專利名稱：水溶性填充劑及其制法的制作方法
本專利申請是1987年7月23日所提申請(序號為076632)的后續(xù)申請(C1P)，而該申請又是1987年2月27日所提申請(序號為019816)的后續(xù)申請，在此可結(jié)合參考這兩份申請。
本發(fā)明涉及食品配方中常見脂肪和/或糖類組分被除去或代替時用來維持體積和功能特性的水溶性填充劑。這些脂肪和/或糖類組分包括菜油或牛奶脂肪和蔗糖。特別是像半纖維素A或半纖維素B之類的半纖維素餾分，以及各種變體和上述的組合形式均被用來部分或全部地取代食品中的糖類和脂肪，因而糖類和脂肪含量降低或消失。本發(fā)明還涉及含有本發(fā)明的水溶性填充劑的增甜劑組合物和食品。
食品工業(yè)中遇到的一個嚴重的問題是缺乏適用于代替脂肪或糖類的滿足要求的填充劑。當用高效能增甜劑代替蔗糖時，在諸如制劑、冰淇淋、冷凍制品和烘烤食品等配方中，一個特別嚴重的問題是大大依賴于蔗糖的“非甜”功能特性。蔗糖的這些所謂“非甜”性質(zhì)包括增味、凝固點降低、填充性、沸點升高、結(jié)晶的形成，保濕，結(jié)構(gòu)保持、粘性增加、水合控制和焦糖化作用。如果沒有這些功能特性，就很難談模擬常規(guī)的食品配方，因為高效能增甜劑通常具有糖的甜度，但常常沒有這些其它的“非甜”功能特性。除了上述困難以外，目前如多葡萄糖、山梨糖醇和麥芽糖醇，所使用的某些糖填充劑引起滲透腹瀉。
如果用填充劑或脂肪替代物令人滿意地取代脂肪，則該脂肪也必須有模似的功能特性。這些特性包括結(jié)構(gòu)改良、非水溶性成分的分散粘性增加、潤滑、空氣滲入、填充性和保鮮。
本發(fā)明提供了用于食品配方時可以代替糖類和脂肪的許多功能特性的水溶性填充劑。
用半纖維素B或半纖維素A，以及它們的各種變體和混合物(以后稱“本填充劑”)作為水溶性填充劑。該填充劑可以代替全部或部分脂肪或糖類。高效能增甜劑如天冬酰苯丙氨酸甲酯、三氯半乳蔗糖(TGS)，alitame、糖精、acesulfame-k、環(huán)己基氨基磺酸酯、卡哈苡苷及它們的混合物可與本填充劑混合，以代替蔗糖，并提供具有蔗糖的甜度及非甜功能特性的增甜劑組合物。
本填充劑也可用于代替其它的糖類和脂肪。這些填充劑提供了糖類和脂肪的各種功能特性。
半纖維素是自然界中普遍存在的植物物質(zhì)的一種構(gòu)成成分。術(shù)語“半纖維素”不表示一個化學本體，而是一大族分子。當這些分子的特定性質(zhì)，如分子量，溶解度和單體組成進行變化時，它仍具有很多共同的天然性質(zhì)和功能。它們?nèi)怯蓡蝹€糖單體聚合而成的多糖。這些糖單體大部分是諸如木糖和阿拉伯糖之類的戊糖。
由于半纖維素是特性不同的一族分子，由于分離工藝的功能，從天然物中分離半纖維素，可使各種餾分得到分離。本發(fā)明感興趣的餾分被稱為“半纖維素A”和“半纖維素B”。
這里所用的術(shù)語“半纖維素A”系指使由植物物質(zhì)中提取的堿性混合物，然后酸化而沉淀出的半纖維素餾分。
用文獻所描述的方法，尤其是用糖化學方法，第五卷，多糖概述(General Polysaccharides)，1965年，科學出版社，144-145頁中描述的方法，而制得的半纖維素A。該文獻可結(jié)合參考。
