружающей среды и давления (25°C и 1 атм) комплекс включения из пимарицина с β-циклодекстрином позволяет пимарицину присутствовать в водной системе в гораздо большей концентрации, чем та, которая достижима в отсутствие β-циклодекстрина. В отсутствие β-циклодекстрина предел растворимости для пимарицина в водном растворе составляет примерно 20-25 мг⋅л. В случае образования комплекса с β-циклодекстрином возможно достигать концентрации 400 мг⋅л.
Напиток на водной основе, имеющий pH в диапазоне 2,4-5,6, содержится в герметичном контейнере и в непосредственном контакте с газом в свободном пространстве над продуктом, при этом концентрация пимарицина в растворе составляет не более 5 ppm. Возможно присутствие пимарицина в концентрации 1 промилле. Менее предпочтительной, но приемлемой является концентрация 0,5 ppm. Также должен присутствовать β-циклодекстрин в количестве, которое обеспечивает отношение пимарицина и β-циклодекстрина по меньшей мере 1:1. Данное отношение допускает образование достаточного количества комплекса, чтобы достаточное количество пимарицина сохранялось в течение 120 дней. Только часть пимарицина будет оставаться в комплексе с β-циклодекстрином, если общая концентрация пимарицина составляет менее 20-25 ppm. Эта часть будет зависеть от давления, оказываемого на жидкую часть напитка.
Напиток на водной основе содержится в герметичном контейнере и в непосредственном контакте с газом в свободном пространстве над продуктом. В конечном итоге, по прошествии времени (часов) будет достигнуто равновесие между газом, абсорбированном в жидкости, и газом, присутствующим в свободном пространстве над продуктом. По достижении равновесия, часть газа, который присутствует в жидкости и в свободном пространстве над продуктом, будет представлять собой кислород. По данному изобретению необходимо, чтобы количество кислорода составляло менее 8300 мкг. Предпочтительно, количество кислорода будет составлять не более 5000 мкг. Особенно предпочтительно, если содержание кислорода будет составлять менее 500 мкг. Следует отметить, что общее количество кислорода в свободном пространстве над продуктом можно выражать либо в виде концентрации (ppb), либо в виде количества (микрограмм). В настоящем документе и в прилагаемой формуле изобретения используют размерность «мкг», поскольку свободное пространство над продуктом не является постоянным для всех типов напитков и, таким образом, размерность «мкг» является немного более точной, если не известен тип напитка. Например, в примере предшествующего уровня 3 напиток известен, следовательно, размерность ppb является точной.
2
2
2
2
Кислород можно удалять из напитка несколькими способами. Газ, отличный от кислорода, можно пропускать через жидкость и это будет приводить к вытеснению O из раствора при условии, что газовая фаза над жидкостью будет содержать тот же газ, который использован для барботирования. Например, можно вытеснять O из раствора при помощи пропускания N, однако пространство над поверхностью жидкости следует освобождать от кислорода, вытесняемого из напитка потоком газа N.
2
Напиток на водной основе содержится в герметичном контейнере и в непосредственном контакте с газом в свободном пространстве над продуктом. Газ в свободном пространстве над продуктом должен присутствовать в количестве, которое будет оказывать давление на напиток, эквивалентное по меньшей мере 3 абсолютным атмосферам (манометрическое давление 2 атмосферы (44,08 psi абсолютное или 29,39 psi манометрическое)). Из соображений, не связанных со стабильностью продукта, давление газа может быть настолько большим, насколько это необходимо. Например, многие газированные напитки имеют объемы CO, составляющие 4,5-4,7, что создает давление 44 psi при 60°C.
2
Напиток на водной основе содержится в герметичном контейнере и в непосредственном контакте с газом в свободном пространстве над продуктом. Газ в свободном пространстве над продуктом должен присутствовать в количестве, которое будет оказывать давление на напиток, эквивалентное по меньшей мере 3 абсолютным атмосферам (манометрическое давление 2 атмосферы (44,08 psi абсолютное или 29,39 psi манометрическое)). Из соображений, не связанных со стабильностью продукта, давление газа может быть настолько большим, насколько это необходимо. Например, многие газированные напитки имеют объемы CO, составляющие 4,5-4,7, что создает давление 44 psi при 60°C.
2
2
2
2
2
2
Газ, используемый для создания давления, должен отличаться от кислорода. Газами, подходящими по мнению авторов изобретения, являются диоксид углерода (CO) или азот (N). Однако можно использовать и другие газы при условии, что газ является инертным по отношению к ингредиентам, содержащимся в напитке. Другие газы, которые, в основном, считаются инертными, включают аргон (Ar), моноксид азота, также известный как окись азота (NO), оксид диазота, также известный как закись азота, также известный как веселящий газ (NO), диоксид серы (SO), ксенон (Xe), неон (Ne) или гелий (He), моноксид углерода (CO). В сущности, эти газы следует использовать в количествах, аналогичных количествам N или CO, чтобы обеспечить давление более 2 атмосфер. Фактическое количество газа каждого типа, которое необходимо, можно легко определять и оно не будет сильно отличаться для газов разного типа.
Газ можно добавлять путем барботирования, при этом газ пропускают через жидкость, или сжиженный газ можно добавлять в виде капель, как это часто происходит в случае добавления азота (жидкого азота). Водные жидкости, поверхность которых соприкасается с воздухом, содержат в себе некоторое захваченное количество кислорода. Если его принудительно не удалять, кислород при установлении равновесия станет частью газа в свободном пространстве над продуктом. Можно также добавлять газ в жидкой форме, который затем вновь превращается в газ при смешивании с жидкостью, имеющей температуру, превышающую точку замерзания жидкости. Также можно заметно уменьшать количество газа (воздуха).
