專利名稱：蛋白質(zhì)產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及脂肪的代用品，包括脂肪本身以及在食品的制備中在預(yù)防性的和治療性的減重療法中、和高蛋白質(zhì)療法中所用的脂肪代用品。還涉及那類可食用的食品，其中通常以足以產(chǎn)生一種感官要求的濃度存在的脂肪，可用具有水包油乳濁液的光滑的感官特性的蛋白質(zhì)材料來代替。
富含脂肪的食品是很受歡迎的，它在許多人的膳食中占有相當(dāng)?shù)谋壤?。從營養(yǎng)觀點來看，已廣泛地認識到這樣的消費量的弊端，并已在許多場合對此問題作了論述。
已有的最直接的解決方法可能是降低任何特定食品中存在的脂肪的數(shù)量。在美國專利3，892，873號中列舉了一些產(chǎn)品的例子，用多相乳濁液(例如油包水包油或水包油包水)可降低某些含脂肪食品中脂肪的量，據(jù)該專利聲稱，這不會過度地損及這些食品的感官特性。在這些產(chǎn)品中，調(diào)整了水和油的比例關(guān)系以便使油的動覺作用達到最佳化，從而有可能相應(yīng)地減少食品中所需要的油的量以便顯示由脂肪產(chǎn)生的任何給定水平的感官作用。但是，就目前的情況來說，降低脂肪的量是非常合乎要求的，而這種方法能達到的程度是非常有限度的。即使能使食品中存在的脂肪的感官作用最佳化，但是任何制成的食品仍然保留了相當(dāng)大部分的通常由這類食品中的脂肪產(chǎn)生的合乎要求的口感所必要的相當(dāng)數(shù)量的脂肪。所以，雖然單純降低脂肪具有它的優(yōu)點，但這種方法不能廣泛應(yīng)用，此外，它不具有通過使用脂肪代用品來降低脂肪的量所具有的相同的潛在好處。
本技術(shù)建議在食品中使用脂肪代用品，并將這些食品稱之為“熱量降低的”。例如，美國專利證書第3，600，186號一般地敘述了含有液態(tài)多元醇聚酯的低熱量制品。美國專利證第4，461，782號敘述了含有多元醇脂肪聚酯和微晶纖維素作為面粉或淀粉的代用品的烘烤制品。
蔗糖聚酯類被稱贊為具有一般脂肪的物理特性和外觀，但同時在腸道中又具有抗酶水解作用，因此使它們不易消化。但是，根據(jù)Economist(經(jīng)濟學(xué)家雜志)1987年4月4日第87-88頁的一篇文獻所述，蔗糖聚酯只允許用于水果的保護性涂層。此外，蔗糖聚酯還有緩瀉作用，因此，當(dāng)蔗糖聚酯使用量大時，必須配合使用氫化棕櫚油或類似的油。更壞的是蔗糖聚酯實際上干擾身體對脂溶性維生素的吸收，特別是維生素A和E的吸收。
美國專利證書第4，143，163號舉例說明了一種較慣用的處理熱量低的食品方法，此專利公開了光滑質(zhì)地的、高度松大的食品添加物成分，這種添加物由涂有可溶性膠和多元醇的纖維狀纖維素制成，其顆粒大小在20至40微米之間。在絕對意義上來說纖維狀纖維素不是代替了脂肪，而是纖維狀纖維素物料增加了食品中的不易消化的物料的相對比例。使用其他原料是為了在某種程度上補償高纖維食品的典型的不良口感。
另一種解決由于添加大量纖維而引起的不良口味的方法是使用各種水凝膠作為脂肪代用品。美國專利第4，305，964號敘述了一種脂肪代用品，其中將以水合水解膠體的水分散體為基料的凝膠水珠再分散在一種水包油乳濁液中。盡管存在于這些凝膠中的在比例上是少量的水解膠體可能有其營養(yǎng)優(yōu)點，但是這些成分對消費者的膳食不會有明顯的直接的營養(yǎng)價值。美國專利第4，510，166號敘述了一種淀粉/水凝膠，并認為可用作油或脂肪的代用品。除了代替油或脂肪外，通過此方法提供的唯一營養(yǎng)優(yōu)點是這些凝膠中含有的10-50%的淀粉的熱值。在碳水化合物已很豐富的膳食中，這點價值是微不足道的。
如上所述，根據(jù)營養(yǎng)的觀點，眾所周知，食品中脂肪含量高，不管其感官作用是如何最佳化，都是不合乎需要的。通過使用纖維添加物來稀釋脂肪具有某些優(yōu)點。但是對消費者來說沒有直接的營養(yǎng)優(yōu)點，不過消耗高纖維膳食已有利地與防止某些形式的腸道疾病相關(guān)聯(lián)。以水凝膠為基料的脂肪代用品未能證明有任何這樣的額外優(yōu)點。用蔗糖聚酯代替脂肪也未對消費者提供直接的營養(yǎng)優(yōu)點，雖然它明顯地具有，在膽固醇被身體吸收之前就在腸道中將膽固醇螯合的優(yōu)點。
如果另外一種脂肪代用品能對消費者的營養(yǎng)需求提供直接的和所需要的作用，這將是最大的優(yōu)點。
美國專利第4，308，294號在這方面有某些對路的地方，這是通過在一種脂肪代用品中使用0.5-30%的蛋白質(zhì)，這種代用品中含有一種攪打過的水合蛋白質(zhì)/樹膠絡(luò)合物，而這種絡(luò)合物是分散在部分凝膠化的和酸化的水包淀粉相中。但是，在第二縱列，第62和68行中指出所需要的替代油的性質(zhì)取決于吸水膨潤的淀粉顆粒的感官作用。
在正常條件下，健康成人的氮平衡可以由每公斤體重每天攝入0.9克的蛋白質(zhì)來維持。一種同時也是營養(yǎng)蛋白質(zhì)源的脂肪代用品可以容易地滿足這些要求，這對一般的蛋白質(zhì)不足狀態(tài)可以起到預(yù)防性的和治療性的優(yōu)點，以及在治療肥胖癥、動脈硬化以及可能有的許多食物病癥中具有潛在的優(yōu)點。通常使用魚、大豆、乳清、酪蛋白、卵清蛋白或谷蛋白來進行食品的蛋白質(zhì)強化。這些強化劑中的每一種都有其伴隨而來的問題。但是，一般說來，水溶性食品蛋白質(zhì)通常是膠粘的，而熱變性的蛋白質(zhì)則趨向于形成塊狀凝膠(例如煮熟的雞蛋清)或粗的砂礫般的顆粒。一個例外情況是已經(jīng)成功地將大豆蛋白質(zhì)紡成具有感官性質(zhì)(特別是組織)的纖維，而此種感官性質(zhì)使人想起了肌原纖維物質(zhì)，例如肉。但是，這種組織性質(zhì)明顯地不是普遍可用的，因為這樣的纖維顯然不是在任何方面都可以模仿的，例如在口感上模仿脂肪或油。
在此技術(shù)中需要有具有實質(zhì)上是光滑的、乳濁液似的感官特性的天然營養(yǎng)物，以及含有作物至少一部份脂肪代用品的此種天然營養(yǎng)物的食品。
本發(fā)明涉及蛋白質(zhì)的、可分散在水中的粗粒膠體，此種粗粘膠體在水合狀態(tài)下具有實際上是光滑的、乳濁液似的感官特性。本發(fā)明中的粗粒膠體產(chǎn)物含有大小和形狀均勻分布的、實際上是非聚集的變性蛋白顆粒。此種顆粒的特征在于應(yīng)用放大約800倍的標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)顯微鏡觀察時，實際上是球形的。此種顆粒的特征在于在干燥狀態(tài)下的平均直徑顆粒大小分布約為0.1微米至2.0微米。在它們的優(yōu)選形式中，直徑超過3.0微米的顆粒占總顆粒數(shù)的2%以下。當(dāng)本發(fā)明的顆粒狀變性蛋白質(zhì)產(chǎn)品分散在一種水介質(zhì)中時，具有最恰當(dāng)?shù)孛枋鰹槿闈嵋核频目诟幸唤咏谟伤腿闈嵋寒a(chǎn)生的口感。
合適的蛋白質(zhì)源有動物蛋白、植物蛋白和微生物蛋白，其中包括但并不限于雞蛋蛋白和乳蛋白，植物蛋白(特別是包括從棉花、棕櫚、油菜、紅花、可可、葵花、芝麻、大豆、花生等制得的油籽蛋白質(zhì))以及例如酵母蛋白和所謂的單細胞蛋白一類的微生物蛋白質(zhì)。優(yōu)選的蛋白質(zhì)包括乳清蛋白質(zhì)(特別是甜乳清蛋白)和非乳清蛋白質(zhì)(例如牛血清白蛋白、蛋清白蛋白)，以及植物性乳清蛋白(即非乳乳清蛋白)，例如大豆蛋白。目前最佳的原料源是能夠提供可溶性的球形、非纖維狀蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)在此之前未受過蛋白質(zhì)變性處理(即在分離過程中)。
本發(fā)明的產(chǎn)品還包括一種蛋白質(zhì)的可分散于水中的粗粒膠體，其中包括實際上是非聚集的變性蛋白質(zhì)顆粒，實際上所有的所述顆粒的總結(jié)合體在干燥狀態(tài)下是由體積約為5×10-4立方微米至約5.5立方微米的顆粒所組成，大多數(shù)所述顆粒用放大800倍的標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)顯微鏡觀察時，實際上是球形的。
為了產(chǎn)生本發(fā)明所要求的動覺特性(即為了產(chǎn)生一種光滑的、滑潤的觸發(fā)感)，本發(fā)明成分中的大多數(shù)顆粒最好具有不是粗糙不平的或?qū)嶋H上是球形的拓樸結(jié)構(gòu)。本文中的“實際上是球形的”一詞是包括球形、扁球形或長球形等各稱各樣的形狀。在本發(fā)明的成分中最好全部是球形的或絕大多數(shù)是球形的。本發(fā)明的成分中有其他球形存在也是可以的，但是其他球形占絕大多數(shù)或全部是其他球形則不太好。條形的或絲狀的顆粒，雖然是允許的，但是也不太好的。針狀顆粒則是最不合乎要求的。這些顆粒在干燥狀態(tài)下測得的直徑(如果不是球形時，則指長軸)最好在低微米級至接近亞微米級范圍內(nèi)。
在本發(fā)明中由加工引起的蛋白質(zhì)變性通常是不可逆的，此種變性使天然的(即未變性的)蛋白質(zhì)產(chǎn)生了變化，蛋白質(zhì)狀態(tài)先傾向于分子增大使其形成上述形式的顆粒。用這類方法來作為實例，本發(fā)明公開了一些方法，用此種方法使能經(jīng)受這種處理的蛋白質(zhì)通過熱變性來進行上述的分子增大。
在本發(fā)明的一方面中，本發(fā)明的方法包括將未變性的實際上是可溶的和可熱凝結(jié)的蛋白質(zhì)，在熱變性溫度下、在pH值小于所述蛋白質(zhì)的等電點的水溶液中，在所選擇的剪切條件下加熱和進行足夠的時間以避免形成顯著的具有直徑大于約2微米的熔融顆粒狀蛋白質(zhì)聚集體并同時還形成直徑大于約0.1微米的變性蛋白質(zhì)粗粒膠體。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種實際上與上述方法相同的方法，在此方法中避免了形成任何顯著量的具有體積超過3.5立方微米的熔融顆粒狀蛋白質(zhì)聚集體，并同時還形成體積約大于5×10-4立方微米的變性蛋白質(zhì)粗粒膠體。
本發(fā)明的這些方法，可有利地應(yīng)用于熱凝結(jié)的蛋白質(zhì)水溶液，其特征在于具有蛋白質(zhì)濃度約為10%至20%(重量)。通常，實施本發(fā)明的蛋白質(zhì)原料源，應(yīng)包括超過約80%的可溶性蛋白質(zhì)，而最好是超過約90%的可溶性蛋白質(zhì)。提供低于約80%的可溶性蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)原料源很可能一開始就包括過大的顆粒和/或能明顯降低本發(fā)明產(chǎn)品感官特性的那些顆粒聚集體。將蛋白質(zhì)溶液的pH值確定在低于此溶液中的蛋白質(zhì)的等電曲線的中點(即各種蛋白質(zhì)成分的等電點的復(fù)合曲線的中點)，但也不應(yīng)低到使該蛋白質(zhì)進行顯著的酸水解作用。通常，將pH值確定在或接近等電曲線的中點，會傾向于促進形成較大尺寸的顆粒分布，而pH值實際上是低于等電曲線中點時，則會促進形成具有極小平均直徑的顆粒。最好是把溶液的pH值確定在約低于蛋白質(zhì)原料源的等電曲線中點1pH單位。在需要時，通過應(yīng)用有機酸或無機酸或堿可容易地進行pH值調(diào)節(jié)。
如需要時，可將實施本發(fā)明中所應(yīng)用的蛋白質(zhì)溶液進行化學(xué)的或物理的預(yù)處理，來除去不希望有的非蛋白質(zhì)成分，或甚至包括肽和氨基酸在內(nèi)的蛋白質(zhì)成分。例如，干的甜濃縮乳清蛋白質(zhì)(已經(jīng)用超濾方法除去，例如顯著量的非蛋白質(zhì)含氮化合物和乳糖)可以用萃取加工方法來除去脂肪和膽固醇以及在將本發(fā)明產(chǎn)物作為脂肪代用品應(yīng)用于食品中時會產(chǎn)生異味的其他成分。也可用其他方法來代替超濾，例如乳清可以應(yīng)用色層凈化法來除去乳糖、鹽和大多數(shù)其他非蛋白質(zhì)成分，而留下乳清蛋白和乳球蛋白作為主要的蛋白質(zhì)成分。
本發(fā)明的水合粗粒膠體產(chǎn)品很容易用蛋白質(zhì)溶液通過受控制的加熱和高剪切條件，使蛋白質(zhì)溶液在某一物理和化學(xué)條件下進行可控制的蛋白質(zhì)變性以形成所需要的大小和形狀的非聚集的蛋白質(zhì)顆粒來制備。在變性作用中所形成的顆粒通常是球形的，并具有超過約0.1微米的平均直徑。應(yīng)實際上避免形成直徑超過約2微米的顆粒和/或形成聚集體直徑超過2微米的小顆粒的聚集體。換加話說，應(yīng)避免形成體積超過5.5立方微米的顆粒或顆粒的聚集體，并同時形成顯著量的體積為5×10-4立方微米或大于5×10-4立方微米的顆粒。所用的蛋白質(zhì)變性溫度和熱處理的時間將隨所用的特定蛋白質(zhì)原料而改變。同樣地，特定的高剪切條件，包括用于蛋白質(zhì)溶液的剪切時間也應(yīng)有變化。例如，pH為3.5至5.0的甜乳清蛋白質(zhì)溶液可按照本發(fā)明在80至130℃和每秒7500-10000次的剪切速率下處理3秒鐘到15分鐘。
在根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的許多產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)了上述特定加工條件。不過，對適合于任何一種所選擇的蛋白質(zhì)基質(zhì)的特定剪切速率，可以通過常規(guī)的經(jīng)驗試驗和利用任何選擇的加工設(shè)備方便地進行確定。
在本發(fā)明的變性作用過程中，溶液中未變性的蛋白質(zhì)相互作用以形成不溶性的凝結(jié)物，而受控制的加熱和高剪切力可以保證形成在所需要的大小范圍內(nèi)的非聚集顆粒。根據(jù)所溶解的市售蛋白質(zhì)原料的特定性質(zhì)和這些原料的溶液中所含有的非蛋白質(zhì)成份的性質(zhì)，單獨靠施加加熱或高剪切力不能最好地避免形成尺寸過大的顆粒聚集體。在此種情況下，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可在蛋白質(zhì)溶液中加入一種或幾種物料(聚集體抑制劑)，例如卵磷脂、黃原膠、麥芽糖糊精、卡拉膠、囊酯類、藻酸鹽等，而最好是在熱變性作用之前加入。根據(jù)所選擇的不同的聚集體抑制劑，這些物料加入的濃度可以從小到0.1%開始直到10%(重量)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)將這些聚集體抑制劑預(yù)先進行水合有利于將它們加入到蛋白質(zhì)溶液中去。如果適當(dāng)?shù)剡M行選擇和處理，這些聚集體抑制劑與未凝結(jié)的蛋白質(zhì)一起可以進一步改進此系統(tǒng)的潤滑性，從而提高奶油狀的感覺。
在本發(fā)明所加工的優(yōu)選的蛋白質(zhì)溶液中也可以有一種或幾種多羥基化合物存在，最好是單糖、雙糖或三糖，例如葡萄糖、果糖、乳糖等。這些成分可以存在于制備蛋白質(zhì)溶液所用的原料中作為一種成分來提供可溶性蛋白質(zhì)(例如，存在于干燥的乳清蛋白濃縮物中的乳糖或其酶水解產(chǎn)物，以及如果選用乳糖酶處理得到的葡萄糖和半乳糖)或作為蛋白質(zhì)溶液的添加物。在各種蛋白質(zhì)溶液中的多羥基化合物的相對濃度可以有很大的變化。某些基本上不含糖或其他多羥基化合物的蛋白質(zhì)原料(例如經(jīng)柱色層分離法凈化的牛乳乳清蛋白)可以很容易地加工來制備本發(fā)明的粗粒膠體，但是隨著加入乳糖，特別是在蛋白質(zhì)溶液中加入聚集體抑制劑時可形成一些改性產(chǎn)品。其他蛋白質(zhì)原料的溶液(例如蛋清白蛋白和牛血清白蛋白)通過加入，例如乳糖可以大大有利于保證本發(fā)明產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。因此，按照本發(fā)明，可以在加工的蛋白質(zhì)溶液中加入按蛋白質(zhì)重量計算的由0到100%或更多的多羥基化合物(較好的是糖類，而最好的是像乳糖那樣的還原糖)。
