АРАБИНОГАЛАКТАН, ВЫДЕЛЕННЫЙ ИЗ КОФЕ

Настоящее изобретение относится к способам экстракции арабиногалактанов из кофе, применению арабиногалактанов, полученных из кофе, и к продуктам, содержащим такие арабиногалактаны.

УРОВЕНЬ СОВРЕМЕННОЙ И ПРЕДШЕСТВУЮЩЕЙ ТЕХНИКИ

Сенсорное качество продуктов питания является, помимо их питательности и безопасности, наиболее важным фактором, определяющим приемлемость для потребителей продукта питания. Например, помимо их физиологических эффектов, кофейные напитки ценятся за их сенсорные характеристики. Наиболее важными из этих сенсорных характеристик являются аромат и вкус кофе, но другие, такие как ощущение напитка во рту и его вид, также имеют значение.

В растворимом кофе часто пытаются воссоздать как можно точнее сенсорные характеристики свежеприготовленного поджаренного и молотого кофе. Иногда при разработке и производстве растворимого кофе главное внимание уделяется созданию сенсорных характеристик, отличающихся от характеристик традиционного поджаренного и молотого кофе, но целью неизменно является оптимизация сенсорного профиля растворимого кофе таким образом, чтобы лучше всего удовлетворялись предпочтения потребителей.

Сенсорные характеристики растворимого кофе зависят сложным образом от смесей кофе, используемых в его производстве, условий его поджаривания, технологии сушки, условий хранения порошка и от способа приготовления растворимого кофе потребителем. В настоящее время разработки растворимого кофе облегчаются в связи с тем, что уже хорошо укоренились некоторые сенсорные характеристики растворимого кофе и соотношения между сенсорными характеристиками и химическими, структурными и физическими свойствами растворимого кофе.

Например, известно, что ощущение во рту напитка улучшается посредством оптимизации его вязкости в пределах некоторого интервала. Известно из общей реологии, что на вязкость раствора или дисперсии главным образом влияет высокая молекулярная масса его компонентов, которые в продуктах питания часто называют гидроколлоидами и которые часто состоят из углеводов.

Соотношение между сенсорными характеристиками и соответствующими физическими, структурными и химическими параметрами не всегда такое простое, как в случае ощущения во рту напитка, даже если это соотношение может быть количественно определено во многих и более сложных случаях. Например, такая важная сенсорная характеристика напитка из растворимого кофе, как аромат, является результатом воздействия сложной, но сбалансированной смеси из около 800 летучих компонентов на обонятельный эпителий. Многие физико-химические и сенсорные свойства этих 800 соединений известны и также известно, как они способствуют характеру аромата кофе. Летучие ароматические соединения в основном формируются во время процесса поджаривания кофе и частично вводятся в конечный продукт, т.е. растворимый кофе. Во время приготовления напитка растворимый кофе растворяется и ароматические соединения освобождаются и воздействуют на обонятельный эпителий посредством ряда промежуточных операций.

Одна из ключевых проблем, встречаемая у растворимого кофе, такого как чистый растворимый кофе, заключается в том, что сила и качество аромата уменьшаются в зависимости от времени хранения порошка. Эта потеря силы и качества аромата проявляется даже во время хранения растворимого кофе в условиях, близких к оптимальным (низкие влажность и окружающая температура), и в течение обычного времени хранения у потребителя на полке, обычно от одного года до трех лет. Однако потеря силы и качества аромата сильно ухудшается при неблагоприятных условиях хранения, таких как высокие уровни влажности или повышенные температуры. Особенно это неблагоприятно сказывается на сильные ароматы. Поэтому желательно найти способ защиты сильно ощущаемых ароматов в кофе.

Известно, что сильно ощущаемые ароматы могут быть защищены герметизацией или улавливанием в стекловидной углеводной матрице. Эта защита обычно не является полной и степень защиты может варьировать от одного ароматического соединения к другому, но общее воздействие такой так называемой стеклянной герметизации ароматов заключается в том, что ее качество значительно лучше сохраняется, чем качество не герметизированных ароматов. Стеклянная герметизация ароматов неизменно достигается при использовании углеводов в аморфном состоянии.

Однако добавление отдельных компонентов в кофе нежелательно. Во-первых, из-за регламентирующих требований к производству чистого растворимого кофе такие углеводы не могут быть получены из обычно принятых растительных источников, таких как крахмал, но должны быть получены из самого кофе. Во-вторых, добавление новых компонентов часто усложняет производство и увеличивает производственные расходы. Авторы неожиданно обнаружили, что такие углеводы действительно могут быть экстрагированы из кофе и использованы для заявленных целей.

В заключение, все еще существует осознанная потребность в способах, позволяющих оптимизировать сенсорные характеристики растворимого кофе, в особенности его ощущение во рту и силу и качество аромата, включая свежесть аромата. Особо важно, чтобы эти способы было разрешено применять в производстве и маркетинге растворимого кофе. Поэтому любой способ, с помощью которого могут быть экстрагированы полезные углеводы в сравнительно чистом виде из кофе, представляет большой интерес для создания новых типов продуктов питания, в особенности растворимого кофе с улучшенными сенсорными характеристиками.

В патентных документах WO-A-99/55736 и US 2001/0000486 A1 заявлены получаемые арабиногалактаны с улучшенными реологией, рН и профилями вязкости. При их получении возникают химические изменения, которые нежелательны для перспективы применения в продуктах питания.

Документ WO-A-00/44238 относится к ароматизированному порошку растворимого пенообразователя. В этой патентной заявке раскрывается порошок растворимого пенообразователя, содержащий матрицу, включающую в себя ароматическую систему из кофейных ароматических компонентов и стабилизирующего количества растворимых кофейных твердых веществ. В описании также раскрывается, что водные ароматические компоненты стабилизируются добавлением в них подходящего количества твердых кофейных веществ. Так как используются ингредиенты не кофейного происхождения, ароматизированный порошок растворимого пенообразователя не может использоваться по ясным причинам в чистом растворимом кофе. Кроме того чрезвычайно интересно узнать, что добавляются кофейные твердые вещества, так как они вызывают ослабление аромата кофе.

Патентная заявка WO-A-00/25606 относится к системам ввода твердых веществ для ароматических ингредиентов, которые могут быть получены экструзией сахара или производных сахара или их смесей, включая среди прочих также арабинозу или галактозу. Так как используются ингредиенты не кофейного происхождения, то ясно, что такая система ввода не может использоваться в чистом растворимом кофе.

