СПОСОБ БИОКАТАЛИТИЧЕСКОЙ ФЕРМЕНТАЦИИ
METHOD OF BIOCATALYTIC FERMENTATION

Настоящее изобретение относится к способу получения жидких пищевых продуктов из сока или экстракта, имеющих содержание сухих веществ по шкале Брикса более 10°.
Ферментативное превращение сахара в кислоты с помощью карбогидратоксидазы и каталазы находит множество технологических применений, в частности в пищевой промышленности. В некоторых областях применения карбогидратоксидазу используют для удаления кислорода из пищевого продукта с целью сохранения его качества. В других областях применения желательно уменьшение содержания сахара в пищевом продукте.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Ферментативное превращение сахара в кислоты включает реакцию окисления/восстановления, катализируемую карбогидратоксидазой, в которой кислород является акцептором электронов. Кислород восстанавливается до перекиси водорода (НО): сахар + О + НО → сахарные кислоты + НО. Фермент каталаза катализирует реакцию: НО → НО +  О.
Если необходимо получение достаточного количества кислот, необходимо добавление каталазы для удаления перекиси водорода, которая является ингибитором карбогидратоксидазы. Также необходимо непрерывное снабжение реакционной среды кислородом, поскольку последний расходуется в процессе реакции.
2
2
2
2
2
Хорошо изученной карбогидратоксидазой является глюкозооксидаза (ЕС 1.1.3.4, GOX). Глюконовая кислота может быть получена путем превращения глюкозы в глюконовую кислоту с применением глюкозооксидазы. Данный процесс протекает через стадию образования глюконо-δ-лактона в водной среде в присутствии кислорода. Более того, в результате реакции образуется НО, которая эффективно ингибирует GOX уже при очень низких концентрациях. По этой причине, как правило, GOX используется в сочетании с ферментом каталазой (ЕС 1.11.1.6, CAT), что далее обозначается как система GOX/CAT, которая способна превращать НО в НО и кислород (Miron et al., 2004: А mathematical model for glucose oxidase kinetics, including inhibitory, deactivant and diffusional effects and their interactions. Enzyme and microbial technology, 34, 513-522; Wong et al., 2008: Glucose oxidase, natural occurrence, function, properties and industrial applications, Applied Microbial Biotechnology, 78, 927-938).
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Реакции под действием GOX: глюкоза + O + HO → глюконовая кислота + 2 НО, и под действием CAT: НО → НО +  О.
Биокаталитическая ферментация глюкозы посредством GOX требует присутствия кислорода. Присутствие кислорода обычно обеспечивается аэрацией субстратной смеси газом, содержащим кислород, например, воздухом. Аэрация может быть проведена путем введения воздушных пузырьков, содержащих кислород, в водные субстратные смеси с помощью различных систем, таких как, например, воздушный инжектор, аэрационная фритта (мембранная система) или аэрлифтный реактор с внутренним контуром. В связи с этим, стоит задача создания максимальной поверхности раздела фаз воздух-вода в течение максимального периода времени, чтобы достичь максимальной скорости диффузии кислорода из воздуха в субстратную смесь для обеспечения ферментативной реакции кислородом. Тем не менее, перенос из газа в жидкость представляет собой стадию, ограничивающую биоконверсию под действием GOX/CAT, что, как правило, имеет место во многих аэробных ферментационных процессах. Данный факт в основном обусловлен низкой растворимостью кислорода в воде, особенно в сравнении с растворимостью других глюкозных субстратов. Более интенсивный перенос кислорода из газа в жидкость может быть достигнут путем увеличения парциального давления кислорода во входящем газовом потоке (Klein et al., 2002, Biotransformation of glucose to gluconic acid by Aspergillus niger - study of mass transfer in airlift reactor, Biochemical Engineering Journal, 10, 197-205).
В WO-A-96/35800 описан процесс ферментативного превращения глюкозы в глюконовую кислоту с помощью глюкозооксидазы и каталазы. Значение рН раствора стабилизируют путем добавления буферных веществ или основных веществ для достижения максимальных скоростей превращения. WO-A-97/24454 относится к получению глюконовой кислоты из глюкозы. Авторы также рекомендуют поддержание рН раствора глюкозы в диапазоне от примерно 5 до примерно 7. В WO-A-03/031635 описано образование глюконата кальция путем превращения глюкозы в глюконовую кислоту в присутствии кальциевого основания, такого как оксид кальция, гидроксид кальция и/или карбонат кальция, которое нейтрализует глюконовую кислоту и при этом служит в качестве источника кальция. Таким образом, способы, заявленные в указанных заявках, предусматривают их проведение в условиях, оптимальных для активности ферментов, что достигается путем обеспечения рН посредством буфера для предотвращения ингибирования вследствие низких значений рН. Аэрация достигается путем пропускания кислорода при потоке воздуха от 1 до 2 л/л субстрата/мин. В WO-A-2010/106170 описан способ получения кислых напитков с применением карбогидратоксидазы и каталазы для превращения глюкозы в глюконовую кислоту. Температура реакции находится в диапазоне от 25°С до 45°С, а рН поддерживается путем добавления основания на подходящем постоянном уровне от 3,0 до 9,0 для повышения выхода глюконовой кислоты.
В ЕР-А-1935257 предложено использовать систему GOX/CAT для получения кислотного подсластителя. Авторы рекомендуют использовать температуру реакции от 35°С до 45°С и добавлять основание для поддержания рН на подходящем постоянном уровне от 4,5 до 6,2 для повышения выхода образующейся глюконовой кислоты. Также отмечено, что в случае, если основание не добавляют, рН в результате снижается до значений от 2,5 до примерно 4, что приводит к инактивации фермента. Более того, если сахарнокислотная среда используется в напитках в более высоких дозах, имеет место ухудшение органолептических свойств. Это может быть связано с добавлением буферных веществ при протекании реакции GOX/CAT, которые могут оказывать отрицательное влияние на органолептические свойства.
В ЕР-А-0017708 предложено использование температур реакции в диапазоне от 0°С до 10°С для получения глюконовой кислоты с помощью иммобилизованной комбинации GOX/CAT. Заявители подчеркивают, что значение рН должно оставаться постоянным в пределах оптимального диапазона рН 4-7, что может быть осуществлено, например, посредством автоматического добавления NaOH в процессе реакции.
2
2
В WO-A-2009/016049 описан способ предотвращения реакций окисления в пищевых продуктах путем получения ферментативным способом мальтобионовой кислоты и ее солей из крахмала или мальтозы. Мальтоза превращается в мальтобионовую кислоту или ее соли в присутствии карбогидратоксидаз, таких как альдозооксидаза, целлобиозооксидаза, пиранозооксидаза и гексозооксидаза, и для удаления нежелательной перекиси водорода (НО) может быть добавлена каталаза.
Основная проблема ограничения количества кислорода в процессах GOX/CAT в настоящее время решается путем применения как можно более высокого объемного расхода воздуха, выраженного в виде отношения между воздухом и субстратной смесью, для увеличения поверхности раздела воздух-вода. В патентной литературе в процессах GOX/CAT в основном рекомендуется высокий объемный расход воздуха - от 0,1 до 2,0 л воздуха/л субстратной смеси/мин, в среднем - 1 л воздуха/л субстратной смеси/мин (ЕР-А-0017708, WO-A-96/35800; WO-A-97/24454, WO-A-03/031635).