這里所用的術(shù)語“半纖維素B”系指將乙醇加入到通過堿液萃取由植物物質(zhì)中所分高出的酸化半纖維素混合物，在去除半纖維素A后，緊接著再沉淀出的半纖維素餾分。
這里所用的術(shù)語“改性的半纖維素”是指用化學方法，如酸處理或用加酶水解方法引起的天然半纖維素的變體。這種改性使得多糖聚合物分解成低分子量的成分，其中有些和僅由4-10個糖單體構(gòu)成的低聚糖一樣小。
這里所用術(shù)語“水溶性填充劑”是指優(yōu)先形成水溶性溶液或與水自由強烈地發(fā)生相互作用，因而可以代替食品配方中的脂肪和糖類。這些水溶性填充劑具有糖類和脂肪的各種功能特性，包括甜糖，如蔗糖，的非甜功能特性。這些性質(zhì)包括淀粉膠凝溫度的提高、冷凍點降低和合適的口感或結(jié)構(gòu)。
自然界存在的半纖維素和其它的結(jié)構(gòu)成分，如纖維素和木質(zhì)素攪合在一起。木質(zhì)素常常稱作將結(jié)構(gòu)成分粘結(jié)在一起的“膠”。因此，半纖維素的分離必然伴隨著用脫木質(zhì)素的方法去除木質(zhì)素。
半纖維素分離和脫除木質(zhì)素可用現(xiàn)有技術(shù)中各種文獻所記載的方法完成。最常用的是植物物料的堿處理，而只用水處理也可以從木質(zhì)素含量低的原料中分離出某些半纖維素。
這里所用術(shù)語“部分脫除木質(zhì)素的植物纖維”是指任何可部分脫除木質(zhì)素的植物纖維。通常要從植物纖維基質(zhì)中除去30-70％，最好40-60％的木質(zhì)素，以完成半纖維素分離。最好用堿性過氧化物處理部分脫除了木質(zhì)素的植物纖維，而轉(zhuǎn)變成木質(zhì)纖維素產(chǎn)品，這種基質(zhì)用水或堿液處理就足夠了。這種部分脫除木質(zhì)素的植物纖維就是半纖維素的原料。
下列U.S專利或?qū)＠暾埮读朔悄举|(zhì)木質(zhì)纖維素的堿性過氧化物處理U.S4649115，1985年12月16日申請的S.N.06／809803號和1986年9月29日提出的S.N.06/912296號申請，所有述些文獻均供參考。另外，所有上述引用的專利申請說明書可申國家技術(shù)情報服務中心得到，地址5285、port Royal Rd、Springfield，VA 22161。
部分脫除木質(zhì)素的植物纖維和如上定義的半纖維素餾分可由任何木質(zhì)纖維素基質(zhì)獲得，最好由非木質(zhì)木質(zhì)纖維素基質(zhì)獲得。合適的基質(zhì)包括玉米糠、玉米禾莖、玉米芯、麥糠、蔗糖渣、紫苜蓿干草、大麥糠、大麥殼、燕麥糠、燕麥殼、洋麻、西部落葉松心材木片條、稻糠、糖菾
漿、檸檬漿、檸檬皮、花生殼、香萑皮、秋葵禾莖、大豆禾莖，以及北非茅草。
在實際應用本發(fā)明的水溶性填充劑時，將半纖維索餾分，如半纖維素A或B以及其變體和它們的混合物，填加到食品中以代替全部或部分糖類或脂肪。該填充劑將令人驚奇地給食品帶來所取代的糖類或脂肪的功能特性。例如，可用本填充劑取代全部或部分甜糖，以恢復其非甜功能特性。
用本水溶性填充劑代替糖類或脂肪的用量范圍，與原食品中糖類或脂肪的重量比約為0.1-3，最佳比率取決于多種因素，例如，使用的具體填充劑，被取代的具體糖類或脂肪，具體的食品組成，食品的制作條件等等。本技術(shù)領(lǐng)域中的專業(yè)人員很容易通過常規(guī)的食品配方試驗確定最佳取代比率。最好從食品配方中去除全部的糖類或脂肪。上述任何半纖維索成分都可用作水溶性填充劑。
