ВКУСОАРОМАТИЧЕСКАЯ АКТИВНАЯ КОМПОЗИЦИЯ
ACTIVE TASTE-AND-FLAVOUR COMPOSITION

Настоящее изобретение касается вкусоароматической активной композиции, ее применения в пищевых продуктах и кормах для домашних животных, а также способа ее получения.
Реакция Майяра является сложной системой реакций, которая изменяет важные характеристики пищевого продукта, такие как вкусоароматические качества, окраска, пищевая ценность, антиоксидантные свойства и т.д. Она используется для пищевых продуктов и в пищевкусовой промышленности, чтобы генерировать вкусоароматические качества во время выполнения технологической обработки (создание вкусоароматических качеств в ходе процесса) и для получения технологических/реакционных ароматизаторов. Однако управление реакцией Майяра является очень сложным, поскольку композиция продуктов реакции (и качественно, и количественно) сильно зависит от условий проведения реакции/обработки, таких как температура, время, рН, активность воды, виды реагентов и т.д. Регулирование развивающихся в ходе реакции Майяра вкусоароматических качеств еще более затруднено, поскольку ароматические вещества, как правило, образуются вследствие протекания побочных реакций и с очень невысокими выходами. Увеличение выхода ключевых ароматических веществ посредством улучшения регулирования протекания реакций значительно улучшило бы вкусоароматические качества термически обработанных пищевых продуктов и/или технологических ароматизаторов, а также экономическую эффективность систем предшественников ароматизаторов. Это может быть достигнуто осуществлением реакции в несколько этапов в противоположность одностадийной реакции. Данная идея может быть применена к технологическим ароматизаторам, но также и к пищевым продуктам, кормам для домашних животных и к напиткам.
Реакция Майяра, наряду с окислением липидов, играет существенную роль в создании вкусоароматических качеств во время технологической переработки пищевых продуктов и при производстве технологических ароматизаторов. При обычном подходе технологические ароматизаторы готовятся одновременным смешиванием всех ингредиентов при использовании оптимизированных условий реакций. Однако оптимизация условий реакции, как правило, является сложной задачей, поскольку вкусоароматические вещества обычно образуются в ходе побочных реакций на более поздних стадиях реакции Майяра прохождением через целый каскад стадий реакции.
Часто для образования определенного вкусоароматического вещества необходимо получение нескольких промежуточных продуктов. Во многих случаях условия реакции, оптимальные для образования одной группы промежуточных продуктов, не являются оптимальными или даже оказываются совсем неподходящими для образования других групп промежуточных продуктов. Существенным, однако, является образование всех промежуточных продуктов. Если один или несколько промежуточных продуктов пропускаются или образуются в малых количествах, образование вкусоароматического вещества ограничивается или ингибируется. Это часто происходит, когда реакция Майяра выполняется в одну стадию. При таком подходе условия реакции должны допускать образование всех промежуточных продуктов. Как следствие, условия реакции оказываются не оптимальными для образования индивидуальных промежуточных продуктов, что приводит к низким выходам вкусоароматических веществ (пахучих веществ, вкусовых веществ).
Низкие выходы вкусоароматических веществ, наряду с высокими ценами на некоторые предшественники, часто препятствуют более широкому применению вкусовых предшественников при технологической переработке пищевых продуктов и в производстве технологических ароматизаторов. Таким образом, существует потребность в усилении преобразования вкусоароматических предшественников во вкусоароматические активные соединения, чтобы улучшить экономическую эффективность предшественников.
Образование вкусоароматических активных соединений в две или более стадий может явиться альтернативным вариантом для использования лишь одной стадии реакции. Эти новые подходы состоят в контролируемом образовании промежуточных продуктов на первой стадии(-ях), сопровождаемом образованием вкусоароматических веществ на последующей стадии(-ях).
