Твердофазный глицеролиз
Изобретение относится к пищевой промышленности. Ферментативная твердофазная реакционная смесь содержит липазу, по меньшей мере, 14 мас.% глицерина и глицерид, имеющий йодное число примерно от 5 до 35 и содержание твердого жира более чем около 75% при 20°С. Смесь может дополнительно содержать лецитин. Смесь кристаллизована распылением, или гранулирована, или приготовлена в виде хлопьев, или является экструдированной. Приготавливают смесь растапливанием глицерида, возможно с лецитином, последующим добавлением к жировой фазе раствора липазы в глицерине, перемешиванием смеси и ее гомогенизацией с дальнейшей обработкой до твердофазного состояния. За счет протекания в твердофазной смеси реакции получается твердое вещество, содержащее более 40% моноглицерида. Такое вещество может быть использовано для получения широкого круга пищевых продуктов, в частности, хлебобулочных и кондитерских изделий, соусов, эмульсий, паст и т.д. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 2 ил., 15 табл.
Настоящее изобретение относится к комбинации активных ингредиентов для использования в пищевой промышленности. В частности данное изобретение относится к твердофазному глицеролизу, приводящему к получению продуктов, имеющих неожиданно высокое содержание моноглицерида.
Липазу уже давно используют в хлебопекарной промышленности, и она имеет множество других применений. Однако исследования показали, что в некоторых применениях использование липазы часто связано с некоторыми недостатками. В частности одним из факторов, ограничивающих применение липазы при изготовлении хлеба, является то, что некоторые субстраты, такие как пшеничная мука, содержат лишь около 2% липидов, из которых лишь часть доступна ферментативному воздействию. Поэтому проводимые в последнее время исследования были направлены на возможность объединения липазы с липидом с целью более эффективного использования липазы в хлебопекарном производстве.
В заявке ЕР 0585988 (Gist Brocades) указано, что при добавлении липазы в тесто достигается улучшенный эффект против черствения благодаря образованию моноглицерида. Однако было продемонстрировано, что содержание моноглицерида увеличивается лишь незначительно (WO 98/45453, Danisco A/S), так как липаза, добавляемая в тесто, также легко расщепляет моноглицерид до глицерина и свободной жирной кислоты. Этот эффект наблюдался как для теста, содержащего только эндогенные липиды, так и для теста, содержащего добавленный жир/масло.
Хорошо известно, что некоторые липазы способны работать в средах с очень низким содержанием воды. McNeill et al. [JAOCS, Vol.68, no.1 (January 1991), 1-5], Bornscheuer et al. [Enzyme and Microbial Technology, 17:578-586, 1995] и Thide et al. [JAOCS, Vol.71, no. 3 (March 1994), 339-342] показали, что глицеролиз может происходить в смесях жира/масла и глицерина при добавлении определенных липаз и проведении реакции глицеролиза при температуре ниже температуры плавления жира/масла. Однако McNeill et al. также продемонстрировали, что гораздо труднее осуществить глицеролиз в твердой фазе при использовании полностью отвержденного жира, такого как гидрированное сало.
Настоящее изобретение направлено на решение проблем, возникающих в упомянутых способах уровня техники. В частности задачей изобретения является увеличение выхода моноглицерида и устранение проблем, связанных с глицеролизом отвержденных гидрированных жиров.
Таким образом, в широком смысле настоящее изобретение предлагает ферментативную твердофазную реакцию для получения твердого вещества, содержащего более 40% моноглицерида, путем объединения отвержденного жира, глицерина, липазы и, возможно, лецитина.
Более конкретно настоящее изобретение обеспечивает ферментативную реакцию в твердой фазе для получения твердого вещества с более 40% моноглицерида из реакционной смеси, причем эта реакционная смесь содержит:
(i) липазу,
(ii) по меньшей мере 14 мас.% глицерина,
(iii) глицерид,
и, возможно,
(iv) лецитин,
причем если лецитин (iv) отсутствует, то глицерид (iii) имеет иодное число от около 5 до около 35 и содержание твердого жира более чем около 75% при 20°С.