Процессы ферментативных реакций, описанные в уровне техники, как правило, ограничены последовательным снижением значения рН вследствие образования кислоты при протекании процесса GOX/CAT и требуют буферных веществ или основных веществ для поддержания рН на оптимальном уровне. Тем не менее, если система GOX/CAT применяется в производстве жидких пищевых продуктов, добавление буферных веществ может оказать отрицательное влияние на органолептические свойства пищевых продуктов и, следовательно, не всегда приемлемо.
В WO-A-2012/167872 описан способ получения жидкого пищевого продукта из концентрированного раствора сахара с содержанием сухих веществ по шкале Брикса 20°. Скорость потока воздуха находится в диапазоне от 0,1 до 2,0 л воздуха/л субстратной смеси/мин. Окончательное значение рН поддерживают на уровне <3 без добавления буферных веществ. Однако, если субстратная смесь представляет собой не концентрированный раствор чистого сахара, а содержит дополнительные вещества, такие как экстракты растений, или представляет собой фруктовый сок, может иметь место пенообразование вследствие аэрации.
Максимальный объем воздуха, применяемый для аэрации, как правило, ограничен пенообразующими свойствами субстратной смеси. Во многих случаях, таких, как описано в упомянутых выше патентных документах, для проведения процесса применяют чистые водные растворы Сахаров. В указанном случае вспенивание происходит в относительно незначительной степени и не вызывает технических сложностей даже при предлагаемых очень высоких скоростях потока, составляющих 1 л воздуха/л субстратной смеси /мин.
В случае более сложных глюкозосодержащих субстратных смесей, например, фруктовых соков или солодовых или чайных экстрактов, пенообразование, вызванное аэрацией, проявляется значительно сильнее по сравнению со случаями применения раствора глюкозы. Концентрированные субстратные смеси с более высоким содержанием сухого вещества (по шкале "Брикса) вспениваются сильнее, чем разбавленные субстраты. Данная проблема может быть несколько уменьшена благодаря добавлению различных пеногасителей, но в пищевых продуктах возможны ограничения по типу и количеству указанных веществ, а использование механических разрушителей пены, таких как перемешивающие лопасти, требует значительных дополнительных капитальных затрат.
По этой причине в настоящее время, как правило, невозможно с экономической точки зрения использовать систему GOX/CAT с концентрированными субстратными смесями, имеющими высокую способность к пенообразованию, такие как фруктовый сок или обогащенный сахарами чай или солодовый экстракт, при соблюдении рекомендуемых условий обработки, независимо от используемой системы аэрации.
В большинстве напитков, готовых к употреблению для питья (например, безалкогольных напитков, ферментированных напитков), для достижения приемлемого или даже оптимального органолептического эффекта содержание кислоты, так же как и соотношение сахара и кислот, должно находиться в определенном узком диапазоне. В случае готовых к употреблению для питья напитков, оптимальное соотношение сахара к кислоте может быть достигнуто путем получения достаточных количеств кислоты при оптимальных условиях реакции, осуществляемой с помощью карбогидратоксидазы, например, GOX.
Хотя растворы с умеренными концентрациями глюкозы применяют во многих случаях применения GOX, высококонцентрированные растворы глюкозы также являются подходящими в качестве субстрата. В концентратах напитков, из которых вышеуказанные готовые к употреблению для питья напитки могут быть получены разбавлением водой, концентрация кислоты, а также содержание сахара и всех остальных ингредиентов, в несколько раз выше по сравнению с готовыми к употреблению для питья напитками, что приводит к значительно более низкому рН при ферментативном превращении, по сравнению с полученным из него напитком, готовым к употреблению для питья.
Более того, по сравнению с разбавленной субстратной смесью или чистым раствором глюкозы, многие из вышеуказанных субстратных смесей имеют естественное низкое значение рН от 2,5 до 3,5 (например, фруктовые соки), что может привести к быстрой инактивации и, соответственно, снижению скорости ферментативной реакции, особенно если в ходе процесса не добавляют буферы. В целом это приводит к неэффективному реакционному процессу с очень низкой скоростью, даже если оптимизированы все остальные продукты и технологические параметры, например, высокая концентрация фермента.
При рекомендуемых оптимальных условиях реакции, таких как рекомендуемые температура и/или диапазон рН, невозможно образование достаточного количества глюконовой кислоты, необходимой для концентрата напитка, пока значения рН не станут слишком низкими для обеспечения дополнительной активности фермента. Таким образом, для поддержания постоянного значения рН концентрата в пределах оптимального диапазона активности фермента добавляют буферное или основное вещество. Тем не менее, в случае напитков применение буферов или оснований для поддержания рН в пределах оптимального диапазона не всегда приемлемо вследствие их возможного отрицательного влияния на органолептические свойства.
Более того, субстраты, такие как фруктовые соки и фруктовые или растительные экстракты, могут иметь несколько технологических свойств, таких как окрашивание. В данном случае, высокое содержание сахара не всегда желательно, так как при этом увеличивается калорийность продукта. Таким образом, обработка GOX/CAT может быть применима для уменьшения содержания сахара путем превращения сахара в кислоту. В указанном случае желательна как можно более высокая степень превращения.
Для коммерчески доступных препаратов GOX рекомендуемые условия реакции по показателю рН находятся в диапазоне от 4 до 7 в зависимости от происхождения фермента. Как и любой другой фермент, GOX различного происхождения могут отличаться по своей структуре и, следовательно, могут отличаться оптимальные условия для этих ферментов. GOX главным образом получают от подвидов Aspergillus или Penicillium. Почти все препараты GOX, имеющиеся на рынке, получены с помощью Aspergillus niger (Handbook of Food Enzymology, Eds.: Whitaker, J.R., et al., 2003, Marcel Dekker, New York, 425-432). Для GOX, полученной из Aspergillus niger, рН максимальной стабильности находится около 5,5 (Miron et al., 2004: A mathematical model for glucose oxidase kinetics, including inhibitory, deactivant and diffusional effects and their interactions. Enzyme and microbial technology, 34, 513-522). При рН менее 3 период полураспада коммерчески доступных GOX, полученных из Aspergillus niger, составляет менее 20 минут в условиях эксперимента (Hatzinikolaou et al., 1996: New glucose oxidase from Aspergillus Niger: characterisation and regulation studies of enzyme and gene, Applied Microbial Biotechnology, 46, 371-381). Оптимальная температура для GOX, полученной из различных микробных источников, как сообщалось, находится в диапазоне от 25°С до 60°С (Gibson et al., 1964: Kinetics and Mechanism of Action of Glucose Oxidase, The Journal of Biological Chemistry, 239, 3927-3934; Wong et al., 2008, Glucose oxidase, natural occurrence, function, properties and industrial applications, Applied Microbial Biotechnology, 78, 927-938; Bankar et al., 2009, Glucose oxidase - an overview, Biotechnology advances, 27, 489-501). Согласно руководству Handbook of Food Enzymology (ред.: Whitaker, J.R., Voragen, A.G.J., Wong, D., 2003, Marcel Dekker, New York, 425-432), важным аспектом является стабильность фермента GOX в условиях применения. Фруктовые соки и вино имеют очень низкий рН, равный 2,5, что соответствует условиям, при которых фермент не является активным и стабильным. Тем не менее, высокие концентрации глюкозы в концентратах могут оказать стабилизирующее влияние.