Настоящее изобретение касается вкусоароматической активной композиции, получаемой многостадийной реакцией, включающей:
- первую реакцию между аминосоединением и карбонильным соединением для получения первой промежуточной реакционной смеси,
- вторую реакцию с одним вторым аминосоединением или в комбинации с карбонильным соединением для получения второй промежуточной реакционной смеси, дальнейшие отдельные реакции с другим одним аминосоединением или в комбинации с карбонильным соединением для получения дальнейшей промежуточной реакционной смеси,
- дальнейшие отдельные реакции с соединениями других химических классов, такими как спирты, производные фенола, эпоксиды или органические кислоты, и их комбинациями, приводящие к получению подходящих промежуточных продуктов,
- последнюю реакцию, содержащую смешивание всех предыдущих промежуточных смесей, одних или в комбинации с амино- и/или карбонильными соединениями для получения конечной вкусоароматической композиции.
1
2
Преимущество таких многостадийных реакционных процессов обуславливается тем, что к различных стадиям реакций могут быть применены разные реакционные условия. Следовательно, каждая стадия реакции может быть оптимизирована для образования конкретного промежуточного соединения или группы промежуточных продуктов. Это ведет к улучшению выхода индивидуальных промежуточных продуктов по сравнению с реакцией в одну стадию, а именно, когда различные промежуточные продукты требуют различных условий реакции (например, I требует низких величин рН и коротких времен реакции, тогда как для I необходимы высокие показатели рН и значительная продолжительность времени реакции (см. Фигуру 9)). Помимо оптимизации параметров реакции для каждого промежуточного продукта, многостадийный подход также делает возможной оптимизацию условий реакции для преобразования промежуточных продуктов во вкусоароматические активные соединения. В отличие от одностадийной реакция, при которой оптимизация параметров реакции должна выполняться для целой системы, многостадийный способ осуществления реакции дает возможность использовать оптимальные реакционные параметры для каждой стадии реакции, что приводит к улучшению выхода вкусоароматических веществ и улучшению возможностей регулирования их вкусоароматических качеств.
Согласно изобретению оказывается возможным проведение, например, классической реакции Майяра между аминосоединением и карбонильным соединением, но также и чистое разложение аминосоединения или соединения другого химического класса (например, спиртов, производных фенола, эпоксидов или органических кислот) и последующая реакция между этими реакционными смесями.
Под соединениями других химических классов понимаются спирты, которые могут быть, например, окислены до карбонильных соединений, производные фенола, такие как фенолы и полифенолы, которые могут быть превращены в хиноны, эпоксиды, которые могут быть преобразованы в диолы и в дикарбонильные соединения, и органические кислоты, которые могут декарбоксилироваться, как, например, пировиноградная кислота, или окисляться, как жирные кислоты.
Согласно изобретению, аминосоединение выбирается из группы, состоящей из аминокислоты, амина, источников аминокислот, таких как пептиды, белки, их гидролизаты или экстракты, гидролизованный растительный белок, экстракты дрожжей, гидролизаты дрожжей, соевые соусы и их смеси.
В случае аминокислоты эта последняя выбирается из группы, состоящей из цистеина, цистина, метионина, пролина, орнитина, аргинина, валина, лейцина, изолейцина, фенилаланина, лизина, глицина, глутаминовой кислоты и треонина. Наиболее предпочтительными аминокислотами являются цистеин, цистин, метионин, пролин, лейцин, фенилаланин и глутаминовая кислота. Белки выбираются из группы, состоящей из соевого белка, казеината натрия, сывороточного белка и пшеничного глютена.
Согласно изобретению, карбонильное соединение выбирается из группы, состоящей из моно- и дисахарида, таких сахаропроизводных, как уроновые кислоты, источников сахара и/или сахаропроизводных и их гидролизатов, таких как декстрины, крахмальная патока, фруктозный сироп, сироп из ксилозы, гидролизованные пектины и промежуточные продукты реакции Майяра, имеющие по меньшей мере одну карбонильную группу, такие как альдегиды, кетоны, альфа-гидроксикарбонильные или дикарбонильные соединения. Предпочтительными карбонильными источниками являются: пентозы (ксилоза, арабиноза и рибоза), гексозы (глюкоза, фруктоза, манноза, галактоза), 6-деоксигексозы (рамноза, фукоза), дисахариды (лактоза и мальтоза), уроновые кислоты (галактуроновая кислота), крахмальная патока, фруктозный сироп и гидролизованный пектин. Наиболее предпочтительными карбонильными соединениями являются ксилоза, глюкоза, фруктоза, рамноза и лактоза.