使來自任何植物源的半纖維索A或B餾分進行加酸或加酶水解時可引起多糖體的破裂，從而能觀察到分子量的降低，由此實現(xiàn)了半纖維素的改進。如果需要，所獲得的產(chǎn)物可減小到僅由4-10個糖單體組成的低聚糖。通過使半纖維素A與一種酸，如2摩爾的硫酸、5N的HCl或10％(W/W)的三氟乙酸，進行足夠長時間的反應，以使半纖維素降解到所需程度，即可完成加酸水解。使半纖維素A與一種合適的酶，如木聚糖酶或纖維素酶接觸足夠長的時間以使半維素降解到所需程度，則可實現(xiàn)加酶水解。
優(yōu)選的半纖維素水溶性填充劑是由在食品中常用基質(zhì)中提取的半纖維素。這種基質(zhì)包括，但不限于，麥糠、玉米糠、大麥糠、大麥殼、燕麥糠和燕麥殼。
在一種應用中，用本水溶性填充劑代替食品中全部或部分的蔗糖。用該水溶性填充劑取代蔗糖來配制食品。由于對本發(fā)明的實踐來說，食品成分的加入順序或加入的時間并不重要，在食品制備過程中用本水溶性填充劑取代蔗糖，是很方便的。要取代食品中每一份重量的蔗糖，應加入約0.1-1.0份，最好是0.5-1.0份(重量)的本填充劑。
作為任選方案，本水溶性填充劑也可與一種高效能增甜劑預混合，以提供一種增甜劑組合物，它具有高效能增甜劑的甜度和水溶性填充劑在食品中產(chǎn)生的非甜性質(zhì)，因而可代替所有的糖。水溶性填充劑對高效能增甜劑的高濃組合物或含有低水平的高效增甜劑的稀釋組合物。
適用的高效能增甜劑包括天冬酰苯丙氨酸甲酯，及其鹽和金屬絡(luò)組物，包括用脂肪或其它物質(zhì)包膠的天冬酰苯丙氨酸甲酯，alitame，三氯半乳蔗糖(TGS)，糖精，環(huán)己基氨基磺酸酯，新桔皮苷二氫查耳酮、卡哈苡苷、甘草素、acesulfame-K，monellin和thaumatin。優(yōu)選的高效能增甜劑包括天冬酰苯丙氨酸甲酯、TGS、acesulfame-K，糖精、環(huán)己基氨基磺酸酯和它們的混合物。
該高效能增甜劑和/或可溶性填充劑可以干混或溶于水中，然后再用標準干燥技術(shù)，如噴霧干燥、冷凍干燥等，進行干燥。
在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，天冬酰苯丙氨酸甲酯與作為水溶性填充劑的半纖維素B以下述重量范圍混合。
天冬酰苯丙氨酸甲酯 0.01-10％ (重量)半纖維素B 90-99.99％ (重量)半纖維素B最好來自小麥糠、玉米糠、大麥糠、大麥殼、燕麥糠或燕麥殼。
本水溶性填充劑特別適用于制劑和烘烤品等食品，這里的蔗糖不僅提供甜度，而且也有上述其它功能特性。含有本水溶性填充劑的特別優(yōu)選的食品包括軟飲料、面包、糕餅、糕點、糖果、和冷凍制劑，如冰淇淋、冷凍制品、水果棒、布丁飲料(Pudding pop)、冰淇淋蛋糕、冰淇淋三明治、冰淇淋棒等。該水溶性填充劑也可代替蔗糖以外的其它脂肪和糖類。
在典型的冰淇淋配方中，本水溶性填充劑可以取代1-100％(W)通常存在于冰淇淋配方中的蔗糖。在硬糖果配方中，本水溶性填充劑常?？商娲?-100％(W)通常存在于這類糖果中的蔗糖。在糕餅、糕點、面包和其它烘烤食品中，本水溶性填充劑常?？纱?-100％(W)通常存在于烘烤食品中的蔗糖。