В частности данное изобретение обеспечивает смесь отвержденного жира, глицерина, липазы и, возможно, лецитина, которую можно получить в форме порошка и хранить при контролируемой температуре. При этом глицеролиз может происходить в порошке.
Таким образом, можно получить порошкообразный продукт с высоким содержанием моноглицерида, активной липазы и, возможно, лецитина. Такой продукт представляет большой интерес в хлебопекарной промышленности, так как моноглицерид, как известно, значительно повышает устойчивость против черствения. Кроме того, лецитин (в случае его присутствия) делает вклад в прочность теста, а липаза улучшает стабильность теста и структуру крошек.
Твердофазная реакционная смесь по изобретению содержит глицерид.
В предпочтительном варианте глицерид присутствует в реакционной смеси в количестве от около 1 мас.% до около 86 мас.%.
Твердофазная реакционная смесь по изобретению предпочтительно включает лецитин. В присутствии лецитина глицерид реакционной смеси может быть любым отвержденным (гидрированным) жиром, включая полностью гидрированный жир.
Термин "гидрированный" или "отвержденный" жир означает жир, подвергнутый гидрогенизации (Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, Fats and Fatty Oils, 4.3 and 8). Жир обычно подвергают каталитической гидрогенизации в присутствии катализатора на основе переходного металла, например никелевого, палладиевого или платинового катализатора.
Полностью гидрированный жир по определению представляет собой жир с иодным числом (IV) менее 5, измеряемым стандартным методом IUPAC (Международный союз теоретической и прикладной химии) для анализа масел, жиров и производных веществ (метод 2.205).
Следует отметить, что в научной литературе ранее не было описано или не предлагалось использование лецитина для получения продукта с высоким содержанием моноглицерида из твердофазного глицеролизного процесса.
В другом варианте реакционная смесь по изобретению не содержит лецитина.
При отсутствии лецитина глицерид реакционной смеси по изобретению имеет иодное число от около 5 до 35 и содержание твердого жира более чем около 75% при 20°С.
"Содержание твердого жира" (SFC) определяют и измеряют стандартным методом IUPAC для анализа масел, жиров и их производных - метод 2.150.
Термин "твердый" применительно к жирам и маслам означает, что данное масло/жир содержит твердый жир, в соответствии с приведенным выше определением термина "содержание твердого жира".
"Иодное число" глицерида или жира измеряют вышеописанным методом IUPAC.
Так, для того чтобы получить продукт, содержащий более 40% моноглицерида без лецитина, глицеридный компонент реакционной смеси не должен содержать только полностью гидрированный жир. Для получения продукта с требуемым содержанием моноглицерида глицеридный компонент должен включать по меньшей мере один ненасыщенный жир. В некоторых случаях глицерид может быть ненасыщенным жиром или смесью ненасыщенных жиров, причем ненасыщенный жир или указанная смесь имеет иодное число от около 5 до около 35. В некоторых случаях глицеридный компонент может представлять собой ненасыщенный жир или смесь из по меньшей мере одного ненасыщенного жира и по меньшей мере одного насыщенного жира так, чтобы иодное число смеси составляло от около 5 до около 35.
В предпочтительном варианте, при отсутствии лецитина, глицеридный компонент реакционной смеси имеет иодное число от около 5 до около 25.
В более предпочтительном варианте, при отсутствии лецитина, глицерид имеет иодное число от 5 до около 15. Еще предпочтительнее, при отсутствии лецитина, глицерид имеет иодное число от около 5 до около 10.
Следует отметить, что уровень техники не раскрывает методы твердофазного глицеролиза, позволяющие получить продукты с содержанием моноглицерида более 40%, пригодные для применения с отвержденными жирами по изобретению. Уровень техники также не предлагает технологий получения смесей для твердофазного глицеролиза.