Согласно Herrmann et al. (1965, Die  von Glucoseoxidase in  von Temperatur, Wassergehalt und pH-Wert, Food/Nahrung, 9(6), 659-667), фермент глюкозоксидаза (GOX) не применяется в продуктах с рН <3,0 вследствие ее инактивации. Авторы исследовали комбинированное влияние температуры реакции и рН на активность GOX, полученной из Aspergillus niger. Установлено, что активность фермента, как правило, зависит как от рН, так и от температуры, применяемой в процессе реакции. Кроме того, было показано, что уменьшение температуры от 30°С до 10°С, а также снижение рН от 6,6 до 2,98 уменьшают активность фермента. Таким образом, самая высокая активность обнаружена при оптимальных значениях рН и температуры, а самая низкая активность имела место при низкой температуре и низком значении рН. Другими словами, не обнаружено увеличения стабильности фермента в условиях низких значений рН при использовании более низких температур инкубации. Таким образом, в случае практического применения ферментов, таких как системы GOX/CAT, изменение оптимальных условий реакции (например, низкая температура в сочетании с низким рН) обычно почти полностью останавливает реакцию.
Таким образом, существует необходимость в усовершенствованном способе получения жидких пищевых продуктов без добавления ухудшающих вкусовые качества буферных или основных веществ, регулирующих рН в процессе окисления сахара. Более того, желательно установить условия проведения процесса, при которых можно было бы избежать инактивации системы GOX/CAT в условиях низких рН и преодолеть недостатки, связанные с чрезмерным образованием пены вследствие аэрации, особенно в случае концентрированных и сложных субстратных смесей, таких как фруктовые соки или содержащие сахар экстракты солода или чая.
Данная задача решается с помощью способа получения жидкого пищевого продукта, включающего: обработку по меньшей мере одного сока и/или одного экстракта, имеющего содержание сухих веществ по шкале Брикса более 10°, карбогидратоксидазой и каталазой при температуре от -10°С до 15°С и диспергирование кислорода или газа, содержащего кислород, в соке и/или экстракте, без поддержания рН >3,5 до или во время обработки путем добавления буферных веществ или основных веществ, с получением жидкого пищевого продукта, в котором конечный рН ниже 3,5, и при этом скорость потока газа регулируют в соответствии со следующим уравнением:
от (0,001/х) до (0,02/х) л газа/л субстратной смеси/мин,
где х представляет собой содержание кислорода в газе по объему.
Таким образом, если, например, используется кислородсодержащий газ с содержанием кислорода по объему 0,2 (т.е. 20% по объему), скорость потока составляет от 0,005 до 0,1 л газа/л субстратной смеси/мин. Если используется чистый кислород (100% по объему, х=1), скорость потока составляет от 0,001 до 0,02 л газа/л субстратной смеси/мин.
В настоящем изобретении также предложены жидкий пищевой продукт согласно п. 12 формулы изобретения, композиция, готовая к употреблению для питья, по п. 13 и применение по п. 15 формуле изобретения.
Дальнейшие варианты реализации изобретения изложены в формуле изобретения в подпунктах 2-11 и 14.
Неожиданно обнаружено, что при температуре обработки от -10°С до +15°С эффективная ферментативная реакция возможна для соков или экстрактов, для которых характерно избыточное образование пены при аэрации без добавления основных веществ. Установлено, что в условиях обработки при вышеуказанных скоростях потока, достигаются эффективные скорости реакции, а фермент при этом также остается очень активным, несмотря на то, что значение рН ниже рекомендуемых условий обработки. Очередное целесообразное полезное следствие указанных условий обработки проявляется в том, что указанный процесс, в отличие от многих процессов ферментации микроорганизмами или ферментами, можно проводить не в стерильных условиях, так как условия процесса не способствуют росту микроорганизмов. Указанные сведения обеспечивают снижение эксплуатационных расходов.
Вопреки ожиданиям, применение системы GOX/CAT системы в сложных, водных субстратных смесях с высокой пенообразующей способностью и низкими значениями рН в условиях, соответствующих настоящему изобретению, является высокоэффективным в условиях, отклоняющихся от стандартных условий процесса в отношении температуры (30-40°С) и аэрации (0,1-5 л воздуха/л субстратной смеси/мин) процесса, которые в настоящее время предлагаются в качестве оптимальных для реакции системы GOX/CAT. Установлено, что при очень низких температурах процесса - от -10°С до +15°С - эффективная ферментативная реакция является возможной для субстратов, у которых способность к образованию пены выше, чем у раствора глюкозы (например, экстракты солода или чая, фруктовые соки), и у которых рН <4,0, т.е. при условиях, находящихся за пределами рекомендуемых условий проведения процесса, даже для субстратов, имеющих высокое содержание сухих веществ по шкале Брикса, например, в диапазоне от 10 до 60°.
В способе согласно настоящему изобретению ферменты остаются высокоактивными, несмотря на то, что рН меньше значений, рекомендуемых для проведения процесса. Несмотря на то, что для систем GOX/CAT предложены оптимальные условия проведения процесса - 30-40°С и значения рН от 3,5 до 7, в рамках настоящего изобретения вопреки неожиданно было обнаружено, что очень высокая активность и стабильность наблюдаются даже при уровне значений рН от 2,0 до 3,5. Установлено, что изменение условий реакции для фермента GOX от оптимальных (например, при низких температурах в сочетании с низким рН и низкой скоростью потока) тем не менее позволяет осуществлять реакцию экономически выгодно и эффективно. Указанный эффект является очень неожиданным, поскольку он существенно противоречит известной зависимости активности GOX от рН и температуры.
Описание чертежей
На фиг. 1 показано количество полученной глюконовой кислоты и уменьшение рН в течение процесса изготовления жидкого пищевого продукта в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 2 показано изменение титра при предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения.
Термин "Вх" (градусы по шкале Брикса) относится к единице, представляющей содержание растворимых сухих веществ в растворе. Один градус по шкале Брикса соответствует 1 г сахарозы в 100 г водного раствора сахарозы и, таким образом, представляет собой массовую концентрацию раствора, выраженную в процентах (% масс./масс.). Раствор имеет 1 °Вх, если плотность указанного раствора такая же, как плотность раствора 1 г сахарозы в 100 г водного раствора сахарозы. Значение в °Вх обычно измеряют с помощью рефрактометра.
2
2
2
2
n
2
Термин "карбогидратоксидаза" относится к оксидоредуктазе, имеющей субстратную специфичность к углеводам. Оксидоредуктазы представляют собой ферменты, которые катализируют перенос электронов от одной молекулы к другой. Оксидазы относятся к ферментам класса оксидоредуктаз. Если не подразумевается иного, при необходимости, ферменты, соответствующие следующему описанию, а также всему описанию, являются отдельными ферментами с кофактором. Одной из категорий оксидоредуктаз, соответствующей для использования в настоящем изобретении, являются углеводные оксидазы, которые катализируют реакцию окисления/восстановления с участием молекулярного кислорода (О) в качестве акцептора электронов. В указанных реакциях кислород восстанавливается до воды (НО) или перекиси водорода (НО). В частности, углеводные оксидазы катализируют превращение глюкозы в глюконо-δ-лактон, который немедленно разлагается в воде с образованием соответствующих альдоновых кислот. В ходе процесса образуется перекись водорода. Альдоновая кислота представляет собой любую из семейства сахарных кислот, получаемую окислением альдегидной функциональной группы альдозы с получением карбоксильной функциональной группы. Таким образом, их общая химическая формула представляет собой НООС-(СНОН)-СНОН. К альдоновым кислотам относится, например, глюконовая кислота. Фермент карбогидратоксидаза превращает растворенный сахар в соответствующие сахарные кислоты. Ряд подходящих карбогидратоксидаз, способных превращать сахар в сахарные кислоты, известен и доступен специалистам данной области техники. Примеры подобных карбогидратоксидаз включают глюкозооксидазу (ЕС 1.1.3.4), лактозооксидазу, целлобиозоксидазу (ЕС 1.1.99.18), пиранозоксидазу (ЕС 1.1.3.10) и гексозооксидазу (ЕС 1.1.3.5).