2
2
2
Изобретение применимо в диапазоне pH от 2,4 до по меньшей мере 5,6, в частности 2,8-4,4. pH не оказывает заметного влияния на давление газа в контейнере. Раствор и газ должны быть ограничены контейнером, который может быть герметизирован, однако контейнер не обязательно должен быть непроницаем для кислорода. Однако сам контейнер и его крышка должны заметно сдерживать проникновение O из атмосферы. Простое создание в контейнере давления газа, отличного от O, как правило, замедляет проникновение O через полимерные пленки, например, из полиэтилентерефталата (ПЭТ).
В настоящем документе напиток определяют как в основном водный раствор, содержащий до 16 процентов твердых веществ (что определяют с помощью рефрактометра) в форме сахара, питательных веществ (витаминов, энергетических добавок и так далее), ароматизаторов, красителей. Изобретение применимо для любого напитка с pH в диапазоне от 2,5 до 5,6. Например, изобретение можно применять в случае натурального заваренного чая, который, как правило, имеет pH около 5,5. Кроме того, изобретение можно применять в случае напитка любого состава, имеющего pH вплоть до 5,6. Такое значение pH может быть у ароматизированной воды некоторых видов или препаратов для возмещения электролитов.
Для устранения риска порчи продуктов бактериями или проблем со здоровьем людей, вызываемых патогенными бактериями из пищи, следует использовать физическое или химическое средство, иное, чем пимарицин, независимо от рН в целевом интервале. Пимарицин эффективен только против дрожжей и плесневых грибков. Средства, препятствующие избыточному размножению бактерий, довольно разнообразны. Слабые органические кислоты добавляют к напиткам многих видов, чтобы добиться величины pH ниже 4,5. В этом случае напиток приобретает регуляторный статус «подкисленной» пищи или «продуктового напитка с высоким содержанием кислоты». 100% соки, полученные из большинства фруктов, являются кислыми по своей природе и имеют pH менее 4,5. Такие продукты не поддерживают рост известных патогенных микроорганизмов, которые чаще всего ассоциируются с пищевой инфекцией.
Хотя и не поддерживая рост патогенов, такие продукты без добавления химических или физических средств могут поддерживать рост других микроорганизмов, таких как плесневые грибки, дрожжевые грибки, молочнокислые бактерии (МКБ), Alicyclobacillus и Acetobacter. Микроорганизмы, которые вызывают порчу продуктов, но не вызывают опасения с точки зрения здоровья, в настоящем документе имеют общее название «вызывающие порчу микроорганизмы». Часто можно подавлять рост этих микроорганизмов в напитках за счет недостаточных для удовлетворения ростовых потребностей бактерий концентраций пищевых добавок. В сущности, бактерии более требовательны к условиям, чем дрожжи и плесневые грибки. Например, многие виды вызывающих порчу бактерий нуждаются в присутствии одного или более витаминов для роста в напитках.
В дополнение или вместо депривации пищевых добавок комплекс β-циклодекстрина и пимарицина можно дополнять другими веществами, которые, как известно, обладают противомикробной активностью. Объединение двух или более противомикробных веществ в одном препарате позволяет создавать «множественный защитный эффект», при котором несколько метаболических процессов ингибируются до такой степени, что микроорганизм не способен расти и размножаться. С пимарицином можно использовать такие вещества, как секвестранты, органические кислоты и фенольные соединения, например, терпены. Поскольку использование комплекса β-циклодекстрина и пимарицина позволяет снижать концентрации других консервантов, создается преимущество с точки зрения стоимости или органолептических показателей. Система консервирования напитков может дополнительно включать сорбиновую кислоту, коричную кислоту, их соли, ЭДТА, этилендиамин-N,N'-диянтарную кислоту (EDDS), этилендиамин-N,N'-дималоновую кислоту (EDDM), этилендиамин-N,N'-диглютаровую кислоту (EDDG), гексаметафосфат натрия (SHMP), кислый метафосфат натрия (SAMP), фосфонат, бис-фосфонат, N-бис-фосфонат. Система консервирования напитков может дополнительно включать поглотитель свободных радикалов (антиоксидант), такой как аскорбиновая кислота.
Как правило, система консервирования напитков имеет предел для концентраций катионов хрома, алюминия, никеля, цинка, меди, марганца, кобальта, кальция, магния и железа в диапазоне примерно 1,0 мМ или менее, например, примерно от 0,5 мМ до 0,75 мМ, примерно 0,54 мМ или менее. Настоящее изобретение может, необязательно, включать использование воды для добавления к продукту, которая была обработана для удаления катионов металлов с целью достижения намеченных концентраций минералов, которые используются микроорганизмами в процессе роста. В отличие от основных положений US 6268003, предпочтительным способом обработки является обработка с помощью физических процессов обратного осмоса и/или электродеионизации. Обработка химическими средствами в соответствии с US 6268003 является приемлемой, но не предпочтительной. Использование химических средств для уменьшения жесткости воды часто приводит к увеличению концентрации определенных одновалентных катионов, например, катионов калия, что негативно влияет на эффективность изобретения, описанного в настоящем документе. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления добавляемая вода была обработана методом обратного осмоса, электродеионизации или обоими методами для снижения общей концентрации катионов металлов хрома, алюминия, никеля, цинка, меди, марганца, кобальта, кальция, магния и железа до примерно 1,0 мМ или менее.