本方法中可以使用的蛋白質(zhì)原料還包括選自含有白蛋白;球蛋白;谷蛋白、可熱凝結(jié)和可溶的衍生蛋白質(zhì)的動物蛋白、植物蛋白和微生物蛋白及其混合物。
本發(fā)明的控制的變性過程主要包括通過加熱使大量的這些蛋白質(zhì)分子進行締合而形成不溶性的蛋白質(zhì)凝塊來從溶液中“除去”蛋白質(zhì)分子。此外還進行成分和過程控制來防止此種尺寸過大的凝塊的產(chǎn)生。因為鹽類能實際上影響溶解度和在水溶液中蛋白質(zhì)傾向凝聚的可能性，所以在進行加熱和高剪切條件下的溶液中，進行常規(guī)的調(diào)節(jié)鹽的濃度，是屬于本發(fā)明的考慮范圍內(nèi)的。
在實施本發(fā)明中所應(yīng)用的蛋白質(zhì)溶液中的可選用的成分包括著色劑、香料、穩(wěn)定劑、防腐劑等，其數(shù)量足以使產(chǎn)品達到所要求的特性。
本發(fā)明還提供可食用的拼料或食品，其中通常存在于食品中的脂肪已經(jīng)用本發(fā)明的水合蛋白質(zhì)物料所代替。這類食品包括低熱量食品，例如色拉調(diào)料、蛋黃醬式調(diào)料和討論以及像冰淇淋那樣的冷凍甜食。將本發(fā)明中的材料和高強度甜味劑一起使用，例如天冬甜精、alitam、acesulfameK和sucralose等可以進一步減少熱量。本發(fā)明的成分中還可以添加維生素和或礦物質(zhì)。
根據(jù)下列的詳細說明并結(jié)合參看附圖，即可更好地了解本發(fā)明，其中
圖1是流體通過的加工設(shè)備的縱剖面圖，此種設(shè)備適合于均勻地提供實施本發(fā)明中所優(yōu)選的高剪切力和高的熱傳遞速率;
圖2是圖1中顯示的設(shè)備的示意圖，并與實施本發(fā)明的優(yōu)選過程有用的各種其他設(shè)備相連接;
圖2A是與圖2中所示相似的示意圖，但是沒有圖2中所繪的10B刮板式熱交換器。
圖3、4和5是本發(fā)明范圍內(nèi)的牛乳乳清粗粒膠體樣品的顯微照相圖。圖3a-4a和5a說明放大400倍的牛乳乳清粗粒膠體。圖3b，4b和5b分別說明圖3a，4a和5a中顯示的部分視野，并放大500倍。
圖6a和6b分別是ALATALR810乳清蛋白質(zhì)放大40倍和400倍的顯微照相圖。ALATALR810是從美國伊利諾州Rosemont的新西蘭乳制品公司銷售的市售乳清產(chǎn)品。
圖7a和7b分別是ALATALR812乳清蛋白質(zhì)放大40倍和400倍的顯微照相圖。ALATALR812是和ALATALR810相似的一種市售產(chǎn)品，也可以從新西蘭乳品公司購得。(注在例5中闡述了上述ALATALR制品的更詳細的說明。)圖8a和8b是分別用顯示當(dāng)量體積表示的ALATALR810乳清蛋白質(zhì)試樣和本發(fā)明的牛乳乳清粗粒膠體試樣的顆粒大小分布的可比較的半對數(shù)直方圖。
圖9a和9b是分別顯示用當(dāng)量直徑表示的ALATAL810乳清蛋白質(zhì)試樣和本發(fā)明的牛乳乳清粗粒膠體試樣的顆粒大小分布的可比較的半對數(shù)直方圖。
圖10a和10b是區(qū)別于對數(shù)基線的具有直線直方圖，分別顯示用當(dāng)量直徑和當(dāng)量體積來表示的本發(fā)明的牛乳乳清粗粒膠體試樣的顆粒大小分布。
圖11a顯示為實施本發(fā)明中的批量操作而設(shè)計的加工設(shè)備的剖視圖;
圖11b是圖11a的加工設(shè)備中的刀具的平面圖。
圖12與圖11a相似，但是顯示為連續(xù)流動操作而設(shè)計的設(shè)備的剖視圖;
圖13是圖12中沿13-13線的剖視圖;
圖14是圖11b中沿14-14線的剖視圖;
圖15是說明加工設(shè)備操作時的圖;
圖16是本發(fā)明的乳清蛋白粗粒膠體試樣放大1000倍的顯微照相;
圖17是本發(fā)明的牛血清白蛋白粗粒膠體試樣放大1000倍的顯微照相;
圖18是按本發(fā)明生產(chǎn)的蛋清白蛋白粗粒膠體試樣放大1000倍的顯微照相;
圖19是按本發(fā)明生產(chǎn)的大豆蛋白粗粒膠體放大1000倍的顯微照相。
本發(fā)明已經(jīng)確定可以用各種蛋白質(zhì)原料生產(chǎn)在水合狀態(tài)下具有實際上是光滑的、乳濁液似感官特性蛋白質(zhì)的、可分散在水中的粗粒膠體。這種蛋白質(zhì)的、可分散于水中的粗粒膠體含有實際是非聚集的變性蛋白質(zhì)顆粒，其特征在于在干燥狀態(tài)下的平均直徑顆粒大小分布約為0.1微海至2.0微米，其中直徑超過3.0微米的顆粒占總顆粒的2%以下。這些顆粒的進一步特征在于用放大800倍的標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)顯微鏡觀察時通常是球形的。
這種粗粒膠體物料可以用各種各樣的在加工之前實際上是可溶于水的和實際上是未變性的蛋白質(zhì)原料在受控制的變性作用條件下來進行生產(chǎn)。本發(fā)明的粗粒膠體的水分散體的特征在于具有實際上是光滑的、乳濁液似的感官特性，和根據(jù)本發(fā)明可用作高蛋白質(zhì)、低熱量的脂肪代用品。本發(fā)明還提供以其中包括作為拼料的或以這種粗粒膠體為基料的食品。
關(guān)于本文使用的“口感”和“感官特性”等詞，可以理解這通常是與觸覺、感覺等有關(guān)，此類感覺雖然對于整個身體來說是一樣的，但是舌、口腔和食管粘膜的感覺是特別敏銳的。更確切地說，本文所用的“口感”和“感官特性”是關(guān)于上述感覺中的一種感覺，而特別是與細度、粗度和油滑性等觸覺在關(guān)的感覺。通常認為這類觸覺是在口部中，在口中最容易覺察到各種食品之間的細微差別。
因此，本發(fā)明的新蛋白質(zhì)產(chǎn)品，當(dāng)分散在水介質(zhì)中時，具有最恰當(dāng)?shù)孛枋鰹槿闈嵋核频目诟泻透泄偬匦浴ｏ@然，蛋白質(zhì)的水合程度會影響其流變性，因此也影響及對此物料的感覺。這些產(chǎn)品的口感最好是和非常接近于水包油乳濁液。
本發(fā)明中的新蛋白質(zhì)制品的假乳濁液性質(zhì)顯示出此種顆粒直徑約為0.1至2.0微米的熱變性凝結(jié)蛋白質(zhì)顆粒的粗粒膠體分散體的重力穩(wěn)定性，這些顆粒的直徑約為0.1微米至2.0微米。這些分散體接近于通常由水包油乳濁液所產(chǎn)生的目視和感官印象，例如(按該新材料在通過實施本發(fā)明所制得的某些相應(yīng)的產(chǎn)品中的濃度增加順序)調(diào)咖啡用白油、可傾注的色拉調(diào)料，可用匙取的色拉調(diào)料，涂抹料的糖衣。
可以理解，“溶液”一詞在蛋白質(zhì)技術(shù)中常用作未變性蛋白質(zhì)的實際上是真膠態(tài)分散體的同義詞。此種未變性蛋白質(zhì)顆粒的大小約為0.001至0.01微米，因此，這些顆粒的膠態(tài)分散體的穩(wěn)定性取決于蛋白質(zhì)分子上的電荷，而特別是在pH值接近其等電點時，和取決于這些蛋白質(zhì)與水的親合性。因此，正如在簡明化學(xué)詞典(CondensedChemicalDictionary)第9版，第222頁上所定義的，這些未變性蛋白質(zhì)正好落在“膠體化學(xué)”一段所規(guī)定的較小的顆粒范圍內(nèi)。與此相反，本發(fā)明中的變性蛋白質(zhì)顆粒的大小是在約0.1微米至2.0微米范圍內(nèi)，因此包括大小接近或超過上述定義中所提出的上限的那些顆粒。雖然本發(fā)明中的蛋白質(zhì)經(jīng)過熱變性處理，但是并沒有失去一般的膠體特性(即此種顆粒在水介質(zhì)中的分散體的穩(wěn)定性)。因此，在本發(fā)明范圍內(nèi)的新蛋白質(zhì)分散體能在中和的水懸浮體中、在高達10，000重力的力的作用下阻礙蛋白質(zhì)沉降(pH值約為6.5至7.0)。因此，本文應(yīng)用“粗粒膠體分散體”一詞的目的是為了與未變性蛋白質(zhì)的“溶液”區(qū)別開(即真膠態(tài)分散體)。同樣地，本發(fā)明中的變性凝結(jié)蛋白質(zhì)，此后稱之為粗粒膠體，應(yīng)同真膠體區(qū)別開，真膠體在上述詞典的定義中是指不大于1微米的顆粒。這一區(qū)分反映了相對較大的顆粒是本發(fā)明的變性凝固蛋白質(zhì)顆粒的特征。
本發(fā)明的粗粒膠體所特別要求的感官特性尤其取決于粗粒膠體顆粒的大小和形狀。
尤其是還發(fā)現(xiàn)較大的變性蛋白質(zhì)凝結(jié)物的分散體(即干燥后的直徑大于約3微米)使增補此種分散體后的食品具有不合乎要求的粉筆灰似的口感。這種粉筆灰似的口感可以識別為比已知的熱變性蛋白質(zhì)(約15-175微米)具有較少砂礫感?？磥懋?dāng)?shù)鞍踪|(zhì)凝結(jié)物顆粒中的最大尺寸的顆粒具有直徑大于約2-3微米的數(shù)目增加時，就會越過一個敏銳清晰的感覺閥值。
長度一般大于5微米和直徑一般小于約1微米的纖維狀顆粒，可形成光滑而脹大的糊狀物(當(dāng)在舌和腭之間施加更大的力時，可感覺察到有一種固體增加的感覺)。當(dāng)纖維變短而接近球形時，這一特性就減少了。
顆粒的形狀也是重要的，因為通常是球形的顆粒傾向于產(chǎn)生更光滑、更似乳濁液的感官感覺。當(dāng)有更大比例的粗粒膠體顆粒是更完整球形時，則可能發(fā)生有更多的直徑大于2微米的顆粒，而又不損及粗粒膠體混合物的感官特性。但是，如同前面提及的，直徑大于1微米的棒狀顆粒傾向于產(chǎn)生粉筆灰到粉末狀的口感。
在顆粒大小接近0.1微米時，可產(chǎn)生像油脂那樣的口感，對一種準(zhǔn)備模擬水包油乳濁液產(chǎn)品來說，如果覺察到此種產(chǎn)品中這種觸覺特性起主導(dǎo)作用時，此種顆粒大小是不能采用的。在希望生產(chǎn)一種油滑口感令人感到興趣的產(chǎn)品時，例如像黃油那樣的涂抹料，則上述這樣大小的顆粒是適用的。因為在乳濁液似口感與油滑口感之間的轉(zhuǎn)變比乳濁液狀口感與粉筆灰樣口感之間的轉(zhuǎn)變更具有漸進性，所以，在本發(fā)明的粗粒膠體中具有較大比例的0.1微米級直徑的顆粒是可以接受的。因此，如果平均顆粒大小不小于0.1微米，即使有相當(dāng)比例的單個顆粒直徑小于0.1微米，乳濁液似的特性仍占優(yōu)勢。
本發(fā)明的方法適用的蛋白質(zhì)包括那些來自上述各種各樣的和種類不同的蛋白質(zhì)，例如從油籽得到的植物性乳清，哺乳動物分泌的乳汁、血清和鳥卵。
本發(fā)明的方法涉及的蛋白質(zhì)是當(dāng)它們處于天然狀態(tài)時最好是球蛋白。
根據(jù)傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)分類的觀點，本發(fā)明的方法適用于那些可溶于水溶劑系統(tǒng)和選自簡單、結(jié)合、和衍生蛋白質(zhì)中的蛋白質(zhì)。合適的簡單蛋白質(zhì)包括白蛋白、球蛋白和谷蛋白。合適的結(jié)合蛋白質(zhì)包括核蛋白;糖蛋白和粘蛋白，(也統(tǒng)稱為糖蛋白);磷蛋白(有時列為簡單蛋白質(zhì));色蛋白;卵磷蛋白質(zhì)和脂蛋白。也可用熱凝結(jié)的衍生蛋白質(zhì)。
不適用于本發(fā)明的簡單蛋白質(zhì)有類蛋白(也叫作硬蛋白)例如彈性蛋白、角蛋白、膠原蛋白和絲心蛋白，所有這些蛋白質(zhì)，在其天然狀態(tài)時是不溶性的。魚精蛋白和組蛋白加熱時是不凝結(jié)的，因此在本熱變性方法中不適合作為原料。
可溶性又可熱凝結(jié)的結(jié)合蛋白可適用于本方法中。
同樣，衍生蛋白質(zhì)(即各種分解過程或變性過程的產(chǎn)物)雖然它們是衍生得到的，但是仍保持可溶性和熱可凝結(jié)性，它們也可在本方法中用作原料，當(dāng)然，只要他們不是由于是衍生得到的而在一開始就變成不能體現(xiàn)本方法的最終產(chǎn)品所需要的感官特性。但是，一般說來，許多蛋白質(zhì)，例如變性蛋白(又名infraprotein)、結(jié)合蛋白質(zhì)、
、胨和肽(又名多肽)均缺少一種或二種這些必要的特性。
根據(jù)實施本發(fā)明方法，熱凝固性再加上任何一種特定蛋白質(zhì)的固有性能，就能在受熱/剪切條件下形成不溶塊。蛋白質(zhì)樣品的純度，變性的程度或樣品的開始出現(xiàn)的潛在變性作用，都直接地或間接地與蛋白質(zhì)在本方法中用作原料的適用性有關(guān)。
對于本方法來說，按照以下所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，如果一種蛋白質(zhì)有約80%或大于80%是可溶的那么此蛋白質(zhì)就“是可溶的”。溶解度最好大于90%。
在未變性的條件下應(yīng)用將要在本方法中使用的溶劑測定了溶解度。根據(jù)本文的內(nèi)容，要選擇一種合適的溶劑系統(tǒng)，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是沒有困難的，但應(yīng)考慮需要加工的特定蛋白質(zhì)的溶解度性質(zhì)，還包括在此方法中所要求的pH和溫度參數(shù)。一般說來，溶解度會受許多內(nèi)在因素和外源因素的影響。選擇溶劑時最重要的是pH、鹽濃度、溫度和溶劑的介電常數(shù)。例如，白蛋白可溶于水，球蛋白不溶于水但可溶于鹽溶液。蛋白質(zhì)純度，包括其他蛋白質(zhì)和非蛋白質(zhì)成分也程度較少地影響溶解度。因此，當(dāng)一種不純的樣品可能不具有必要的溶解度時，而一種較純的樣品則可能具有必要的溶解度。但是應(yīng)注意到，任何一種單一品種的蛋白質(zhì)的給定樣品愈純，則應(yīng)愈苛刻地精密遵守所選擇的加工參數(shù)。
測定蛋白質(zhì)溶解度的方法是，將10克蛋白質(zhì)在一個韋林氏攙合器中分散在190克選擇好的溶劑系統(tǒng)中1或2分鐘。將所得到的分散體分成二份。將其中的一份在一個使用SW-55轉(zhuǎn)子的BechmanL8-70離心機中離心分離25分鐘(Beckman，PoloAltoCAO每分位11000轉(zhuǎn)(17000重力)，溫度為22℃)。然后收集經(jīng)過離心分離的上層清液。應(yīng)用一臺CarloErba氮分析儀(意大利，米蘭，1500型)進行氮分析，測定未經(jīng)離心分離的部(1號溶液)和經(jīng)離心分離的上層清液(2號溶液)的蛋白質(zhì)含量，因此根據(jù)下式計算百分溶解度可溶性蛋白質(zhì)%＝ (2號溶液中的蛋白質(zhì)%)/(1號溶液中的蛋白質(zhì)%) ×100只要將溶液在較高的轉(zhuǎn)速下進行離心分離(高達每分鐘50，000轉(zhuǎn)和330，000重力)，結(jié)果就可以收集到較高百分比的物料，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)按照上述測試方法在17000重力時進行測定，溶解度大于85%的蛋白質(zhì)物料。通常在分散體中是穩(wěn)定的，或者對本發(fā)明來說是“可溶的”。
對于某一特定用途來說，優(yōu)選的蛋白質(zhì)，可從有效性、費用、隨蛋白質(zhì)產(chǎn)生的香味以及蛋白質(zhì)源中的雜質(zhì)的性質(zhì)和蛋白質(zhì)源中的其他成分等條件來改變。本發(fā)明的優(yōu)選蛋白質(zhì)包括球蛋白質(zhì)，例如牛血清白蛋白，蛋清白蛋白和大豆蛋白，而以牛乳乳清蛋白最好。根據(jù)本發(fā)明，必須進行處理的蛋白質(zhì)源經(jīng)常含有各種雜質(zhì)。因此最好的是，對于本發(fā)明來說，在適用的蛋白質(zhì)中有不溶性成分天然存在時，則此種成分是小于3.0微米的極限，或可在加工前被除去，或在加工過程中使其變得小于該極限。