Термин "сок" относится к соку из плодов, ягод, овощей, трав, орехов, специй, грибов, зерновых культур или растительных продуктов, полученному с помощью прессования или отжима. Термин "экстракт" используется относительно всех продуктов, получаемых с помощью экстракции растворителем, например, методами мацерации или перколяции. Из сока или экстракта концентрат может быть получен с помощью избирательного удаления воды из сока или экстракта, предпочтительно до достижения количества остаточной воды в концентрате от 20 до 80% в расчете на массу сока или экстракта. Получение концентратов соков является обычной практикой и хорошо известно специалистам данной области техники. Получение концентратов может быть осуществлено с помощью любого процесса, результатом которого является увеличение в соке содержания сухих веществ по шкале Брикса. Примерами распространенных методов концентрирования являются фильтрация и выпаривание. Термин "экстракт" также относится к водным экстрактам, полученным из растворимых твердых веществ, порошков и пюре.
К подходящим плодам относятся, например, яблоки, маракуйя, груши, персики, сливы, абрикосы, нектарины, виноград, вишня, лимоны, лайм, мандарины, танжерины, апельсины, грейпфрут, помидоры, огурцы, ананасы, гранаты, киви, манго, папайя, бананы, арбузы, мускусные дыни, ацеролы, апельсины сорта "королек", плоды рожкового дерева, черимойя, цитрусовые, питайя, инжир, гуава, белые мускатные дыни, хурма, личи, мангостан, дыня, мирабель, оливки, перец, физалис, опунция, тыква, айва, карамбола.
К подходящим ягодам относятся, например, клюква, смородина, малина, крыжовник, ежевика, черника, клубника, асаи, арония, черная смородина, бойзенова ягода, бузина, годжи, брусника, шелковица, красная смородина, шиповник, рябина, облепиха, терн, боярышник и лесные ягоды.
К подходящим овощам относятся, например, картофель, салат, сельдерей, шпинат, капуста, кресс-салат, ревень, морковь, свекла, спаржа, свекла, брокколи, цикорий, укроп, хрен, лук-порей, лук, горох и шпинат.
К подходящим травам относятся, например, одуванчик, алоэ лекарственное, фенхель, гинкго, зеленый чай, гибискус, мальва, листья ройбуша и чай.
К подходящим орехам относятся, например, кокосы, каштан, миндаль, кешью, фундук, макадамия, арахис, пекан, кедровый орех, фисташки, грецкий орех.
К подходящим специям относятся, например, корица, имбирь, лакрица и ваниль.
К подходящим злакам относятся, например, ячмень, семена льна, отруби, кукуруза, просо, овес, рис, рожь, пшеница и солод.
К подходящим растительным продуктам относятся, например, фасоль, какао, кассия, кофе, жень-шень, гуарана, мед, чечевица, лотос, мак, подсолнечник, соя и индийский финик.
Более того, подходящими компонентами являются водные экстракты, измельченные в порошок, кусочки, пюре и ферментированные кусочки, полученные от описанных выше плодов, ягод, овощей, трав, орехов, специй, грибов и зерновых культур.
Термин "без поддержания рН >3,5 до или во время обработки путем добавления буферных веществ или основных веществ" означает, что в способе согласно настоящему изобретению не добавляют никаких буферных веществ или основных веществ для того, чтобы повысить рН до >3,5. Однако рН исходного сока или экстракта может быть >3,5 и может понижаться до <3,5 при реализации способа. Более того, буферные вещества или основные вещества могут быть добавлены при условии, что конечный рН не будет превышать значение 3,5. В предпочтительном варианте реализации изобретения в сочетании с любым из выше или ниже изложенных вариантов реализации изобретения отсутствует добавление буферных или основных веществ.
Термин "кислородсодержащий газ" относится к газу, содержащему кислороду, такому как воздух, кислородовоздушные смеси (обогащенный кислородом воздух) и смеси из кислорода и азота.
2
Помимо воздуха с содержанием кислорода по объему примерно от 20 до 22%, для аэрации могут быть использованы дополнительно содержащие кислород газы, такие как воздух, обогащенный кислородом. Содержание кислорода в газовой смеси по объему может составлять предпочтительно по меньшей мере 20%, более предпочтительно содержание по объему от 20 до 95%. Чистый кислород (100% О) также может быть использован для аэрации. В зависимости от содержания кислорода, скорость аэрации может быть отрегулирована, как указано в приведенном выше уравнении.
В предпочтительном варианте реализации изобретения в сочетании с любым из выше или ниже изложенных вариантов реализации изобретения обогащенный кислородом воздух используется в качестве кислородсодержащего газа.
В альтернативных предпочтительных вариантах осуществления изобретения в сочетании с любым из выше или ниже изложенных вариантов реализации изобретения, сок является плодовым соком, более предпочтительно плодовым соком из яблок, винограда, груши, банана, персика или кокосового ореха, или солодовым экстрактом. Наиболее предпочтительно, чтобы сок представлял собой плодовый сок из яблока или винограда, или солодовый экстракт.
В следующем предпочтительном варианте реализации изобретения в сочетании с любым из выше или ниже изложенных вариантов реализации изобретения, сок или экстракт имеет содержание сухих веществ по шкале Брикса более 10°, предпочтительно содержание сухих веществ по шкале Брикса не менее 25°, более предпочтительно содержание сухих веществ по шкале Брикса не менее 30°, а наиболее предпочтительно содержание сухих веществ по шкале Брикса по меньшей мере 40°, в особенности от 40 до 50°.
В альтернативном предпочтительном варианте реализации изобретения в сочетании с любым из выше или ниже изложенных вариантов реализации изобретения, конечное значение рН жидких пищевых продуктов составляет <3, более предпочтительно <2,5.
В предпочтительным варианте реализации изобретения в сочетании с любым из выше или ниже изложенных вариантов реализации изобретения, в субстратную смесь подается воздух, и скорость потока составляет от 0,005 до 0,05 л воздуха/л субстратной смеси/мин, более предпочтительно от 0,01 до 0,03 л воздуха/л субстратной смеси/мин, в особенности 0,025 л воздуха/л субстратной смеси/мин.
В следующем предпочтительным варианте реализации изобретения в сочетании с любым из выше или ниже изложенных вариантов реализации изобретения, сок и/или экстракт имеет содержание сухих веществ по шкале Брикса от 10° до 20°, воздух применяют в качестве кислородсодержащего газа, и скорость потока составляет от 0,05 до 0,1 л воздуха/л субстратной смеси/мин. Более предпочтительно, чтобы сок и/или экстракт имели содержание сухих веществ по шкале Брикса от 20° до 30°, а скорость потока составляла от 0,025 до 0,05 л воздуха/л субстратной смеси/мин, и наиболее предпочтительно, чтобы сок и/или экстракт имели содержание сухих веществ по шкале Брикса не менее 30°, а скорость потока составляла от 0,005 до 0,025 л воздуха/л субстратной смеси/мин.