Согласно изобретению глицерид предпочтительно получают из пальмового, подсолнечного, рапсового, соевого, сафлорового, хлопкового, арахисового, кукурузного, оливкового, орехового масла, лярда, твердого животного жира или их смесей.
В предпочтительном варианте глицерид реакционной смеси является триглицеридом.
В альтернативном варианте глицерид является диглицеридом.
Термин "триглицерид" предпочтительно означает сложный триэфир глицерина и жирной кислоты. Более предпочтительно триглицерид представляет сложный триэфир глицерина и С4-С24 жирной кислоты.
Триглицерид предпочтительно выбирают из триглицеридов с цепью жирной кислоты длиной более 14 атомов углерода, триглицеридов с цепью жирной кислоты длиной от 4 до 14 атомов углерода, триглицеридов с цепью жирной кислоты длиной от 6 до 14 атомов углерода, триглицеридов с цепью жирной кислоты длиной от 8 до 14 атомов углерода, триглицеридов с цепью жирной кислоты длиной от 10 до 14 атомов углерода, триглицеридов с цепью жирной кислоты длиной 12 атомов углерода, триглицеридов с цепью жирной кислоты длиной от 16 до 24 атомов углерода, триглицеридов с цепью жирной кислоты длиной от 16 до 22 атомов углерода, триглицеридов с цепью жирной кислоты длиной от 18 до 22 атомов углерода, триглицеридов с цепью жирной кислоты длиной от 18 до 20 атомов углерода, их смесей и производных.
В очень предпочтительном варианте осуществления изобретения триглицерид, используемый в реакционной смеси, представляет отвержденный (гидрированный) пальмовый стеарин.
Пальмовый стеарин можно получить кристаллизацией пальмового масла в условиях контролируемого охлаждения с последующим разделением, в результате чего образуется жидкая фаза с низкой температурой плавления (пальмовый олеин) и твердая фаза с высокой температурой плавления (пальмовый стеарин). Более подробно указанный процесс описан в издании Bailey's Industrial Oil and Fat Products, Fifth Edition, Volume 2, page 321. Термин "фракционированный пальмовый стеарин" означает стеариновый компонент пальмового масла, выделенный указанным способом.
Реакционная смесь по изобретению, возможно, включает лецитин. В присутствии лецитина не применяются ограничения относительно иодного числа и содержания твердого жира (при 20°С) глицеридного компонента.
По определению, лецитин содержит смесь диглицеридов стеариновой, пальминовой и олеиновой кислот, присоединенных к холиновому эфиру фосфорной кислоты (Merck Index, 12th Edition, 5452).
Предпочтительно такой лецитин, если он используется, выбирают из растительного лецитина, порошкообразного лецитина, синтетического лецитина или гидролизованного лецитина. Указанный лецитин предпочтительно является соевым лецитином.
Предпочтительно такой лецитин, если он используется, применяют в количестве от около 1 мас.% до около 50 мас.% от общей массы реакционной смеси.
Реакционная смесь по изобретению также включает липазу. Эта липаза может быть липазой дикого типа или мутантной липазой. Мутантную липазу можно получить рекомбинантной ДНК-технологией.
Липазу можно получить из целого ряда разных источников.
Предпочтительно ее выделяют из Pseudomonas sp., Chromobacterium viscosum, Pseudomonas cepacia, Pseudomonas stutzeri, Pseudomonas flourescens, Mucor meihei или Candida antartica.
Реакционная смесь по настоящему изобретению также включает глицерин в количестве по меньшей мере 14 мас.% от общей массы реакционной смеси.
В предпочтительном варианте глицерин присутствует в количестве от около 14 мас.% до около 25 мас.% от общей массы реакционной смеси.
Более предпочтительно глицерин присутствует в количестве от около 16 мас.% до около 19 мас.% от общей массы реакционной смеси.