В патентной заявке WO-A-2002/26055 заявлены композиции напитков, содержащие арабиногалактан и витамины. Кофе упоминается, как источник арабиногалактанов, но не приведены примеры их экстракции или использования. Арабиногалактаны упомянуты как способствующий здоровью ингредиент, который существенно не увеличивает вязкость напитка. Однако оказалось удивительным, что полученные из кофе арабиногалактаны имеют необычные реологические свойства, включая способствующие повышению вязкости. Кроме того способы, описанные в этой заявке, не позволяют проводить экстракцию арабиногалактанов из кофе, имеющих требуемую молекулярную массу.

В патенте США 5882520 обсуждаются водные двухфазные системы, в которых по меньшей мере одна из фаз содержит арабиногалактан. Эти арабиногалактаны не имеют кофейного происхождения, и процесс относится к экстракции биологических материалов.

В патенте США 6271001 обсуждаются смолы, выделенные из растительных клеточных культур. Этот патент имеет отношение исключительно к полимерам из растительных клеточных культур без установления химической природы композиции смол из растительных клеток. В изобретении не используются растительные клеточные культуры в качестве источника углеводов, но экстрагируется арабиногалактан из плодов растения, а именно из кофейных зерен.

В патентной заявке WO-A-2002/041928 заявлен биоматериал, используемый в качестве носителя с управляемым отслаиванием. Биоматериал содержит пористую полимерную студенистую матрицу в порах гидрофильной или амфифильной полимерной матрицы. Однако в изобретении не используются такие двухфазные герметизирующие обволакивающие матрицы.

В патенте США 6296890 заявлены сильно вспенивающаяся кофейная фракция, а также способ ее получения. Эта фракция экстрагируется из поджаренных зерен в горячей воде, после чего следует осаждение. Она недостаточно определена химически и состоит из 60% полисахарида и 40% соединений типа меланоидина. Для применения в целях улучшения сенсорных характеристик растворимого кофе она недостаточно хорошо определена с точки зрения реологии, а для стабилизации аромата она не используется из-за высокого содержания в ней соединений типа меланоидина.

В статье об арабиногалактанах из кофейных зерен: кислых полимерах, ковалентно связанных с протеином (“Coffee bean arabinogalactans: acidic polymers covalently linked to protein” Redgwell EJ et al, vol 337 #.3, Carbohydrate Research, Elsevier Scientific Publishing Co”), раскрывается выделение малых количеств арабиногалактанов из кофейных зерен. Однако в ней требуется предварительная обработка зерен сильной кислотой или щелочью, например, 8М КОН. Ясно, что это не подходит для использования в технической области настоящего изобретения, т.е. в продуктах питания.

Итак, ни в одном из рассмотренных источников из известного уровня техники не описаны a) экстракция ферментными средствами арабиногалактанов из зеленых или поджаренных кофейных зерен, которая бы не требовала чрезвычайных условий обработки и b) их последующее использование в качестве усилителя характеристик продукта питания, в частности растворимого кофе.

Целью настоящего изобретения является обеспечение одного или более преимуществ и/или решение одной или более проблем, упомянутых выше.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом в соответствии с настоящим изобретением предлагается способ экстракции арабиногалактанов из кофе, включающий в себя гидролиз с использованием ферментов целых или молотых зеленых или поджаренных кофейных зерен для получения тем самым водной дисперсии, содержащей частично гидролизованные кофейные зерна и арабиногалактаны, в котором кофейные зерна предварительно обрабатываются водой при температуре от 10 до 95°С в течение от двух часов до одной недели непосредственно перед ферментативной обработкой.

Изобретение также относится к применению арабиногалактанов, полученных из кофе, в качестве ингредиента продукта питания.

Изобретение кроме того относится к применению арабиногалактанов, полученных из кофе, в качестве вещества, способствующего здоровью.

Изобретение также относится к применению арабиногалактанов, полученных из кофе, имеющих средневзвешенную молекулярную массу приблизительно больше 150 kDa, предпочтительно приблизительно больше 500 kDa и более предпочтительно приблизительно больше 2000 kDa, в качестве текстурайзера для продуктов питания и/или напитков.

Изобретение кроме того относится к применению арабиногалактанов, полученных из кофе, в качестве усилителя вязкости в продуктах питания и напитках.

В другом аспекте изобретение относится к применению арабиногалактанов, полученных из кофе, в качестве усилителя вкусового ощущения во рту для растворимого кофе.

Еще в одном аспекте изобретение относится к применению арабиногалактанов, полученных из кофе, в качестве усилителя пенообразования или стабилизатора пены в продуктах питания и напитках, предпочтительно в кофейных напитках.

Еще в одном аспекте изобретение относится к применению арабиногалактанов, полученных из кофе, в качестве стеклообразной матрицы для улавливания запахов или ароматов, предпочтительно ароматов кофе, или их смесей в обезвоженном продукте питания, предпочтительно в напитке.

Изобретение также относится к твердой кофейной композиции, содержащей кофейный аромат, захваченный в арабиногалактанах, полученных из кофе.

В другом аспекте изобретение относится к стекловидной матрице, включающей в себя кофейный аромат, отличающейся тем, что она содержит арабиногалактаны, полученные из кофе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Арабиногалактаны относятся к группе полисахаридов (протеогликанов), играющих важную роль при росте и развитии растений. Они являются группой протеогликанов, обнаруженных в высших растениях и встречающихся во многих различных тканях: в плазматической мембране, в клеточных оболочках и во внеклеточном матриксе. Наиболее распространенным их источником является лиственница (Larix sp.). Арабиногалактан из лиственницы одобрен Управлением продуктов питания и лекарств (FDA) США в качестве источника диетического волокна, но также считается, что он оказывает положительное терапевтическое воздействие как иммуностимулятор и противораковая добавка. Арабиногалактаны обычно имеют молекулярную массу, варьирующую от 10 до 4000 kDa. Они обычно содержат <10% протеина, который состоит в основном из пролина/оксипролина, аланина, серина и треонина. Основная часть арабиногалактанов (>90%) состоит из полисахарида, содержащего преимущественно цепи β-(1-3)-галактана с боковыми цепями, заканчивающимися главным образом радикалами арабиносила.