В следующем предпочтительном варианте реализации изобретения в сочетании с любым из выше или ниже изложенных вариантов реализации изобретения, процесс может быть осуществлен с применением постоянного обеспечения кислородом или газом, содержащим кислород, с помощью подачи соответствующего газа в субстратную смесь. Может быть использовано любое типовое устройство для подачи воздуха. Более того, может быть использована любая типовая система аэрации, такая как, например, воздушный инжектор, керамический аэратор (мембранная система) или аэрлифтный реактор с внутренним контуром.
В альтернативном предпочтительном варианте реализации изобретения в сочетании с любым из выше или ниже изложенных вариантов реализации изобретения, способ может быть осуществлен с применением импульсного источника воздуха, кислорода или кислородсодержащего газа. При импульсной подаче скорость потока не является постоянной при осуществлении процесса, а имеет место включение и выключение. Например, аэрация включена в течение 10 минут при заданной скорости потока, например, 0,2 л газа/л субстратной смеси/мин, а затем последовательно выключена в течение 10 минут, затем снова включена, и так далее, что соответствует средней скорости потока на протяжении всего времени, составляющей 0,1 л газа/л субстратной смеси/мин. При прекращении аэрации, вспененный слой может (частично) распадаться и вновь возникать при возобновлении аэрации. В указанном контексте, скорости потока, приведенные в настоящем изобретении, могут являться постоянными скоростями аэрации, поддерживаемыми на протяжении всего процесса, но они также могут представлять средние значения расхода при импульсной аэрации.
В следующем предпочтительном варианте реализации изобретения в сочетании с любым из выше или ниже изложенных вариантов реализации изобретения карбогидратоксидаза выбрана из глюкозооксидазы, гексозооксидазы и лактозооксидазы, из которых глюкозооксидаза наиболее предпочтительна.
В альтернативном предпочтительном варианте реализации изобретения в сочетании с любым из выше или ниже изложенных вариантов реализации изобретения, сок и/или экстракт дополнительно содержат по меньшей мере одно функциональное соединение, выбранное из группы, состоящей из стабилизатора, красителя, подсластителя, такого как высокоинтенсивный подсластитель, загустителя, ароматизатора, концентрата плодового сока, эмульгатора, экстрактов и/или кусочков свежих или ферментированных растений или частей растений и экстрактов и/или кусочков свежих или ферментированных плодов, ягод, овощей, трав, орехов, специй, грибов и злаков. Последние могут служить, например, красителями и ароматизаторами.
Согласно настоящему изобретению, термин "ароматизатор" относится к ароматизаторам, полученным из съедобной репродуктивной части семенного растения, в особенности имеющей сладкую мякоть, объединенную с семенами, например, яблоки, апельсины, лимоны и лаймы. Она также включает ароматизаторы, полученные из частей растения помимо плодов, например, ароматизаторы, полученные из орехов, коры, корней и листьев. Также под данный термин попадают искусственные ароматизаторы, имитирующие ароматизаторы, полученные из природных источников. Примеры ароматизаторов включают ароматизаторы колы, ароматизаторы чая, корицу, душистый перец, гвоздику, кофейные ароматизаторы, цитрусовые ароматизаторы, в том числе ароматизаторы апельсина, мандарина, лимона, лайма и грейпфрута. Также может быть использовано множество других фруктовых ароматизаторов, таких как яблочный, виноградный, вишневый, ананасовый, кокосовый ароматизаторы и т.п. Фруктовые соки, в том числе соки апельсина, лимона, мандарина, лайма, яблок и винограда, также могут быть использованы в качестве ароматизатора.
Подходящими стабилизаторами, красителями, подсластителями и ароматизаторами являются яблоко, маракуйя, клюква, груша, персик, слива, абрикос, нектарин, виноград, вишня, смородина, малина, крыжовник, ежевика, черника, клубника, лимон, лайм, мандарин, танжерин, апельсин, грейпфрут, картофель, помидор, салат, сельдерей, шпинат, капуста, кресс-салат, одуванчик, ревень, морковь, свекла, огурец, ананас, кокос, гранат, киви, манго, папайя, банан, арбуз, дыня, чай, ячмень, семена льна, отруби, кукуруза, просо, овес, рис, рожь, пшеница, кукуруза, чечевица, солод, асаи, ацерола, алоэ лекарственное, абрикос, ягоды черноплодной рябины, спаржа, бананы, фасоль, свекла, свекла, черная смородина, красный апельсин, бойзенова ягода, брокколи, капуста, какао, дыня, плоды рожкового дерева, морковь, кассия, одуванчик, черимойя, вишня, каштан, корица, цитрусовые, кофе, клюква, смородина, питайя, бузина, цикорий, укроп, инжир, имбирь, гинкго, женьшень, годжи, гуарана, гуава, гибискус, мед, белая мускатная дыня, хрен, хурма, киви, лук-порей, брусника, солодка, лотос, личи, мальва, мангустин, дыня, мирабель, шелковица, нектарин, миндаль, кешью, фундук, макадамия, арахис, пекан, кедровый орех, фисташка, картофель, грецкий орех, оливки, лук, апельсин, папайя, перец, маракуйя, горох, груша, физалис, ананас, слива, гранат, мак, опунция, тыква, айва, малина, красная смородина, ройбуш, шиповник, рябина, шпинат, облепиха, терн, соя, карамбола, клубника, подсолнечник, индийский финик, танжерин, помидор, ваниль, кресс-салат, арбуз, боярышник, лесные ягоды.
В следующем предпочтительным варианте реализации изобретения в сочетании с любым из выше или ниже изложенных вариантов реализации изобретения, смесь дополнительно содержит добавленные сахара, предпочтительно выбранные из группы, состоящей из мальтозы, лактозы, глюкозы, гексозы, гидролизованного сахарозного концентрата, сиропа инвертного сахара, глюкозного сиропа, натурального фруктового сахара, полученного из сока, концентрата фруктового сока (например, Fruit-up), а также их смеси. Предпочтительными сахарами являются глюкоза, лактоза и гексоза, при этом глюкоза наиболее предпочтительна.
В предпочтительным варианте реализации изобретения в сочетании с любым из выше или ниже изложенных вариантов реализации изобретения, раствор, используемый в настоящем изобретении, дополнительно содержит по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, состоящей из фруктов, ягод, овощей, зелени, орехов, специй, грибов, злаков (зерен) и растительных продуктов.
В следующем предпочтительным варианте реализации изобретения в сочетании с любым из выше или ниже изложенных вариантов реализации изобретения, указанный по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, состоящей из фруктов, ягод, овощей, зелени, орехов, специй, грибов, злаков (зерен) и растительных продуктов, может быть добавлен к жидким пищевым продуктам после обработки карбогидратоксидазой и каталазой.
В предпочтительном варианте реализации изобретения в сочетании с любым из выше или ниже изложенных вариантов реализации изобретения, жидкие пищевые продукты содержат активные стартерные культуры.