Реакционная смесь по изобретению может, кроме того, включать один или несколько дополнительных компонентов. Такими дополнительными компонентами являются, например, антиоксиданты, улучшающие устойчивость к окислению.
Реакционная смесь может также включать один или несколько твердых носителей для доставки глицерина. Примеры приемлемых твердых носителей включают волокно, клетчатку свеклы, гидроколлоиды, карбонат кальция, трикальцийфосфат, диоксид кремния и плавленный (стеклованный) диоксид кремния.
В некоторых случаях одним из ограничений распылительной кристаллизации жиров перед твердофазным глицеролизом является то, что глицерин делает порошок слегка жирным. Для устранения указанной проблемы в реакционную смесь можно добавлять твердый носитель в качестве системы доставки глицерина. Одним таким примером твердого носителя для глицерина является клетчатка сахарной свеклы, например Fibrex. Присутствие твердого носителя позволяет улучшить обработку реакционной смеси, что в свою очередь позволяет получить продукт лучшего качества. Кроме того, твердый носитель увеличивает поглощение воды, что весьма желательно в некоторых применениях, таких как выпечка и хлебопекарное производство. В частности, повышенная водопоглотительная способность в хлебопекарном производстве улучшает влажность и свежесть хлеба.
Ингредиенты реакционной смеси по изобретению обычно обрабатывают с образованием твердого порошка и хранят при контролируемой температуре. Глицеролиз с целью получения требуемого моноглицеридного продукта с высоким выходом затем может происходить в твердой фазе.
В предпочтительном варианте моноглицерид, образующийся в результате ферментативной реакции в твердой фазе по изобретению, получают при температуре в интервале от -10 до 50°С.
В наиболее предпочтительном варианте моноглицерид получают при температуре в интервале от 25 до 45°С.
Продукт твердофазного глицеролиза, полученный реакцией по изобретению, предназначен для пекарских и других применений.
При использовании продукта твердофазного глицеролиза обычно липаза еще активна, когда его добавляют в тесто. В некоторых случаях присутствие активной липазы является предпочтительным. Эксперименты показывают, что продукты глицеролиза, полученные способом по изобретению и содержащие активную липазу, представляют особый интерес для некоторых пекарских применений, поскольку моноглицерид и лецитин улучшают эластичность теста, в то время как липаза и лецитин повышают прочность теста.
Однако в некоторых других применениях уровень активности липазы часто является слишком высоким и может оказывать отрицательное действие. Поэтому продукт глицеролиза, полученный из реакционной смеси по изобретению, можно объединять с ингибитором липазы, например хлоридом железа (3) (FeCl3). Таким образом, можно при необходимости регулировать активность липазы в зависимости от применения.
Еще одним объектом данного изобретения является способ получения ферментативной твердофазной реакционной смеси для получения твердого вещества, содержащего более 40% моноглицерида, предусматривающий:
(i) растапливание глицерида возможно с лецитином для образования жировой фазы;
(ii) добавление к указанной жировой фазе раствора липазы в глицерине, присутствующем в количестве по меньшей мере 14 мас.% от общей массы смеси, и перемешивание полученной смеси;
(iii) гомогенизацию указанной смеси;
(iv) обработку указанной смеси для образования ферментативной твердофазной реакционной смеси.
В предпочтительном варианте реакционную смесь по изобретению затем кристаллизуют распылением.
Кристаллизация распылением является отдельной операцией, подобной сушке распылением, которую используют для измельчения расплава. Эта технология использует распылительную сушку и знакома специалистам в данной области. Жидкий расплав сначала распыляют через распылительное сопло или колесо с образованием мелких жидких частиц. Образовавшиеся частицы затем охлаждаются до температуры ниже температуры плавления потоком холодного воздуха в распылительной башне, в результате чего распыленный расплав кристаллизуется в виде мелких частиц или порошка. Процесс кристаллизации распылением описан в Ullmanns Encyclopedia, Sixth Edition, Crystallization and Precipitation, 10.4. После кристаллизации распылением частицы могут быть далее обработаны криогенным размолом.
