增强的天然甜味剂以及制备方法

增强的天然甜味剂以及制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种天然增甜组合物，其包含至少一种基于植物的天然高强度增甜化合物的粗制混合物，所述增甜组合物通过如下方法制备，所述方法包括以下步骤：(a)汽提所述粗制混合物的步骤；以及(b)至少一个过滤所述粗制混合物的步骤。
【专利说明】增强的天然甜味剂以及制备方法
[0001]相关专利申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求2011年2月8日提交的美国临时申请序列号61/440，512的优先权,其内容以引入方式完全并入本文。
【背景技术】【技术领域】
[0003]本发明涉及增甜组合物。更具体地，本发明涉及具有增强风味属性的天然甜味剂，以及制备该天然甜味剂的方法。
[0004]随着越来越多的消费者有意识地选择购买天然食物产品，天然食品的市场正在快速增长。为了保护与帮助消费者，政府机构例如加拿大食品检验局提出了保证多种食品成分的天然状态的标准。
[0005]这种趋势在甜味剂类别中也很明显，其中天然甜味剂产品正赢得越来越多的青睐。许多消费者在寻找能提供他们想要的甜味而同时具有比糖的卡路里低的天然甜味剂。
[0006]即便如此，仍有一些低强度或高强度甜味剂通过使用化学处理(添加碳酸钙、氧化铝或其它澄清化学品)、或者使用离子交换树脂处理、或者从非食品级溶剂结晶来生产。这些通常使用的方法不符合许多国家关于如何制备天然味道甜味剂的管理规定。
[0007]此外，许多人尝试使用各种方法以通过使用天然成分来配制餐桌用甜味剂。通常，所述产品的配制经过调节以尝试掩盖或克服天然甜味剂产品中固有的不可取的味道感觉。在许多情况下，所得产品不再具有天然味道。相反，消费者发现这些产品中的一些具有类似人造糖果的风味。并且在一些情况下，消费者不喜欢的不可取的味道和风味仍然存在。
[0008]很明显，消费者想要具有天然味道而没有人造味道和/或苦味的天然甜味剂产品O

【发明内容】

[0009]本发明涉及天然增甜组合物，其包含至少一种基于植物的天然高强度增甜化合物的粗制混合物，所述增甜组合物通过如下方法制备，所述方法包括(a)汽提粗制混合物的步骤；以及(b)至少一个过滤所述粗制混合物的步骤。
【专利附图】

【附图说明】
[0010]图1描绘了典型的汽提塔示意图；
[0011]图2描绘了根据本发明的一个实施例来加工提取物的工艺流程图；
[0012]图3描绘了根据本发明的另一个实施例来加工提取物的工艺流程图；
[0013]图4描绘了根据本发明的另一个实施例来加工提取物的工艺流程图；
[0014]图5描绘了根据本发明的另一个实施例来加工提取物的工艺流程图；并且
[0015]图6描绘了根据本发明的一个实施例来加工发酵罐产物的工艺流程图。【具体实施方式】
[0016]如本文所用，I克“等效蔗糖甜度” (“SES”)应当理解为是指为提供与独立的包含I克蔗糖的一杯8盎司水相同的甜度而需要加入一杯8盎司水中的低强度或高强度甜味剂的量。例如，约l/250g的莱苞迪甙A等于约I克SES，因为莱苞迪甙A比蔗糖甜约250倍。相似地，约l/50g的甘草素提供I克SES，因为甘草素比蔗糖甜约50倍。
[0017]如本文所用，低强度甜味剂提供每克固体介于0.5至2克之间的等效蔗糖甜度(SES)。其它植物来源的低强度甜味剂包括赤藓醇、木糖醇、麦芽糖醇、麦芽低聚糖、甘露糖醇、山梨醇、塔格糖、葡萄糖、果糖和蔗糖。由于这些中的一些相比其它甜味剂甜度低，因此这些甜味剂的比例和浓度会影响所述组合物的甜度品质。
[0018]如本文所用，“高强度甜味剂”提供每克固体50克的等效蔗糖甜度(SES)。如本文所公开的基于植物的高强度甜味剂可为僧果的提取物或浓缩物，僧果还已知为罗汉果或甜叶菊(Stevia rebaudiana)。
[0019]如本文所用，“基于植物的”应当理解为是指自然地提供植物中主要甜度的化合物或化合物的组合。此外，应当理解，其包括通过酶或微生物手段改性的甜味剂，从而得到自然地提供植物中主要甜度的化合物或化合物的组合。