Активная стартерная культура представляет собой микробиологическую культуру, непосредственно осуществляющую брожение. Указанные стартерные культуры обычно состоят из питательной среды, таких как зерна, семена или питательные жидкости, обсемененные микроорганизмами, используемыми для ферментации. Подходящие стартерные культуры выбраны из группы семейств Lactobacillaceae, Bifodobacteriaceae, Acetobacteraceae, Rhizopus, Aspergillus, Candidia, Geotrichum, Penicillium и Saccharomyces, в которой предпочтительными представляются подвиды глюконобактерии Acetobacteraceae.
В следующем предпочтительном варианте реализации изобретения в сочетании с любым из выше или ниже изложенных вариантов реализации изобретения, жидкий пищевой продукт впоследствии обрабатывают активной стартерной культурой для осуществления брожения. Подходящие активные стартерные культуры выбирают из группы семейств Lactobacillaceae, Bifodobacteriaceae, Acetobacteraceae, Rhizopus, Aspergillus, Candidia, Geotrichum, Penicillium и Saccharomyces, в которой предпочтительными представляются подвиды глюконобактерии Acetobacteraceae. Более предпочтительную активную стартерную культуру выбирают из группы Saccharomyces. В частности, предпочтительной активной стартерной культурой является Saccharomyces cerevisiae.
В следующем предпочтительном варианте реализации изобретения в сочетании с любым из выше или ниже изложенных вариантов реализации изобретения, активность карбогидратоксидазы составляет от 1000 ед/г до 50000 ед/г, более предпочтительно от 1650 ед/г до 10000 ед/г, в особенности 10000 ед/г. В особенности предпочтительным ферментом является глюкозооксидаза с активностью от 10000 ед/г до 15000 ед/г.
В альтернативном предпочтительном варианте реализации изобретения с любым из выше или ниже изложенных вариантов реализации изобретения, активность каталазы составляет от 10000 ед/г до 100000 ед/г, более предпочтительно от 16500 ед/г до 65000 ед/г, в особенности 25000 ед/г.
9
Активность фермента измеряется в "ед/г", где 1 единица определена как количество фермента, которое превращает 1 мкмоль субстрата за минуту, то есть 1 ед = 1 мкмоль/мин при стандартных условиях реакции, т.е. при оптимальных условиях по рН и температуре. Альтернативной мерой каталитической активности фермента является "катал", 1 катал = 1 моль/с, 1 ед = 16,67 × 10 катал. Активность фермента, приведенная в настоящем описании, относится к активности ферментных препаратов, в которых чистый фермент смешан с материалом-носителем, таким как мальтодекстрин.
Количество используемой оксидазы, как правило, зависит от конкретных требований и от конкретного фермента. Количество добавляемой оксидазы предпочтительно является достаточным для достижения необходимой степени конверсии сахара в соответствующую ему кислоту в течение определенного времени. Как правило, карбогидратоксидазу возможно добавлять в диапазоне от 50 до 5000 ppm на кг сахара в субстратной смеси, предпочтительно от 200 до 2000 ppm на кг сахара в субстратной смеси, более предпочтительно от 500 до 1500 ppm на кг сахара в субстратной смеси, и в частности от 250 до 1250 ppm на кг сахара в субстратной смеси.
2
2
В соответствии со способом согласно настоящему изобретению каталазу (ЕС 1.1 1.1.6) добавляют в сочетании с любым из выше или ниже изложенных вариантов реализации изобретения. Каталазу добавляют для предотвращения ограничения реакции, проходящей с помощью карбогидратоксидазы, и удаления нежелательной НО из конечного продукта. Как описано выше, работа карбогидратоксидазы зависит от кислорода, но данный фермент продуцирует перекись водорода. Преимуществом добавления каталазы в способе согласно настоящему изобретению является то, что карбогидратоксидаза снабжается кислородом, и в то же время удаляется пероксид водорода, который имеет сильные окислительные свойства.
2
2
В одном из предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения карбогидратоксидазу и каталазу добавляют одновременно. В альтернативном предпочтительном варианте ферменты добавляют в различные моменты времени, например, сначала добавляют карбогидратоксидазу, а через некоторое время добавляют каталазу. Однако в последнем случае нужно бороться с образуемой НО, которая может оказать отрицательное влияние на жидкий концентрат напитка, а также отрицательно повлиять на активности ферментов.
2
2
2
2
2
2
В сочетании с любым из изложенных выше или ниже вариантов реализации изобретения каталазу добавляют в количестве, снижающем концентрацию НО по сравнению с аналогичным способом без каталазы. Предпочтительно количество каталазы, добавляемой при реализации способа, изложенного в настоящем описании, представляет собой количество, которое достаточно для уменьшения количества НО по меньшей мере на 25%, 50%, 75%, 85% или 95% по сравнению с контрольным способом, который отличается только тем, что каталазу не добавляют, и еще более предпочтительно количество каталазы, добавляемой при реализации способа, изложенного в настоящем описании, представляет собой количество, достаточное для уменьшения количества НО на 100% по сравнению с контрольным способом, который отличается только тем, что каталазу не добавляют. Предпочтительно каталазу добавляют в количестве, которое также повышает степень конверсии Сахаров в соответствующие им кислоты.
Отношение количеств используемых оксидазы и каталазы, как правило, зависит от конкретных требований и от конкретной ферментативной активности (ед/г) выбранного ферментного препарата. Указанные параметры могут быть определены и адаптированы к способу согласно настоящему изобретению специалистами данной области техники. Конкретные ферментативные активности могут быть разными для различных ферментных препаратов, но они находятся в определенном диапазоне, из которого специалист данной области техники может сделать вывод об оптимизации соотношения оксидазы и каталазы в ppm на кг субстрата (сахара).
В следующем предпочтительном варианте реализации изобретения в сочетании с любым из изложенных выше или ниже вариантов реализации изобретения отношение активности карбогидратоксидазы и каталазы составляет от 1:1 до 1:100, предпочтительно от 1:10 до 1:20.
В предпочтительном варианте реализации изобретения в сочетании с любым из выше или ниже изложенных вариантов реализации изобретения, рН жидких пищевых продуктов не поддерживается с помощью буферов или иными средствами в пределах рекомендуемых условий на уровне рН>3,5 на протяжении осуществления процесса, например, с помощью добавления щелочи (основания) или буферов при осуществлении процесса или, например, с помощью частичного удаления образуемой кислоты из реакционной среды.
2
2
3
3
2
2
3
2
3
4
2
3
4
3
3
Вещества, способные нейтрализовать образуемые кислоты, не добавляются при осуществлении настоящего способа, например, никакие основания, такие как Са(ОН), KOH, NaOH, Mg(OH), СаСО, MgCO, Mg(OH), NaCO, KCO, (NH)CO и NHOH, NaHCO, KHCO, не добавляют во время обработки сока и/или экстракта карбогидратоксидазой и каталазой.
Вещества, способные забуферивать образуемые кислоты не добавляются при осуществлении настоящего способа, например, никакие буферные вещества, такие как натрий-фосфатный буфер, карбонатный буфер, сульфатный буфер, лактатный буфер и цитратный буфер, не добавляют до или во время обработки сока и/или экстракта карбогидратоксидазой и каталазой.