Обычно количество реакций, необходимых для проведения перед последней реакцией, для получения композиции составляет от 1 до 4.
Реакции проводятся либо в водной, либо в липидной среде или в структурированной липидной фазе. В случае водной реакции количество воды составляет 5-99 масс.%, наиболее предпочтительно 60-90 масс.%. В случае липидной среды указанный липид является получаемым из растений или животных и является пищевым или съедобным липидом, например соевым маслом, подсолнечным маслом, пальмовым маслом, хлопковым маслом, рапсовым маслом, кокосовым маслом, кукурузным маслом, масло канолы, оливковым маслом, талловым говяжьим жиром, талловым ягнячьим жиром, салом, жиром домашней птицы, куриным жиром или любой их комбинацией. В случае среды - структурированной липидной фазы - реакция выполняется в соответствии со сведениями, изложенными в патентной заявке, зарегистрированной под номером PCT/US09/03711.
Как уже упоминалось выше, к различным стадиям реакции применяются различные условия реакции. Температура реакции обычно находится в диапазоне между 60 и 180°С, предпочтительно между 80 и 150°С, наиболее предпочтительно между 90 и 130°С. Продолжительность реакции составляет между 1 минутой и 12 часами, предпочтительно между 15 минутами и 6 часами, наиболее предпочтительно между 0,5 и 2 часами. Показатель рН находится в диапазоне между 2 и 9.
В одном предпочтительном воплощении реакционные смеси могут содержать один или несколько катализаторов, предназначенных для ускорения прохождения реакций Майяра. Например, катализатор является соединением, содержащим фосфатную или карбоксилатную группу, таким как двузамещенный фосфат натрия или лимонная кислота.
Также возможно добавление к реакционным смесям соединения, предназначенного для регулирования рН водной, липидной или структурированной липидной фазы. Это соединение является, например, буферным, таким как фосфатный буфер или гидроксид натрия.
Настоящее изобретение касается дальнейшего применения вкусоароматической активной композиции, при котором указанная композиция добавляется в количестве, находящемся между 0,05 и 10 масс.%, в пищевые продукты и корма для домашних животных. Предпочтительно указанная композиция добавляется в количестве, находящемся между 1 и 3%, в кулинарные продукты (такие как соусы, супы, подливы, крепкие бульоны, приправы, горячие десерты), выпеченные пищевые продукты, экструдированные пищевые продукты, закусочные продукты/снэки, напитки, а также корма для домашних животных.
Наконец, изобретение касается способа получения вкусоароматической активной композиции, включающего:
- первую реакцию между аминосоединением и карбонильным соединением для получения первой промежуточной реакционной смеси,
- вторую реакцию с одним вторым аминосоединением или в комбинации с карбонильным соединением для получения второй промежуточной реакционной смеси,
- дальнейшие отдельные реакции с другим одним аминосоединением или в комбинации с карбонильным соединением для получения дальнейших промежуточных реакционных смесей,
- дальнейшие отдельные реакции с соединениями других химических классов, такими как спирты, производные фенола, эпоксиды или органические кислоты, и их комбинациями, приводящие к получению подходящих промежуточных продуктов,
- последнюю реакцию, содержащую смешивание всех предыдущих промежуточных смесей, одних или в комбинации с амино- и/или карбонильными соединениями для получения конечной вкусоароматической композиции.
Согласно одному возможному воплощению изобретения, последняя реакция проводится непосредственно в пищевом продукте или корме для домашних животных во время осуществления технологической переработки, такой как экструдирование, сушка в вальцовой сушилке, варка, автоклавирование, нагрев микроволновым излучением, жарение, обжарка.
Следующие общие примеры иллюстрируют то, как придаются различные вкусоароматические ноты.
Пример 1. Обжарка/воздушная кукуруза
На стадии 1 глюкоза и глутаминовая кислота или лизин реагируют при рН 7 для образования метилглиоксаля. На стадии 2 промежуточные продукты стадии 1 смешиваются с пролином или орнитином, чтобы образовать 2-ацетилтетрагидропиридин и 2-ацетил-1-пирролин, придающих вкус подрумяненной воздушной кукурузы.