Как известно в данной области, определения терминов «консервировать», «консервант» и «консервирование» не указывают конкретно период времени, в течение которого вещество или препарат будет сохраняться от порчи. Кроме того, термин «консервированный» может также означать отсутствие других явлений, помимо порчи микроорганизмами. Например, продукт может быть законсервирован от распада ингредиентов, потери органолептических характеристик или обесцвечивания. Следовательно, термин «консервирование» следует употреблять в контексте для того, чтобы передать какое-либо научное или практическое значение. При использовании в настоящем документе отдельные термины «консервировать», «консервант» и «консервирование» означают полное предотвращение порчи, возникающей вследствие присутствия и роста распространенного типа микроорганизмов, известных как микроорганизмы, вызывающие порчу в сильнокислой среде, в течение по меньшей мере 120 дней. Применительно конкретно к использованию пимарицина, описанного в данном документе, смысл терминов «консервирование», «консервант» и «консервировать» ограничен консервированием от дрожжей, которые способны вызывать порчу напитков с высокой кислотностью. Репрезентативными, но не исчерпывающими, типами дрожжей, для которых пимарицин является эффективным консервантом в настоящем изобретении, являются виды родов Brettanomyces, Saccharomyces, Zygosaccharomyces, Candida, Debaryomyces, Kloeckera, Rhodotorula и Toruolopis.
Период продолжительностью 120 дней, в течение которого продукт должен быть сохранен от порчи, отражает время, необходимое для транспортировки питьевого продукта от места его производства через каналы распределения в руки потребителя. Отсутствие порчи отмечают по отсутствию какого-либо свидетельства роста вызывающих порчу микроорганизмов (определяемого по мутности, путем подсчета жизнеспособных микроорганизмов, прямого подсчета микроорганизмов под микроскопом или другими стандартными методами подсчета) и по отсутствию какого-либо различимого изменения в свойствах продукта, которое обычно связано с метаболизмом вызывающих порчу микроорганизмов.
Используемый в настоящем документе термин «ингибировать» означает полностью останавливать или предотвращать.
Как правило, продукт законсервирован от порчи в условиях окружающей среды, которые включают полный диапазон температур во время хранения, транспортировки и в торговом зале (например, от 0°C до 40°C, от 10°C до 30°C, от 20°C до 25°C) без ограничения по продолжительности воздействия любой указанной температуры.
5,7
5,7
33
47
13
Пимарицин представляет собой природное биологически активное соединение, которое останавливает рост дрожжей и плесневых грибков. Другим распространенным названием пимарицина является натамицин. Систематическим названием натамицина по системе IUPAC является (IR, 3S, 5R, 7R, 8E, 12R, 14E, 16E, 18E, 20E, 22R, 24S, 25R, 26S)-{[3S, 4S, 5S, 6R)-4-амино-3,5-дигидрокси-6-метилoксан-2-ил]окси}-1,3,26-тригидрокси-12-метил-10-оксо-6,11,28-триоксатрицикло[22.3.1.0]октакоза-8,14,16,18,20-пентаен-25-карбоновая кислота. Второй версией названия по системе IUPAC для пимарицина (CHNO) является 22-[(3-амино-3,6-дидезокси-B-D-маннопиранoзил)окси]-1,3,26-тригидрокси-12-метил-10-оксо-6,11,28-триоксатрицикло[22.3.1.0]октакоза-8,14,16,18,20-пентаен-25-карбоновая кислота. Пимарицину был присвоен номер CAS 7681-93-8. Он одобрен для использования по меньшей мере в некоторых продуктах питания (например, Европейский номер пищевой добавки E235 (консервант) и E1201 (стабилизатор) и рекомендованная ДСД составляет 0-0,3 мг/кг массы тела.
ПИМАРИЦИН
Пимарицин представляет собой соединение белого цвета, без вкуса и без запаха. Противомикробная активность сохраняется при по меньшей мере коротких воздействиях температуры 120°F и не утрачивается ощутимо, если температура не превышает 356°F. К сожалению, пимарицин не очень хорошо растворяется в водных растворах. Его растворимость в чистой воде (25°C) составляет лишь 0,052 мг/мл (52 мг/л), если значение pH составляет примерно 6,4. (Пимарицин имеет одну карбоксильную группу, определяющую кислое значение pH).
«Минимальная ингибирующая концентрация» (MIC) является другим термином, для которого, как правило, не определяют и не подразумевают стандартный период времени. В области медицины MIC часто используют для обозначения концентрации вещества, которая приводит к остановке роста одного типа микроорганизмов при инкубации в течение ночи по сравнению с положительным контролем без добавления вещества (смотри Wikipedia). Однако остальная часть научного сообщества приняла, что термин MIC означает любое количество условий периода инкубации и степени ингибирования.
Даже в области медицины признают, что величина MIC через 24 часа инкубации может отличаться от величины через 48 часов или более. Иными словами, вещество может демонстрировать заметную величину MIC в течение первых 24 часов эксперимента, но не демонстрировать измеримую величину MIC в сравнении с положительным контролем через 48 часов.