Известно, что зеленый кофе и поджаренный кофе содержат арабиногалактаны, но выделение этих арабиногалактанов считается чрезвычайно трудным и подходящие практические способы получения арабиногалактанов из кофе в настоящее время не известны. Применение способов, которые известны специалистам в этой области, когда их используют для кофе, приводят к избыточной деградации арабиногалактана с последующим сильным уменьшением молекулярной массы и к значительным химическим изменениям, которые делают бесполезным его использование в качестве модификатора вязкости и обволакивающей герметизирующей матрицы.

Способ по изобретению с использованием ферментов удивительным образом обеспечивает выделение из зеленых и поджаренных кофейных зерен арабиногалактана-протеина, имеющего заданную молекулярную массу и минимальную деградацию. Эти экстрагированные арабиногалактаны, как оказалось, особенно полезны для повышения сенсорных свойств продуктов питания, таких как напитки, и особенно растворимого кофе, и могут быть с пользой применены в качестве обволакивающей герметизирующей матрицы для ввода чувствительных активных ингредиентов, таких как ароматы, в растворимый кофе.

Протеин экстрагируется в водную дисперсию.

Предпочтительно способ включает в себя следующие стадии:

а) обработка водной дисперсии для получения водного раствора, содержащего арабиногалактаны, или возможно порошок, обогащенный арабиногалактанами;

b) выделение арабиногалактанов посредством концентрации водного раствора и осаждения арабиногалактана, для получения тем самым дисперсии экстрагированных арабиногалактанов.

После экстракции и выделения свойства арабиногалактана могут в дальнейшем модифицироваться для конечного применения, например для управления вязкостью с целью улучшения вкусового ощущения во рту кофейного напитка, или арабиногалактан может использоваться в качестве обволакивающей герметизирующей матрицы для кофейного аромата, если нужно, посредством тщательного гидролиза арабиногалактана до требуемого профиля молекулярной массы.

Изобретатели с удивлением отметили, что арабиногалактан из зеленых и/или поджаренных кофейных зерен, полученный этим способом, особенно пригоден для оптимизации важных сенсорных характеристик продуктов питания, например напитков, особенно растворимого кофе и, что особенно важно, чистого растворимого кофе. Он оказался особенно полезным для обеспечения необычного реологического поведения и особенно из-за его способности формировать стеклообразные матрицы для герметизирующего обволакивания чувствительных активных ингредиентов, таких как кофейные ароматы.

В особенно предпочтительном воплощении арабиногалактан, который был обработан водой, выделяется из зеленых и поджаренных кофейных зерен посредством гидролиза под действием ферментов маннан-целлюлозного компонента стенки с использованием ферментных препаратов Гамманазы и Целлюкласта (Gammanasa and Celluclast), после чего предпочтительно следует водная экстракция из молотых зерен и затем подходящая очистка концентрацией и осаждением.

Гидролиз под действием ферментов зеленых и/или поджаренных кофейных зерен предпочтительно проводится в виде следующих стадий: во-первых, кофейные зерна измельчаются до среднего размера частиц между 10 мкм и 2 мм, предпочтительно между 100 мкм и 800 мкм и более предпочтительно между 200 мкм и 400 мкм. Затем молотые кофейные зерна предварительно обрабатываются водой при температуре между 10 и 95°С, предпочтительно между 40 и 80°С и более предпочтительно между 50 и 70°С, в течение 2 часов и до 1 недели, предпочтительно в течение 12 часов и до 48 часов, и более предпочтительно в течение 20 часов и до 28 часов. После этого предварительно обработанный молотый кофе выдерживается вместе с целлюлазой и гаманазой. Выдержка проводится при температуре между 30 и 80°С, предпочтительно между 40 и 70°С и более предпочтительно между 55 и 65°С в течение 12 часов и до 1 недели, предпочтительно в течение 48 часов и до 96 часов, более предпочтительно между 50 часами и 70 часов. После завершения выдержки суспензию охлаждают до температуры окружающей среды и твердый остаток удаляют для получения растворимой фракции.

Эта растворимая фракция содержит экстрагированные арабиногалактаны, но для многих целей ее нужно еще дальше обрабатывать. Очевидно, что точный образ действий, при которых проводится стадия обработки водной дисперсии для получения водного раствора арабиногалактанов (стадия a), и проводится последующий шаг выделения и концентрации (стадия b), может варьировать в зависимости от источника кофейных зерен, степени их поджаривания и от требующихся свойств для конечного использования. Как с пользой применить эти изменения, известно специалистам в этой области, но для иллюстрации предлагается целый ряд конкретных воплощений для каждой из стадий a и b.

Во-первых, показано, как специалист в этой области может использовать различные отдельные операции для проведения некоторой общей операции в рамках настоящего изобретения. Например, для операции концентрации, которая предпочтительно применяется в настоящем процессе, оказались особенно полезными выпаривание и ультрафильтрация.

Кроме того, если используются процессы сушки, то может применяться любой способ сушки, такой как сушка распылением, сушка вымораживанием, вакуумная сушка, конвейерная сушка или сушка в псевдоожиженном слое, или любое сочетание упомянутых способов сушки. Опять же использование таких технологий сушки известно специалистам в этой области.

Предпочтительный вариант осуществления обработки водной дисперсии для получения водного раствора, содержащего арабиногалактаны, включает в себя следующие стадии: растворимая фракция, полученная после гидролиза под действием ферментов, разбавляется и концентрируется перед проведением других манипуляций. Растворимая фракция может концентрироваться до 5-95%, предпочтительно до 10-80%, более предпочтительно до около 20-около 30% от ее первоначального объема. Затем концентрированная растворимая фракция центрифугируется для ее разделения на небольшой осадок и на кремовый коричневый поверхностный слой. Этот кремовый коричневый слой удаляют и получают прозрачный коричневый надосадочный слой, содержащий экстрагированные арабиногалактаны. Если требуется, то этот надосадочный слой может быть высушен с получением порошкового экстракта, обогащенного арабиногалактанами, но его можно также и дальше обрабатывать в жидком состоянии.