В другом предпочтительном варианте ферментативную твердофазную реакционную смесь по изобретению затем гранулируют, превращают в хлопья или экструдируют и, возможно, измельчают.
Гранулирование является отдельной операцией для получения твердых гранул из расплава. Эта технология, хорошо известная в данной области, использует охлаждаемый металлический ленточный конвейер, на который осаждают расплав. Расплав обычно осаждают через ряд мелких отверстий для образования мелких капель, затвердевающих на охлаждаемом ленточном конвейере. Подробное описание гранулирования приведено в справочнике Perry's Chemical Engineers' Handbook, Sixth Edition, Equipment for Fusion of Solids, p.11-45.
Изготовление хлопьев является отдельной операцией, известной специалистам в данной области, используемой для получения твердого вещества из расплава. Эта технология включает кристаллизацию расплава на металлическом ленточном конвейере или во вращающемся барабане с охлаждающим устройством. Отвержденное вещество затем соскабливают с барабана или ленточного конвейера. Подробное описание указанного процесса приведено в справочнике Perry's Chemical Engineers' Handbook, Sixth Edition, Equipment for Fusion of Solids, p.11-45. Вещество, полученное в результате изготовления хлопьев, затем можно превратить в порошок криогенным размолом (или размолом при низкой температуре).
Еще одним объектом изобретения является пищевой продукт, содержащий продукт глицеролиза, полученный твердофазной реакцией. Термин "пищевой продукт" означает вещество, пригодное для потребления человеком или животным.
Пищевой продукт, содержащий продукт глицеролиза, предпочтительно выбирают из продуктов питания, включающих хлебобулочные изделия, в том числе хлеб, кексы, продукты из сдобного теста, слоеного теста, жидкого теста, булочки, пончики, бисквиты, крекеры и печенье; кондитерские изделия, в том числе шоколад, конфеты, карамель, халву, жевательные резинки с сахаром, без сахара, образующие пузыри и мягкие жевательные резинки, пудинги; замороженные продукты, в том числе шербеты, замороженные молочные продукты, включая сливочное и молочное мороженое; молочные продукты, в том числе сливки для кофе, взбитые сливки, гоголь-моголь, молочные напитки и йогурты; муссы, взбитые растительные кремы, мясные продукты, в том числе мясные полуфабрикаты; съедобные масла и жиры, аэрированные и неаэрированные продукты, эмульсии типа "масло в воде", эмульсии типа "вода в масле", маргарин, шортенинг и пасты, включая пасты с низким и очень низким содержанием жира; заправки, майонез, соусы, соусы на основе сливок, супы на основе сливок, напитки и эмульсии с пряностями.
Настоящее изобретение далее описывается со ссылкой на примеры и прилагаемые чертежи.
Описание чертежей
На фиг.1 показано действие добавления в образец теста продукта твердофазного глицеролиза (2192-6-1С) как с ингибитором липазы, так и без указанного ингибитора. Полученный результат измерен в промилле (о/оо) свободных жирных кислот, остающихся в тесте. Ссылка на фиг.1 может быть найдена в приводимых ниже примерах.
На фиг.2 показан типичный пример (2135-135) анализа тонкослойной хроматографией (ТСХ) продуктов, полученных твердофазным глицеролизом в фазе, после элюирования Р-эфиром: метил-трет-бутилкетоном (МТВК): уксусной кислотой (70:30:1), окрашивания в растворе Ванадате и нагревания до 100°С.
ПРИМЕРЫ
Вещества
Липаза: № 2402 LIPOSAM, липаза Pseudomonas sp.
Липаза Chromobacterium viscosum (партии №2405, №2450 и №2474) фирмы EUROPA-Bioproducts, Соединенное Королевство.