2
2
2
2
Питьевые продукты по настоящему изобретению включают как негазированные, так и газированные напитки. В настоящем документе термин «газированный напиток» охватывает любое сочетание воды, сока, ароматизатора и подсластителя, которое предназначено для употребления в качестве безалкогольной жидкости и которое также изготовлено с содержанием диоксида углерода в концентрации 0,2 объемов CO или более. Термин «объем CO» означает количество диоксида углерода, абсорбированное жидкостью, при этом один объем CO равен 1,96 граммам диоксида углерода (CO) на литр продукта (0,0455 M) при 25°C. Неограничивающие примеры газированных напитков включают ароматизированные сельтерские воды, соки, колу, напиток из сока лимона и лайма, имбирный эль и напиток, ароматизированный сассафрасом, которые газированы, как это принято для безалкогольных напитков, а также напитки, предназначенные для оздоровления или профилактики благодаря содержанию метаболически активных веществ, таких как витамины, аминокислоты, белки, углеводы, липиды или их полимеры. Такие продукты также могут быть сформулированы с содержанием молока, кофе, чая или других растительных продуктов. Кроме того, можно формулировать такие напитки с содержанием одного или более нутрицевтиков. В настоящем документе «нутрицевтик» означает вещество, которое, как было показано, обладает, как минимум, общим или конкретным оздоровительным действием или улучшает самочувствие, как описано в профессиональных журналах или статьях. Нутрицевтики, однако, не обязательно обладают способностью лечить или предотвращать определенные медицинские состояния.
Используемый в настоящем документе термин «негазированный напиток» представляет собой любое сочетание воды и ингредиентов, которое предназначено для употребления в качестве безалкогольного напитка и которое содержит не более 0,2 объемов диоксида углерода. Неограничивающие примеры негазированных напитков включают ароматизированные воды, чай, кофе, нектары, напитки, минеральные напитки, напитки для спортсменов, витаминизированные воды, сокосодержащие напитки, пунши или концентрированные формы этих напитков, а также концентраты напитков, содержащие по меньшей мере примерно 45% по массе сока. Такие напитки могут быть дополнены витаминами, аминокислотами, белковыми, углеводными или жировыми веществами. Как отмечено, изобретение включает сокосодержащие продукты, либо газированные, либо негазированные. «Сокосодержащие напитки» или «соковые напитки», независимо от того, являются ли они газированными или негазированными, представляют собой продукты, содержащие некоторые или все компоненты из фруктов, овощей или орехов, либо их смесей, которые могут быть или суспендированы, или растворены в жидкой фракции природных плодов.
Используемый в настоящем документе термин «овощ» включает как плодоносящие, так и не плодоносящие, но съедобные части растений, такие как клубни, листья, кожура, и кроме того, если не указано иное, любые зерна, орехи, бобы и побеги, которые используют в качестве ароматизаторов соков или напитков. Если не существует специальных указаний местных, национальных или региональных регулирующих органов, избирательное удаление некоторых веществ (мякоти плодов, пектинов и так далее) не является фальсификацией сока.
В качестве примера, соковые продукты и соковые напитки можно получать из яблок, клюквы, груши, персика, сливы, абрикоса, нектарина, винограда, вишни, смородины, малины, крыжовника, ежевики, черники, клубники, лимона, апельсина, грейпфрута, маракуйи, мандарина, мирабели, помидоров, салата, сельдерея, шпината, капусты, кресс-салата, одуванчика, ревеня, моркови, свеклы, огурца, ананаса, аноны, кокоса, граната, гуавы, киви, манго, папайи, арбуза, архата, дыни, ананаса, банана или бананового пюре, лимона, манго, папайи, лайма, мандарина и их смесей. Предпочтительными соками являются соки цитрусовых, и наиболее предпочтительными являются не цитрусовые соки, из яблока, груши, клюквы, клубники, винограда, папайи, манго и вишни.
Изобретение можно использовать для сохранения композиции, которая, по существу, представляет собой 100% сок, но продукт не может быть маркирован как содержащий 100% сока. Изобретение можно использовать применительно к продуктам, содержащим сок, в которых концентрация сока составляет менее 100%. Снижение концентрации сока до уровня ниже 10%, как правило, способствует использованию консервантов в более низких концентрациях. Композиции, содержащие сок в концентрациях до 10%, могут быть законсервированы с помощью данного изобретения и, безусловно, напитки, содержащие менее 10% сока, будут законсервированы с помощью данного изобретения, напитки, содержащие не более 5% сока, будут законсервированы с помощью данного изобретения. Любой сок можно использовать для создания напитка по данному изобретению. Если нужен концентрат напитка, фруктовый сок концентрируют общепринятыми методами от примерно 12° по шкале Брикса до примерно 65° по шкале Брикса. Концентраты напитков, как правило, имеют 40° или выше по шкале Брикса (от примерно 40% до примерно 75% содержания сахара.)
A
Как правило, напитки имеют определенный диапазон кислотности. Кислотность напитка во многом определяется типом подкислителя, его концентрацией и склонностью протонов, связанных с кислотой, диссоциировать из кислоты, когда кислота поступает в раствор (pk). Любой раствор с измеряемой величиной pH в пределах 0-14 имеет некоторую кислотность, что отражается в измеряемой или рассчитываемой концентрации свободных протонов. Однако растворы с pH ниже 7, как правило, считаются кислыми и растворы с pH выше 7 считаются щелочными. Подкислитель может быть органическим или неорганическим. Неограничивающими примерами неорганических кислот являются фосфорные кислоты. Неограничивающими примерами органических кислот являются лимонная, яблочная, аскорбиновая, виннокаменная, молочная, глюконовая и янтарная кислоты. Неограничивающими примерами неорганических кислот являются соединения фосфорной кислоты, а также моно- и дикалиевые соли этих кислот. (Моно- и дикалиевые соли фосфорной кислоты имеют по меньшей мере один протон, который может вносить свой вклад в кислотность.)