目前，牛乳乳清蛋白是最優(yōu)選的蛋白源。牛乳蛋白質(zhì)可以分為二類，即血清或乳清蛋白以及凝乳或酪蛋白產(chǎn)物。通常將酪蛋白歸入磷蛋白，但實際上它是幾種不同的和可鑒別的蛋白質(zhì)(α、β、κ，等蛋白質(zhì))、磷和鈣的不均勻復(fù)合物，鈣的復(fù)合物在牛乳中形成一種叫做酪蛋白酸鈣的膠態(tài)鈣鹽凝聚集物。在生產(chǎn)干酪時，可以用二種方法中的一種來將酪蛋白從牛奶中沉淀出來。第一種方法是用酸處理牛奶使pH降到約4.7，于是酪蛋白就從牛奶中沉淀出來而形成最后可加工成干酪的凝乳。在第二種方法中，應(yīng)用凝乳酶而不是應(yīng)用酸來沉淀酪蛋白。用第一種方法生產(chǎn)的酪蛋白通常比第二種方法生產(chǎn)的含較高的脂肪和較小的灰分。灰分含量的差別相信是由于酸的作用而將磷酸鈣從酪蛋白分子中分裂出來的結(jié)果，而殘留的灰分則大部分是有機結(jié)合磷?！八崂业鞍住笔怯糜谏a(chǎn)軟干酪，例如酪農(nóng)干酪，而“凝乳酶干酪”或“衍酪蛋白”則是用于生產(chǎn)切達干酪或mozzarella。
乳清是從牛乳中除去固體物(脂肪和酪蛋白)后殘留的血清。乳清含有乳清蛋白和乳球蛋白。乳清蛋白是脫脂乳蛋白總量的2%到5%，它在牛乳中相信是作為脂肪顆粒的蛋白質(zhì)表面活性劑穩(wěn)定劑。乳球蛋白是脫脂蛋白總量的7%到12%，它同全脂奶中酪蛋白質(zhì)有密切地聯(lián)系。用上述酸沉淀法得到的乳清稱作酸乳清，其pH值通常約為4.3至4.6。用上述酶沉浣法得到的乳清稱作甜乳清，其pH值通常約為5.9至6.5。一般情況是，市售干乳清含有約10%到13%的變性蛋白、71%的乳糖、約2%的乳酸、約3%至5%的水和約8%-11%的灰分以及包括低濃度的磷酐。從干酪生產(chǎn)過程中得到的乳清通常含有90%或更多的水分。甜乳清和酸乳清的特性如下甜乳清酸乳清乳糖4.0-5.0%4.0-5.0%干固體物5.3-6.6%5.3-6.0%蛋白質(zhì)0.6-0.8%0.6-0.7%礦物質(zhì)和鹽分＊0.4-0.6%0.7-0.8%脂肪0.2-0.4%0.05-0.1%注＊主要是鈉鹽、鉀鹽和鈣鹽美國專利4，358，464號公開了一種將酸乳清轉(zhuǎn)變?yōu)樘鹑榍宓姆椒ā?br>
所產(chǎn)生的乳清的量與生產(chǎn)的干酪的量成正比。單估計美國，每年大約生產(chǎn)430.6億磅的乳清。
雖然乳清本身及乳清成分，例如乳白蛋白、乳球蛋白和乳糖，各有其不同的已知用途，但是要將乳清轉(zhuǎn)變成工業(yè)上可用的形式是有明顯困難的。在這方面TheFDAConsumer-1983年11月引用乳清制品研究所的數(shù)字，每年美國生產(chǎn)的乳清目前只有53%被加工成有用的乳清制品。根本的困難是從干酪生產(chǎn)中得到的乳清含有約如上所述的90%的水，而且沒有一種在此形式下的成分是有用的。除去多余的水是非常昂貴的，根據(jù)目前的和預(yù)期的能源費用，大部分乳清只能保持原狀。此外，乳清中含有的有用的乳清只有很小的比例，約為乳清中固體物的9%到11%(重量)。乳清固體物中其余的主要部分，即其70%(重量)以上是乳糖。但是，乳糖的商品價值是很低的。最終結(jié)果是，干酪生產(chǎn)者一般認為乳清只有極少的價值，并實際上只是作為一種用最可能低的費用來處理的東西。更經(jīng)常的是僅把乳清排入下水道，但是，近來日益覺察到對環(huán)境可能造成的污染，已導(dǎo)致了對此類排除方法的嚴(yán)格限制，以致乳清幾乎已成為干酪生產(chǎn)過程在這方面的負擔(dān)。雖然某些地方當(dāng)局允許乳清及共有關(guān)產(chǎn)物排入污水系統(tǒng)，但其費用是非常高的。為了降低處理乳清的成本，于是一種可供選擇的先有技術(shù)就成為是可行的了，此種先有技術(shù)是將此種副產(chǎn)品加熱使蛋白質(zhì)，主要是乳白蛋白熱變性和凝結(jié)，然后再將它從殘留的乳糖糖漿中以一種粗的非功能性形式分離出來。然后再將所得到的產(chǎn)品出售，使加工費用低于排放費用。
形成不溶性變性蛋白質(zhì)制品的先有技術(shù)，主要包括在接近或高于乳清的等電點時將乳清加熱變性。根據(jù)Modler等人的研究(乳制品科學(xué)雜志JournalofDairyScience，60卷，第2期)用此類方法回收乳清蛋白質(zhì)是相當(dāng)受歡迎的和經(jīng)濟的，但其產(chǎn)品通常是不溶的和粗糙的，因此商品用途是有限的。Amantea等人報告了一些改進溶解度的方法(JournalofCanudianInstituteofFoodScienceandTechnology7∶199，1974)，先用鐵強化乳清蛋白質(zhì)，然后在堿性條件下處理但是這些改進方法只是通過大量消耗含硫氨基酸來實現(xiàn)的。Modler等人報導(dǎo)了在低于所用的乳清蛋白質(zhì)的等電點進行的先有技術(shù)，通?？筛倪M溶解度和功能性。在美國專利第3，930，039號中敘述了象這樣的先有技術(shù)，其中清楚地公開了在高酸/高溫條件下，只有非常少的部分的全部乳清蛋白質(zhì)變性，留下來的其余部分蛋白質(zhì)則是處在其原來的功能狀態(tài)即可溶的狀態(tài)。
顯然，可溶性的天然乳清蛋白質(zhì)不會對其強化的食品提供粗糙的質(zhì)地，也不提供乳濁液似的質(zhì)地。此外，正如在“食品加工”FoodProcessing36(10)52，54(1975)中所闡述的，用這種可溶性乳清蛋白質(zhì)來強化面條時遇到了困難。根據(jù)此文獻，費拉德爾菲亞東部地區(qū)研究中心的農(nóng)業(yè)部的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，如果不大量的和根本性的改變用于生產(chǎn)未強化面條的加工設(shè)備，則傳統(tǒng)的天然的(可溶的)乳清蛋白質(zhì)制品是無法用來強化面條的。熱變性的乳清蛋白質(zhì)制品對現(xiàn)有的面條加工設(shè)備并不需要進行上述改裝。受過訓(xùn)練的品償專家對用這種變性乳清蛋白質(zhì)強化的面條進行了評價，認為其質(zhì)地次于未強化的面條。從熱變性的乳清蛋白質(zhì)預(yù)期的砂礫般性質(zhì)來看，此發(fā)現(xiàn)是不足為奇的。雖然品味專家發(fā)現(xiàn)此強化的產(chǎn)品在質(zhì)地上的差別不是不能接受的，特別是用西紅柿醬或干酪醬進一步掩蓋了此類差別時，但是，顯然，在其表面上，如果質(zhì)地能得到內(nèi)在的改進而不是單純掩蓋，則該強化產(chǎn)品會更暢售。但是，正如Modler等人所指出的，如上所述，由上述現(xiàn)有技術(shù)的乳清蛋白質(zhì)變性方法形成的大顆粒的蛋白質(zhì)聚集物，使產(chǎn)品具有砂礫般的口感。為此，先有技術(shù)的變性乳清蛋白質(zhì)制品的商業(yè)利用性是有限的，甚至在簡單的蛋白質(zhì)增補應(yīng)用中也有限的。
在“新西蘭乳品科學(xué)和工藝”(NewZealandJournalofDairyScienceandTechnology)，15，167-176頁中J.L.Short發(fā)現(xiàn)乳清蛋白質(zhì)也遇到了類似的情況。該文獻的表2中公開的數(shù)據(jù)表明大部分應(yīng)用于制造熱沉淀的(變性的)乳清蛋白單離體的傳統(tǒng)技術(shù)可生產(chǎn)顆粒大小在約100到200微米之間的蛋白質(zhì)，甚至經(jīng)過碾磨或其他機械粉碎處理后仍如此。甚至由Short公開的比較小的變性乳清蛋白質(zhì)顆粒(約28微米)對于所強化的食品也能提供粗糙的砂礫般的質(zhì)地。
本發(fā)明的一個方面是涉及牛乳乳清的轉(zhuǎn)化，特別是涉及其蛋白質(zhì)成分轉(zhuǎn)化為有用的制品。可以理解以下關(guān)于牛乳乳清蛋白質(zhì)的選擇和加工的說明對本發(fā)明的其他方面也是一般地適用的，本文已經(jīng)敘述了牛乳乳清的衍生作用以及甜乳清和酸乳清之間的差別。仍然需要注意的是第一，對本發(fā)明來說，此種牛乳乳清不應(yīng)進行任何明顯的微生物腐敗或其他腐敗;第二，使用甜牛乳乳清可形成一種非常優(yōu)于用酸牛乳乳清得到的產(chǎn)品。
一般來說，凡有下列任何一種或全部情況時不尋常的高酸度(即不尋常的低pH)、高的灰分含量或牛乳乳清或牛乳乳清蛋白濃縮物中存在有大的不溶性聚集顆粒時，則表明有如下列一種或幾種情況(1)乳清的處理和貯藏不良;
(2)微生物腐敗;
(3)試圖通過使用緩沖劑或堿性鹽來恢復(fù)pH，以便掩蓋(1)或(2)的影響，并從而試圖使產(chǎn)品的外觀恢復(fù)到原來規(guī)格，或(4)如果是經(jīng)過預(yù)巴氏滅菌的，則在巴氏滅菌過程中進行了過度的熱處理。
對于本發(fā)明的目的來說，上述情況都是不合乎要的(即，此類乳清蛋白質(zhì)應(yīng)實際上以未變性的形式存在)，優(yōu)選的牛乳乳清原料不應(yīng)具有這些性質(zhì)。顯然在原始乳清中的任何缺陷必定會被攜帶通過加工過程并有害地在在最終產(chǎn)品中表現(xiàn)出來。
優(yōu)選的甜乳清蛋白濃縮物符合以下規(guī)格pH值6-7灰分(%干基)＜5總脂質(zhì)(%干基)2-4總氮(%干基)8-8.5非蛋白質(zhì)氮(%干基)＜0.75真蛋白質(zhì)(%干基)48±1不溶性蛋白質(zhì)(%干基)≤5變性蛋白質(zhì)(%干基)≤3
其中(1)真蛋白質(zhì)按總氮百分?jǐn)?shù)和非蛋白質(zhì)氮百分?jǐn)?shù)之差(二者均按干基計算)乘以6.38的積算出;
(2)不溶性蛋白質(zhì)是用總蛋白質(zhì)的重量百分比表示，并規(guī)定為在17000重力下離心分離20分鐘從1%的乳清蛋白濃縮物的中和的分散體分離出來的蛋白質(zhì);以及(3)變性蛋白質(zhì)是用總蛋白質(zhì)的重量百分比表示，是根據(jù)差示掃描測熱計分析(也叫作差示熱分析)算出。
雖然可以將上述特定的乳清蛋白濃縮液噴霧干燥至例如約3%水分的含水量，但是顯然，乳清蛋白濃縮液最好是從未干燥過的。因此優(yōu)選的乳清蛋白濃縮液是從新鮮的、未干燥過的、液體牛乳乳清制得的，按本發(fā)明在使用前它本身是未經(jīng)干燥過的。下文將這種優(yōu)選的乳清蛋白濃縮物叫作“天然乳清蛋白濃縮物”。
牛乳乳清蛋白(或其他)的巴氏滅菌處理是可有可無的，因為制備本發(fā)明的粗粒膠體制品并不取決于巴氏滅菌。但是，巴氏滅菌在實用上是有用的，為了防止微生物腐敗的缺點，在大多數(shù)大批生產(chǎn)的情況中都是喜歡采用的。
本發(fā)明所用的處理牛乳乳清的條件，是在加工其他物料時，例如牛奶，典型使用的巴氏滅菌時間和溫度。因此，例如在批量法加工中可能要求60℃和30分鐘。同樣地，對于本發(fā)明來說也可用眾所周知的連續(xù)的和高溫短滯留時間的巴氏滅菌(約71℃處理15秒)。但是，在整個此種加工過程中的條件對成品的香味具有較小的影響而且過程是連續(xù)的，所以最好是采用高溫短滯留時間的巴氏滅菌法。
對巴氏滅菌條件的唯一限制是應(yīng)避免明顯的蛋白質(zhì)變性，以便避免伴隨形成的任何明顯數(shù)量的大于3微米的變性蛋白質(zhì)聚集物。
超濾是將牛乳乳清中的乳清蛋白質(zhì)濃縮到在滯留物中含有總固體物約為35-55%(重量┑撓叛》椒ā８荼竟哪諶藎淥氖視梅椒ǘ員炯際趿斕氖熗啡嗽崩此凳嗆苊饗緣?。灾R魏吻榭鮒校綣τ帽痙⒚韉姆椒?，韵柆?5%或少于35%的蛋白質(zhì)的乳清蛋白濃縮物，會進行美拉德反應(yīng)(因為存在有濃度比較高的乳糖)，這種美拉德反應(yīng)會使乳清蛋白的香味、質(zhì)地、味道和營養(yǎng)發(fā)生不合乎要求的變化，而含有超過55%白蛋白質(zhì)的乳清蛋白濃縮物，根據(jù)成本效率，則會當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)濃度增加時，而產(chǎn)生逐漸降低的產(chǎn)率。按干基計算的蛋白質(zhì)含量的相對增加實際上主要是由于超濾滯留物固體中乳糖數(shù)量(按干基計算)減少所造成的。因此，不用說也會明白，所選用的超濾器的分子量截留界限必須在未變性乳清蛋白質(zhì)的分子量和雙糖乳糖的分子量之間。應(yīng)用，例如具有1000道爾頓級的分子量截留界限的非常細的孔隙度的超濾器可以滿足此種功能。這種硬超濾器能截留滯留物中的低分子量肽(LMP)和非蛋白質(zhì)氮分子(NPN)。先有技術(shù)提出在超濾后滯留物中滯留LMP和NPN的理由是由于這些物料能促進所謂的“有用的起泡性”。這可以作為實施本發(fā)明時確定使用哪一種超濾器的根據(jù)。
但是這些上述的LMP和NPN分子現(xiàn)在已與“典型的乳清香味”聯(lián)系起來并被認為是不合乎要求的，如果將此乳清蛋白質(zhì)粗粒膠體用在一種特定的清淡食品中，而在這種食品中又無法掩蓋此種令人不快的氣味時，則這些物料的存在可能會降低產(chǎn)品的質(zhì)量并從而降低該產(chǎn)品的銷售性。一般說來，LMP和NPN分子的分子量可以認為是在10，000至18，000道爾頓之間。因此如果選擇的超源器是在約20，000至30，000道爾頓范圍內(nèi)，則不但LMP和NPN分子進入滲透液中，而且總通量也明顯高于同樣表面積的較硬的超濾器。分子量截留界限超過30，000道爾頓的超濾器是不符合要求的，因為超濾器的大孔會很快地被所需要的乳清蛋白質(zhì)所堵塞。
但是，根據(jù)實施本發(fā)明的一個實施方案，在打算將本發(fā)明的粗粒膠體干燥的情況下，特別好的是避免LMP和NPN在滯留物中。在干燥形式的產(chǎn)品中，這些分子會將粗粒膠體顆?！澳z粘”在一起，而使這種粗粒膠體在復(fù)水時形成均勻的分散懸浮液極度困難。
使產(chǎn)品產(chǎn)生奶油狀或乳濁液似特性的方法是消除細的砂性，這種砂性偶而會遇到，而且此砂性是由于在成品中形成過量的針狀乳糖結(jié)晶的結(jié)果。超濾后在滯留物中存在的乳糖可以與超濾處理配合使用一種商品化的真菌乳糖酶來進一步使之減少。例如，在美國專利2，826，502和4，179，335號中公開了在乳制品中使用真菌乳糖酶來進行乳糖水解。
使用超濾處理可以減少滯留物中的在原來的牛乳乳清中的含水量。雖然對于實施本發(fā)明中并不是十分重要的，但是這種減少意味著只有較少的水必須攜帶通過以后的加工步驟，這當(dāng)然會使這些步驟更為經(jīng)濟。此外，許多本發(fā)明預(yù)期的產(chǎn)品使用高的粗粒膠體固體物濃度，以使接近最好的產(chǎn)品稠度。雖然高固體物濃度可以在此方法的任一后續(xù)階段中達到，或者甚至在完成之后，變性作用之前減少水分明顯是有利的。但是，如前所述的超濾，使滯留物中的總固體物增到超過16%是不經(jīng)濟的(約50-55%蛋白質(zhì)，按總固體物重量計算)。此外，在總固體物濃度正在增加的同時，超濾也同時使按總固體物計算的蛋白質(zhì)百分比增加，此種情況如上所述，根據(jù)成本效率，則會當(dāng)按總固物計算的蛋白質(zhì)濃度的百分濃度增加超過55%時，而使產(chǎn)品的產(chǎn)率逐漸降低。因此，通過真空蒸餾滯留物來除去要除去的水量可以增加最后乳清蛋白質(zhì)中的滯留物中的總固體物。反之，例如可以將干燥滯留物冷凍，然后使所得到的乳清蛋白濃縮物復(fù)水來形成所需要的固體物濃度。在大多數(shù)情況中，最好有40-50%的固體物，因為用生產(chǎn)制成商品產(chǎn)品所需要的其他成分來稀釋的此種濃縮物可以用來使粗粒膠體的濃度達到其中所要求的水平。所需要的粗粒膠體的濃度取決于產(chǎn)品本身的性質(zhì)。
超濾處理的副產(chǎn)物是滲透液，它主要含有水，乳糖，磷酸鈣，乳酸和其他物料，而且如果超濾器選擇合適時，不會含有LMP和NPN?？梢韵胂螅@種滲透液是美國專利第4，143，174號和4，209，503號中描述的方法的合適的原料。另一方面，乳糖和含氮物質(zhì)也可以作為產(chǎn)品銷售。例如可以先進行低溫乳糖結(jié)晶，接著再進行熱加工來生產(chǎn)LMP/NPN和磷酸鈣組分。LMP/NPN濃縮物實質(zhì)上是一種濃縮的發(fā)泡劑，當(dāng)然，只要它是以一種未變性的形式來回收的。可以很容易地利用任何一種傳統(tǒng)銷售形式的乳糖來生產(chǎn)此種產(chǎn)品，或者，也可以在乙醇或其他這類產(chǎn)品的生產(chǎn)中用作可發(fā)酵的碳水化合物源。