Пример 2. Бисквитная нота
На первой стадии при рН 7 реагируют рамноза и лизин, чтобы образовать фураноны, такие как 4-гидрокси-2,5-диметил-3(2H)-фуранон (HDMF) и другие карбонилы (например, ацетилформоин).
На стадии 2 промежуточные продукты стадии 1 смешиваются с пролином или орнитином для создания вкусоароматических бисквитных нот.
Пример 3. Шоколадная нота
На первой стадии при рН 7 реагируют рамноза и лизин, чтобы образовать фураноны, такие как 4-гидрокси-2,5-диметил-3(2H)-фуранон (HDMF) и другие карбонилы (например, ацетилформоин).
На стадии 2 промежуточные продукты стадии 1 смешиваются с фенилаланином или лейцином для создания вкусоароматических шоколадных нот.
Представленные ниже примеры более подробно иллюстрируют влияние многостадийного подхода на образование выбранного ароматизирующего вещества и сенсорный профиль реакционных смесей.
Пример 4
Концентрация 2-фурфурилтиола (FFT), ароматического вещества, сообщающего аромат многим термически обработанным пищевым продуктам, включая кофе и мясо, может быть значительно увеличена при проведении реакции глюкозы с глутаминовой кислотой и цистеином с применением многостадийного подхода. Реакция, выполняемая классическим одностадийным способом, после нагревания всех трех предшественников (по 0,4 моль/л каждого) в фосфатном буфере (0,5 моль/л; рН 7) при 100°С в течение 2 часов давала выход лишь 2,3 мкг FFT на 1 моль цистеина. Низкий выход может быть объяснен образованием FFT через взаимодействие фурфурола с сульфидом водорода:
2-фурфурол
FFT
2-Фурфурол является известным продуктом разложения моносахаридов, образующимся путем 1,2-энолизации, которой благоприятствуют низкие значения рН. С другой стороны, образование сероводорода из цистеина поддерживается щелочными условиями (в смеси глюкоза/цистеин после 5 часов при 100°С и при рН 9 образовалось почти в 4 раза больше сероводорода, чем при рН 3), как это видно из Фигуры 1.
Следовательно, в одностадийной реакции необходимо применять нейтральный показатель рН, который допускает образование обоих промежуточных продуктов (фурфурол и сероводород), однако эти условия не являются оптимальными ни для одного из них, что приводит к низкому выходу FFT.
Выход FFT может быть значительно увеличен, если применить концепцию многостадийности. Например, выход FFT был увеличен в 10 раз (23 мкг/моль цистеина), когда те же самые предшественники взаимодействовали в 3 стадии вместо одной. Вначале было выполнено взаимодействие глюкозы с глутаминовой кислотой (по 0,8 моль/л каждой) в фосфатном буфере (0,5 моль/л; рН 7) при 100°С в течение 30 минут (стадия 1: преобразование глюкозы в 2-фурфурол). При другой реакции раствор цистеина (0,8 моль/л) нагревался в фосфатном буфере (0,5 моль/л; рН 9) при 100°С в течение 6 часов (стадия 2: преобразование цистеина в сероводород). И, в завершение, реакционные смеси, полученные на стадии 1 и стадии 2, были смешаны (пропорция 1:1) и после доведения показателя рН до 7 нагревались при 100°С в течение 2 часов (стадия 3: образование FFT) (Фигура 2).
Еще более значительные различия наблюдались после более коротких времен проведения реакций. После 30 минут при 100°С и рН 7 подход с единственной стадией привел к выходу лишь в 0,4 мкг FFT на 1 моль цистеина, тогда как многостадийный подход обеспечил 14 мкг FFT на 1 моль цистеина (время реакции на этапе 3 составляло 30 минут), то есть привел к увеличению в 35 раз.
Оценка общего аромата выявила, что многостадийный подход обеспечил получение вкусоароматического профиля, значительно улучшенного в отношении жареных, сладких, воздушной кукурузы и карамелеподобных нот по сравнению с подходом с единственной стадией (Фигура 3).