Различные кислоты можно комбинировать с солями тех же или других кислот для регулирования pH или буферной емкости напитка до определенного значения pH или диапазона pH. Изобретение можно применять при значениях pH не более 2,6, однако изобретение будет иметь больший эффект при более высоком значении pH от 2,6 вплоть до 7,2. Для напитков с высокой кислотностью изобретение не ограничено типом подкислителя, используемого для подкисления продукта. Можно использовать соль практически любой органической кислоты, при условии, что она съедобна и не создает привкус. Выбор соли или смеси солей будет определяться растворимостью и вкусом. Цитрат, малат и аскорбат образуют съедобные комплексы, вкус которых считается вполне приемлемым, в частности, в напитках с фруктовыми соками. Виннокаменная кислота является приемлемой, в частности, в напитках с виноградным соком, как и молочная кислота. Жирные кислоты с более длинными цепями можно использовать, однако они могут влиять на вкус и растворимость в воде. Практически для всех целей подходят малат, глюконат, цитрат и аскорбат.
Некоторые иллюстративные варианты осуществления питьевого продукта по изобретению включают напитки для спортсменов (поддерживающие баланс электролитов) (газированные или негазированные). Типичные напитки для спортсменов содержат воду, сироп сахарозы, сироп глюкозы-фруктозы и натуральные или искусственные ароматизаторы. Эти напитки могут также содержать хлорид натрия, лимонную кислоту, цитрат натрия, монокалий фосфат, а также другие натуральные или искусственные вещества, служащие для поддержания баланса электролитов, теряемых в процессе потоотделения.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления настоящее изобретение также относится к питьевым композициям, дополненным жирорастворимыми витаминами. Неограничивающие примеры витаминов включают жирорастворимый витамин E или его сложные эфиры, витамин A или его сложные эфиры, витамин K и витамин D3, особенно витамин E и витамин E-ацетат. Форма добавки может представлять собой порошок, гель или жидкость, либо их сочетание. Жирорастворимые витамины можно добавлять в восполняющем количестве, то есть, достаточном для замены витамина, естественным образом присутствующего в напитке, таком как сок или молоко, который может быть утрачен или инактивирован в процессе переработки. Жирорастворимые витамины можно также добавлять в дополнительно питательном количестве, то есть, количестве витамина, рекомендуемом для употребления детьми или взрослыми в соответствии с РСН (RDA) и другими такими стандартами, предпочтительно от примерно одной до примерно трех РСН (рекомендуемая суточная норма). Другие витамины, которые можно добавлять в напитки, включают витамин B ниацин, пантотеновую кислоту, фолиевую кислоту, витамин D, витамин E, витамин B и тиамин. Эти витамины можно добавлять в количествах от 10% до 300% РСН.
Добавки: Изобретение может быть менее эффективным в случае присутствия пищевых добавок некоторых типов, но это не абсолютный факт и ситуация может меняться в зависимости от состава напитков. Степень снижения эффективности изобретения будет зависеть от природы добавки и конечной концентрации определенных катионов металлов в напитке из-за присутствия добавки. Например, добавки кальция могут снижать эффективность изобретения, но не до такой степени, как добавки хрома. Добавки кальция можно использовать в таком количестве, чтобы не было превышено критическое значение общей концентрации кальция. Источники кальция, совместимые с изобретением, включают комплексы кальция с органическими кислотами. В числе предпочтительных источников кальция можно назвать «кальция цитрат-малат», описанный в патенте США № 4786510 и патенте США № 4786518, выданном Nakel et al. (1988), а также патенте США № 4722847, выданном Heckert (1988). Другие источники кальция, совместимые с изобретением, включают ацетат кальция, тартрат кальция, лактат кальция, малат кальция, цитрат кальция, фосфат кальция, оротат кальция и их смеси. Хлорид кальция и сульфат кальция также можно включать; однако при высоких концентрациях они имеют вяжущий вкус.
Ароматизирующий компонент: Питьевые продукты по настоящему изобретению могут содержать ароматизаторы любого типа. Ароматизирующий компонент по настоящему изобретению включает ароматизаторы, выбранные из искусственных, натуральных ароматизаторов, растительных ароматизаторов, фруктовых ароматизаторов и их смесей. Термин «растительный ароматизатор» относится к ароматизаторам, полученным из частей растения, отличных от фруктов; то есть, полученным из бобов, орехов, коры, корней и листьев. Термин «растительный ароматизатор» также охватывает синтетические ароматизаторы, имитирующие растительные ароматизаторы, полученные из природных источников. Примеры таких ароматизаторов включают ароматы какао, шоколада, ванили, кофе, колы, чая и тому подобного. Растительные ароматизаторы могут быть получены из природных источников, таких как эфирные масла и экстракты, или могут быть получены синтетическими методами. Термин «фруктовые ароматизаторы» относится к ароматизаторам, полученным из съедобной репродуктивной части семенного растения, особенно содержащего сладкую мякоть вокруг семян. Термин «фруктовый ароматизатор» также охватывает синтетические ароматизаторы, имитирующие фруктовые ароматизаторы, полученные из природных источников.
Также можно использовать искусственные ароматизаторы. Неограничивающие примеры искусственных ароматизаторов, включая ароматы шоколада, клубники, ванили, колы, или искусственные ароматизаторы, которые имитируют природный аромат, можно использовать для создания негазированного или газированного напитка, ароматом напоминающего фрукты. Конкретное количество ароматизирующего компонента, эффективное для придания ароматических характеристик смешанным напиткам по настоящему изобретению («усиливающее аромат»), может зависеть от выбранного ароматизатора(ов), желаемого вкусового ощущения и формы ароматического компонента. Ароматизирующий компонент может составлять по меньшей мере 0,005% по массе от питьевой композиции.