Стадия выделения (стадия b) процесса может проводиться в соответствии со следующими стадиями. Во-первых, прозрачный коричневый надосадочный слой разбавляют водой для получения раствора. Если ранее был получен порошок, его можно растворить в воде до такой же концентрации. Если требуется, то материал с низкой молекулярной массой может быть удален диализом раствора с использованием мембраны для обеспечения удаления материала с молекулярной массой от 5 kDa до 100 kDa, предпочтительно от 10 до 50 kDa, более предпочтительно до около 14 kDa. Если нужно, то диализированный раствор может быть сконцентрирован до вязкой жидкости. Затем осаждаются арабиногалактаны в растворе посредством смешивания раствора или его выдержкой с 50-90% объемными, предпочтительно с 60-80% объемными, более предпочтительно с около 70% объемными жидкости, которая существенно смешивается с водой. Такая жидкость предпочтительно содержит органические растворители, растворимые в воде, такие как спирты, альдегиды и кетоны с низкой молекулярной массой или смеси этих трех соединений. Водорастворимые спирты являются особо предпочтительными, например этанол, пропанол, бутанол и их изомеры. После этого осадок может быть промыт и высушен. Конечный продукт является не совсем белым порошком, имеющим содержание арабиногалактанов выше 50%, предпочтительно выше 70%, более предпочтительно выше 80%.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения арабиногалактаны, которые сначала обрабатываются водой, экстрагируются только из зеленых зерен.

Таким образом арабиногалактаны, экстрагированные с использованием ферментов из зеленых или поджаренных зерен, могут быть использованы в качестве ингредиента продуктов питания. В особенности они могут быть использованы в продукте питания для улучшения его сенсорных качеств. В контексте настоящего изобретения термин «продукт питания» охватывает также напитки и любой другой продукт, съедобный для человека. Важными областями применения арабиногалактанов являются, но не только, изменение вязкости, герметизирующее обволакивание чувствительных активных ингредиентов и стабилизация пены. Это изобретение особенно подходит для напитков, и особенно для растворимого кофе, такого как чистый растворимый кофе. Неожиданно новые свойства экстрагированных арабиногалактанов включают в себя необычное реологическое поведение, заключающееся в поведении на поверхности раздела и способности образовывать стеклообразные матрицы для герметизирующего обволакивания чувствительных активных ингредиентов, например, таких как кофейный аромат.

После экстракции и выделения свойства арабиногалактана могут быть специально оптимизированы для конечного применения, например для управления вязкостью, чтобы улучшить вкусовое ощущение во рту кофейного напитка, или для использования в качестве герметизирующей обволакивающей матрицы для кофейного аромата, посредством изменения распределения молекулярных масс арабиногалактанов, например, гидролизом арабиногалактана до требуемого профиля молекулярных масс или диализом с помощью мембран.

Композиция и свойства арабиногалактанов, полученных из кофе, могут быть различными в зависимости от источника кофейных зерен, условий поджаривания в случае поджаренного кофе и главным образом от конечного применения.

Например, для изменения вязкости, стабилизации пены или поверхности раздела обычно предпочтительным является арабиногалактан с более высокой молекулярной массой. Настоящий способ экстракции необычно хорошо подходит для получения арабиногалактана с высокой молекулярной массой из-за его спокойных свойств. Арабиногалактан со средней молекулярной массой, предпочтительно используемый для изменения вызкости, имеет средневзвешенную молекулярную массу выше 100 kDa, предпочтительно выше 500 kDa, более предпочтительно выше 2000 kDa.

Если молекулярная масса арабиногалактана слишком высока, как в возможном случае, когда это соединение используется в качестве герметизирующей обволакивающей матрицы, ее можно контролируемо снизить любым способом, известным специалистам в этой области, предпочтительно гидролизом при не жестких условиях с использованием разбавленной кислоты, как описано выше. Подходящие арабиногалактаны со средневзвешенными молекулярными массами для формирования стеклообразных матриц для герметизации имеют молекулярную массу выше 10 kDa, предпочтительно выше 30 kDa и более предпочтительно выше 100 kDa.

Кроме того, чистота выделенного арабиногалактана может меняться в зависимости от требуемых свойств для конкретного применения. Например, чистота экстрагированного арабиногалактана для применения в качестве регулятора вязкости может быть выше 50%, предпочтительно выше 75% и более предпочтительно выше 90%. Чистота арабиногалактана для применения в качестве герметизирующей обволакивающей матрицы может быть выше 75%, предпочтительно выше 90% и более предпочтительно выше 95%.

Полученные из кофе арабиногалактаны после ферментной обработки имеют молярное отношение галактозы к арабинозе больше приблизительно 2:1, предпочтительно приблизительно больше 2,5:1. Как заявлено, экстрагированные арабиногалактаны очень полезны в качестве ингредиентов продуктов питания, в особенности для улучшения сенсорных свойств продуктов питания. Экстрагированные арабиногалактаны улучшают сенсорные свойства продуктов питания главным образом из-за двух свойств: 1) повышения вязкости жидкостей при низких концентрациях добавленного арабиногалактана и 2) способности формировать стеклообразную матрицу, подходящую для улавливания чувствительных ароматных соединений. В определенных случаях могут одновременно использоваться два эти полезные свойства.

Для использования в качестве усилителя вязкости жидких продуктов питания, в особенности напитков, таких как растворимый кофе, или уже готовый для питья кофе, экстрагированные арабиногалактаны добавляются в продукт питания в конечных концентрациях от 0,1 до 10%, предпочтительно, от 0,5 до 5%, более предпочтительно, от 1 до 2 мас.% от общей массы продукта питания.

Для использования в качестве стабилизатора пены в продуктах питания экстрагированные арабиногалактаны добавляются к продукту питания в конечных концентрациях от 0,1 до 10%, предпочтительно, от 0,5 до 5%, более предпочтительно, от 1 до 2 мас.% от общей массы продукта питания.

В качестве матрицы для обволакивания чувствительных ингредиентов продукта питания экстрагированные арабиногалактаны предпочтительно используются в своем стеклообразном состоянии. Свойства этого стеклообразного состояния арабиногалактанов могут быть изменены посредством изменения условий экстракции арабиногалактанов путем добавления углеводов из других источников, в особенности дисахаридов, или путем изменения влагосодержания. Активные ингредиенты диспергируются в матрице и могут молекулярно диспергироваться или в виде небольших жидких включений, или в виде твердых включений.