雖然本發(fā)明優(yōu)選的實施方式是用水溶性填充劑和一種高效能增甜劑一起代替糖，但本發(fā)明也可考慮用本水溶性填充劑來僅僅代替一份糖。在某些食品中，如冷凍和冰凍食品，存在的蔗糖數(shù)量超過了使其具有可接受的甜味的必需的量。在這些食品中，可用本水溶性填充劑取代這些用于非甜功能的過量糖，而不必使用高效能增甜劑。
在另一種應用中，用本填充劑來代替食品中全部或部分的脂肪。如冰淇淋這樣的食品可以有多至18％(W)的脂肪，如果需要1∶1的比例，則填充劑的量也可多至18％(W)。其它類型的冷凍制劑中也可含有類似數(shù)量的脂肪。然而，在大多數(shù)情況下，利用很少量的填充劑即可實現(xiàn)脂肪的功能特性。在配方中填充劑與脂肪含量的重量比范圍為1∶20至2∶1。如果需要，可用填充劑全部取代蔗糖和脂肪，其量可高達冷凍制劑重量配方的25％(W)。在這種取代中，填充劑常常不是與蔗糖和脂肪以1∶1的等量方式加入，因為它可有效地提供脂肪和蔗糖兩者的機能。
下面的實施例用于描述本發(fā)明的實施，但并不限定本發(fā)明的范圍。
例1、半纖維素B作水溶性填充劑取代蔗糖在室溫下用1N的NaOH在16小時內(nèi)，以水溶液浸取方法從部分脫去木質(zhì)素的小麥糠中提取半纖維素B。浸取之后，用醋酸將上清液調(diào)整到PH4.5。半纖維素A由上清液中沉淀出，通過過濾或離心分離除去，將乙醇/水加入上清液以沉淀出半纖維素B。
分別將半纖維素B和天冬酰苯丙氨酸甲酯以75∶1至200∶1的重量比相混合，得到一種有蔗糖的甜度和非甜功能特性的增甜劑組合物。用該增甜劑組合物來代替冰淇淋、糖果和烘烤食品中的蔗糖。另外，也可單獨用半纖維素B來代替低糖或非糖食品中的大部分糖。
例2改性的半纖維素A作水溶性填充劑取代蔗糖回收在例1中酸性PH下由上清液沉淀出的半纖維素A。在60℃下用1N的HCL對半纖維素A水解處理4小時得到改性的半纖維素。分別使該改性的半纖維素A與天冬酰苯丙氨酸甲酯以75∶1至200∶1的重量比混合，得到有蔗糖的甜度和非甜功能特性的增甜劑組合物。用該增甜劑組合物代替冰淇淋，糖果和烘烤食品中的蔗糖。另外，改性的半纖維素A也可單獨用來代替低糖或非糖食品中大部分糖。
例3半纖維素B作水溶性填充劑取代冰淇淋類型冷凍甜食中的蔗糖用水將未加工的小麥糠洗三遍以除去混入的淀粉。再用0.2N的HCL將洗過的麥糠洗一小時以除去殘存的淀粉、肌醇六磷酸和金屬雜質(zhì)。在室溫下，用1N NaOH浸取，酸處理過的小麥糠，以除去半纖維素。用1N的HCL將PH調(diào)整到4.5以沉淀并除去半纖維素A。將乙醇(2份體積)加入到使沉淀物中，并分離出半纖維素B。用另外的醇脫水后，使得到半纖維素B干燥并研磨，即可用于如下配方中。
以下列重量比例混合下列成份并應用50％膨脹度的操作條件在一個冰淇淋機中冷凍12.0％無脂牛奶固體(脫脂奶加干牛奶固體塊)1.0％黃油脂(奶油)3.0％半纖維素B0.1％天冬酰苯丙氨酸甲酯(Nutra Sweet商標)0.3％香子蘭香料83.6％水與含有12％黃油脂和15％蔗糖的標準樣相比，上述配方顯示出極好的口感和穩(wěn)定性能。在通常的冰淇淋中缺少大量黃油脂的情況下，半纖維素可提供味濃的、奶油般的口感。