在實施本發(fā)明中，通過在牛乳乳清蛋白質(zhì)的變性過程中，均勻地加熱產(chǎn)品，即可提高變性作用的均勻性，從而也最大限度的提高產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。由于氣泡是牛乳乳清蛋白質(zhì)變性作用中均勻加熱牛乳乳清濃縮蛋白的一種障礙物，所以截留的空氣可以有害地影響產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，這在下文公開的高溫短滯留時間的變性處理中是特別有用的，氣泡最好在加工前從牛乳乳清蛋白濃縮物中清除。如果在加工過程中空氣仍然夾帶在乳清蛋白中，熱傳遞效率則會嚴(yán)重降低，從而導(dǎo)致(1)降低轉(zhuǎn)化效率;和/或(2)由于局部障礙熱傳導(dǎo)，因而加熱不均勻，而使產(chǎn)品較不均勻。
應(yīng)用，例如康奈爾機器公司出售的VersatorTM設(shè)備可以容易地達到脫氣。
在本發(fā)明的生產(chǎn)粗粒膠體的所有過程中，使用其特征是具有蛋白質(zhì)濃度約為10-20%(重量)的蛋白質(zhì)水溶液，而最好是約為15-18%(重量)的蛋白質(zhì)濃溶液。在蛋白質(zhì)濃度低于10%(重量)時，會形成具有不合乎要求的感官質(zhì)量的粘性塊。溶液中的蛋白質(zhì)濃度大大超過20%時，會變成極度粘稠，因而無法對此蛋白質(zhì)溶液施以所要求的剪切速率。
蛋白質(zhì)水溶液還可含有高達100%(重量)或更多的多羥基化合物，而最好是一種單糖或雙糖。這些化合物可以是在蛋白質(zhì)原料中“天然”存在的(例如在甜牛乳乳清蛋白濃縮物中存在的乳糖)，或在變性加工之前加入溶液中。最好的多羥基化合物包括還原糖類，例如乳糖、葡萄糖、果糖和麥芽糖，而特別優(yōu)選的是乳糖。適用的非還原糖包括蔗糖和lactitol。
在本發(fā)明的制備方法中使用高剪切速率相信是為了防止在變性作用中形成大的變性蛋白質(zhì)聚集體?？稍谠撍芤褐屑尤肴芜x的聚集體抑制劑來促進生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品。應(yīng)該選擇或調(diào)整聚集體抑制劑濃度，以便它不會又將混合物的pH值改變到最佳的加工規(guī)范之外。適用的聚集體抑制劑包括水合的陰離子物質(zhì)，例如黃原膠(通常包括0.1%(重量)的蛋白濃縮物)，棗酯類(0.5%至2.0%(重量)的蛋白質(zhì)濃縮物，盡管棗酯會使成品變味)的卵磷脂(1%至10%(重量)的蛋白質(zhì)濃縮物)。其他適用的聚集抑制劑有卡拉酸、藻酸鹽和硬脂酰乳酰鈣。
用淀粉酶水解或酸水解產(chǎn)生的麥芽糊精提供另一種在本發(fā)明中適用的聚集抑制劑。優(yōu)選的濃度是10%至50%(重量)的蛋白質(zhì)濃縮物。這些物料具有節(jié)省蛋白質(zhì)的效應(yīng)，如同高果糖糖漿那樣，只是后者不如前者有效。可以理解這些抑制劑是碳水化合物，因此也是一個熱量源，這是一種可能使其在例如低熱食品一類用途中不予選用的一種因素。
水合卵磷脂和水合黃原酸是不同抑制劑具有不同效應(yīng)的例子。二者都對成品提供潤滑性口感。但是，由于卵磷脂是效率較低的抑制劑，因此產(chǎn)生平均大小較大的粗粒膠體顆粒。但是，用黃原聚集體抑制劑產(chǎn)生的那些粗粒膠體顆粒是較小的和較光滑的顆粒。前述二者對成品都有一種增白作用，這是因為它們似乎有助于形成一種更均勻的分散系統(tǒng)，因而增加了看上去如同白色的光散射效應(yīng)。
還發(fā)現(xiàn)復(fù)合聚集物抑制劑也具有有用的性質(zhì)。例如，卵磷脂-麥芽糊精復(fù)合物特別適用于生產(chǎn)用于低粘度色拉調(diào)料(例如，法國)的粗粒膠體，和具有固體物含量更少的調(diào)咖啡用白油。黃原膠和卵磷脂聚集物抑制劑可應(yīng)用于，例如高粘度色拉調(diào)料(例如BlueCheese或CreamyItalian)，水果布丁、糖果膠凍中。
其他可選用的成分例如鹽和包括適用的香料、色料和穩(wěn)定劑等成品組分通常均可存在于或加入溶液中而不會產(chǎn)生不良的影響。在許多情況中(即，添加劑的性質(zhì)及其對蛋白質(zhì)溶液的影響容許的場合)，特別合乎要求的是將這樣的最終成品成分包括在蛋白質(zhì)溶液中，來防止在加工后需要再進行額外的巴氏滅菌步驟。
可以對蛋白質(zhì)原料進行任選的處理來除去膽固醇、脂肪和其他可以使粗粒膠體變味的雜質(zhì)。其中一種方法是包括一種提取步驟，在此步驟中將蛋白質(zhì)物質(zhì)在有一種適用的食品級酸存在的條件下，與一種食品級溶劑接觸，而此種溶劑最好是乙醇。然后將蛋白質(zhì)原料進行幾次清洗和過濾步驟來提供提取過的蛋白質(zhì)制品。
適用的溶劑包括低級鏈烷醇、己烷等，而最好的是乙醇。適用的食品級酸包括無機酸，例如磷酸以及食品級有機酸，例如乙酸、檸檬酸、乳酸、蘋果酸等，而最好的是檸檬酸。
提取椒ㄌ乇鷯杏糜諶コ鞍字試矗縟榍宓鞍字逝ㄋ蹺鎦械牡ü檀己橢盡Ｔ諤峁┳羆殉ブ競偷ü檀嫉撓叛√崛》椒ㄖ?，将乳清蛋白质浓塑E鎘 0-97%的乙醇(最好是約為90%的乙醇)、3-10%的水(最好是約為9%)和約0.01-0.20%的酸(最好是約為0.084%的檸檬酸)的混合物在52℃提取6小時。在另一種提供較高的合乎要求的香味和加工特性的方法中，將乳清蛋白濃縮物，用濃度分別為94.95、5.0和0.05%的乙醇、水和檸檬酸的混合物在40℃提取4小時。根據(jù)這些方法，乳清蛋白濃縮物在提取前含有多達4%的脂肪和0.15%的膽固醇，而提取后則含有低于2%的脂肪和低于0.02%的膽固醇。
一旦選定了一種特定的蛋白質(zhì)原料和經(jīng)過預(yù)處理后，就將蛋白質(zhì)溶液用比較特定的溫度、剪切力的pH條件處理比較短的時間。根據(jù)不同的蛋白質(zhì)，有特定量的多羥化合物(例如糖類的)、聚集體抑制劑以及其他任選的成分存在，有助于使所需要的產(chǎn)品獲得最佳的產(chǎn)率。根據(jù)受控制的熱變性加工方法生產(chǎn)粗粒膠體，在此熱變性加工過程中，使用高剪切力以防止形成任何顯著量的大顆粒的蛋白質(zhì)聚集體。變性過程是在低于選定的蛋白質(zhì)的等電曲線的中點的pH值下進行的，而最好是在低于等電曲線的中點的1pH單位下進行。此方法可以在較低的pH值下進行，其條件下加工pH值不應(yīng)太低以致發(fā)生蛋白質(zhì)的酸降解，而限制條件是pH值大約一般不應(yīng)低于3。
按常規(guī)地選擇用于制備粗粒膠體的準(zhǔn)確溫度和剪切條件，并延長足夠的時間以形成直徑約大于0.1微米的變性蛋白質(zhì)粗粒膠體顆粒，并同時避免形成任何顯著量的直徑超過約2微米的熔融顆粒狀蛋白質(zhì)聚集體。用于加工一種給定的蛋白質(zhì)溶液的優(yōu)選剪切條件是通過應(yīng)用“過大”顆粒測試法來最佳地確定的。
顆粒大小測試提供對本發(fā)明的產(chǎn)品的感官質(zhì)量的一種度量標(biāo)準(zhǔn)。
一種供本技術(shù)領(lǐng)域的人員使用最簡單和最快速的方法就是用類似于制備臨床血液涂片的方法來制備光學(xué)載玻片。根據(jù)此方法，首先配制一種合適的分散的粗粒膠體稀釋液，并調(diào)整pH值最好是在6.5至7范圍內(nèi)。然后進行高速磁力攪拌，超聲波或均質(zhì)化以充分分散可能存在于各個粗粒膠體顆粒之間的任何弱的結(jié)合。然后將少量(例如8微升)稀釋的、中和的分散體涂在生物學(xué)研究中常用的那種玻璃顯微鏡載玻片上，并令其干燥。用眾所周知的方法在已知的放大倍數(shù)下用帶刻度的目鏡觀察試樣。然后將試樣中的分散的粗粒膠體顆粒與和目鏡上的標(biāo)線進行目視比較，正確估計在全部分散的粗粒膠體顆粒中的過大或聚集的顆粒的統(tǒng)計分布。
另一種分析顆粒大小分布的方法就是使用圖象分析計算機，例如，美國劍橋研究所(Cambridge Institute)提供的QUANTIMETTM20。
另一種方法就是使用MICROTRACTM顆粒大小分析器。在食品開發(fā)(FoodProductDevelopment)1976年12月期中，由J.W.Stitley等人撰寫的題為“ParticleSizeanalysisandcharacterizationusingLaserLightScatteringApplications”一之中闡述了此種技術(shù)的一般情況。
對于本技術(shù)的人員來說，根據(jù)本文，也可以將沉積技術(shù)用來測定顆粒大小。但是，可以理解，在重力法技術(shù)中必須考慮到保護性膠體的作用，例如，在上述熱變性處理中，究竟應(yīng)用了哪些加工助劑。下面是概述重力法測定“過大”蛋白質(zhì)聚集體百分比的例子1.制備本發(fā)明的5%(重量)的粗粒膠體的分散體，并中和至pH為6.5至7;
2.將比重為1.351、pH為3.3、總氮為0.006%和固體狀濃度約71%的高果糖玉米糖漿按1∶4的重量比加入中和的5%粗粒膠體分散體中;
3.然后將此混合物均質(zhì)化，來分散粗粒膠體顆粒之間的松散結(jié)合;
4.然后再在約15℃下用478重力將此混合物離心20分鐘。過大的蛋白質(zhì)聚集體，即，直徑實際上大于2微米的顆?？梢杂秒x心分離出來的顆粒中所含的蛋白質(zhì)的重量被離心作用前在粗粒膠體分散體中所含蛋白質(zhì)重量除的百分?jǐn)?shù)來表示。
這些測試方法可以用于本發(fā)明的粗粒膠體分散體，也可用于作為生產(chǎn)所述粗粒膠體的原料的蛋白質(zhì)物料。本技術(shù)領(lǐng)域的人員很容易就會明白，考慮到在某些pH值時的粗粒膠體的帶電性質(zhì)，以電容為基礎(chǔ)的顆粒大小分析設(shè)備，例如Coulter-CoulterTM分析儀是不適合于本應(yīng)用的。
但是，根據(jù)優(yōu)選的加工條件，是將蛋白質(zhì)水溶液在每秒7500-10000或高的剪切速率下，高溫處理極短時間。例如對于用配備有小型化的(例如一升容量)“Henschel”攪拌器的一加侖韋林氏攙合器，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用每分鐘5000轉(zhuǎn)的加工速率可提供足夠的剪切力。
通常，在實施本發(fā)明中適用的流體食品基質(zhì)加工器基本上包括以下部件一根具有中心縱向軸的一個外表面和一個內(nèi)圓柱形表面的管子;
在所述外表面上傳送熱交換介質(zhì)的設(shè)備;
一個可繞著所述軸旋轉(zhuǎn)的長圓柱形轉(zhuǎn)子，所述的轉(zhuǎn)子安裝在所述管子內(nèi)部，與所述的內(nèi)表面同軸，從而形成一個由所述轉(zhuǎn)子和所述內(nèi)表面之間的不大于約2毫米的實際上是均勻的無阻礙的環(huán)形空間所構(gòu)成的處理區(qū);
驅(qū)動所述轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動的設(shè)備。
在處理區(qū)外面的設(shè)備，適合于將一種欲處理的流體裝入所述的處理區(qū)和隨后將所述處理區(qū)保持在裝滿的條件下和保持在比環(huán)境大氣壓足夠高的壓力下來防止在所述區(qū)內(nèi)形成汽相的設(shè)備，否則在升高的處理溫度下，由于在所述流體食品中所含有的組分的脫氣而會產(chǎn)生汽相，并同時提供在加工所述的流體食品時通過所述處理區(qū)的所述流體食品的物料通過量。
可以理解，本裝置可供極端迅速地處理基料和使乳清蛋白濃縮物料從其中通過。較好的是將管子的內(nèi)表面和/或轉(zhuǎn)子的外表面涂有或由一種比較惰性的，象囟化聚乙烯一類的聚合物材料，例如聚四氟乙烯或氯三氟乙烯聚合物組成。
通常應(yīng)用一套泵系統(tǒng)來向處理區(qū)供應(yīng)物料。
當(dāng)打算用本發(fā)明的任何給定的加工器在溫度條件下處理流體基質(zhì)，而此溫度條件在環(huán)境大氣壓力下會使在處理區(qū)內(nèi)形成汽相時，就必須采取措施來防止脫氣。通常，供料泵是安裝在處理區(qū)的上游，而閥等設(shè)備則安裝在處理區(qū)的下游，從而可以控制處理區(qū)內(nèi)的壓力。在優(yōu)選的安排中，安裝在處理區(qū)的上游的第一臺泵供應(yīng)由乳清蛋白質(zhì)源配制的蛋白質(zhì)溶液，而安裝在處理區(qū)的下游的并以低于第一臺泵的轉(zhuǎn)速進行操作的第二臺泵，則在處理區(qū)形成一種背壓。無論是用一臺泵或用其他的設(shè)備來形成此種背壓，為了避免在處理區(qū)中的揮發(fā)性基料從溶液中脫氣，背壓通常是必不可少的。在處理區(qū)形成汽相通過產(chǎn)生一種對有效率地、均勻地將熱傳輸給溶液中的蛋白質(zhì)的不穩(wěn)定的、經(jīng)常是瞬變的和通常只是局部的隔離障礙物而破壞了打算促進處理區(qū)內(nèi)的加工條件的均勻性的設(shè)計特點的目的。為此，將擬在本發(fā)明的加工器中處理的溶液在加工前先脫氣也是較好的。如上所述，用市售的個脫氣設(shè)備，例如康奈爾機器公司銷售的VERSATORTM脫氣機即可容易地實現(xiàn)此種脫氣。
上述二臺泵系統(tǒng)可以平衡地控制物料通過量和背壓。可以調(diào)節(jié)第一臺或上游供應(yīng)泵86來調(diào)整產(chǎn)品通過處理區(qū)的速率。然后可以調(diào)節(jié)第二臺或下游泵100來控制在二臺泵之間的設(shè)備(包括處理區(qū))中所產(chǎn)生的背壓。
當(dāng)用本發(fā)明處理食品時，避免處理區(qū)中產(chǎn)生汽相是非常重要的。雖然從一個食品中損失揮發(fā)性成分可以損害食品的感官質(zhì)量，但是本技術(shù)領(lǐng)域的人員都認識到，受控制的調(diào)整某些不合乎要求的揮發(fā)性成分實際上可以提高某些食品的質(zhì)量。在處理基料完成后，在將背壓降低到環(huán)境大氣壓力之前，將所處理的基料冷卻至低于在環(huán)境大氣壓力下會發(fā)生不希望有的揮發(fā)和分離的溫度，是有可能控制或甚至避免揮發(fā)性成分從乳清蛋白質(zhì)溶液中的損失的。在處理區(qū)和第二個泵之間安裝一套熱交換設(shè)備也許是最容易實現(xiàn)上述此種目的的。其他與產(chǎn)品從第二臺泵(或其他適合于形成合適的背壓的設(shè)備)出來時的溫度有關(guān)的條件是，例如，可以包括是否需要對處理過的產(chǎn)品直接進行無菌包裝，或者是否將產(chǎn)品需要送去貯存。在任何情況下，都必須實際上避免在處理區(qū)內(nèi)形成汽相。
當(dāng)然，背壓的量是隨被處理的乳清蛋白質(zhì)溶液的性質(zhì)(即是否有揮發(fā)性香料添加劑存在)和處理該乳清蛋白質(zhì)溶液所用的跫ā莧芤杭撲慍霰苊獯砬型啞恢碌乃柩沽Γ雜詒炯際趿煊虻娜嗽崩 說是很清楚的。
見圖1，適用于本發(fā)明中的加工器通常用10標(biāo)明，它包括有一根長的管12，管的二端由閉合板14和16封閉，從而提供構(gòu)成加工區(qū)的室18。管12是密封在一個同軸的更大的長的管20內(nèi)。管12和管20之間的環(huán)形空間是用鑄成的模板改成螺旋槽24，它從管20的內(nèi)表面延伸到管12的外表面，螺旋槽24從熱交換介質(zhì)入口26處延伸到熱交換介質(zhì)出口28處。圖示的加工器是一個內(nèi)直徑約3英寸(約7.6厘米)的實驗用模型，它形成一個處理區(qū)(即規(guī)定為管12的內(nèi)壁面對標(biāo)稱為一平方英尺(即約930平方厘米)的轉(zhuǎn)子54的主體的區(qū)域，由于密封墊、端板等等的存在而使其工作面積縮小到約650平方厘米)。此設(shè)備可用水蒸氣、水或鹽水作為熱傳遞介質(zhì)，加工溫度的范圍很寬。加工器中允許用的壓力隨所用密封墊而定，但是，即使是用傳統(tǒng)的橡膠成分的密封墊，壓力也可以十分高，例如每平方英寸50至100磅。
熱交換介質(zhì)通常是與被加工的物料成逆流的方式通過螺旋形室24來進行循環(huán)的。例如，被加工的物料通常是通過徑向方向的入口50進入，再從軸向方向的出口48流出，在此情況中，熱交換介質(zhì)則是通過口28進入室24，然后從口26流出。