Активные ингредиенты могут быть любым пищевым ингредиентом, сообщающим добавленную стоимость конечному продукту питания. В бесконечный список примеров входят следующие: антиоксиданты, ароматические вещества, биоактивные ингредиенты, минералы, пробиотики. Интерес представляет применение арабиногалактанов для герметизации запахов, которые содержат как вкусовые соединения, так и ароматические соединения. Особый интерес представляет их применение для герметизации кофейного аромата в растворимом кофе.

Под кофейным ароматом подразумевается смесь летучих соединений, которые обеспечивают эти ощущения запахов/вкусов, испытываемых любителем кофе при стимулировании его рецепторных клеток в обонятельном эпителии. Ароматические соединения поступают в полость носа или внешним путем посредством вдыхания через нос (тогда ароматическая молекула ощущается как запах), или внутренним путем посредством питья через носоглотку в задней части рта и горло (тогда она ощущается как вкус). В кофейном аромате имеются многие сотни соединений, которые были определены, как придающие аромат кофе; некоторыми наиболее важными из них являются 2,3-бутандион, 2,3-пентандион, 1-метилпиррол, фурфурилтион (ФФТ), 1Н-пиррол, метантиол, этантиол, пентантиол, пропаналь, бутаналь, этаналь, метилформиат, метилацетат, метилфуран, 2-бутанон, метанол, этанол, пропанол, пиразин, фурфурол, диметилсульфид, 4-окси-2,5-диметил-3(2Н)-фуранон, 2-метилбутаналь, 2(5)-этил-4-оксил-5(2)-метил-3(2Н)-фуранон, метилпропаналь, 4-этенил-2-метоксифенол, 3-метилбутаналь, ванилин, 2-метоксифенол, 3-окси-4,5-диметил-2(5Н)-фуранон, 4-этил-2-метоксифенол, 2-этил-3,5-диметилпиразин, метиональ, 3-меркапто-3-метилбутилформиат, 2,3-диэтил-5-метилпиразин, (Е)-□-дамасценон, 3-изобутил-2-метоксипиразин, 2-метил-3-фурантиол, 2-винил-3,5-диметилпиразин, 3-метил-2-бутен-1-тиол и 2-винил-3-этил-5-метилпиразин.

Кофейный аромат в рамках изобретения обозначает любую смесь ароматических соединений, находящихся в аромате кофе, но не требуется, чтобы кофейный аромат был натурального происхождения. Например, натуральный кофейный ароматический экстракт или конденсат может быть обогащен добавлением некоторых количеств определенных ароматических соединений. Эти добавляемые ароматические соединения могут быть натуральными, например, не из кофейных источников, или они могут быть тождественны натуральным. Такой кофейный аромат, обогащенный некоторыми ароматическими соединениями, может называться кофейной ароматической композицией. Такая же терминология применяется к кофейному аромату, который получен из отдельных чистых ароматических соединений или не из кофейных ароматов. Кофейный аромат может обрабатываться, как по существу чистая композиция, содержащая только ароматические соединения, т.е. концентрат, но он может быть также в виде экстракта или конденсата, содержащего носитель аромата, например кофейное масло или воду, и возможно нелетучие кофейные соединения. Кофейный аромат в таком носителе будет также называться кофейной ароматической композицией. Концентрация кофейных ароматических соединений в кофейной ароматической композиции может меняться в зависимости от их источника, их применения и от типа используемого носителя. Например, если в качестве носителя используется вода, то концентрация кофейных ароматических соединений обычно является низкой, например, от 0,001 до 10%, часто от 0,1 до 1 мас.% от общей массы композиции. Ароматы на основе масел имеют концентрацию от 1 до 90%, предпочтительно, от 5 до 20 мас.% от общей массы композиции. Любая ароматическая композиция, состоящая на 90% или более из кофейных ароматических соединений, будет называться чистым кофейным ароматом или кофейным ароматическим концентратом. Кофейный аромат в соответствии с настоящим изобретением может быть получен с помощью любого средства, известного специалистам в этой области.

Герметизация или улавливание кофейного аромата в арабиногалактановой матрице может проводиться по любому из способов, используемых в этой области. Такие способы включают в себя, и без ограничения, сушку распылением, сушку вымораживанием, экструзию расплава, сушку в псевдоожиженном слое, сушку распылением в комбинации с агломерацией, вакуумную сушку или любое сочетание указанных способов герметизирующего обволакивания. Общую схему распространенных способов, например, можно найти в J.Ubbink and Schoonman, 'Flavour Delivery Systems', Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Wiley Interscience (2003).

Выбор наиболее подходящей технологии обычно определяется оптимальным удовлетворением многочисленных требований к обработке, свойствам порошка и предпочтений потребителей. Например, выбор технологии может определяться доступностью оборудования, стоимостью его эксплуатации, потребляемой энергией, требующейся на единицу продукции, и подобными соображениями. Когда важны свойства порошка, на этот выбор могут влиять ограничения на текучесть порошка, его восстанавливающие свойства и поведение при смешивании. Предпочтения потребителя могут играть важную роль при выборе технологии, в которой внешний вид порошка может оказать влияние на восприятие продукта потребителем.

Например, если арабиногалактановые капсулы, содержащие герметизированный кофейный аромат, должны использоваться для усиления растворимого кофе, полученного с помощью сушки распылением, то предпочтительно, чтобы капсулы также сушились распылением. Это обеспечивает более простую обработку, лучшие свойства порошка и значительно лучшее визуальное восприятие продукта потребителем. В другом случае, арабиногалактановые капсулы, которые будут смешиваться с осушенным вымораживанием порошком растворимого кофе, также должны сушиться вымораживанием, чтобы оптимизировать внешний вид порошковой смеси. Еще в одном случае арабиногалактановые капсулы получают сушкой во псевдоожиженном слое и смешивают их с осушенным вымораживанием порошком растворимого кофе, обеспечивая конечную порошковую смесь, имеющую визуально приятный контраст между осушенными вымораживанием частицами кофе и арабиногалактановыми капсулами, осушенными во псевдоожиженном слое.

Процесс введения кофейного аромата в арабиногалактановые капсулы, который мог бы также называться улавливанием или герметизирующим обволакиванием, может осуществляться любыми известными способами. Соответственно, этот процесс включает в себя следующие стадии:

- растворение арабиногалактана в воде;

- добавление кофейного аромата в любой физической форме, как упомянуто выше;

- гомогенизация смеси для получения гомогенного раствора или дисперсии;

- сушка раствора или дисперсии, содержащей кофейный аромат, для получения арабиногалактановых капсул, содержащих герметизированный кофейный аромат;

- последующая обработка арабиногалактановых капсул для изменения размера частиц, морфологии частиц или свойств порошка.