[0020]本发明人已研制出一种制备天然增甜组合物的方法，其生产天然味道的甜味剂产品。天然增甜组合物包括至少一种基于植物的天然高强度增甜化合物的提取物或粗制混合物，或者至少一种基于植物的天然低强度增甜化合物与至少一种基于植物的天然高强度增甜化合物的组合。所述组合物的这些组分与剩余的组分一起形成提取物或粗制混合物，所述提取物或粗制混合物通过(a)汽提处理，并且(b)通过至少一个过滤(澄清和/或萃取)步骤处理。
[0021 ] 粗制植物提取物通过汽提塔加工，从而产生汽提提取物。然后，过滤汽提提取物。例如，提取物混合物被泵入填料塔或板式塔的顶部，其中混合物与通过塔底部进入的蒸汽在塔中密切接触。作为混合物与蒸汽之间接触的结果，来自提取物混合物的挥发性组分传送至气相，从而纯化提取物混合物。
[0022]汽提与过滤结合使用的条件和参数:
[0023]蒸汽与进料比率。蒸汽(例如，单位时间内进料中单位体积水蒸气的千克数)与进料速率的比例可根据塔的效率和挥发性组分需要去除的程度而变化。
[0024]进料与蒸汽在入塔点的温度。预热进料和/或过度加热蒸汽可一定程度上防止缩合，并且提高去除挥发物的操作效率。因此，必须维持热平衡，使得保留足够的液体以在液相中保持期望的非挥发性组分并且使其沿汽提塔移动。
[0025]塔与填料几何形状。塔的比例(高度相对于圆周)和填料的形状应使得它将通过的上升的蒸气或下降的液体的量最小化，使得两相不能进行必要的接触。优化地，液体和蒸气在整个塔内密切接触，使得塔以接近预测的理论板数操作。相似地，塔将在竖直位置操作，并且选择的填料或再分布器提供最小的或无液体滞留。
[0026]产物产量与进料速率的比率最佳地接近1.0，但塔可以任选地操作以提高产物在底部相对于进料速率的出料速率。将得到一种更稀的产品，或者采用较小的相对于进料速率的底部物速率(较高的进料流的净蒸发产生更浓缩的底部物)。[0027]在每种情况下，必须保证总和:
[0028]液体进料+蒸汽进料=底部物+顶部蒸气
[0029]否则塔将集聚存储液体并且将很快溢出。
[0030]液体和蒸气进料的进入点和产物的出料可根据塔的设计和操作效率而改变。尽管以下例子说明/讨论顶部进料与底部出料，但是还可以沿着塔轴向在一个或多个点处引入进料。此外，产物和/或蒸汽可在沿着塔的侧面的一个或数个点处引入。该塔的操作条件在设计中是固有的，并且可进行选择以得到相对于挥发性组分和非挥发物浓度的特定产物组合物。
[0031]理想地，蒸汽质量应与食品相容。然而，一些蒸汽发生器使用化学品或其它添加齐U(以保护锅炉)，所述化学品或添加剂可能是挥发性的并且可能被带入底部物中的产物中(或者顶部的蒸汽/蒸气，如果其为期望的产物流)。因此，避免使用锅炉化学品以便为所述工艺产生清洁的蒸汽是优选的。
[0032]在一个实施例中，实施汽提工艺使得蒸气(蒸汽)与液体之间的接触紧密并迅速。例如，这一点可通过使蒸汽流动与液体流动方向相反(逆流)的配置实施所述工艺来完成。汽提可由液体(向下)和蒸气(向上)的逆流垂直完成。
[0033]作为另外一种选择，汽提可由图1所示的混合方式来完成。在图1中，液体在液体通过堰的被动溢流(例如，如果在进料高于出料点处容器稍微倾斜)时由机械装置(例如旋转盘或通过喷洒)带入气相。
[0034]根据操作条件，其被认为是汽提，因为实际上液体流动与蒸汽流动逆向。
[0035]所述方法中另一个关键步骤是过滤步骤(澄清和/或分馏)，其中过滤用于纯化液体，即通过从液体中分离颗粒来提取混合物。基本上，溶剂通过半渗透阻隔层。阻隔层中的孔径决定了阻隔层的渗透性，允许小于孔径的溶剂和颗粒通过阻隔层，同时保留或阻挡比孔大的颗粒。这提供了一种从液体溶剂中分离不期望组分的方法，从而得到经纯化的液体，所述液体澄清并在阻隔层的一侧被过滤，其中被去除的溶质颗粒在另一侧。在一个优选的实施例中，膜过滤可用于去除细颗粒物、彩色颗粒、以及高分子物质例如蛋白质和多糖。膜过滤可被用于富集一些组分，同时贫化或去除其它组分。这一点确认基于尺寸的分离不需要为有效和适用而进行完全。在另一个实施例中，其它可以使用的用于过滤的静态介质，例如使用树脂珠的基于溶质或颗粒尺寸的过滤，从粘土或陶瓷制得的分子筛颗粒，以及其它类似材料等。
[0036]过滤步骤可在汽提步骤之前、之后，或在汽提步骤之前及之后进行。