外管20是密封在一個熱絕緣的外套30內(nèi)，外套延伸過管20在端部件32和34之間的全長。端部件32和34分別備有入口26和28，分別由焊點36和38在它們的軸向內(nèi)面焊接到管20的外表面，為了防止熱交換介質(zhì)泄漏，在它們的軸向外部，分別裝有O形密封裝置40和42。端板14用螺栓44固定到端部件34上，端板16則用螺栓46固定到端部件32上。在端板14上有物料出口孔48，而在端板16上則有物料入口孔50。顯然，本文所用的入口和出口一詞是可以互換的，因為，在需要時它們的功能是可以互換的。端板14上可以安裝傳統(tǒng)的軸承組件52。
有一個用不銹鋼制的轉(zhuǎn)子54沿軸向穿過室18，而轉(zhuǎn)子上熔有一層聚四氟乙烯。轉(zhuǎn)子54的主體部分的直徑只略小于管12的內(nèi)直徑，從而在轉(zhuǎn)子54和管12的內(nèi)表面之間提供一個寬約2毫米的環(huán)形加工區(qū)。轉(zhuǎn)子54的端部縮小部分56是由裝在端板14上的軸承組件52所支承(例如不銹鋼頭內(nèi)的軸套)。轉(zhuǎn)子54的端部縮小部分58也是支承在一種慣用的，例如象FAFNTRLC MECHANI-SEALTM型的圓柱形套筒式的軸承組件內(nèi)(圖中未示出)來進行旋轉(zhuǎn)。
端部縮小部分58的末端60配有一個平頭插座62。室18的口64是用傳統(tǒng)的閉合板裝置密封的。
圖2是本發(fā)明中使用的食品加工器10，以及向加工器10供應(yīng)乳清蛋白質(zhì)濃縮物、保持加工器中壓力(最好是約為80-90磅/平方英寸)和從加工器10抽出加工過的物料的泵系統(tǒng)。泵系統(tǒng)包括第一臺泵86，通過導(dǎo)管92，連接到加工器10的入口28。
加工器10的軸向方向的出口26通過導(dǎo)管106連接到相應(yīng)的軸向方向的傳統(tǒng)的單刮板式熱交換器10B的入口處。從圖可以看到，此種連接的方式可以保證物料不會改變方向地平穩(wěn)流過熱交換器10B，如上所述將產(chǎn)品在其中冷卻以避免有用的揮發(fā)性成分的損失。此外，由于避免了在加工器10和熱交換器10B之間的流動中形成渦流，所以沒有一點產(chǎn)品含在升高的處理溫度下保持一段不合乎要求的長時間，又有助于保持產(chǎn)品的均勻特性。
連接管道106裝有一個絕熱外套，或者為了提高操作的適應(yīng)性，最好是裝有可使熱交換介質(zhì)繞著連接管106流過的設(shè)備。還可以提供一個入口108，通過此入口可安放溫度和壓力傳感器(圖中未示出)，從而可以仔細地監(jiān)測加工過程中物料的狀態(tài)。熱交換器10B的出口，經(jīng)管道98與第二臺泵100相通。加工過的物料通過管道104離開泵100。
在操作中，將需要加工的流體食品、漿狀物或溶液加入泵86，并以實際上是恒定的速度經(jīng)管道92將其泵送至加工器10。
同時，將轉(zhuǎn)子54以通常為850至1200轉(zhuǎn)/分的恒定轉(zhuǎn)速驅(qū)動(典型的是約為1000轉(zhuǎn)/分)。產(chǎn)率(以乳清蛋白質(zhì)中總真蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變成本發(fā)明的粗粒膠體的百分?jǐn)?shù)表示)在較高的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下比較低的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下大。這種情況相信是某種凈化現(xiàn)象造成的。加工過的物料經(jīng)口48出來，通過出口26和導(dǎo)管106到熱交換器10B。將冷卻后的物料通過管道98送至泵100，如果要立即包裝的話，最后通過管道104送至包裝設(shè)備(圖中未示出)。這樣的排列和操作是非常有利的，因為，例如，可以不需要再將產(chǎn)品加熱來進行滅菌等?；蛘?，加工過的產(chǎn)品也可送去貯存。應(yīng)該注意的是86和100同時工作，這樣可以保證將物料平穩(wěn)地輸送通過加工器同時還可以準(zhǔn)確地細調(diào)系統(tǒng)中的壓力。顯然，在啟動時，需要使系統(tǒng)平衡來獲得準(zhǔn)確的壓力、溫度、剪切力和所需要的物料通過量，這些參數(shù)顯然在很大程度上是相互有關(guān)的。
在圖11至15中閱述了可供選用的設(shè)備。
首先關(guān)于圖11，一種目前優(yōu)選的加工器包括一個外罩110，在此實例中的外罩110是由底板111支承的并由許多螺栓113固定在底板111上。底板111又裝在支座114上，在支座114的上端有一環(huán)形凸緣115。在底板111的下側(cè)有一個環(huán)形凹槽117用來安裝凸緣116。支座114和底板111承受凸緣116。支座114和底板111上有垂直對準(zhǔn)的長通道118和119，通過此二通道有一根垂直的長主驅(qū)動軸120伸過通道118并向上進入通道119。驅(qū)動軸120在加工器操作時由一個傳動裝置例如電動機(圖中未示出)來旋轉(zhuǎn)。在驅(qū)動軸120的上端裝有一個葉片軸121，在二個軸120和121之間有一個帶鍵的連軸器。
加工器的外罩110包括一個下容器部分126以及一個上蓋部件127，容器支承在一個環(huán)形的軸承支座128上。在環(huán)形軸承支座128的下側(cè)有螺紋孔，將前面提到的螺栓113擰進這些孔中以便將密封支座128牢固地固定在底板111。有一個位于中間的、垂直長孔129通過密封支座128。將通道129的上端部分加寬，它形成一個在通道129的內(nèi)部周緣上的突出部分或座133，以便合適地使支座128中的密封件139對中。葉片軸121伸過通道129。在密封件139的上方，葉片136裝在葉片軸121的上端，并用螺帽137固定。在軸承131、葉片軸121和墊圈138之間裝有傳統(tǒng)的唇形密封139以便在這個接口處形成不透水的密封。
在此例中，容器126是雙層的，并包括外壁141和內(nèi)壁142，二層壁中間留有距離以便在二者中間形成流通道143。壁141和142均為碗形，在它們的下端中心部分有通過二層壁的對準(zhǔn)中心的孔144，此孔可容納密封支座128，壁141和142均通過例如焊接將其固定到密封支座128上。在它們的上端，二層壁141和142是徑向地從葉片軸121的軸心向外張開的，而將其在代號146所表示一段緊密地壓在一起而形成一種密封連接。將一種熱交換介質(zhì)通過二個壁之間的空間143，將進口管147和出口管148固定在外壁141上，并與空間143連接，以便將熱交換介質(zhì)流過空間143。
蓋127延伸過二個壁141和142的上側(cè)，并覆蓋在張開部分146的上部周邊上。為了使蓋127能緊密地固定在容器126上，在張開部分146的下側(cè)裝一個環(huán)151，環(huán)形蓋127的周邊延伸過張開部分146的上側(cè)。一個環(huán)形夾152合圍在環(huán)151和蓋127的外周邊上，夾152，環(huán)151和蓋127有互相嚙合的斜面153，以便當(dāng)組裝這些部件時，夾152將蓋127緊密地向下楔入或鎖入組件152。在環(huán)151和蓋127的相鄰表面之間裝有墊圈或環(huán)形密封圈154以便使連接處密封。
在外罩126內(nèi)部構(gòu)成一個環(huán)形腔161，此腔在外罩126的內(nèi)壁142和蓋127之間形成。容器內(nèi)壁表面163呈圓碗形而成為環(huán)形腔的下半部。環(huán)形腔的上半部則是由壁163上面的蓋127的下側(cè)形成的環(huán)形凹槽164所組成，環(huán)形凹槽164與葉片136的轉(zhuǎn)動軸心同心并與容器126的曲面163的中心同心。在腔161的外周圍處，凹槽164的內(nèi)表面向下延伸到圖中的代號166所指明處并緊密連接葉片135的末端的上部邊表面167。此外，蓋127沿環(huán)形腔161的軸向下降以形成一個中心部分168，葉片136的中心和螺帽137在環(huán)形的中心處的上傾斜，并直接在168的下面。
蓋127上有二個孔或通道171和172。通道171是在腔161的軸心上，并從蓋127的上表面伸過168部分而在腔161的軸心上開口。管子173是由一個螺紋配件174擰緊在通道171的上端，一個壓力控制裝置176(在本實例中是一個重錘)安裝在管子173的上端。重錘176中有一個閉端孔177，管子173的上端伸入孔177中。在加工器操作時，如果腔161內(nèi)壓力高于所要求的量時，則可將管子上端的重錘176提起，通過管173將腔161內(nèi)的內(nèi)壓從腔內(nèi)釋放出來，因此重錘176可以保持腔內(nèi)的壓力。通道172則由配件179與另一根管了178連接，并伸到腔161的最上部分。當(dāng)腔中充滿欲加工的流體時，通道172和管子178可用來例如排除腔161內(nèi)的空氣，并在加工時可將一個熱電偶(圖中未顯示)穿過管子178和通道172，而插入流體的上表面來監(jiān)控流體的溫度。
葉片136包括一個中央加厚部分181，此處有一個垂直的長孔182用來裝葉片軸121。螺帽137緊固在181部分的上表面。有二個臂183和184從部分181徑向向外和向上延伸，并緊靠著(間隙最好是0.5至1.0毫米)容器的壁142的內(nèi)部彎形表面163延伸。葉片臂183和184的上端部分實際上是與葉片軸平行，因此使臂延伸超過環(huán)形腔的下半部。如圖11b所示，二個臂183和184的二側(cè)面186和187也是退拔的，所以葉片臂的外端變窄。假定葉片136和軸121是按逆時針方向轉(zhuǎn)動(如11b中所示)，則二個臂183和184就具有前緣186和后緣187。關(guān)于圖14，每個臂上的二個緣186和187是比較鈍的，但是最好是彼此相對地向下退拔。
對于圖11a中所示加工器的操作來說，假定組合軸120和121是由于一個合適的驅(qū)動電動機連結(jié)轉(zhuǎn)動的，以及將蓋127在開始時從容器126上移開。腔161中裝滿一批其體積實際上是相等于容器帶蓋時腔161的體積的流體。在腔的容器部分裝有這一批流體的情況下，將蓋127放在容器的上方，使蓋的環(huán)形部分166向下伸入容器腔中。然后將夾152夾到連接容器的外周圍和蓋的部位，使蓋緊固到容器上。當(dāng)蓋向下移到容器上時，凹槽164的上端中的空氣可與腔161中的任何過剩流體一起通過通道172逸出。緩慢轉(zhuǎn)動組合軸120和121以及葉片136來消險除流體中的任何氣袋和除去任何來自腔中的空氣，有助于從腔中消除空氣。用此種方法，在加工前可將空氣從腔161中消除。
加工此流體時，將組合軸120和121以及葉片136快速轉(zhuǎn)動，高速轉(zhuǎn)動的臂183和184在流體中產(chǎn)生了高剪切力。在臂的前緣186處形成亞音速脈沖，而在后緣187處則形成氣穴。臂快速轉(zhuǎn)動使流體形成如圖15中所示的天然圓環(huán)191或環(huán)形。所謂天然圓環(huán)就是指容器上無蓋127時，流體自然形成的環(huán)形。換句話說，即如果將蓋127移走，和葉片以足夠的速率轉(zhuǎn)動時，則流體就會成圓環(huán)191。在蓋127下側(cè)的凹槽164的形狀與環(huán)形191的表面的形狀一致，從而不容許其中流體流動很不激烈的“死區(qū)”存在。
關(guān)于圖15，在理論上，環(huán)191的表面流體向上流動并從葉片臂的外端徑向地向內(nèi)流動，以及流體沿箭頭192所示循環(huán)。此外，流體沿圓周方向移動，并按葉片的移動方向，從而形成一個螺旋形路徑。此外，在理論上，流體中形成許多同心層(同心層用同心箭頭193表示)，這些同心層有相似的螺旋形路徑。但是，層與層之間也有流體移動，因此流體很快就均勻了。葉片通過流體的移動以及各流體層之間的相互移動是如此強烈，以致有很大程度的機械能轉(zhuǎn)化為熱。
當(dāng)葉片以約5000轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)動時，葉片就使流體進行所述的快速的環(huán)形流，并形成明顯的氣穴現(xiàn)象和湍流，特別是在前緣186的前面。流體的流動使壁142與熱交換介質(zhì)之間迅速進行熱傳遞。由葉片產(chǎn)生的攪動或高剪切力使流體迅速混合和變熱。測定流體中高于單位時間單位物質(zhì)的熱交換介質(zhì)的溫度的溫升，可以估計機械能轉(zhuǎn)化為熱能的轉(zhuǎn)化率。旋轉(zhuǎn)葉片136時輸入流體的功的強度是相當(dāng)高的(單由機械效應(yīng)造成的升溫的大小反應(yīng)出來)，足以防止例如大于1-2微米顆粒大小的蛋白質(zhì)分子聚集。
葉片136在加熱和混合流體中特別有效。以5000轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)動的葉片的比較鈍的前緣186在流體中產(chǎn)生亞聲速脈沖，同時在后緣187處產(chǎn)生氣穴。稍微向下和向內(nèi)退拔的前緣186和后緣187(圖14中所示)使流體產(chǎn)生大的攪動，同時還有效地消除了在腔壁處積聚產(chǎn)品。葉片產(chǎn)生一種天然的環(huán)形曲面，而室或腔的形狀能在攪拌中同天然環(huán)形曲面相匹配，從而避免了腔中的死區(qū)、防止了低流動區(qū)中產(chǎn)品的結(jié)塊和積聚、和增進了混合的均勻性。
在一個需要防止腔中流體變得太熱的例子中，將一種冷卻介質(zhì)流過管子147和148以及空間143以抑制腔161中的流體升溫超過所需要的溫度。另一方面，如果要將流體加熱時，則可以將一種熱的介質(zhì)流過空間143。在流體已被葉片充分?jǐn)嚢柰瑫r流體的溫度已達到所需要的水平時，停止葉片旋轉(zhuǎn)，打開蓋127，將該批已攪拌好的流體從腔161中取出。
圖12和13說明一種最佳實施方案的設(shè)備，此設(shè)備是用來進行連續(xù)流動操作的，不同于圖11a中所示的批量操作的實施方案。圖11a和圖12中的實施方案包括相應(yīng)的部件，而且在二張圖中的相應(yīng)部件均使用相同的代號，但是，在圖12和13中的代號用千位數(shù)字表示。
關(guān)于圖12，加工器包括容器1126和蓋1127，除蓋1127有較大的厚度外，其余部份與圖11a中的相似。將圖12中的容器和蓋用夾1152和密封1154以及放在它們之間的O形環(huán)1155緊固在一起。將葉片1136裝在腔1161內(nèi)。在此特定實例中，容器1126也有與圖11a的容器相似的雙層壁，同時也配有進口管和出口管1147和1148。但是，管子1147和1148是用塞1201封住的，以便在雙層壁之間形成死空氣空間1143，此空間作為圍繞容器的絕熱層。蓋1127中有通道1172，可用來安放熱電偶傳感器，在此實例中的通道1171形成一個出口，供流體產(chǎn)品在加工后連續(xù)流動離開腔1161。
容器1126用底1128裝在底板1111上，在本發(fā)明的此實施例中，底座1128還包括一個供流體流入加工腔中的通道。產(chǎn)品進入管1203與流體產(chǎn)品的來源(圖中未示出)相連接，并與緊密圍繞在底座1128的外周邊的圓形密封環(huán)1204相連接。管子1203的內(nèi)端與底座1128中的對角線通道1206連接，在此通道1206的外端用O-形環(huán)1207將其密封。通道1206徑向向內(nèi)和向上傾斜(見圖12)，與底1128的內(nèi)表面以及隔離襯套1208成一個角度。在襯套1208的外表面形成一個環(huán)形凹進部分或槽1209，通道1206和槽1209可以相通。因此，經(jīng)過管子1203流入加工器的產(chǎn)品，流經(jīng)通道1206再進入環(huán)形槽1209。許多進料或入口1211同槽1209成向上角度和徑向向內(nèi)，進料口1211的上端在襯套1208的上表面上并低于葉片1136的下表面。由于進料口1211的角度，進入腔的流體產(chǎn)品首先徑向向內(nèi)和向上，然后徑向向外和向上流過葉片1136的側(cè)面。