Эти стадии дают общее описание процесса герметизирующего обволакивания кофейного ароматического экстракта, концентрата или композиции в арабиногалактановых капсулах. Само собой разумеется, что каждая стадия может проводиться различным образом в рамках общего описания вышеприведенной операции. Также вышеприведенные операции или стадии могут проводиться в любом порядке или вообще исключаться, если достигается герметизация аромата в арабиногалактане.

СПОСОБЫ

Следующие не ограничивающие примеры показывают способы, которые являются подходящими для герметизирующего обволакивания кофейного аромата арабиногалактаном. Если, например, выделенный и очищенный арабиногалактан находится уже в виде водного раствора, то не требуется растворять его в воде перед использованием его в процессе герметизирующего обволакивания.

Если раствор арабиногалактана сильно разбавлен, его нужно концентрировать до соответствующего содержания твердых веществ.

Если кофейный аромат обеспечивается в виде водной композиции, то можно растворить арабиногалактан в кофейной ароматической композиции, по-видимому даже без добавления воды.

Кроме того, операция сушки может включать в себя операцию вымораживания, если используется сушка вымораживанием в качестве процесса для сушки. Последующая обработка по завершению процесса может быть более или менее большой, как, например, после сушки вымораживанием, при этом полученную лепешку требуется измельчить или раздробить, чтобы получить капсулы нужного размера. Часто также требуется измельчение арабиногалактановых капсул, если используется экструзия расплава в качестве процесса герметизирующего обволакивания. Обычно требуется незначительная последующая обработка или она вообще не требуется, если используется сушка распылением или сушка во псевдоожиженном слое, так как капсулы уже имеют требуемый размер и форму частиц. Исключение возникает в случае использования агломерации в качестве последующей операции по завершению процесса. Агломерация может использоваться для увеличения размера частиц для улучшения свойств порошка или для изменения внешнего вида капсул. Агломерация может проводиться с использованием капсул или с использованием капсул в сочетании с порошком кофе, или, что равнозначно, с любыми другими ингредиентами порошка напитка, такими как пенообразователь и подсластитель.

В способе согласно вышеприведенной схеме для герметизации кофейного аромата частицы формируются, предпочтительно содержащие обычно больше приблизительно 70 мас.%, предпочтительно больше приблизительно 80 мас.% полученных из кофе арабиногалактанов. Указанные полученные частицы, которые можно назвать стеклообразной матрицей, содержащей полученные из кофе арабиногалактаны, соответствующим образом смешиваются с порошком растворимого кофе, тем самым обеспечивая композицию растворимого кофе, такую как композиция чистого растворимого кофе, содержащего кофейный аромат, герметизированный в полученных из кофе арабиногалактанах. Полученные из кофе арабиногалактаны имеют соответствующую средневзвешанную молекулярную массу приблизительно выше 10 kDa, предпочтительно приблизительно выше 30 kDa, кроме того, молярное отношение галактозы к арабинозе обычно приблизительно более 2:1, предпочтительно приблизительно более 2,5:1. Композиция растворимого кофе, содержащая кофейный аромат в полученных из кофе арабиногалактанах, имеет приблизительно более 10 мас.% арабиногалактанов, полученных из кофе, с использованием как процесса экстракции с использованием ферментов в соответствии с изобретением, так и традиционной экстракции на основе полной композиции растворимого кофе. Здесь под композицией растворимого кофе имеется в виду только те соединения, которые образуются из кофейных зерен, т.е. зеленых зерен или поджаренных зерен. Таким образом из этой композиции исключены такие добавки как пенообразователи, подсластители или другие обычные добавки. К такой полученной композиции растворимого кофе предпочтительно подмешиваются другие компоненты для получения тем самым различных кофейных напитков, содержащих пенообразователь и возможно подсластитель.

ПРИМЕРЫ

Пример 1: Экстракция арабиногалактанов из зеленого кофе

Целлюкласт 1,5 L и Гаманаза были закуплены у фирмы Novo-Nordisk. Целлюкласт является жидким препаратом целлюлазы из Trichderma reesi. Активность этого препарата составляет 700 единиц эндоглюконазы/г. Гаманазу получают из организмов Aspergillus и она имеет активность 1000000 единиц вязкостного фермента на грамм. Каждый фермент частично очищался добавлением 200 мл ферментного препарата к 800 мл 95% спирта при 4°С. Образованный осадок протеина регенерировался после промывки в 80% спирте и повторно растворялся в 200 мл воды непосредственно перед использованием. Зеленые кофейные зерна измельчались до частиц среднего размера между 200 и 400 мкм. В качестве хладагента использовался жидкий азот. 10 кг порошка из зерен размешивались в дистиллированной воде в течение 24 часов при 60°С. Ферменты (200 мл растворенных осадков) добавлялись к бобовой суспензии и размешивание продолжалось в течение 62 часов при 60°С. Смеси давали остыть и осадок отделяли от растворимой фракции. Растворимую фракцию затем концентрировали до четверти ее первоначального объема и концентрат центрифугировали со скоростью вращения 7000 об/мин в 1 л емкостях, используя лабораторную центрифугу. Жирный коричневый кремоподобный слой, образовавшийся на поверхности, удалялся и прозрачная коричневатая надосадочная жидкость сушилась вымораживанием для получения порошка, содержащего арабиногалактаны, полученные из кофе. Присутствие арабиногалактанов было обнаружено посредством распределительной хроматографии и их средневзвешенная молекулярная масса, как было определено, составляла 3,78×10⁶ Da и числовая средняя молекулярная масса составила Mn=2,83×106, что давало отношение Mw/Mn 1,34, как было определено из содержания арабинозы 22,6% молярных и содержания галактозы 68,4% молярных.

Пример 2: Экстракция арабиногалактанов из поджаренного кофе

Повторялись процедуры Примера 1, но теперь с поджаренным кофе (стандарт CTN 110). Присутствие арабиногалактанов было обнаружено посредством разделительной хроматографии, средневзвешенная молекулярная масса, как было определено, была в диапазоне между 10 и 100 kDa. Содержание арабинозы в экстракте было 26,3% молярных, содержание галактозы, как было определено, составило 67,3% молярных, что дает молярное отношение галактозы к арабинозе около 2,5.