[0037]膜分馏参数:
[0038]一种过滤形式为分子过滤，其用半渗透膜(膜分馏)过滤来完成。这基本上涉及根据它们分子的大小在膜两侧分配溶质。一般用于预测或建立溶质性质模型的经验公式为:
[0039]% 截留率=(log (Cr/Co)) / (log (Vo/Vr)) X 100%
[0040]其中: Cr=截留液中给定溶质的浓度[0041 ] Co=原始溶液(进料)中给定溶质的浓度
[0042]Vo=进料原始体积
[0043]Vr=截留液体积
[0044]截留液=进料溶液的未通过膜的部分[0045]渗透液=进料溶液的通过膜的部分
[0046]由于温度可影响膜的渗透性，从而影响溶质的％表观截留率(%R)，因此所有膜分馏都采用一些适度的温度控制。应当理解，产物的温度将取决于期望的结果，并且可在加工/操作过程中经验性地确定。在一个实施例中，产物的温度在约15至约100°C的范围内。
[0047]溶质的分子大小与形状和体积以及溶质的电荷的关系比与其分子量(MW)的关系更大，但分子量可为一种区分哪种溶质可能或不可能通过膜的有用的方法。
[0048]植物提取物中复杂分子的尺寸和形状可能受到其它溶质的影响，包括在汽提期间可能被去除的一些。
[0049]利用汽提过滤的本发明方法的一些实施例描绘于图2-6中。图2-6中所示的方法供选择的替代方案示出了多种汽提和过滤加工(澄清和分馏)的组合。图2描绘了提取物经汽提和分馏处理的工艺流程示意图。图3中示出了提取物经膜澄清、汽提和分馏处理的工艺流程示意图。图4中示出了提取物经汽提、膜澄清和分馏处理的工艺流程示意图。图5描绘了提取物经分馏和汽提处理、提取物经分馏处理之前任选地经膜澄清处理步骤的工艺流程示意图。并且图6中示出了提取物经发酵(酶改性)处理以形成发酵罐产物的工艺流程示意图，所述产物经膜澄清、汽提和分馏处理。应当理解图6示例性地说明一个具体的实施例，然而，发酵(酶改性)步骤可以在(i)膜澄清、(ii)汽提、或(iii)分馏之后发生。也就是说，发酵(酶改性)步骤以及后续的加工步骤的顺序位置可被改变。所有组合均旨在作为本发明的一部分。
[0050]此处澄清指一种去除非常小的颗粒的过滤形式，所述颗粒小至细菌细胞或孢子、或可能一些病毒的大小。相比之下，分馏更多地在大分子水平或较小、至水分子的水平上。用于进行澄清或分馏的半透膜可由其孔隙率来表征。本领域的技术人员使用术语标称截留分子量(nmwco)以根据能够通过半透膜的分子大小的上限(或截留的下限)描述膜的孔隙率。由于有效孔隙率可随操作温度、系统压力和溶质颗粒的几何形状、以及其它因素而变化，其应当理解为描述性的术语。膜的具体选择是高度经验性的，并且通常为实验的结果。应当理解，澄清和过滤材料可为层压产品，多孔金属，或非金属例如陶瓷、玻璃、碳，以及其它材料。
[0051]任选地，所述方法包括干燥步骤。可采用任何合适的干燥天然增甜组合物的装置。
[0052]改善的天然风味的属性可被更多地感知为甜味，具有较少的粗制植物提取物特有的“未熟的”味，减弱的来自不可取的提取组分(可能来自表面组分)的异味，或提取物中的苦味。
[0053]基于植物的天然低强度甜味剂包括但不限于水果来源的甜味剂，例如D-果糖，还已知为左旋糖D-阿糖-2-己酮糖，或者存在于许多水果中的“水果糖”。其它例子为浓缩的或干燥的果汁，例如来自苹果、葡萄、或类似水果的果汁。
[0054]基于植物的天然高强度甜味剂包括但不限于来自甜菊(Stevia rebaudianaBertoni)的植物物质，来自甘草根光果甘草(Glycyrrhiza glabra)的植物物质，和/或来自多年生草本藤本植物水果的植物物质，中国南方特有的罗汉果(Siraitiagrosvenorii),已知为植物学同义词罗汉果(Momordica grosvenorii)和罗汉果(Thladiantha grosvenorii)，僧果(通常叫做罗汉果)。
[0055]另外，本发明的增甜组合物中可包含多种成分。[0056]例如，可包含增量剂或其它载体材料。公开的或使用的那些包括低聚果糖(FOS)和其它纤维、麦芽低聚糖、以及赤藓醇。赤藓醇尤其流行，因为它可以减轻一些苦味。载体材料可以为简单混合物的形式，或与高强度甜味剂共结晶。