提供一個機械密封1216來封住隔離襯套1208和葉片1136之間的連接處。機械密封1216是環(huán)形的，并用O形環(huán)1217、1217b密封到襯套1208上，在機械密封1216的上端有一個向上突出的密封面1218同葉片1136的下側(cè)嚙合。關(guān)于圖11b，密封面1218用虛線表示并可看到它是完全在葉片的外輪廓之內(nèi)。為了達到良好的密封，密封面1218面積內(nèi)的葉片1136的下側(cè)最好是研磨過的。在底座1128和軸1121之間有一個旋轉(zhuǎn)的唇形密封1221以封住此連接處。此唇形密封1221的外周邊不轉(zhuǎn)動地裝在底座1128上，它的內(nèi)周邊則同軸1121的外表面滑動嚙合。用一個環(huán)形彈簧1222，例如一種夾緊彈簧使唇形密封緊靠在軸1121上。
于是在唇形密封1221、機械密封1216、軸1121的外表面和襯套1208之間形成室1223。此室1223由冷水沖洗，冷水通過管子1226進入加工器并通過另一根管子1227離開此加工器，如圖13所示，此二根管子是裝在加工器的二對側(cè)。此二根管子1226和1227還裝在密封環(huán)1204上，并徑向伸過密封環(huán)1204。流通道1228和1229穿過底座1128，二個通道的內(nèi)端與室1223的二對側(cè)連接。通道1228和1229的外端分別與同管子1226和1227連接，在這些連接處的周圍裝有O-形環(huán)。因此，在加工器操作時，冷卻水通過管子1226流入加工器，進入室1223并并繞著機械密封1216與葉片1136的下表面接觸的區(qū)域的內(nèi)表面，隨后通過管子1227流出室外。
加工器操作時，蓋1127緊蓋在容器1126上，葉片1136在腔1161內(nèi)旋轉(zhuǎn)，冷卻水流過室1223。然后將生成的混合料通過進料管1203經(jīng)過通道1206和進料口1211，再從旋轉(zhuǎn)葉片1136的下側(cè)進入腔體1161。流體產(chǎn)品充滿腔1161，最初在腔中的空氣被流過管子1172的流體排出。流體在腔1161中形成如以前描述過的那種天然環(huán)形，容器1126的壁和蓋1127與天然圓環(huán)形狀一致。將腔內(nèi)的產(chǎn)品保持在壓力下，因為在管子1203中要求有壓力來強制流體產(chǎn)品流經(jīng)腔和流出通道1171。連接到通道1171的出口管1231可以裝一個節(jié)氣閥或閥門來形成背壓，從而增加了腔1161中的壓力。
所描述的在腔1161中的流體的攪拌和加熱與在腔161中的相似。進入腔中的流體直接流入葉片下面的高剪切力區(qū)。此外，部件1211的向上和向內(nèi)角度使進入的流體形成湍流并沖洗密封1216，因而防止了流體在此區(qū)內(nèi)的任何集聚或結(jié)塊。此外，向內(nèi)流動和接近中心保證了全部流體都在葉片下流動和保證了不會有某些流體在剛離開進入口1211后在臂的兩側(cè)形成分路。冷卻水在室1223內(nèi)流動，防止了軸承1216和葉片使被加工的流體產(chǎn)品過熱和燃燒。對著入口1206的口1211最好稍稍擴大以便使流體均勻地流過三個口。
根據(jù)一種操作圖11a的設(shè)備的步驟，調(diào)節(jié)空容器，將軸齒輪嚙合，把容器固定在底板上和將葉片裝在軸上，并將其固定。將340克脫氣的蛋白質(zhì)預(yù)混合料加入容器內(nèi)，注意避免形成氣泡或空穴。
將蓋裝進由容器的上壁形成的凹處中，并滑入到墊片的上方的位置，應(yīng)注意留出裝熱電偶的入口，以便截留的空氣可以通過此口排出。緩慢轉(zhuǎn)動葉片可促進排除任何截留在其中的空氣。在完成此步驟后，將蓋牢牢地放好，除去從口上壓出的過剩的預(yù)混合料，然后將熱電偶插入并固定好。然后用夾具將蓋固定好和將平衡錘放在排氣管上。
然后將加熱的流體循環(huán)通過容器，合上傳動裝置的開關(guān)，把葉片調(diào)調(diào)整到所要求的轉(zhuǎn)速，此轉(zhuǎn)速一般大于約5000轉(zhuǎn)/分。在此轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)的葉片使所含有的蛋白質(zhì)預(yù)混合料進行快速的環(huán)形流動，從而形成了明顯的空穴和湍流，特別是在葉片沖擊緣的緊接的前方區(qū)域內(nèi)。預(yù)混合料的旋流可以使熱從加熱流體通過容器內(nèi)壁快速傳遞給預(yù)混合料。當(dāng)預(yù)混合料的溫度升到約80℃時，混合料的粘度開始增加，但是電動機仍能使葉片保持恒定轉(zhuǎn)速。
此種不減弱的高輸入功(與粘度增加相配合)使產(chǎn)品具有相當(dāng)大的機械致生熱。一般來說，此種熱可使產(chǎn)品溫度在1-2分鐘內(nèi)上升到高于“加熱”流體溫度約20至40℃。當(dāng)目標(biāo)溫度和停留時間已經(jīng)達到后，調(diào)節(jié)裝在外面的控制熱交換流體流動的閥門使加熱的流體被冷卻的流體所取代。產(chǎn)品溫度立即開始下降。當(dāng)產(chǎn)品冷卻到80℃時，將葉片轉(zhuǎn)速降低到約1000轉(zhuǎn)/分，以便避免再提供更多的機械能，從而縮短了冷卻時間。當(dāng)產(chǎn)品溫度已冷卻至約35℃時，關(guān)閉傳動裝置，打開蓋，從容器和蓋中收集產(chǎn)品。
優(yōu)選的加工溫度范圍從約80℃至120℃，加工時間從約3秒鐘至15分鐘，較好的是從約10秒至2分鐘。在較低溫度下加工時間較長，在80℃時處理約需15分鐘，而在90℃到95℃的加工時間約為5分鐘。反之，在120℃的加工時間只需約3秒鐘。提高熱傳遞速度可補充高的加工溫度。所以只要加工設(shè)備的性能許可，最好是在高熱傳遞速率/高變性溫度下加工非常短的時間。但是，應(yīng)該注意，當(dāng)溫度高于120℃時，相應(yīng)縮短了產(chǎn)品停留時間，則所產(chǎn)生的粗粒膠體產(chǎn)品“較稀”并可能不太合乎要求。
當(dāng)熱變性加工完成后，產(chǎn)品也可任意地進行均質(zhì)化處理。當(dāng)產(chǎn)品是稀的和(或)中和的情況下(即有較低的蛋白質(zhì)濃度)，此種處理是合乎要求的，例如調(diào)咖啡用白油。這種處理對在加工中偶而形成的比較松散的、顆粒之間的締合的分裂是有用的。當(dāng)不聚集時(即不熔合成直徑實際上是大于2微米的顆粒)，那些互相締合的粗粒膠體(即雙締合體或三締合體)，盡管從感官上看來是單個的復(fù)合顆粒，但是這種顆粒根據(jù)其相應(yīng)的口感是不能與聚集體區(qū)別開的。均質(zhì)化處理將這些締合的顆粒分裂成具有所要求的口感性質(zhì)的單個粗粒膠體顆粒。具有低粗粒膠體濃度的稀產(chǎn)品(如調(diào)咖啡用白油)的均質(zhì)化處理最好在pH為6-7時進行。在此pH值時，在粗粒膠體的表面上的電荷分布有助于保持粗粒膠體的均勻分散在水介質(zhì)中。雖然可以使用本技術(shù)領(lǐng)域中的任何已知的傳統(tǒng)均化處理，但是必須注意避免粗粒膠體顆粒暴露在可使粗粒膠體顆粒聚集成較大顆粒的高溫度下。
顆粒大小測試除了有利于選擇上述的最佳的加工條件外，還可以用來測定本發(fā)明產(chǎn)品的感官性質(zhì)?？捎糜谫|(zhì)量控制的最簡單的和最快速的測定方法之一包括制備一個光學(xué)載玻片，其制備方法和臨床血涂片的制備方法相似。按照此方法，稱取約10克的漿狀食品樣品于一個韋林氏攙合器中，加入190克蒸餾水以配成5%的溶液。然后將此溶液高速攙合二分鐘，再將pH值調(diào)至6.75-7.0。然后在用探針聲波發(fā)生器(BraunsonicModel2000聲波發(fā)生器，Burlingame，CA)進行聲處理1分鐘的過程中將試樣進行高速磁攪拌。此方法分開了在單個粗粒膠體之間可能存在的任何弱的締合。然后，根據(jù)顆粒的濃度，再用去離子水將此溶液稀釋至0.25-0.50%。隨后在制備載玻片前立即將此溶液放在一個超聲浴中(Branson2200超聲浴，Shelton，CN)一分鐘。
在用手搖動10秒鐘后，把10微升用上述方法制備的試樣放在一個已經(jīng)放在一個Corning載玻片旋轉(zhuǎn)器上的顯微鏡載玻片的中央。在將試樣放在載玻片上后立即旋轉(zhuǎn)載玻片。在載波片剛干燥后(通常約在30秒鐘內(nèi))，立即進行顯微鏡評價。
用一個配有鹵光源的蔡司ZeissAxiomat顯微鏡(Zeiss，Thornwood，NY)和一個DageMT1視頻照明機(MichiganCity，IN)和用50倍目鏡和總放大倍數(shù)在1000和1600倍之間的照相控制器觀察試樣。此儀器只能用于定量分析直徑大于約0.25微米的顆粒。為此，本文的所有的顆粒大小統(tǒng)計數(shù)據(jù)，除非另有說明，都是大小超過0.25微米的顆粒。不過，約0.1微米和約0.25微米之間的顆粒可以由一個觀察者觀察到和常規(guī)記錄其存在。掃描許多視野來主觀地評定試樣的總的大小和形狀的均勻性/不均勻性。在試樣的定性評價之后，選擇一個看來可以代表全部試樣的視野。將此圖象投影到一個高分辨率的黑白電視監(jiān)控器(Lenco，Jackson，MO)上供定量分析。
首先將電視監(jiān)控器上的圖象數(shù)字化，然后將其從電視監(jiān)控器翻譯給計算機監(jiān)控器。在此數(shù)字化和翻譯步驟中，由于副作用以致在原來圖象鮮欠摯哪承┛帕１涑扇諍顯諞黃穡虼瞬荒蘢魑嬲帕５拇?，而使图象蓵灙缩小。又o墻廡┟饗勻諍系目帕Ｍü系耐枷螅ǖ縭蛹囁仄鰨┖托碌耐枷螅撲慊囁仄鰨┙卸員榷⌒牡卦詡艏討猩境
在一個視野中典型測出約250±50個顆粒。最初將象中的顆粒數(shù)目與它們相應(yīng)的長度和寬度一起測定。用這些數(shù)據(jù)按下列公式計算另外二個變數(shù)，即當(dāng)量球(E.S.)直徑和當(dāng)量球(E.S.)體積E.S.直徑＝(B2×L)1/3E.S.體積＝4/3B2L當(dāng)已經(jīng)測出圖象中分布的全部顆粒的E.S.直徑和E.S.體積時，即可計算出加權(quán)數(shù)目(Dn)和加權(quán)體積(Dv)平均E.S.直徑。D是平均的顆粒直徑數(shù)，將分布范圍中的全部顆粒的直徑相加然后被全部顆粒的總數(shù)除即可計算出此數(shù)值。Dv(體積加權(quán)平均直徑)按體積加權(quán)每一個顆粒，從而提供以體積為基礎(chǔ)的平均直徑所在的范圍或質(zhì)量的含蓄狀態(tài)。最大直徑(Dmax)就是顯微鏡視野中存在的最大顆粒的直徑。
這些數(shù)據(jù)可以用來繪制直方圖，用橫座標(biāo)的E.S.直徑，作為顆粒數(shù)目的函數(shù)和顆粒體積的函數(shù)。用這些數(shù)據(jù)還可以直接測定超過2微米的顆粒體積的百分?jǐn)?shù)和最大顆粒直徑。下列實例涉及本發(fā)明的優(yōu)選方法和步驟。在下文中還有本發(fā)明的最佳方面的例子。
實施例1在65℃制備一種混合料，該混合料含有41%的(重量比)從Express Foods購得的牛乳乳清蛋白濃縮物和44%的水。通過在整個混合料中加入食品級酸以調(diào)節(jié)混合料的pH至4.2。向混合料加入30，000單位的商品真菌-乳糖酶，并重新校正pH值以保證維持在4.1。加入3%(重量比)的卵磷脂，將混合料在VersatorTM脫氣機中以每分鐘3.7公斤運轉(zhuǎn)進行脫氣，然后靜置過夜。此混合物的比重為1.16。靜置后，將混合物通到一個流體加工設(shè)備中，這在下文中基本上按圖1進行說明，通常按圖2進行布置。該流體加工設(shè)備在穩(wěn)定態(tài)條件下進行操作，其中轉(zhuǎn)子以每分鐘900轉(zhuǎn)運行，熱傳遞介質(zhì)(本例中是蒸氣)的溫度在入口處約為120℃，在出口處約為117℃。在加熱過程中，混合物保持在每平方英寸約80-90磅的壓力下以防止液體的脫氣，否則在此溫度和環(huán)境大氣壓力下會沸騰。在流體處理裝置中使用了四個不同的停留時間，而使產(chǎn)品就升高到下表所列的四個相應(yīng)的處理溫度。
表1停留時間處理溫度(℃)3.7秒805.5秒1006.5秒1077.5秒112如在本文的另一處所公開的那樣，將產(chǎn)品在一個單葉片的以每分鐘200轉(zhuǎn)操作的刮板式熱交換設(shè)備中冷卻到約80℃或更低的溫度，這是考慮到在沒有高剪切力條件下產(chǎn)品的熱不穩(wěn)定性。所產(chǎn)生的四種粗粒膠體制品，就其乳濁液似特性而論，每一種都判定為感官性質(zhì)合格的。當(dāng)然，粗粒膠體顆粒的轉(zhuǎn)化率(即產(chǎn)量)在較短的停留時間/較低的溫度下比在較長的時間/較高的處理溫度下要低些。
實施例2按實施例1中概述的步驟生產(chǎn)一種粗粒膠體制品，其中于約19℃將牛乳乳清蛋白濃縮物加入流體加工設(shè)備中，升高處理溫度到約112℃(于每平方英寸80-90磅的壓力下)，停留時間約7.5秒。將產(chǎn)生的粗粒膠體再同表2中列出的添加成分混合表2粗粒膠體制品69.8(重量%)白醋8.6蘋果醋6.9糖6.4高果糖玉米糖漿5.5
鹽1.8洋蔥泥0.8芥末0.09白胡椒0.013大蒜粉0.013進一步用低溫度的、溶解于乙醇中的玉米油和多香果油增補此混合物。所得混合物是一種非常受人歡迎的蛋黃醬狀的、實際上不含脂肪的制品。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用這些油的溶液，單獨用或混合用，能得到多種風(fēng)味的制品，而不會在制品中引入大量的脂肪。
實施例3另一個相似于實施例1中使用的牛乳乳清蛋白能使物試樣，用表3中列出的成分和比例進行混合表3乳清蛋白濃縮物28.7(重量%)自來水29.52＊酸混合物(鹽酸/檸檬酸)8.4卵磷脂3.0白醋8.6蘋果醋6.9洋蔥泥0.8芥末0.15白胡椒0.013大蒜粉0.013黃原膠0.1角豆莢膠0.1將這些成分水合、攪拌，然后加入下列的其他成分
糖6.4高果糖玉米糖漿5.5鹽1.8然后將此混合物放在一個VersatorTM脫氣器中于真空下脫氣，再在室溫下直接通入附圖1和附圖2的設(shè)備中。
將混合物加熱到112-113℃以產(chǎn)生第一個試樣，然后增加停留時間，讓溫度升到114-115℃以產(chǎn)生產(chǎn)品的第二個試樣。在兩種情況中，都在每平方英寸80-90磅的壓力下加熱。然后將這些產(chǎn)品通過刮板式單葉片熱交換器，在其中冷卻到約80℃和立即裝瓶。
在這兩種情況中產(chǎn)生的產(chǎn)品都是具有所要求的乳濁液似特性和合意的風(fēng)味的蛋黃醬型產(chǎn)品。此例是本發(fā)明中不用乳糖水解的實例。由于整個混合物中所含的乳清蛋白濃縮物的濃度相當(dāng)?shù)停虼诉@樣的乳糖濃度不會導(dǎo)致在成品中形成不合需要的乳糖結(jié)晶。
實施例4下面的表4表示幾種商品食品佐料和兩種以牛乳乳清為基料的蛋黃醬狀產(chǎn)品中脂肪、蛋白質(zhì)、碳水化合物、膽固醇和熱量含量的比較，這些蛋黃醬狀產(chǎn)品是按本發(fā)明的做法生產(chǎn)的，更確切地說，是按相似于例3中所述的方法生產(chǎn)的。本發(fā)明的兩個代表性產(chǎn)品的第二個是不含糖的，在產(chǎn)品配方中省去了糖和高果糖玉米糖漿。用AspartameTM甜味劑(門冬甜精)代替糖，用量足以補充失去的甜度。尤其是其他合成甜味劑和其他蛋白質(zhì)甜味劑也可同本發(fā)明的粗粒膠體結(jié)合使用。
表4成份(%)碳水膽固醇熱量產(chǎn)品脂肪蛋白質(zhì)化合物(毫克/100克)(千卡/100克)蛋黃醬78.61.12.771.4716.8MiracleWhipTM佐料 33.4 0.9 23.9 53.3 389.7Calorie-WiseTM蛋黃醬 32 0.8 5.3 52.0 312.0Weight-WatchersTM色拉佐料13.30.315.031.4181.0粗粒膠體為基料的蛋黃醬狀產(chǎn)品214.422.40162.5粗粒膠體為基料的，無糖蛋黃醬狀產(chǎn)品214.411.60120.8實施例4A本發(fā)明還提供較稠的產(chǎn)品，例如NUTELLATM型三明治涂料，它是一種甜的榛子-巧克力三明治涂料。還生產(chǎn)出一種與NUTELLATM相似的產(chǎn)品，該產(chǎn)品具有同樣的有堅果香味的和光滑涂抹特性，蛋白質(zhì)基料經(jīng)過合適地調(diào)味和用門冬甜精(ASPERTAME)甜味劑增甜。