Гидрированный пальмовый стеарин, 038500:
| Температура каплепадения | примерно 60°С |
| Свободная жирная кислота | максимум 1,0% |
| Иодное число | максимум 2 |
Фракционированный пальмовый стеарин: Palmotex 98T, Aarhus Olie, Denmark:
| Иодное число | 35 |
| Свободная жирная кислота | максимум 0,1 |
| Индекс твердого жира | |
| 10°С | 75-90 |
| 20°С | 60-75 |
| 30°С | 40-50 |
| 35°С | 32-42 |
Гидрированный пальмовый стеарин, Grindsted PS 101:
| Температура каплепадения | примерно 60°С |
| Свободная жирная кислота | максимум 1,0% |
| Иодное число | Максимум 2 |
Порошкообразный лецитин, Sternpur, Stern Lecithin & Soja GmbH & Co. KB, Hamburg:
| Нерастворимый ацетон | минимум 96% |
| Вода | максимум 1% |
| Кислотное число | максимум 35 |
Соевый лецитин 003175:
| Нерастворимый ацетон | минимум 62% |
| Кислотное число | 20-28 мг КОН/г |
| Вода | максимум 1% |
Гидролизованный лецитин: лецитин Н, 036702:
| Кислотное число | 28-45 мг КОН/г |
| Глицерин | 99,5% |
Методы анализа
Тонкослойная хроматография (ТСХ)
Продукты реакции анализируют ТСХ, используя пластинки Кизельгеля F 60 фирмы Merck.
Система элюирования: Р-эфир: МТВК: уксусная кислота (70:30:1)
Проявление: погружение в раствор Ванадате с последующим нагреванием до 100°С.
Газовая хроматография
Капиллярная газовая хроматография, выполняемая в устройстве Perkin Elmer 8420, оснащенном колонкой с конденсированным диоксидом кремния WCOT, имеющей высоту 12,5 м x диаметр 0,25 мм x 0,1 мкм 5% фенилметилсиликона (СР Sil 8 CB фирмы Crompack).
Носитель: гелий.
Ввод пробы: 1,5 мкл с делением пробы.
Детектор: FID, 385°С.
| Программа термостата: | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Температура термостата: °С | 80 | 200 | 240 | 360 |
| Изотермический процесс, время, мин | 2 | 0 | 0 | 10 |
| Скорость изменения температуры, °С/мин | 20 | 10 | 12 |
Приготовление образца: 50 мг липида растворяют в 12 мл смеси гептана : пиридина (2:1), содержащей внутренний эталон гептадекана, 2 мг/мл. 500 мкл образца переносят в гофрированный сосуд. Добавляют 100 мкл MSTFA (N-метил-N-триметилсилилтрифторацетамид) и подвергают взаимодействию в течение 15 минут при 90°С.
Вычисление: Показатели изменения свойств под воздействием моно-ди-триглицеридов и свободной жирной кислоты определяют на основании контрольных смесей указанных компонентов. С учетом показателей изменения свойств рассчитывают содержание в образце моно-ди-триглицеридов, свободных жирных кислот и глицерина.
Опытное тесто
10 г датской муки (Reform), 0,1 г сухих дрожжей (LeSaffre), 0,3 г соли и воду, добавляемую до 500 единиц Брабендера (BU), смешивают в минифаринографе Брабендера в течение 6 минут. Тесто помещают в пластиковый стакан с крышкой на 60 минут при 32°С. Затем тесто замораживают и сушат вымораживанием (сублимируют).