Таким образом, помимо увеличения выхода вкусоароматического активного соединения, многостадийный подход делает возможным более эффективное регулирование вкусоароматических качеств по сравнению с подходом в одну стадию. Это обуславливается тем, что одни и те же предшественники могут использоваться для образования различных вкусоароматических промежуточных продуктов при различных условиях реакции, применяемых на индивидуальных стадиях реакции. Это приводит к модифицированию вкусоароматических свойств, что является еще одним преимуществом способа с многостадийной реакцией.
Пример 5
Аналогично с FFT многостадийный подход успешно применялся для повышения выхода других ароматически активных соединений, таких как 2-ацетил-2-тиазолин (2-АТ) и 5-ацетил-2,3-дигидро-1,4-тиазин (ADHT). Оба соединения, обладающие жареным, подобным воздушной кукурузе ароматом, могут образовываться при взаимодействии цистамина с фрагментами сахаров (метилглиоксалем и 2,3-бутандионом): Фигуры 4 и 5.
Фрагментация молекул сахаров увеличивается при увеличении рН реакционной смеси, однако и реакционная способность фрагментов также увеличивается с рН. В условиях кислой среды выход фрагментов сахаров, как правило, низок вследствие низкой скорости образования. Аналогичным образом в условиях щелочной среды их выход также низок вследствие высокой скорости разложения этих фрагментов. Поэтому выход фрагментов сахаров, как правило, достигает максимума в нейтральных или слабощелочных условиях. С другой стороны, образованию цистамина из цистеина значительно благоприятствуют кислотные условия (Фигуры 6 и 7).
Вследствие такой рН-зависимости, нейтральный показатель рН выглядит наилучшим компромиссом для образования 2-АТ и ADHT в случае применения одностадийного подхода. Одностадийная реакция глюкозы с глутаминовой кислотой и цистеином (по 0,4 моль/л каждого) при рН 7 (фосфатный буфер, 0,5 моль/л) обеспечила выход 17 мкг 2-АТ и 29 мкг ADHT на 1 моль цистеина после 30 минут при 100°С.
Выход обоих этих соединений может быть улучшен в случае применения подхода с многостадийной реакцией. Подход состоял в (i) реакции глюкозы с глутаминовой кислотой (каждой по 0,8 моль/л) в фосфатном буфере (0,5 моль/л; рН 7) при 100°С в течение 30 минут (стадия 1: образование фрагментов сахара); (Н) реакции цистеина (0,8 моль/л) в фосфатном буфере (0,5 моль/л; рН 3) при 100°С в течение 6 часов (стадия 2: образование цистамина); и (ii) реакции смесей, полученных на этапах 1 и 2 (смешанных в пропорции 1:1) при 100°С в течение 30 минут при рН 7 (стадия 3: образование ароматических веществ). При этих условиях выход 2-АТ был увеличен почти вдвое (37 мкг/моль цистеина), а выход ADHT - около 4 раз (114 мкг/моль цистеина): Фигура 8.
Пример 6
Способ многостадийной реакции использовался для приготовления ароматизатора, обладающего вкусоароматическими свойствами жареного/мясного продукта. Многостадийный подход. На первой стадии ксилоза и глицин (каждого по 1,5 моль/л) были растворены в пирофосфорнокислом буфере (0,2 моль/л, рН 5,5), рН реакционной смеси был доведен до 5,5 и реакционная смесь нагревалась при 100°С в течение 60 минут (ароматизатор В) и 120 минут (ароматизатор С). На второй стадии к полученной на стадии 1 реакционной смеси был добавлен цистеин (1,5 моль/л), рН смеси был доведен до 5,5 и смесь нагревалась при 100°С в течение 120 мин. Для сравнения была также проведена реакция в одну стадию: ксилоза, глицин и цистеин (каждого по 1,5 моль/л) были растворены в пирофосфорнокислом буфере (0,2 моль/л, рН 5,5), рН реакционной смеси был доведен до 5,5 и реакционная смесь нагревалась при 100°С в течение 240 минут (ароматизатор А).
Ароматизаторы В и С показали приятные, хорошо сбалансированные общие вкусоароматические характеристики, которые были описаны как свойства, присущие жареной говядине (доминирующими нотами были мясные, жаренные и карамельные). С другой стороны, в ароматизаторах А и В развились довольно неприятные вкусоароматические характеристики с овощными, серными и резиновыми нотами.