В зависимости от конкретной ситуации система консервирования напитков по настоящему изобретению совместима с напитками, сформулированными для содержания водной эссенции. Используемый в настоящем документе термин «водная эссенция» относится к водорастворимым ароматическим и вкусовым материалам, которые получают из фруктовых соков. Водные эссенции могут представлять собой фракционированные, концентрированные или многократно концентрированные эссенции, или обогащенные дополнительными компонентами эссенции. Используемый в настоящем документе термин «эфирное масло» относится к нерастворимой в масле или воде фракции ароматических и вкусовых летучих веществ, полученных из соков. Апельсиновое эфирное масло представляет собой масляную фракцию, которая отделяется от водной эссенции, полученной путем выпаривания апельсинового сока. Эфирное масло можно фракционировать, концентрировать или обогащать. Используемый в настоящем документе термин «масло из кожуры» относится к ароматическим и вкусовым веществам, получаемым из апельсинов и других цитрусовых фруктов и состоящим в основном из терпеновых углеводородов, например, алифатических альдегидов и кетонов, окисленных терпенов и сесквитерпенов. В соках с цитрусовой ароматической добавкой используют от примерно 0,002% до примерно 1,0% водной эссенции и эфирного масла.
Компонент подсластителя: На функцию сохранения от микроорганизмов по настоящему изобретению питьевой композиции одинарной крепости не влияет тип подсластителей, присутствующих в напитке. Подсластитель может быть любым подсластителем, обычно используемым в напитках. Подсластители, подходящие для использования в различных вариантах осуществления напитков, раскрытых в настоящем документе, включают калорийные и некалорийные, натуральные и искусственные или синтетические подсластители. Подсластитель может включать моносахарид или дисахарид. Они должны быть в определенной степени свободны от загрязнения катионами металлов. Можно также использовать пептиды, имеющие сладкий вкус. Наиболее часто используемые сахариды включают сахарозу, фруктозу, декстрозу, мальтозу и лактозу, а также инвертированный сахар. Можно использовать смеси таких сахаров. Можно использовать другие природные углеводы, если продукт нужно сделать менее или более сладким. Подходящие некалорийные подсластители и сочетания таких подсластителей выбирают для желаемых питательных характеристик, вкусового профиля напитка, вкусовых ощущений и других органолептических факторов. Некалорийные искусственные подсластители, подходящие по меньшей мере для некоторых иллюстративных вариантов осуществления, включают, например, подсластители на основе пептидов, например, аспартам, неотам и алитам, и не пептидные подсластители, например, сахарин натрия, сахарин кальция, ацесульфам калия, цикламат натрия, цикламат кальция, неогесперидин дигидрохалькон и сукралозу. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления в питьевом продукте используют аспартам в качестве подсластителя, либо самостоятельно, либо с другими подсластителями. В некоторых других иллюстративных вариантах осуществления подсластитель включает аспартам и ацесульфам калия. Другие некалорийные подсластители, подходящие по меньшей мере для некоторых иллюстративных вариантов осуществления, включают, например, сорбит, маннит, ксилит, глициризин, D-тагатозу, эритрит, мезоэритрит, малит, мальтозу, лактозу, фруктоолигосахариды, порошок ло-хань го, могрозид V, глицирризин, стевиогликозиды, например, ребаудиозид A, ребаудиозид B, ребаудиозид C, ребаудиозид D, ребаудиозид E, стевиобиозид, стевиозид, дулькозид A и так далее, экстракт Stevia rebaudiana, ацесульфам, аспартам, другие дипептиды, цикламат, сукралозу, сахарин, ксилозу, арабинозу, изомальт, лактит, мальтит, трегалозу, рибозу, монатин и белковые подсластители, такие как тауматин, монеллин, браззеин, D-аланин и глицин, родственные соединения, а также смеси любых из них. Специалисты в данной области, ознакомившиеся с настоящим описанием, смогут выбрать подходящие некалорийные и калорийные подсластители и их сочетания. Количество подсластителя, эффективное в питьевых смесях по изобретению, зависит от конкретного используемого подсластителя и желаемой интенсивности сладкого вкуса.
Таким образом, аспекты изобретения относятся к питьевому продукту в герметичном контейнере, при этом напиток практически не подвергается порче микроорганизмами в течение по меньшей мере 16 недель хранения при комнатной температуре. Напиток может быть газированным напитком.
Напиток содержит пимарицин в количестве от 0,1 до 6 промилле, от 0,1 до 5 промилле, от 0,1 до 4 промилле, от 0,1 до 3 промилле или от 0,1 до 2 промилле. Напиток дополнительно содержит циклодекстрин. pH напитка составляет 2,4-5,6, в частности, 2,8-4,4.
Питьевой продукт дополнительно содержит газ в свободном пространстве над продуктом, инертный для ингредиентов в напитке, при этом давление газа в свободном пространстве над продуктом составляет по меньшей мере 2 абсолютные атмосферы. Количество кислорода, присутствующего в газе свободного пространства над продуктом, составляет менее 8300 мкг, менее 5000 мкг или менее 500 мкг.
В аспектах изобретения пимарицин и циклодекстрин добавляют к напитку в виде комплекса. Отношение пимарицина к циклодекстрину в комплексе составляет 1:1. Циклодекстрин может представлять собой β-циклодекстрин, α-циклодекстрин, γ-циклодекстрин, сульфобутиловый эфир β-циклодекстрина, гидроксипропил-β-циклодекстрин, произвольно метилированный β-циклодекстрин и мальтозил/димальтозил-β-циклодекстрин.