例4.改性的半纖維素B作水溶性填充劑取代冰淇淋型冷凍制劑中的蔗糖用例3所述方法從小麥糠分離半纖維素B，除了將PH調(diào)整到5.0-6.5和用NaOH浸取外，填加含有半纖維素和纖維素酶活性(Pectinex3XL)的酶制劑，使半纖維素水解并使分子量降低。
除了使用5.0％改性的半纖維素B和81.6％的水之外，其它它按上述方法制作冷凍甜食，制成的甜食具有類似于標準樣的感覺和穩(wěn)定性質(zhì)，但與例3的配方相比，其口感稍“輕”一些。
例5半纖維素(A加B)作為水溶性填充劑取代水果冰型冷凍甜食除了加醇之前將PH調(diào)整到7.5外，均用例3所述的方法從小麥糠中分離半纖維素，除了半纖維素B外使大部分半纖維素A保留下來。
用這樣得到的半纖維素制作下列無糖水果冰型冷凍甜食桔汁 800.0ml半纖維素 32.0克天冬酰苯丙氨酸甲酯(NutraSweet商標) 0.6克制成的冷凍甜食具有淡色奶油狀結(jié)構(gòu)，但沒有冰的口感。
例6半纖維素B作為水溶性填充劑取代黃油香子蘭家常小甜餅配方中的脂肪將玉米糠中半纖維素B分離，隨后用淀粉酶(Thermolase)處理以去掉摻雜的淀粉，按上述方法用1N的NaOH浸取脫除淀粉的玉米糠，接著用4倍體積的乙醇分離。玉米糠半纖維素在乙醇中脫水、干燥、磨碎后摻入如下的小甜餅配方中組分量糕點面粉 50.0克面包面粉 17.5克多葡萄糖 39.0克Maltrin M-180 21.5克山梨糖醇 3.8克濃乳清蛋白質(zhì) 6.5克暗淡色α單酸甘油酯1.5克烘烤用蘇打0.6克酵粉 0.2克鹽1.8克天冬酰苯丙氨酸甲酯(Nutra Sweet商標) 3.5克整雞蛋17.5克水55.0ml人造黃油香子蘭調(diào)料2.5克仿黃油調(diào)料2.5ml玉米糠半纖維素23.6克使上述組分徹底混合并于325°F爐子中烘烤20分鐘。制成的小甜餅具有好看的全褐色，合適的濕度和耐嚼性。用半纖維素但不加油或固體脂肪的情況下，上述配方可制出形狀極好且薄厚適宜的小甜餅。
常規(guī)的小甜餅配方含有25克脂肪代之以半纖維素。
權(quán)利要求
1.一種在食品中提供脂肪或糖類功能特性的方法，其特征是向食品中填加一種水溶性填充劑作為全部或部分脂肪或糖類的代用品，該填充劑為半纖維素A、半纖維素B、改性的半纖維素A、改性的半纖維素B或它們的混合物。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是取代所述食品中甜糖的非甜功能特性。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其特征是，所述甜糖是蔗糖。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，食品為冰淇淋型產(chǎn)品、冷凍制品或其它冷凍制劑、軟飲料、糖果或烘烤食品。
5.按照權(quán)利要求4的方法，其特征是，水溶性填充劑是半纖維素B。
6.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，水溶性填充劑是半纖維素B。
7.按照權(quán)利要求6的方法，其特征是，半纖維素B來自小麥糠、玉米糠、大麥糖、大麥殼、燕麥糠或燕麥殼。
8.一種增甜劑組合物，包括(a)一種高效能增甜劑(b)一種從下述選出的水溶性填充劑(i)半纖維素A(ii)半纖維素B(iii)改性的半纖維素A(iv)改性的半纖維素B(v)(i)、(ii)、(iii)和(iv)的混合物。