實施例5通過和下列成分混合，按本發(fā)明的方法制備100公斤的以牛乳乳清為基料的蛋黃醬狀產(chǎn)品
表5乳清蛋白濃縮物28.7(重量%)自來水29.7＊食品級混合酸8.4白醋8.6蘋果醋6.9卵磷脂3.0糖6.4高果糖玉米糖漿5.5鹽1.8洋蔥泥0.8白胡椒0.013大蒜粉0.013芥末0.15＊食品級混合酸的pH應(yīng)該是使總混合物在20℃時的pH約為4。
產(chǎn)生的混合物的比重約為1.199。將此混合物脫氣和通過圖1中說明的流體加工設(shè)備。加工設(shè)備的轉(zhuǎn)子速度定在每分鐘500轉(zhuǎn)，以每分鐘530克的速率將混合物加到加工室中。將混合物的溫度升到約116℃(于80-90磅/平方英紓?，将芯暽的产品冷鹊A(chǔ)⒓躚?，染忬灾]鞒黽庸ど璞甘奔右允占 用掃描電子顯微術(shù)取得圖3到圖7中所示的顯微照相。
圖3a是描繪此產(chǎn)品的稀釋的、分散的樣品在放大400倍時的顯微照相。
圖3b是圖3a中視野的一部分的顯微照相，以5000倍放大和描繪一個特定的大粗粒膠體顆粒，連同大量符合本發(fā)明優(yōu)選的大小范圍的顆粒。
圖4a、4b、5a、5b同樣是成對的本發(fā)明的粗粒膠體顯微照相，不過用于生產(chǎn)圖4a及4b和5a及5b中的試樣的加工條件稍有不同。
圖3、4和5分別是成對的(a)和(b)顯微照相，其中在(b)系列中顯示的大顆粒是以較低的放大倍數(shù)顯示在(a)系列中，并大約是在(a)系列的中央。
為了比較圖6a和6b作如下說明。這些顯微照相是描繪ALATALR810乳清蛋白質(zhì)的典型樣品。這種蛋白質(zhì)物料是一種可以買到的商品產(chǎn)品，它同新西蘭乳品科學(xué)和工藝雜志(Journal of Dairy Science and Technology)15，167-176中由J.L.Short公開的“約28微米”物料相似。ALATALR810乳清蛋白質(zhì)的制備方法是用加熱沉淀純?nèi)榍宓鞍踪|(zhì)，沉淀這樣形成的絮狀凝乳，清洗，過濾、干燥和碾碎此成品。新西蘭乳品公司分發(fā)的資料描述此產(chǎn)品為不溶于水和醇，具有優(yōu)良的分散性，低功能性、中等程度至低的吸水性和軟的研磨特性。同一產(chǎn)品文獻指出99%的這種乳清蛋白質(zhì)能通過40目篩。
圖7a和7b分別以40倍和400倍放大顯示典型的ALATAL812乳清蛋白質(zhì)試樣的顯微照相。這些產(chǎn)品通常用作谷物(例如玉米粉、小麥面粉或大米)的添加劑。他們也用作營養(yǎng)食品和嬰兒食品的蛋白質(zhì)增補劑。
用目視將圖6b或7b與3a、4a或5a比較可以定性評價市售乳清蛋白質(zhì)產(chǎn)品同本發(fā)明的乳清蛋白質(zhì)粗粒膠體之間的顆粒大小分布的差別。用顆粒大小分布分析軟件可以作出定性比較。下面討論有關(guān)的方法和設(shè)備。
將擬測定的顆粒的試樣的機械混合的、稀懸浮液或分散液，進一步用超聲波發(fā)生器分散。然后取小量此分散好的懸浮液放到一片光學(xué)顯微鏡載玻片的表面上，再用相似于臨床血涂片的方法涂抹，這樣在載玻片的大部分上涂有一層薄的均勻分布的膜。然后在一個(蔡司)光學(xué)顯微鏡下觀察此載玻片，并任意選擇一個視野。然后將視野的象投到一個DAGENC67M型視頻照相機的視頻管上，此照相機可以從印地安那州，密西根城的Dage MTI公司購得。調(diào)整此照相機的控制器到在電視監(jiān)控器上有最大的對比度，然后將用照相機看到的電子影象數(shù)字化，這是使用DAPPLE SYSTEMS IMAGE PLUS DATA ACQUISITIONTM軟件(可以從加利福尼亞的Dapple系統(tǒng)公司購得)和一臺APPLETMⅡE計算機完成的。然后重復(fù)此步驟，直至達到統(tǒng)計學(xué)上合適的補充視野增數(shù)。一個統(tǒng)計學(xué)上有效的取樣通常需要觀察200或更多顆粒后的數(shù)據(jù)所構(gòu)成。
積累的數(shù)據(jù)表示觀察到的每一個顆粒的以平方微米表示的面積。然后用數(shù)學(xué)方法將數(shù)據(jù)變換成當(dāng)量直徑和當(dāng)量體積的量度單位。這些變換可以用DAPPLE系統(tǒng)圖象和統(tǒng)計分析(DAPPLESYSTEMSIMAGEPLUSSTATISTICALANAYLSIS)軟件在計算機中方便地完成。然后應(yīng)用對數(shù)尺度作為基線來計算分布圖形，以繪制上述以當(dāng)量直徑或高量體積變換為基準(zhǔn)的原樣顆粒大小分布的半對數(shù)直方圖?；€也可以是直線的，對于最小顆粒和最大顆粒之間的絕對范圍比較小的那些情況是有用的一種自由選擇。
圖8a是表示用于ALATALR810乳清蛋白質(zhì)的按照前述步驟基于當(dāng)量體積變換得到的顆粒大小分布的半對數(shù)直方圖。
圖8b是表示本發(fā)明的粗粒膠體的顆粒大小分布精確比較的直方圖(試樣與圖3a和3b中所攝制的相同)。圖9a和9b是同樣二種物料以當(dāng)量直徑為基準(zhǔn)的相似的對比。
表6和表7可以用來對比分別以當(dāng)量體積和當(dāng)量直徑為基準(zhǔn)的兩種同樣的乳清蛋白物料的統(tǒng)計學(xué)上的性質(zhì)。
表6(根據(jù)從當(dāng)量直徑變換得到的顆粒大小分布的統(tǒng)計數(shù)字)圖3a的粗粒膠體 ALATALR810乳清蛋白質(zhì)試樣號數(shù)237252平均值0.658091784微米3.72706446微米方差0.11824234752.3957137標(biāo)準(zhǔn)偏差0.3438654837.23848836總體標(biāo)準(zhǔn)偏差0.3445932417.25289333斜扭系數(shù)1.479366094.67235898峰態(tài)5.5917991525.580251極限(最小)0.202689664微米0.202689664微米極限(最大)2.19398493微米50.0366589微米表7(根據(jù)從當(dāng)量體積變換得到的顆粒大小分布的統(tǒng)計數(shù)字)圖3a的粗粒膠體 ALATALR810乳清蛋白質(zhì)試樣號數(shù)237252平均值0.305997371立方微米1283.39828方差0.38595282554503713.7標(biāo)準(zhǔn)偏差0.6212510167382.66305斜扭系數(shù)4.951791056.78055025峰態(tài)33.867567251.6650783極限(最小)4.43502395立方微米4.43502395極限(最大)5.6247352266721.5414
實施例6通過在一個混合器中先混合下表8中的成分來制備30公斤的本發(fā)明的一種蛋黃醬狀產(chǎn)品。
表8乳清蛋白濃縮物28.7(重量%)自來水29.73食品級的混合酸8.4白醋8.6蘋果醋6.9卵磷脂3.0糖6.4高果糖玉米糖漿5.5鹽1.8洋蔥泥0.8芥末0.15白胡椒0.013大蒜粉0.013選擇混合酸的pH，使總混合物的pH在20℃時約為4。此混合物的比重約1.18。
然后通過前面闡述過的流體處理設(shè)備的單通道中進行處理，在約80-90磅/平方英寸的高壓剪切條件下升高混合物的溫度至約115℃。
制備所形成產(chǎn)品的一個試樣供按實施例5中所述的方法進行顆粒大小的定量分析。
圖10a和10b是上述試樣的直方圖(具有直線基線)，分別表示根據(jù)當(dāng)量直徑和當(dāng)量體積描繪出的顆粒分布。有這樣大小分布的顆粒結(jié)合的產(chǎn)品被評價為特別光滑、奶油狀和稠的。
下面是本發(fā)明最佳情況的另一些例子。實施例7是用提取的牛乳乳清原料按照本發(fā)明生產(chǎn)粗粒膠體的一種最佳方法。實施例8是用牛血清的蛋白生產(chǎn)粗粒膠體的方法。實施例9是用雞蛋白蛋白生產(chǎn)粗粒膠體的方法，而實施例10則是用大豆蛋白按照本發(fā)明形成粗粒膠體的方法。
實施例7在變性加工前，用提取方法從乳清蛋白濃縮物(WPC)中除去脂肪和膽固醇。更確切地說，在一個反應(yīng)器中裝入181公斤的無水酒精(Asper酒精和化學(xué)品公司Shelbyville，KY，批號16468X，16995X)。然后加入水(8.58公斤)和10%的檸檬酸溶液(954克Miles，Elkhart，IN)，攪拌此溶液約2分鐘。然后測定此溶液的pH以證實pH為5.0±0.5。
然后在反應(yīng)器中加入140磅(63.5公斤)的乳清蛋白濃縮物WPC-50(批號6302-2Fieldgate，Litchfield，MI)，封閉此反應(yīng)器。將蒸氣通入反應(yīng)器夾套中和將反應(yīng)留在40-42℃下保持4小時。從反應(yīng)器中取出蛋白質(zhì)淤漿，用一個連續(xù)帶式過濾器過濾，使濾餅厚度達1英寸。集結(jié)的濾餅重116公斤。在反應(yīng)器中加入127公斤的95%乙醇，然后將濕的濾餅加到反應(yīng)器中形成漿狀物并混合20分鐘。取出此漿，如前法過濾，將收集到的濾餅再加到裝有127公斤95%乙醇的反應(yīng)器中?；旌洗藵{20分鐘，然后小心過濾以除去盡可能多的液體。濕濾餅稱重104.5公斤。
然后將濕濾餅放在盤中以形成均勻的1英寸或小于1英寸厚度的層，然后在真空下于45±1℃干燥12小時，得到乳清蛋白濃縮物51.5公斤，產(chǎn)率為80.9%。通過計算，約3.5公斤的物料已在干燥器中損失，計算原始濕濾餅中的揮發(fā)物百分?jǐn)?shù)為47.4%。
產(chǎn)品的蛋白質(zhì)濃度為56.91%，按照前述的溶解度測定方法測得的溶解度為93%。然后用此蛋白質(zhì)來制定一個配方，該配方包含卵磷脂(“LecigranF”，Riceland，LittleRock，AR)，37%的食品級鹽酸(J.T.Baker，Phillipsburg，NJ)，黃原膠(“KeltrolT”，Kelco，SanDiego，CA)和水。
表9乳清蛋白質(zhì)配方成分%重量(克)乳清濃縮蛋白WPC-5034.500690.00卵磷脂0.93218.64鹽酸1.59031.80黃原膠0.1863.72水62.7921255.00100.0002000.00按以下順序?qū)⒈?中所列配方成分加到一個高剪切力混合器和脫氣器中(KadyMill，Scarborough，ME)水，鹽酸、卵磷脂、黃原膠和乳清蛋白濃縮物。在將混合物加到圖11的設(shè)備中之前先行脫氣，小心使機械能轉(zhuǎn)換成熱的量最小。然后將pH為4.15的預(yù)混合料裝到加工容器中，密封，溫度為100℃的熱介質(zhì)在容器的夾套中循環(huán)。此產(chǎn)品于4.3分鐘達到122℃，此時將加熱的流體換為冷水流，冷水使產(chǎn)品于2分鐘內(nèi)冷卻到40℃。
然后評價從上述方法中得到的產(chǎn)品的感官性質(zhì)和物理性質(zhì)。在放大1000倍的圖12中可以看到此產(chǎn)品具有光滑的、奶油狀的稠度，其中64%的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變成粗粒膠體顆粒，而沒有大于3微米的顆粒形成。球形顆粒的體積-加權(quán)平均直徑(Dv)為0.99微米，平均顆粒直徑(Dn)為0.78微米，最大直徑(Dmax)為1.50微米。
實施例8在此實施例中，根據(jù)本發(fā)明用牛血清白蛋白生產(chǎn)蛋白質(zhì)粗粒膠體制品。使用從美國生物化學(xué)公司(U.S.BiochemicalCorp.(Cleveland，OH))獲得鑒定為“牛白蛋白，組分V”的牛血清白蛋白。此原料是一種含有97%蛋白質(zhì)的冷凍干燥的粉末，按照上述方法測定的溶解度為99%。其他配方成分包括卵磷脂(“LecigranF”，Riceland，LittleRoak，AR)，37%的食品級鹽酸(J.T.Baker，Phillispsbury，NJ)，黃原膠(Xanthan)(“KeltrolT”，Kelco，SanDiego，CA)，乳糖(α-乳糖-水化物，SigmaSt.Louis，MO)以及水。
表10牛血清白蛋白配方成分%重量(克)牛血清白蛋白13.080121.64卵磷脂2.10019.53鹽酸0.7707.16黃原膠0.2001.86乳糖7.56070.31水76.290709.50100.000930.00將表10中的配方在一個高剪切力攪拌器和脫氣機(KadyMill，Scarborough，ME)中制備，其中的黃原膠已經(jīng)預(yù)先水化的。按照水、鹽酸、卵磷脂、黃原膠、乳糖和牛血清白蛋白的次序加到攪拌器中，混合物在轉(zhuǎn)移到圖11的設(shè)備中之前先行脫氣。將pH4.19的預(yù)混合料裝入加工容器，密封和接上溫度記錄器。啟動電動機，將葉片的轉(zhuǎn)速調(diào)整到每分鐘5080轉(zhuǎn)。幾秒鐘后，用溫度為80℃的熱流體通過容器的夾套進行循環(huán)。
在4.8分鐘內(nèi)，產(chǎn)品溫度達到126℃，此時用冷水流替代加熱的流體。產(chǎn)品在2分鐘內(nèi)降到40℃。此加工器的剪切速率可由產(chǎn)品溫度和加熱流體溫度之間的差數(shù)46℃反應(yīng)出來。這額外的熱是以約380焦?fàn)?秒的速率從機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崴玫降摹?br>
然后對從上述方法中得到的產(chǎn)品進行感官特性和物理特性的評價。此產(chǎn)品具有同用乳清蛋白濃縮物生產(chǎn)的粗粒膠體物料相似的粘稠度、奶油狀質(zhì)地和高的潤滑性質(zhì)。有71%的蛋白質(zhì)已經(jīng)轉(zhuǎn)變成粗粒膠體顆粒。從圖14可以看出雖然有某些桿狀的纖維顆粒繼續(xù)存在，但主要是球形的顆粒。這些超過3微米大小的桿狀和纖維狀顆粒占顆?？倲?shù)的2.25%。當(dāng)將這些桿狀和纖維狀顆粒排除在顯微圖象分析之外時，則球形顆粒的體積-加權(quán)平均直徑(DV)為1.03微米，平均顆粒直徑(Dn)為0.66微米，最大直徑(Dmax)為1.75微米。
實施例9在此實施例中，按照本發(fā)明用雞蛋白蛋白生產(chǎn)蛋白質(zhì)粗粒膠體制品。已經(jīng)確定新鮮雞蛋白和噴霧干燥的雞蛋白的混合物可生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品。新鮮雞蛋白是在制備預(yù)混合物當(dāng)天從市場上購得的雞蛋中用手工分離而得。此雞蛋白含有99%的可溶性蛋白質(zhì)，但是蛋白濃度低于10%。由于最初的蛋白質(zhì)濃度低，所以單獨加工新鮮雞蛋白時，會產(chǎn)生變性蛋白質(zhì)產(chǎn)品的粘稠體。噴霧干燥的雞蛋白得是自HenningsenFoods(WhitePlains，NY)(P-110形雞蛋白固體)，它最少含有80%的蛋白質(zhì)。噴霧干燥的蛋白粉的溶解度只有83%，而單獨加工此物料可以產(chǎn)生不能接受的數(shù)量的超過大顆粒。為了避免單獨使用某一種原料的局限性，因此將新鮮的和噴霧工燥的雞蛋白原料混合在一起以提供適合于本發(fā)明操作的雞蛋白蛋白質(zhì)源。
卵磷脂、黃原膠、鹽酸和乳糖的來源與實施例7的相同，其用量列于下表11。
表11雞蛋白蛋白配方成分%重量(克)新鮮雞蛋白70.211168.92噴霧干燥雞蛋白13.44223.72卵磷脂2.9749.54黃原膠0.304.95鹽酸2.3739.43乳糖10.71178.35100.001664.91新鮮雞蛋白、卵磷脂、黃原膠、乳糖、噴霧干燥雞蛋白和鹽酸按此順序和按照表11中規(guī)定的數(shù)量加到一個高剪切力攪拌器中，并在其中混合和脫氣。形成的預(yù)混合物的pH為3.6，將此物料加到圖11的加工設(shè)備中。加工是在浴溫80℃下連續(xù)進行4.33分鐘，葉片轉(zhuǎn)速為每分鐘5080轉(zhuǎn)。最高產(chǎn)品溫度是125℃。