Дополнительные аспекты относятся к способу получения напитка в герметичном контейнере путем добавления в контейнер описанного выше напитка, последующего добавления достаточного количества газа в свободное пространство над продуктом, инертного для ингредиентов в напитке, с целью создания давления по меньшей мере 2 абсолютные атмосферы и герметизации контейнера. Как отмечалось выше, напиток может быть сформулирован путем добавления к напитку пимарицина и циклодекстрина в виде комплекса.
Пример предшествующего уровня 1
Концентрация кислорода может быть сдерживающим фактором для роста некоторых, но не всех, вызывающих порчу микроорганизмов. Микроорганизмы инокулировали в суррогатные питьевые композиции (2-5% сока, 12 брикс, pH 3,4) и оценивали на наличие видимого роста в течение 16 недель.

Содержание кислорода в образцах регулировали, нагревая образцы в водяной бане под слоем насыщенного водяного пара. Использование герметизирующих перегородок на контейнерах позволяло проводить инокуляцию после охлаждения образцов. Концентрацию кислорода устанавливали, используя датчики OXYSENSE, помещенные на соприкасающуюся с продуктом поверхность тестируемых сосудов. Для каждого типа микроорганизмов определяли диапазон давления кислорода, при котором либо поддерживался рост ( ), не поддерживался рост ( ), либо результат остался неизвестным ( ). Очевидно, что большинство организмов хорошо росли при концентрации кислорода всего лишь 100 ppb.
2
2
Как показано на фигуре 1, столбик, соответствующий каждому микроорганизму, был разделен на 3 диапазона 1) диапазон концентрации O, в котором рост был очевиден, 2) диапазон, который еще предстояло уточнить, и 3) диапазон, в котором, как показано, O ингибировал рост.
Пример предшествующего уровня 2
Пимарицин распадается относительно быстро, если находится в водной суспензии. На фигуре 2 приведен график отношения высот пика 1 и пика 2 УФ-видимой области спектра пимарицина в напитке (pH 3,4) в зависимости от времени (a). Как показано на фигуре 2, скорость распада можно установить по изменениям в наблюдаемой УФ-видимой области спектра пимарицина (вставка B). Свежеприготовленные образцы пимарицина в воде имели спектрограмму с 3 пиками: пик 1 (320 нм), пик 2 (304 нм) и пик 3 (291 нм). Спектр вставки также ясно показывает, что максимум поглощения для каждого пика меняется от одного пика к другому. Эти различия являются отражением сопряженной диеновой структуры пимарицина. Когда целостность сопряженной структуры уступает место распаду, относительная высота пиков меняется.
2
2
Характерной особенностью распада является изменение относительной высоты пика с течением времени. Распад пимарицина в газированном напитке (3,7 объема CO), содержащем 3700 ppb O, устанавливали по уменьшению высоты пика 1 (320 нм) относительно пика 3 (291 нм). Очень похожий график получали при сравнении относительной высоты пика 2 с высотой пика 3.
Пример предшествующего уровня 3
2
2
2
В воде, содержащей 8300 ppb O, пимарицин как таковой распадется немного быстрее, чем пимарицин в комплексе с β-циклодекстрином. Как показано на фигуре 3, пимарицин как таковой в воде, содержащей только 3500 ppm O, распадается примерно с такой же скоростью, что и пимарицин в воде, содержащей 8300 ppm O. Начальная концентрация пимарицина в комплексе составляет ≥400 ppm и, таким образом, пимарицин полностью связан с β-циклодекстрином. Измерения проводили в дистиллированной воде при нейтральном pH и температуре 25°C. Таким образом, независимо от наличия или отсутствия комплекса с циклодекстрином, пимарицин, находящийся в растворе, подвержен распаду с течением времени.
Предпосылочный пример 4
2
В присутствии пимарицина с неизмененной структурой ингибируется рост вызывающих порчу микроорганизмов. После нарушения целостности свободного пимарицина микроорганизмы получают возможность расти. Независимо от начальной концентрации, пимарицин в напитке с 3,7 объемами CO будет распадаться с одной и той же скоростью. Как правило, газированные напитки содержат значительное количество кислорода (>3500 ppb). См. фигуру 4. При начальной концентрации 13,5 ppm распад пимарицина является таким, что концентрация пимарицина падает до уровня ниже минимальной ингибирующей концентрации (…) примерно за 80 дней. В это время вызывающие порчу микроорганизмы начинают расти и вызывать порчу продукта (χ). Начальная концентрация 25 ppm пимарицина сменяется ощутимой степенью распада (α), однако концентрация пимарицина не падает ниже критической концентрации примерно 2 промилле и, таким образом, отсутствует порча от избыточного роста ранее инокулированных микроорганизмов.
Пример предшествующего уровня 5
2
Изменения в УФ-видимой области спектра пимарицина, находящегося в комплексе с β-циклодекстрином, в присутствии 3,7 объемов CO предполагают однородную картину распада в течение первых 20 дней с последующим сдвигом в сторону более медленного распада. См. фигуру 5. Это может быть отражением того факта, что не весь пимарицин в растворе связан с β-циклодекстрином.
2
2
Картина распада пимарицина в растворе с циклодекстрином под давлением, создаваемым 3,7 объемами CO, отличается от таковой в случае одного пимарицина в воде и под давлением в 1 атмосферу, создаваемым воздухом. Важно отметить, что относительная высота пиков (b) для пика 1 и пика 2 остается почти постоянной (в отличие от различающихся скоростей распада в отсутствие CO, (см. фигуру 2).