Предложенный способ осуществляют при температуре от -10 до +15°С, и данную температуру поддерживают в течение процесса. В предпочтительном варианте реализации изобретения в сочетании с любым из изложенных выше или ниже вариантов реализации изобретения температура составляет от -5° до +10°С, более предпочтителен диапазон температур от +2° до +8°С и, в частности, от 5°С до 6°С.
Водные растворы, содержащие растворенные вещества, подвержены хорошо известному явлению - снижению температуры замерзания. В связи с этим самой низкой температурой является температура, при которой способ осуществим, при этом субстратная жидкость имеет максимально низкую температуру, но не является замерзшей. Вследствие снижения температуры замерзания концентрированных субстратных смесей температура обработки может быть ниже 0°С.
В процессе получения жидкого пищевого продукта согласно настоящему изобретению обработку можно проводить несколько раз. Таким образом, обработка сока или экстракта карбогидратоксидазой и каталазой может быть повторена несколько раз, пока не образуется количество кислоты, достаточное для достижения значения рН менее 3,5, предпочтительно для достижения значения рН менее 3,0.
Подходящая продолжительность обработки (инкубации) позволяет получить интересующую степень конверсии Сахаров в кислоты. Возможна однократная обработка (инкубация) или многократная обработка сока и/или экстракта карбогидратоксидазой и каталазой. Как правило, продолжительность соответствующей однократной обработки (инкубации) выбирают из диапазона от 1 часа до 10 дней, предпочтительно от 24 часов до 9 дней, наиболее предпочтительно от 72 часов до 8 дней. Если обработку повторяют несколько раз, продолжительность обработки (инкубации) выбирают из диапазона от 1 дня до 21 дня.
Заданное количество фермента обычно может быть добавлено однократно или последовательно в несколько порций. Специалист данной области техники может оптимизировать скорость на протяжении всего процесса ферментативной реакции с использованием заданного количества фермента, разделенного на необходимое количество частей. Обработка может быть повторена от 2 до 5 раз, предпочтительно 3 раза.
В предпочтительном варианте реализации изобретения в сочетании с любым из выше или ниже изложенных вариантов реализации изобретения указанная обработка представляет собой однократную обработку. Более предпочтительно обработка представляет собой однократную обработку, а время обработки (инкубации) находится в диапазоне от 3 до 7 дней, в частности от 5 до 6 дней.
В особенности предпочтителен способ получения жидкого пищевого продукта, включающий обработку глюкозооксидазой и каталазой сока и/или экстракта, содержащего глюкозу и солодовый экстракт, при этом упомянутые выше сок и экстракт, имеющие содержание сухих веществ по шкале Брикса от 25° или выше, без доведения рН до или во время обработки путем добавления буферных веществ или основных веществ для получения жидких пищевых продуктов, имеющих конечный рН менее 3.
В особенности предпочтителен альтернативный способ получения жидких пищевых продуктов, включающий обработку яблочного или виноградного сока, имеющего содержание сухих веществ по шкале Брикса 40° или выше, глюкозооксидазой и каталазой, без доведения рН до или во время обработки путем добавления буферных веществ или основных веществ для получения жидких пищевых продуктов, конечный рН которых менее 3.
Способ, соответствующий настоящему изобретению, предпочтительно может быть осуществлен при постоянной подаче кислорода нагнетанием воздуха в сок или экстракт, подлежащий обработке. Может быть использован любой стандартный воздушный насос. Более того, могут использоваться любые стандартные системы аэрации, такие как, например, воздушный инжектор, керамический аэратор (мембранная система) или аэрлифтный реактор внутреннего контура. Предпочтительно применяют воздух, а скорости потока находятся в пределах значений от 0,005 до 0,05 л воздуха/л субстратной смеси/мин.
В особенности предпочтителен альтернативный способ получения жидкого пищевого продукта, соответствующий настоящему изобретению, включающий обработку фруктового виноградного или яблочного сока, в котором содержание сухих веществ по шкале Брикса составляет 40° или выше, глюкозооксидазой и каталазой при температуре от -10°С до +15°С и при скорости потока от 0,005 до 0,05 л воздуха/л субстратной смеси/мин, без поддержания рН путем добавления буферных веществ или основных веществ до или во время обработки для получения жидких пищевых продуктов, конечный рН которых менее 3.
Осуществление способа, соответствующего настоящему изобретению, при любом сочетании указанных выше условий, то есть, температурных условий, начального содержании сахара в соке и/или экстракте и последовательная обработка сока и/или экстракта карбогидратоксидазой и каталазой, являются приемлемыми, при условии, что значения этих величин попадают в соответствующие диапазоны, указанные выше (например, температура от -10°С до +15°С, содержание сухих веществ по шкале Брикса более 10°, скорость потока от 0,005 до 0,1 л воздуха/л субстратной смеси/мин), а получаемые жидкие пищевые продукты имеют необходимое значение кислотности, т.е. рН менее 3,5. Более того, необходимы лишь небольшие количества ферментов.
Комбинации, которые приводят к уменьшению времени инкубации, упрощению процесса в отношении выполняемых этапов и экономической эффективности являются предпочтительными.
Настоящее изобретение также относится к готовой к употреблению для питья композиции, содержащей разбавитель и жидкий пищевой продукт, полученный способом, относящимся к настоящему изобретению.
В предпочтительном варианте реализации изобретения в сочетании с любым из изложенных выше и ниже вариантов реализации изобретения, подходящими разбавителями являются вода (в том числе газированная вода), плодовый сок и/или дополнительные вещества из группы стабилизаторов, красителей, подсластителей, загустителей и ароматизаторов.
В соответствии с настоящим изобретением, плодовый сок, подходящий в качестве разбавителя, относится к сокам цитрусовых и не являющимся сокам цитрусовых, включая овощные соки. Плодовые соки могут относится к сокам из, например, яблок, маракуйи, клюквы, груши, персика, сливы, абрикоса, нектарина, винограда, вишни, смородины, малины, крыжовника, ежевики, черники, клубники, лимона, лайма, мандарина, танжерина, апельсина, грейпфрута, картофеля, помидора, салата, сельдерея, шпината, капусты, кресс-салата, одуванчика, ревеня, моркови, свеклы, огурца, ананаса, кокоса, граната, киви, манго, папайи, банана, арбуза и мускусной дыни. Термин "плодовый сок" также относится к водным экстрактам растворимых сухих веществ, концентрированным плодовым сокам, порошкам и пюре.
В следующем предпочтительном варианте реализации изобретения в сочетании с любым из изложенных выше и ниже вариантов реализации изобретения, композиция готовая к употреблению для питья, может содержать по меньшей мере одно функциональное соединение, выбранное из группы стабилизаторов, красителей, ароматизаторов и подкислителей.
Настоящее изобретение также относится к применению концентрированных жидких пищевых продуктов, полученных с помощью способа согласно настоящему изобретению для получения композиции, готовой к употреблению для питья.
В следующих примерах описаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения.