9.按照權(quán)利要求8的組合物，其特征是，該高效能增甜劑是天冬酰苯丙氨酸甲酯或其鹽或其金屬絡(luò)合物、alitame、三氯半乳蔗糖(TGS)、糖精、環(huán)己基氨基磺酸酯、acesulfame-K或它們的混合物。
10.按照權(quán)利要求9的組合物，其特征是，該高效能增甜劑是天冬酰苯丙氨酸甲酯或其鹽或其金屬絡(luò)合物。
11.按照權(quán)利要求10的組合物，其特征是，該高效能增甜劑是天冬酰苯丙氨酸甲酯。
12.按照權(quán)利要求11的組合物，其特征是，該水溶性填充劑是半纖維素B。
13.按照權(quán)利要求8的組合物，其特征是，該水溶性填充劑是半纖維素B。
14.一種具有脂肪或糖類功能特性的食品，其特征在于用選自半纖維素A、半纖維素B、改性的半纖維素A、改性的半纖維素B或它們的混合物的一種水溶性填充劑取代全部或部分所述的脂肪或糖類。
15.按照權(quán)利要求14的食品，其特征是，水溶性填充劑是半纖維素B。
16.按照權(quán)利要求15的食品，其特征是，半纖維素B來自小麥糠，玉米糠、大麥糠、大麥殼、燕麥糠或燕麥殼。
17.按照權(quán)利要求14的食品，其特征是，水溶性填充劑是半纖維素B。
18.一種具有蔗糖功能特性的食品，其特征是，用(a)一種選自半纖維素A、半纖維素B、改性的半纖維素A、改性的半纖維素B或它們的混合物的水溶性填充劑和(b)一種高效能增甜劑取代全部或部分蔗糖。
19.按照權(quán)利要求18的食品，其特征是，該高效能增甜劑是天冬酰苯丙氨酸甲酯或其鹽或其金屬絡(luò)合物、alitame、TGS、糖精、環(huán)己基氨基磺酸酯或它們的混合物。
20.按照權(quán)利要求19的食品，其特征是，高效能增甜劑是天冬酰苯丙氨酸甲酯。
21.按照權(quán)利要求20的食品，其特征是，水溶性填充劑是半纖維素B。
22.冰淇淋型產(chǎn)品、冷凍食品或其它冷凍制劑，其特征在于，用選自半纖維素A、半纖維素B、改性的半纖維素A、改性的半纖維素B或它們的混合物的一種水溶性填充劑代替所述冰淇淋類食品、冷凍食品或其它冷凍制劑中全部或部分的蔗糖和脂肪。
23.一種冰淇淋類食品，包括0.2-25％(W)半纖維素A、半纖維素B、改性的半纖維素A、改性的半纖維素B或它們的混合物作為0-18％的黃油脂肪和0-25％的蔗糖的代用品。
24.一種冰淇淋型食品；包括10-15％ (W)非脂固體牛奶，0-2％(W)黃油脂肪0.5-6％ (W)半纖維素A、半纖維素B、改性的半纖維素A、改性的半纖維素B或它們的混合物，0-0.5％ (W)天冬酰苯丙氨酸甲酯，0-0.5％ (W)香子蘭調(diào)料；和76-89.5％(W)水。
全文摘要
用一種半纖維素A、半纖維素B、改性的半纖維素A、改性的半纖維素B或它們的混合物作為水溶性填充劑來取代糖類或脂肪的功能特性。
文檔編號A23G3/00GK1031178SQ8810638
公開日1989年2月22日 申請日期1988年7月23日 優(yōu)先權(quán)日1987年7月23日
發(fā)明者羅納德·E·巴尼特, 羅克珊·戴克曼, 戴維·P·潘塔利昂, 廖世遠, 約翰·基爾 申請人:紐特拉斯威特公司