2
2
Распад все еще имеет место, о чем свидетельствует параллельное снижение максимума поглощения с течением времени как у пика 1, так и у пика 2 (A). Однако распад является двухрежимным. Примерно ½ пимарицина распадается относительно быстро на протяжении 20 дней (A), а затем скорость распада меняется и значительно снижается (через 20 дней). Такая картина вызывает обоснованное предположение о некоторой степени защиты сопряженной структуры в пимарицине от атаки со стороны активных форм кислорода. Самым простым объяснением является то, что некоторое, но не все, количество пимарицина вынужденно проникает в полость циклодекстрина вследствие давления со стороны CO и это позволяет некоторому, но не всему, количеству пимарицина уберечься от распада. Вероятно, происходит вызванное давлением встраивание пимарицина в полость циклодекстрина. В целом, скорость распада, по-видимому, значительно уменьшается, когда пимарицин присутствует в растворе с циклодекстрином и давлением, оказываемым CO.
Пример 1
2
2
-1
Проводили 16-недельное испытание суррогатного 2% виноградного сока (12 брикс) в бутылках объемом 9,8 унции, «стопках», от компании Mock Glass. Напитки газировали до 3,7 и 4,5 объемов. Пять контейнеров для каждого уровня CO оставляли без инокуляции, и они служили в качестве отрицательного контроля. Пять контейнеров для каждого уровня CO инокулировали объединенным инокулятом из штаммов Saccharomyces, Brettanomyces и Zygosaccharomyces так, чтобы достичь начальной плотности клеток 100 микроорганизмов на миллилитр. Эти образцы служили положительным контролем. В половину оставшихся контейнеров добавляли тот же инокулят и, кроме того, вводили пимарицин до концентрации 1,1 мг⋅л (мг на литр или мг/л). В оставшиеся контейнеры вводили пимарицин в комплексе с β-циклодекстрином таким образом, чтобы получить конечную концентрацию пимарицина 0,8 промилле. Затем все образцы хранили при 25°C в течение всего срока исследования. В ходе исследования в образцах определяли концентрацию пимарицина с помощью УФ-видимой спектроскопии. Результаты исследования представлены на фигуре 6.
Все образцы положительного контроля (без пимарицина или циклодекстрина) были испорчены в течение 3 дней (частота события 1=100%).
2
2
2
Начальная концентрация пимарицина в образцах без бета-циклодекстрина составляла 1,1 ppm и в образцах с пимарицином и бета-циклодекстрином она составляла 0,8 ppm. В образцах, содержащих пимарицин без циклодекстрина, первые признаки порчи появлялись через 20 дней, и через 100 дней частота случаев порчи среди аналогично сформулированных образцов составляла 0,6 (60%). Это было верно для образцов, сформулированных с 3,7 объемами CO (α) и 4,5 объемами CO (β). Пимарицин в отсутствие циклодекстрина, как показано, распадался с течением времени с периодом полураспада примерно 35 дней. Никакого роста микроорганизмов не было обнаружено в течение всего срока исследования в образцах, содержащих пимарицин и бета-циклодекстрин при либо 3,7 (B), либо 4,5 (X) объемах CO. Пимарицин в комплексе с β-циклодекстрином был стабилен в течение по меньшей мере 16 недель.
Сравнительный пример 1
2
2
2
Проводили 16-недельное испытание коммерческого газированного напитка из сока лимона и лайма, известного как Sierra Mist. Этот напиток газирован до содержания 3,6 объемов CO в ПЭТ контейнерах. В контейнеры отрицательного контроля инокулят не добавляли. В образцы положительного контроля инокулировали либо Zygosaccharomyces штаммов (907, 28, Marion, HP, Mt. Dew и SM Soiler), либо Brettanomyces штаммов Dan, HO, Cherry 7-UP, 1601-1 и SY-05). Эффективность пимарицина оценивали, когда он присутствовал в количестве (30 ppm), которое едва превышает предел растворимости (25 ppm) в напитках с высокой кислотностью, а также при 5 и 15 ppm. Затем все образцы хранили при температуре 25°C на протяжении всего исследования. Результаты исследования приведены в таблице 1 ниже. Ни один из образцов, содержащих эквивалент 30 мг пимарицина на мл, не был испорчен в период исследования (14 недель, 98 дней). 33% образцов, содержащих 15 ppm пимарицина, были испорчены и 100% образцов, содержащих 5 ppm пимарицина, были испорчены. Сравните эти результаты с результатами примера 1.
Начало порчи
Затраченное время
ppm пимарицина
недели
дни
0
5
15
25
0
0
0
0
0
0
1
7
100
0
0
0
2
14
100
0
0
0
3
21
100
0
0
0
4
28
100
0
0
0
5
35
100
0
0
0
6
42
100
0
0
0
7
49
100
0
0
0
8
56
100
0
0
0
9
63
100
75
0
0
10
70
100
75
0
0
11
77
100
100
33
0
12
84
100
100
33
0
13
91
100
100
33
0
14
98
100
100
33
0
15
105
100
100
33
0
16
112
100
100
33
0
17
119
100
100
33
0
18
126
100
100
33
0
19
133
100
100
33
0
20
140
100
100
33
0
21
147
100
100
33
0
22
154
100
100
33
0
23
161
100
100
33
0
24
168
100
100
33
0
Различные изменения и модификации можно применять без отступления от сущности и объема изобретения, которые определены в прилагаемой формуле изобретения.