[0057]其它水果提取物可有助于产生附加的、能够引发甜味剂中“天然”的感觉的风味或颜色属性。草莓或蓝莓口味的糖浆或其它浆果的糖浆固体，以及多种浓缩的果汁包含许多有助于“天然”感觉的甜味和非甜味化合物。
[0058]这些甜味剂的制造者和使用者常常向甜味剂中添加其它组分，以克服令人不快的味道，例如苦味。
[0059]本发明的组合物中的另一种任选的成分为可溶性食物成分。可溶性食物成分可为例如低聚果糖(FOS)、耐消化麦芽糖糊精(例如FiberSol)、赤藓醇、菊粉、糖类聚合物、或它们的任何组合。优选地，可溶性食物成分为纤维。
[0060]还可存在维生素和矿物质。
[0061]组合物可包含其它组分，包括风味剂、芳香剂、其它营养性组分、粘合剂、以及它们的混合物。
[0062]所公开的餐桌用甜味剂可为无定形的或结晶固体、液体或浆液。它们可通过本领域的技术人员已知的任何方法制备。
[0063]优选地，餐桌用甜味剂组合物具有小于2.5千卡每茶匙(在甜度上等于I茶匙蔗糖)的SES，但可对其进行配制以提供多种小于4千卡每克的SES的含热量(蔗糖的卡路里值)。例如，使用本领域工作人员已知的技术配制所述组合物至任何实用密度，例如低堆积体积密度的喷雾干燥。
[0064]天然甜味剂组 合物具有小于2千卡每克的SES。在一个实施例中，增甜组合物具有小于I千卡每克的SES。在另一个实施例中，增甜组合物具有小于0.5千卡每克的SES。在另一个实施例中，增甜组合物具有小于0.25千卡每克的SES。
[0065]另外，天然甜味剂组合物具有约0.lg/cm3至约0.8g/cm3的密度。
[0066]天然甜味剂组合物具有载体材料与基于植物的天然高强度增甜化合物约1:1至约99:1的比率。在一个实施例中，载体材料与基于植物的天然高强度增甜化合物的比率为约10:1至约90:1。在另一个实施例中，载体材料与基于植物的天然高强度增甜化合物的比率为约25:1至约50:1。在另一个实施例中，载体材料与基于植物的天然高强度增甜化合物的比率为约30:1至约40:1。
[0067]餐桌用甜味剂组合物可由本领域的技术人员已知的任何形式提供。例如，小药囊、
鱼姑怨坐
寸 ο
[0068]除非另外定义，否则本文所用的所有科技术语的含义均与本发明所涉及领域的普通技术人员通常理解的相同。本文描述的材料、方法和实例仅为例证性的，并不旨在为限制性的。
[0069]以下提供的实例进一步说明了本发明的组合物和方法。这些实例仅是示例性的，并不旨在以任何方式限制本发明的范围。
[0070]实例I
[0071]组合的汽提与膜过滤
[0072]提取:[0073]将干燥的、粗切的甜菊叶片(0.8kg)浸入Groen (型号:TDB/7_23)釜中的自来水(5.85kg)中，并且使混合物沸腾。混合物保持缓慢的将沸未沸几分钟，然后冷却几小时直至它刚好触摸起来温热。从叶片物质中滗出含水溶液，并且手压叶片以尽可能多地去除提取物。丢弃叶片物质，并且提取物被(3.8kg，较少样品)载入汽提阶段。提取物颜色很深且很浑浊，甚至在通过200目筛网过滤后也如此。
[0074]IHM:
[0075]汽提塔可单阶段操作，但可增加额外的阶段。存在三个部分:(1)顶盖，其具有在塔身之上的进料入口和可连接至冷凝器的顶部物蒸气出口 ；(2)塔身，其盛装填料和支撑物；和(3)底部物出料口，其还具有偏离中心地定位的蒸汽入口，以防沿着塔流下的液体阻挡蒸汽进入塔身。塔的外部进行隔热以使塔壁上的热损失和冷凝最小化。
[0076]相对于固定的约96mL/min的蒸汽流量(作为冷凝物测量)，提取物在塔顶以约5mL/min的速度喂入。汽提塔底部物通过调节底部物出料口活塞的孔半连续地收集。经过约75分钟收集大约6.7kg的经汽提的底部物(89mL/min ;约39mL/min的蒸汽冷凝物)。混合的汽提塔底部物作为样品，其余的用于膜澄清阶段。观察到汽提塔底部物和汽提塔进料是一样黑的，但是完全没有粗提物的显著的草本植物气味，为经煮沸的甜叶菊树叶的特征。
[0077]膜澄清:
[0078]使用KOCH膜测试装置(KPN0210090)完成澄清，所述测试装置安装2000nmwco的1〃中空纤维测试滤芯(PM2)。汽提塔底部物在没有背压以建立流动的情况下再循环几分钟，然后通过逐渐夹紧在膜透过液一侧的节流夹施加背压，直至达到缓慢的透过液流量(约4mL/min)。直至收集1.25kg的透过液。收集透过液和截留液样品作为保留样品。透过液完全透明并具有轻微的金黄色。透过液和截留液均表现强烈的甜菊醇糖苷特征性的甜味，但透过液具有较不明显的苦的余味。
[0079]由于膜分馏方法是非破环性的，因此可通过将来自透过液和截留液的组分加回至进料组合物而对其(Co)进行计算，如下所示:
[0080]Co=[ (CpXMp) + (CrXMr) ]/MoX 100%
[0081]其中:Cp=渗透液中给定溶质的浓度
[0082]Mp=渗透液的质量
[0083]表I示出了计算得到的代表性甜菊醇糖苷的％截留率。甜菊醇糖苷由相对于已知标准物的HPLC相对流动性鉴定，并由质谱仪确认。
[0084]表I
[0085]
【权利要求】
1.一种天然增甜组合物，包含至少一种基于植物的天然高强度增甜化合物的粗制混合物，所述增甜组合物通过包括以下步骤的方法来制备: (a)汽提所述粗制混合物的步骤；以及 (b)至少一个过滤所述粗制混合物的步骤。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述基于植物的天然高强度增甜化合物为甜味職烯苷。
3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述基于植物的天然高强度增甜化合物选自甜菊醇糖苷、甘草素(和相关的结构)、罗汉果甙、以及它们的混合物。
4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述天然高强度甜味剂提取自甜叶菊(Steviarebaudiana)、光果甘草(Glycyrrhiza glabra)、罗汉果(Siraitia grosvenorii)、以及它们的混合物。
5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述天然高强度甜味剂通过酶或微生物发酵来改性。
6.根据权利要求1所述的组合物，还包含风味调节剂。
7.根据权利要求1所述的组合物，其中所述增甜组合物经历干燥过程。
8.根据权利要求1所述的组合物，其中所述增甜组合物与载体材料混合。
9.根据权利要求7所述的组合物，其中所述增甜组合物与所述载体材料共结晶。
10.根据权利要求1所述的组合物，其中所述增甜组合物具有小于0.25千卡每克的SES。
11.根据权利要求1所述的组合物，其中所述增甜组合物具有约0.lg/cm3至约0.Sg/cm3的密度。
12.根据权利要求7所述的组合物，其中所述增甜组合物具有载体材料与基于植物的天然高强度增甜化合物的约1:1至约99:1的比率。
13.根据权利要求7所述的组合物，其中所述增甜组合物具有载体材料与基于植物的天然高强度增甜化合物的约30:1至约40:1的比率。
14.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物为粉末或浓缩物。
15.根据权利要求1所述的组合物，其中所述过滤步骤使用半透膜来执行。
16.根据权利要求1所述的组合物，其中所述过滤步骤在(i)所述汽提步骤之前、(ii)所述汽提步骤之后、或(iii)所述汽提步骤和所述汽提步骤之后的第二过滤步骤之前发生。
17.根据权利要求1所述的组合物，还包含基于植物的天然低强度增甜化合物。
18.根据权利要求1所述的组合物，其中所述粗制混合物包含所述基于植物的天然低强度增甜化合物。
19.根据权利要求1所述的组合物，其中所述基于植物的天然低强度增甜化合物为水果来源的甜味剂。
20.根据权利要求1所述的组合物，其中所述制备所述组合物的方法不包括用离子交换树脂的处理、基于碳或基于树脂的脱色剂的处理、或用基于碳的溶剂结晶。
【文档编号】A23L1/236GK103442591SQ201280008034
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2012年2月7日 优先权日:2011年2月8日
【发明者】S·J·卡泰尼, J·L·纳维亚 申请人:麦克内尔营养有限公司