從上述步驟中得到的產(chǎn)品是稠的和奶油狀的。88.9%的蛋白質(zhì)已經(jīng)轉(zhuǎn)變成粗粒膠體顆粒，這些顆粒具有明顯的疏松聚集的傾向。分析表明顆粒大小是在所要求的范圍內(nèi)，D＝1.22微米，其中4%的顆粒超過2微米。從圖4中可以看到全部顆粒實際上是球形的。
10在此實施例中，按照本發(fā)明用大豆蛋白質(zhì)生產(chǎn)一種蛋白質(zhì)粗粒膠體產(chǎn)品。大豆蛋白質(zhì)得自RalstonPurina(SN1631-32-1，St.Louis，MO)，按前面闡述的方法測得它的蛋白質(zhì)含量為61.4%，溶解度為81%。卵磷脂、黃原膠、鹽酸和乳糖的來源與實施例7的相同，其用量列于下表12。
表12大豆蛋白質(zhì)配方成分%重量(克)大豆蛋白質(zhì)22.03699.16卵磷脂3.00013.50黃原膠0.1000.45鹽酸2.1969.88乳糖10.80048.60水61.868278.41100.000450.00按水、鹽酸、卵磷脂、黃原膠(Xanthan)、乳嗆痛蠖溝鞍字收庖凰承蚣擁揭桓齦嘸羥辛漣杵髦薪謝旌蝦橢票?，哉V漣杵髦謝旌蝦屯啞?。芯暽的Xせ旌銜锏膒H為3.74，將此預(yù)混合物加到圖1的加工設(shè)備中。浴溫保持在110℃。加熱連續(xù)進行4.3分鐘，葉片轉(zhuǎn)速為每分鐘5080轉(zhuǎn)。產(chǎn)品達到的最高溫度為119℃。
產(chǎn)品在熟煮時呈現(xiàn)淺棕黃色和光滑、奶油狀和稠的，并帶有一些大豆制品的典型豆腥味。71%的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變成粗粒膠體顆粒。顆粒大小分析表明顆粒大小在所要求的范圍內(nèi)，其DV為1.46微米，Dmax為2.5微米。從圖15中可以看到全部顆粒實際上是球形的。
以上這些實施例可以提供構(gòu)成-本發(fā)明所發(fā)現(xiàn)的一般性質(zhì)的足夠證明。其最廣泛的方面之一是本發(fā)明在于發(fā)現(xiàn)實質(zhì)上任何一種動物蛋白或植物蛋白都可用于生成蛋白質(zhì)的、在水中可分散的粗粒膠體顆粒，這些顆粒的水合形式具有基本上是光滑的(即不是粉狀的、粉筆灰似的或砂礫般的)一般水包油乳濁液似的感官特性。一般說來，本發(fā)明的水合粗粒膠體顆粒制品具有高的粘性(25000厘泊級)，是非膨脹性的和具有脂肪乳濁液的潤滑性(即沒有粘性)。這些產(chǎn)品可以明顯地用于部分或全部替代許多食品中的脂肪或脂肪狀物料，而在這些食品中通常存在著足以在感官上產(chǎn)生感覺的脂肪數(shù)量。
本發(fā)明的蛋白質(zhì)制品可以通過對明顯的實際上未變性的蛋白質(zhì)進行有控制的變性作用加工來制備，加工后形成大小和總體形狀比較均勻的水合蛋白質(zhì)顆粒，這些顆粒的大小分布給予產(chǎn)品一種光滑的感官特性，這種感官特性通常只有水包油型脂肪乳濁液才能提供。
正如實施例中所闡明的，對蛋白質(zhì)溶液同時加熱和施以高剪切力進行有控制的變性加工可以產(chǎn)生所要求的蛋白質(zhì)顆?？傮w。為使本發(fā)明最佳化，用作原料的蛋白質(zhì)溶液應(yīng)當(dāng)用例如干燥的蛋白質(zhì)原料配成，其中有約80%以上的干蛋白質(zhì)是可溶于水或稀鹽溶液的。換句話說，如使用的原料含有大量不溶性蛋白質(zhì)或提供大量不溶的、顆粒狀的、非蛋白質(zhì)物料，則不大可能得到所要求的產(chǎn)品，因為應(yīng)用熱和高剪切力通常在加工中使過大的顆粒變小是無效的。如果需要利用過大而在加工中不會變小的顆粒原料的蛋白質(zhì)制劑時，則可以在有控制的加熱和高剪切力加工之前，先用已知的縮減顆粒大小的有效方法去預(yù)處理制劑使現(xiàn)有的顆粒變小到所要求的大小范圍之內(nèi)，這是在本發(fā)明的預(yù)期的范圍內(nèi)的。一種這樣的預(yù)處理的例子包括在一個磨碎機中加工此制劑，這同通常應(yīng)用于油漆和顏料制劑中的方法相似。
蛋白質(zhì)的化學(xué)復(fù)雜性，蛋白質(zhì)在溶液中的兩性性質(zhì)以及大多數(shù)天然蛋白質(zhì)原料的不均勻性都要求在本發(fā)明的有控制的變性加工時必須考慮被加熱和處于高剪切力下的溶液的pH。目前，在任何低于蛋白質(zhì)溶液的等電曲線的中點的pH進行熱變性都可提供最佳的結(jié)果，但應(yīng)注意防止pH值低到能產(chǎn)生蛋白質(zhì)的水解降解。與這些考慮一致的是，許多蛋白質(zhì)溶液要求在變性作用之前先調(diào)整pH(用任何合適的食品級酸)。
產(chǎn)生所要求的大小和形狀都實際上是均勻的蛋白質(zhì)顆粒總體的能力，在許多情況下，可受到進行變性作用的溶液中存在或不存在可溶的、非蛋白質(zhì)成分的有利的或不利的影響。這些成分中比較明顯的是以前闡述過的“聚集體抑止劑”。雖然此名詞貼切地描述由這些化合物所提供的潛在功能中的一種功能(即，防止蛋白質(zhì)分子形成大于所要求尺寸范圍的聚集體)，但是它們還提供其他功能，例如提高粗粒膠體制品的總的潤滑性。特別是，這些化合物還會顯著增加蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為顆粒形的程度，很可能是基于電荷的影響或蛋白質(zhì)絡(luò)合物的形成。促進凝結(jié)物的形成和防止顆粒形成，這二種作用的結(jié)合，可導(dǎo)致大小在所要求范圍內(nèi)的蛋白質(zhì)顆粒的形成的整個“焦點”。在以前的一些研究中是針對較精確地確定聚集體抑止劑的作用，觀察到在室溫下加入酸化的、實際上是純的蛋白質(zhì)溶液到水合的聚集體抑止劑中，出現(xiàn)一種凝結(jié)物，它在pH增加到中性時可以被溶解。此凝結(jié)物呈現(xiàn)許多種肉眼可見的形狀，包括一種單一的大的凝膠、許多顯微鏡觀察范圍的纖維或/和小的球形的非聚集顆粒。這種凝結(jié)物的外形可用于指導(dǎo)選擇加入物料的濃度以及加入的順序。
在用本發(fā)明的受控制的熱變性作用處理的蛋白質(zhì)溶液中選擇加入一種或幾種聚集體抑止劑時，可以根據(jù)上述在室溫下觀察凝結(jié)物形成作用來合適地進行試驗。在一個酸化的蛋白質(zhì)溶液和聚集體抑止劑的混合物中形成一個大的球形聚集體或大的凝膠，則通?？梢灶A(yù)測獲得顆粒大小在要求范圍內(nèi)的分散液的前景是不良的。同樣，纖維狀聚集物的形成可以預(yù)測變性產(chǎn)品將具有大量非球形的和線狀蛋白質(zhì)顆粒，除非在加熱和高剪切前采取措施分散此凝結(jié)物。在室溫下形成小的、球形的、非聚集的凝結(jié)物通?？梢灶A(yù)測變性加工將提供符合要求的粗粒膠體產(chǎn)物。
其他在本發(fā)明的加工中能起明顯作用的其他溶液成分有天然存在的多羥基化合物，例如單糖和雙糖，特別是乳糖。從實施例中可以看到含有50%(重量比)乳糖的乳清蛋白濃縮溶液可以容易地接受加熱和高剪切以提供本發(fā)明的產(chǎn)品。在以前關(guān)于乳糖濃度對使用有控制的變性作用于大規(guī)模生產(chǎn)產(chǎn)品的能力的影響的研究中，發(fā)現(xiàn)用色譜法純化預(yù)處理乳清蛋白濃縮物以除去幾乎全部乳糖并不防礙有用產(chǎn)品的制備。但是反過來，在無乳糖的乳清蛋白溶液中加進乳糖并不能改進生產(chǎn)的效率，特別是在使用聚集體制劑時。此外，如在以上各實施例中所指明那樣，用本發(fā)明制備粗粒膠體時，應(yīng)用加熱/剪切處理牛血清白蛋白、雞蛋白蛋白和大豆蛋白中，在溶液內(nèi)加入乳糖是很有利的。雖然乳糖那樣的還原糖看來是最合適的添加劑，但非還原糖也可有效地用作添加劑。
希望對本技術(shù)熟悉的人在考慮前述的說明及其最佳實施例時對本發(fā)明的實踐提出許多修改和變動。因此，只有在所附的權(quán)利要求中的限制屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種含有實際上是非聚集的變性蛋白質(zhì)顆粒的蛋白質(zhì)的、可分散于水中的粗粒膠體，該顆粒在干燥狀態(tài)時的平均直徑顆粒大小分布約為0.1微米至0.2微米，直徑超過3.0微米的顆粒約占總顆粒數(shù)的2%以下，當(dāng)應(yīng)用約放大800倍的標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)顯微鏡觀察時，大部分的所述顆粒通常是球形的，該顆粒在水合狀態(tài)時形成具有實際上是光滑的、乳濁液似的感官特性的所述粗粒膠體。
2.權(quán)利要求1的粗粒膠體，其中的蛋白質(zhì)，是由未變性的實際上是可溶性蛋白質(zhì)制得的。
3.權(quán)利要求1的粗粒膠體，其中的蛋白質(zhì)是選自下列一種蛋白質(zhì)牛血清白蛋白;雞蛋白蛋白;大豆蛋白;或牛乳乳清。
4.權(quán)利要求1或2中的粗粒膠體，其中的蛋白質(zhì)是甜牛乳乳清。
5.權(quán)利要求1、2、3或4中的粗粒膠體，其中所述的顆粒是水合的。
6.一種權(quán)利要求1的粗粒膠體的水分散體。
7.權(quán)利要求6的分散體，其中所述的變性蛋白質(zhì)顆粒是選自一種實際上是可溶的未變性的蛋白質(zhì)。
8.權(quán)利要求7的分散體，其中所述的變性蛋白質(zhì)顆粒是選自一種溶解度大于90%的未變性的蛋白質(zhì)。
9.權(quán)利要求8的分散體，其中所述的顆粒是同其特征在于具有蛋白質(zhì)濃度在約10%和20%之間、和pH值小于該蛋白質(zhì)等電曲線的中點的水溶液制得。
10.權(quán)利要求9的分散體，其中水溶液的pH值約低于該蛋白質(zhì)等電曲線的中點的1pH單位。
11.權(quán)利要求9的分散體，其中將所述的水溶液配成每單位重量的蛋白質(zhì)含有0-100%(重量)的糖。
12.權(quán)利要求9的分散體，其中所述的糖是乳糖。
13.權(quán)利要求10的分散體，其中所述的顆粒是用其特征在于含有約15%至18%(重量)的蛋白質(zhì)的水溶液制得。
14.權(quán)利要求10的分散體，其中所述的溶液是通過加入一種或幾種聚集體抑制劑改進的。
15.權(quán)利要求14的分散體，其中所述的聚集體抑制劑是一種陰離子抑制劑。
16.權(quán)利要求15的分體，其中所述的陰離子聚集體抑制劑是選自黃原膠、囊酯類、卵磷酸、卡拉膠、藻酸鹽和硬脂酰乳酰鈣。
17.權(quán)利要求14的分散體，其中所述的聚集體抑制劑是一種麥芽糖糊精。
18.一種含有實際上是非聚集的變性牛乳乳清蛋白顆粒的粗粒膠體的水分散體，該粗粒膠體在干燥狀態(tài)時的平均直徑顆粒大小分布約為0.1微米至約2.0微米，直徑超過3.0微米的顆粒約占總顆粒數(shù)的2%以下，當(dāng)應(yīng)用約放大800倍的標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)顯微鏡觀察時，大部分的所述顆粒實際上是球形的，該顆粒在所述水分散體中形成具有實際上是光滑的、乳濁液似的感官特性的粗粒膠體。
19.權(quán)利要求18的分散體，其中所述的顆粒是由甜牛乳乳清蛋白制得的。
20.一種包括將未變性的實際上是可溶的和可凝結(jié)的蛋白質(zhì)在熱變性溫度下、在pH值小于所述蛋白質(zhì)的等電點的水溶液中，在所選擇的剪切條件下加熱和進行足夠的時間以避免形成顯著數(shù)重的具有直徑大于約2微米的熔融顆粒狀蛋白質(zhì)聚集體并同時還形成直徑大于約0.1微米的變性蛋白質(zhì)粗粒膠體顆粒的方法。
21.權(quán)利要求20的方法，其中的蛋白質(zhì)是選自牛血清白蛋白、雞蛋白蛋白、大豆蛋白和牛乳乳清。
22.權(quán)利要求20的方法，其中蛋白質(zhì)是甜牛乳乳清。
23.權(quán)利要求20的方法，其中所述的pH值約低于該蛋白質(zhì)等電曲線的中點的1pH單位。
24.權(quán)利要求20的方法，其中的熱變性是在約80℃至120℃之間的溫度下進行的。
25.權(quán)利要求20的方法，其中所述的剪切速率大于每秒鐘7500次。
26.權(quán)利要求20的方法，其中所述時間約為10秒到120秒。
27.權(quán)利要求20的方法的產(chǎn)品。
28.在一種其脂肪含量足以使所述產(chǎn)品具有一種感官特性的可含用的食品中，改進措施包括用一種水合蛋白質(zhì)粗粒膠體來代替至少一部份所述的脂肪，該粗粒膠體含有實際上是非聚集的牛乳乳清蛋白質(zhì)凝結(jié)物，粗粒膠體在干燥狀態(tài)時的平均直徑顆粒大小分布約為0.1微米至2.0微米，直徑超過3.0微米的顆粒的占總顆粒數(shù)的2%以下，當(dāng)應(yīng)用約800倍的標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)顯微鏡觀察時，大部分的所述顆粒是球形的，水合顆粒使所述產(chǎn)品具有實際上是光滑的、乳濁液似的感官特性。
29.權(quán)利要求28的產(chǎn)品，其中的蛋白質(zhì)是選自下列一種蛋白質(zhì)牛血清白蛋白;雞蛋白蛋白;大豆蛋白;和牛乳乳清。
30.權(quán)利要求28的產(chǎn)品，其中的蛋白質(zhì)是甜牛乳乳清。
31.一種適合于均勻地、非統(tǒng)計加工的流寤實納璞?，所淑Y璞赴ǎ 一件第一種設(shè)備，包括一個基本上是光滑的和等半徑的無阻礙物的凹形圓柱表面一件第二種設(shè)備，包括一個基本上是光滑的和等半徑的無阻礙物的凸形圓柱表面，該半徑比所述的第一種設(shè)備的半徑小，小的程度不大于約2毫米，將所述的第一種和第二種設(shè)備按同心安裝，從而形成一個由所述的第一種設(shè)備和所述的第二種設(shè)備之間的間隙所構(gòu)成的均勻的環(huán)形處理區(qū)，所述的處理區(qū)與一個熱傳遞介質(zhì)源形成熱傳遞關(guān)系;和一件第三種設(shè)備，使第一和第二兩種繞著其共同的對稱縱軸進行彼此之間是相對的旋轉(zhuǎn)運動。
32.一種流體基質(zhì)加工器，包括一根包括具有中心縱軸的一個外部表面和一個內(nèi)圓柱形表面的管子;在所述外表面上傳輸熱交換介質(zhì)的設(shè)備一種能繞著所述的軸旋轉(zhuǎn)的長的圓柱形轉(zhuǎn)子，所述的轉(zhuǎn)子安裝在管子內(nèi)部，與所述的內(nèi)表面同軸，從而形成一個由所述轉(zhuǎn)子和所述內(nèi)表面之間的不大于2毫米的實際是均勻的無阻礙的環(huán)形空間所構(gòu)成的處理區(qū);驅(qū)動所述轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備;和所述處理區(qū)外面的設(shè)備，適合于將一種欲處理的流體基質(zhì)裝入所述處理區(qū)內(nèi)和隨后將處理區(qū)保持在裝滿的條件下，并同時提供在加工所述的流體食品時通過所述處理區(qū)的所述流體食品的物料通過量。
33.權(quán)利要求32的加工器包括將所述處理區(qū)保持在比環(huán)境大氣壓足夠高的壓力下來防止在所述區(qū)內(nèi)形成汽相的設(shè)備，否則在升高的處理溫度下，由于在所述流體基質(zhì)中所含有的組分的脫氣而會產(chǎn)生汽相。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含有實際上是非聚集的變性蛋白質(zhì)顆粒的蛋白質(zhì)的、可分散在水中的粗粒膠體及其制備方法。這種粗粒膠體可以用各種實際上是可溶性而未變性的蛋白質(zhì)原料通過在高剪切力條件下控制熱變性的方法來進行生產(chǎn)。此種顆粒在干燥狀態(tài)時的平均直徑顆粒大小分布為0.1微米至2.0微米，直徑超過3.0微米的顆粒占總顆粒數(shù)的2％以下。當(dāng)應(yīng)用約放大800倍的標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)顯微鏡觀察時，大部分的所述顆粒實際上是球形的。該粗粒膠體在水合時具有實際上是光滑的、乳濁液似的感官特性。
文檔編號A23J1/20GK1033347SQ87108338
公開日1989年6月14日 申請日期1987年12月17日 優(yōu)先權(quán)日1987年12月2日
發(fā)明者諾曼·索爾辛格, 約瑟夫·拉泰拉, 山本昌司 申請人:約翰拉巴特有限公司