Пример 3: Выделение арабиногалактанов из экстракта и приготовление порошка из арабиногалактанов

Экстракт, высушенный вымораживанием по Примеру 1 (500 г), растворялся в 700 мл воды и подвергался диализу в мембране для предельной молекулярной массы 14 kDa. Раствор концентрировался до вязкой жидкости (около 1300 мл) и к ней медленно добавлялся при постоянном размешивании спирт (95%), пока жидкость не достигала конечной концентрации 70% (3000 мл). Осадку давали осесть в течение ночи при температуре окружающей среды и большую часть надосадочной жидкости декантировали. Осадок снова превращали в суспензию в 70% спирте, центрифугировали и надосадочную жидкость выбрасывали. Осадок снова превращали в суспензию и размешивали в ацетоне (200 мл), центрифугировали и надосадочную жидкость выбрасывали. В конце концов осадок суспензировался в небольшом количестве ацетона и заливался в чашку для кристаллизации, где ему давали сохнуть в вытяжном шкафу в течение ночи при комнатной температуре. Арабиногалактан регенерировался в виде белого вещества, которое измельчалось до порошка (выход 80 г). Содержание арабиногалактанов было 85 мас.% и содержание протеинов было 10 мас.%. Отношение галактозы к арабинозе было 3:1 и она также содержала около 7 мас.% глюкуроновой кислоты.

Пример 4: Использование арабиногалактанов, полученных из кофе, для придания улучшенной текстуры напиткам

Напитки из растворимого кофе приготавливались с использованием 2 г растворимого кофе Нескафе Голд (RTM) на 150 мл деионизованной воды. Температура воды была 70°С. Были приготовлены пробы без арабиногалактана и с 1 и 2 мас.% арабиногалактаном, как в Примере 3. Пробы оценивались на вкус группой из 5 дегустаторов, которых просили оценить качественные различия между тремя пробами. Общее мнение было, что масса напитков, содержащих 1% и 2% арабиногалактана, была более основательна и образовывала некоторую пленку во рту. Кроме того два дегустатора считали, что напиток, содержащий арабиногалактан, имел более высокую пенообразующую способность.

Одновременно определялись реологические свойства 1% и 2% растворов арабиногалактана в Примере 3 с использованием реометра Haake RS150 Rheostress для измерения при 37°С и при различных скоростях сдвига. Опыты проводились при 37°С с использованием установки с так называемым двойным зазором. Эта установка состоит из полого цилиндра из нержавеющей стали, подвешенного концентрически между двумя другими цилиндрами из нержавеющей стали.

Таблица 1

На основе реологических данных отмечают, что при концентрации арабиногалактана 1% и 2%, вязкость раствора уже значительно выше, чем у воды. Так как при потреблении продукта питания скорость сдвига может изменяться между 1 л/сек и 300 л/сек, соответствующее количественное измерение вязкости является вязкостью при 200 л/сек:

Величина вязкости при скорости сдвига 200 л/сек показывает, что арабиногалактан имеет тенденцию повышать вязкость раствора.

И по сенсорной оценке, и по реологическим измерениям можно сделать вывод, что арабиногалактан, полученный из кофе, является подходящим соединением для изменения текстуры напитка.

Пример 5: Пенообразующие свойства

Порошок смолы акации и порошок кофейного арабиногалактана диспергировались при концентрации 5 мас.% в деионизованной воде MilliQ (18,2 µS/cm) для проверки пенообразующих свойств гидроколлоидов в условиях отсутствия буфера. При этом использовался стандартизированный способ пенообразования, разработанный Guillerme et al. (Journal of Texture Studies, 24, 287-302 (1993)), в котором определенное количество раствора вспенивалось газовым пробулькиванием через стеклянную фритту (при управляемых пористости и потоке газа), пена поднималась вдоль стеклянной колонки, где ее объем отслеживался посредством анализа изображения с использованием ПЗС камеры. Количество жидкости, захваченное пеной, и гомогенность пены рассчитывались путем измерения электропроводности в кювете, содержащей жидкость, и при различных высотах в колонке, посредством электродов. Для этого использовался коммерческий аппарат Foamscan (фирма ITConcept, Longessaigne, France). Пенообразующая способность кофейного арабиногалактана и смолы акации сравнивались при различных значениях рН. Результаты приведены в следующей таблице.

Более высокая пенообразующая способность арабиногогалактана, полученного из кофе, подтверждается поверхностным натяжением, которое при той же концентрации (мас.%), ниже для арабиногалактана, полученного из кофе. Таким образом арабиногалактан, полученный из кофе, улучшил пенообразующую способность при неизменной стабильности. Следовательно арабиногалактан, полученный из кофе, является превосходным пенообразующим ингредиентом для применения в продуктах питания и напитках.

Пример 6: Герметизирующее обволакивание кофейного аромата арабиногалактанами, полученными из кофе

Арабиногалактановый порошок, полученный в Примере 3, растворялся при комнатной температуре в свежем водном кофейном ароматическом экстракте (15х стехиометрического кофейного аромата) до полного содержания твердых веществ в концентрате 25,9%. Так как использовался водный экстракт, добавление воды не требовалось. После полного растворения арабиногалактанового порошка и после гомогенизации полученный кофейный экстракт помещался в морозильник при -80°С и затем сушился вымораживанием при управляемых условиях.

После сушки вымораживанием получали пористую стеклообразную матрицу, содержащую герметизированный кофейный аромат. Стеклообразную матрицу можно легко нарушить и при этом получить свободно текущий порошок с условной плотностью 1,64 г/см³, определяемой посредством газовой пикнометрии.

Удерживание аромата в арабиногалактановых капсулах определялось газовым хроматографическим анализом. Для целого ряда соединений, определяющих кофейный аромат, результаты приведены в таблице:

Как можно видеть из этой таблицы, удержание аромата удовлетворительное для всех соединений, включая те соединения, которые очень летучие, но адекватно удерживались в матрице.