Примеры
Пример 1
Коммерчески доступный концентрат яблочного сока (содержание сухих веществ по шкале Брикса 71°) разбавляли водой до содержания сухих веществ 41,7° по шкале Брикса. Разбавленный концентрат яблочного сока имел рН 3,8 и титр 2,7. 6900 кг указанной смеси обрабатывали 55 ppm препарата GOX (Hyderase, Amano Enzymes, заявленная активность 15000 ед/г) и 660 ppm препарата CAT (Catazyme 25L, Novozymes, заявленная активность 25000 ед/г). Никаких других веществ, таких как буферы или пеногасители, не добавляли. Процесс проводили в цилиндрической емкости из нержавеющей стали, имеющей объем 12000 л. При отсутствии пены оставалось около 200 см свободного пространства от поверхности субстратной жидкости до крышки емкости для того, чтобы имелось достаточное пространство для потенциально образуемой пены в процессе аэрации. Постоянную подачу кислорода обеспечивали путем насосной подачи воздуха в смесь со средней скоростью потока 0,01 л воздуха/л субстратной смеси/мин. При указанной скорости потока образовывался слой пены примерно от 60 до 70 см, который постоянно имел место в течение процесса и не вызывал каких-либо технических проблем при его проведении. Весь процесс проходил непрерывно при температуре от 5 до 6°С в течение 6 дней. Через 6 дней, рН яблочного сока составлял 2,8, а содержание глюконовой кислоты составило примерно 76 г/л. Затем смесь пастеризовали при температуре 90°С в течение 45 с для инактивации остаточной активности фермента. Протекание процесса регулярно контролировали путем измерения титра. Титр представляет собой количество 0,5 М NaOH, необходимое для нейтрализации 10 г образца до рН 8,1; 1 мл 0,5 М NaOH примерно соответствует 1% глюконовой кислоты. Изменение содержания получаемой глюконовой кислоты в ходе процесса, выраженное через титр, показано на фиг. 1.
Как видно, скорость превращения сахара в кислоту, выраженная через изменяющийся титр, неожиданно почти линейна, несмотря на постоянное снижение значения рН. Настоящий пример показывает, что процесс GOX/CAT может быть проведен в промышленном масштабе при очень низких рН, температуре и скорости потока, в общей сложности заметно отличающихся от рекомендуемых условий обработки, при этом проблема избыточного образования пены отсутствует. Тем не менее, неожиданным является тот факт, что данный процесс не требует использования высоких концентраций GOX или CAT. Следовательно, затраты на фермент в примере 1 составляют менее 0,1 евро/кг субстратной смеси. В дальнейшем обнаружено имеющее практическую значимость следствие применяемых условий процесса, которое заключается в том, что указанный процесс не должен проводиться в стерильных условиях, в отличие от многих процессов ферментации, осуществляемых с помощью микроорганизмов или ферментов, которые проводятся при оптимальных условиях, так как указанные условия процесса и производства не поддерживают микробный рост. Указанный факт также приводит к благоприятному экономическому эффекту.
Пример 2
Концентрат яблочного сока, обработанный GOX/CAT (пример 1), смешивали 1:1 (масс./масс.) с коммерчески доступным концентратом яблочного сока и затем разбавляли минеральной водой до содержания сухих вещств по шкале Брикса 4-8° для создания освежающего сладкого/кислого шипучего напитка с приятным, уникальным вкусом, без нежелательного привкуса.
Пример 3
Коммерчески доступный солодовый экстракт (содержание сухих веществ по шкале Брикса 79°) разбавляли водой до содержания сухих веществ по шкале Брикса 30°. Разбавленный солодовый экстракт имел рН 5,25 и титр 1,0. 20 кг указанной смеси обрабатывали 55 ppm препарата GOX (Hyderase, Amano Enzymes, заявленная активность 15000 ед/г) и 660 ppm препарата CAT (Catazyme 25L, Novozymes, заявленная активность 25000 ед/г). Весь процесс осуществляли непрерывно в течение 4 дней при 4°С в емкости с двойной стенкой из закаленного стекла. Постоянную подачу кислорода обеспечивали путем накачивания воздуха в концентрат через аэрирующую фритту с объемной скоростью потока 0,1 л воздуха/л субстратной смеси/мин. При указанной скорости потока образовывалась пена на уровне примерно 20 см, который являлся максимальным уровнем пены, что соответствовало техническим требованиям и не вызывало каких-либо технических сложностей при проведении процесса.
В таблице 1 показано изменение титра и рН в течение инкубации. Результаты анализа показали, что содержание остаточной глюкозы в солодовом экстракте при завершении инкубации составило <5 г/л. Небольшое снижение скорости реакции в процессе имело место, скорее всего, вследствие расходования глюкозного субстрата.
Сравнительный пример 4
Действия согласно примеру 1 проводили при скорости потока 0,15 л воздуха/л субстратной смеси/мин. Слой пены быстро увеличивался и достигал крышки емкости менее чем за 20 минут. Реакцию останавливали во избежание переполнения емкости.
Пример 5
Коммерчески доступный солодовый экстракт (содержание сухих веществ по шкале Брикса 57°) смешивали с глюкозно-фруктозным сиропом (содержание сухих веществ по шкале Брикса 71°) в соотношении по массе 1,75:1, а затем разбавляли водой до содержания сухих веществ по шкале Брикса 32°. Полученная смесь имела рН 3,9 и титр 0,74. 600 кг указанной смеси обрабатывали 55 ppm препарата GOX (Hyderase, Amano Enzymes, заявленная активность 15000 ед/г) и 660 ppm препарата CAT (Catazyme 25L, Novozymes, заявленная активность 25000 ед/г). Никаких других веществ, таких как буферы или пеногасители, не добавляли. Процесс осуществляли в цилиндрической емкости из нержавеющей стали объемом 1000 л. При отсутствии пены оставалось около 55 см свободного пространства от поверхности субстратной жидкости до крышки емкости для того, чтобы было достаточно места для возможного пенообразования вследствие аэрации. Постоянную подачу кислорода осуществляли путем нагнетания обогащенного кислородом воздуха со средней скоростью потока 0,0017 л газа/л мин. В обогащенном кислородом воздухе было постоянное содержание кислорода, составляющее 95-96% по объему. При указанной скорости потока образовывался постоянный слой пены толщиной лишь от 5 до 10 см, и это не вызывало каких-либо технических сложностей на протяжении всего процесса. Весь процесс осуществляли непрерывно при температуре от 5 до 6°С в течение 5 дней. Через 5 дней смесь имела рН 2,64 и содержала примерно 66 г/л глюконовой кислоты. Затем смесь пастеризовали при температуре 90°С в течение 45 с для инактивации остаточной активности фермента. Ход процесса регулярно контролировали путем измерения титра.
На фиг. 2 показано изменение титра в течение инкубации. Результаты анализа показали, что остаточное содержание глюкозы в смеси при завершении инкубации составило только 10,4 г/л. Снижение скорости реакции в течение процесса происходило, вероятно, вследствие израсходования глюкозного субстрата, а также за счет ингибирования продуктом, то есть присутствующей глюконовой кислотой. При сравнении с примером 1 и 3 видно, что применение обогащенного кислородом воздуха позволяет использовать более низкие скорости аэрации, что, следовательно, приводит к снижению образования пены без снижения скорости реакции.
Пример 6
Одну массовую часть смеси солодового экстракта и сахара, обработанной GOX/CAT (пример 5), смешивали с двумя массовыми частями коммерчески доступного солодового экстракта, имеющего содержание сухих веществ по шкале Брикса 57°, и тремя массовыми частями коммерчески доступного фруктозного сиропа. Указанный концентрированный сироп дополнительно разбавляли минеральной водой до содержания сухих веществ по шкале Брикса 4-8° с получением освежающего сладкого/кислого напитка на основе солода с приятным уникальным вкусом, без какого-либо нежелательного привкуса.