Пример 7: Испытание на хранение для определения стабильности кофейного аромата в арабиногалактановых капсулах

Арабиногалактановые капсулы получали в соответствии с Примером 6, при этом концентрация кофейного аромата в них была в 15 раз выше, чем в стандартном растворимом кофе. В качестве точки отсчета для сравнения приготавливали высушенный вымораживанием кофе в соответствии с стандартной практикой, но с концентрацией аромата в 15 раз более высокой, чем обычно. Как арабиногалактановые капсулы, так и этот растворимый кофе для сравнения, уравновешивали при а_w=0,32 хранением при 25°С в сушильных шкафах, содержащих насыщенный раствор соли (MgCl₂). Активность воды измерялась с использованием гигрометра относительной влажности (Hygrolyt, фирма Rotronic AG, Швейцария). После уравновешивания испытание на хранение проводились в течение свыше трех месяцев при двух температурах: -25°С и +37°С как в отношении арабиногалактановых капсул, так и в отношении растворимого кофе, используемого для сравнения. Через регулярные промежутки времени определялась при этих двух температурах хранения концентрация нескольких ароматических соединений в капсулах и их концентрация в сравниваемом кофе. Стабильность ароматических соединений выражается, как относительное удерживание, которое рассчитывается в виде отношения концентрации ароматического соединения в пробе, хранившейся при 37°С, к концентрации этого ароматического соединения в той же пробе, но хранившейся при -25°С. Относительное удерживание оказалось выше для арабиногалактановых капсул, но улучшение стабильности как в арабиногалактановых капсулах, так и в растворимом кофе, взятом для сравнения, изменяется от соединения к соединению. Это показано на нижеприведенных графиках, где для ацетальдегида и пиррола основное улучшение наблюдается для арабиногалактановых капсул, если их сопоставить с растворимым кофе, взятом для сравнения.

Таблица 5

Относительное удерживание ацетальдегида в арабиногалактановых капсулах и в растворимом кофе, взятом для сравнения, в зависимости от времени хранения при 37°С и a_w=0,32.

Таблица 6

Относительное удерживание пиррола в арабиногалактановых капсулах и в растворимом кофе, взятом для сравнения, в зависимости от времени хранения при 37°С и a_w=0,32.

Пример 8: Кофейные смеси, содержащие кофейный ароматарабиногалактановые капсулы

Арабиногалактановые капсулы получали в соответствии с Примером 6 с концентрацией в них кофейного аромата, превышающей в 15 раз концентрацию его в стандартном растворимом кофе. Арабиногалактановые капсулы смешивали с не ароматизированным растворимым кофе, приготовленным сушкой вымораживанием, с соотношением масс 1 к 15, при этом получали кофейную смесь со стандартной общей концентрацией аромата. Полученная таким образом кофейная смесь имела привлекательный внешний вид. Кроме того склонность к разделению арабиногалактановых капсул и растворимого кофе в кофейной смеси была приемлемой.

Пример 9: Улучшенные сенсорные характеристики

Арабиногалактановые капсулы получали в соответствии с Примером 6 с концентрацией кофейного аромата, которая была в 15 раз выше концентрации кофейного аромата в стандартном растворимом кофе. Для сравнения приготавливали высушенное вымораживанием кофе в соответствии со стандартной практикой, но с концентрацией аромата, которая была в 15 раз выше обычной. Получение усиленных проб было таким же в отношении количества добавленного аромата, общего содержания твердых веществ перед сушкой вымораживанием, оборудования для сушки вымораживанием и условий. Сенсорные профили проб выполнялись непосредственно после получения проб (Т₀). Пробы для дегустирования приготавливались следующим образом: температура воды 70°С. Тип воды: 2/3 минеральной воды и 1/3 деионизованной воды. Кофейные порошки разводились в соответствии с концентрациями, упомянутыми в таблице. Общее количество усиливающего вещества в готовом продукте составило около 6-7%.

Кофейные напитки оценивались группой из 11 квалифицированных дегустаторов с использованием 20 признаков аромата/вкуса. Дегустаторов просили оценить каждый признак по шкале от 0 (не интенсивный) до 10 (очень интенсивный).

Таблица 8

Сенсорные профили: сравнение пробы 2 и пробы 3.

Оба продукта, как оказалось, имеют высокие кофейные свойства по аромату и вкусу и любые различия были незначительны. Следовательно растворимый кофе поэтому можно обогатить арабиногалактановыми капсулами без значительного изменения исходных сенсорных характеристик растворимого кофе.

Испытание на хранение проводилось для оценки относительной стабильности аромата в арабиногалактановых капсулах и в усиленном растворимом кофе. Как арабиногалактановые капсулы, так и растворимое кофе для сравнения уравновешивались при a_w=0,32 хранением при 25°С в сушильных шкафах, содержащих насыщенный солевой раствор (MgCl₂). После приведения в равновесие пробы хранились при двух температурах: -25°С и +37°С, в течение трехмесячного периода. Базовый кофейный порошок без введенного в него аромата хранился при -25°С и 37°С, но при низком содержании влаги (a_w=0,17) для предотвращения деградации нелетучих соединений и развития кислотности.

Треугольные испытания проводились между пробами каждого продукта, выдерживаемыми при -25°С и +37°С, после хранения в течение 1 месяца (Т₁) и после полного хранения в течение трехмесячного периода (Т₃). Для дегустации напитки воссоздавались с использованием 1,4 г порошка не ароматизированного растворимого кофе и 0,1 г усиленного порошка (арабиногалактановые капсулы и усиленный порошок растворимого кофе) на 100 мл чашку (Таблица 9).

Данные в вышеприведенной таблице являются мерой влияния хранения в течение 1 месяца и в течение 3 месяцев на ароматовкусовые особенности различных кофейных ароматических композиций (левая колонка). Цифры (Х/У) представляют собой число дегустаторов, которое оценивало партии, хранящиеся при -25°С и при +37°С, как отличающиеся (Х), за все число испытаний (У). Следовательно, высокое отношение Х к У означает, что кофейная ароматическая композиция, по оценке, значительно отличалась по аромату/вкусу после хранения в течение 1 месяца или в течение 3 месяцев.

Результаты треугольных испытаний показывают, что в то время как для растворимого кофе, взятого для сравнения, отличия между пробой, хранящейся при -25°С и при +37°С, уже значительны после одномесячного хранения при суровых условиях (Т=37°С, a_w=0,32), никаких значительных изменений не наблюдается для арабиногалактановых капсул даже после трехмесячного хранения при этих же суровых условиях. Таким образом улавливание кофейного аромата в арабиногалактановых капсулах благоприятно для сохранения первоначального ароматического качества и крепости растворимого кофе.