Экстракция липида и анализы жирной кислоты
20 г полностью взошедшего теста сразу же замораживают и сублимируют. Сублимированное тесто измельчают в кофемолке и пропускают через сито с размером ячеек 800 микрон. 2 г сублимированного теста вводят в 15 мл центрифужную пробирку с завинчивающейся крышкой и добавляют 10 мл водонасыщенного бутанола (WSB). Центрифужную пробирку помещают на баню с кипящей водой на 10 минут. Затем пробирки устанавливают на ротационный смеситель Rotamix и вращают со скоростью 45 оборотов/мин в течение 20 минут при комнатной температуре. Пробирки снова помещают на баню с кипящей водой на 10 минут и вращают на ротационном смесителе в течение 30 минут при комнатной температуре. Пробирки центрифугируют с ускорением 3500 g в течение 5 минут и 5 мл надосадочной жидкости переносят в сосуд. WSB выпаривают досуха в потоке азота.
Свободные жирные кислоты в экстракте анализируют в виде солей Cu в изооктане, измеренном при 715 нм, и производят количественное определение в соответствии с калибровочной кривой, построенной для олеиновой кислоты (Kwon, D.Y., and J.S., Rhee (1986), A Simple and Rapid Colourimetric Method for Determination of Free Fatty Acids for Lipase Assay, JAOCS, 63:89).
Результаты
2133-134. Глицеролиз с использованием гидрированного пальмового стеарина
Полностью гидрированный пальмовый стеарин, фракционированный пальмовый стеарин и липазу, растворенную в глицерине, кристаллизуют распылением. Рецептура представлена в приведенной ниже таблице 1.
| Таблица 1 | ||||||
| 2133-134- | 1 | 2 | 3 | 4 | ||
| Гидрированный пальмовый стеарин, 038500 | г | 500 | 500 | 500 | 400 | |
| Пальмовый стеарин Palmotex Т98 | г | 100 | ||||
| Глицерин:липаза А | г | 88 | 56 | |||
| Глицерин:липаза В | г | 100 | ||||
| Глицерин:липаза С | г | 88 | ||||
| LIPU/г | А | В | С | |||
| Глицерин, 99,5% | г | 150 | 100 | 100 | ||
| №2402 | 276700 | г | 0 | 0 | 0,5 | |
| №2405 | 1900000 | г | 0,2 | 0,015 | 0 | |
| Вода | г | 6 | 4 | 4 |
Процедура
Гидрированный пальмовый стеарин растапливают при 65°С. Липазу растворяют в воде и добавляют глицерин. Фазу липазы/глицерина добавляют к жировой фазе при 60°С. Смесь перемешивают при 60°С и затем переносят в сосуд для распыления при 60°С. При интенсивном перемешивании в смесителе Turrax смесь кристаллизуют распылением технологией "туннельного" распыления. Технология туннельного распыления подобна кристаллизации распылением за исключением того, что растопленный жир подают насосом через распылительное сопло в туннель, где жир кристаллизуется с образованием порошка. Образцы хранят при 25 и 40°С и третий образец подвергают циклическому изменению при температуре от 25 до 40°С. Через один день и семь дней хранения образцы анализируют ТСХ.
Результаты анализа ТСХ показывают, что образец №4 характеризуется необычно высоким содержанием моноглицерида. Образцы также анализируют газожидкостной хроматографией (ГЖХ) (таблица 2).
| Таблица 2 | ||||
| 2133-134-1 (40°С)/% | 2133-134-2 (40°С)/% | 2133-134-3 (40°С)/% | 2133-134-4 (40°С)/% | |
| Глицерин | 8,1 | 5,1 | 11,4 | 1,1 |
| Свободная жирная кислота | 0,1 | 0,6 | 0,5 | 1,7 |
| Моноглицерид | 22,7 | 15,8 | 11,1 | 69,4 |
| Диглицерид | 32,8 | 21,4 | 20,6 | 23 |
| Триглицерид | 35,8 | 57 | 56,5 | 6,2 |
Результаты анализа ГЖХ подтверждают достаточно высокое содержание моноглицерида в образце 2133-134-4, содержащем смесь полностью гидрированного жира и пальмового стеарина (Palmotex Т98). Уровень моноглицерида в образце 2133-134-4 следует сравнить с 20-25% моноглицерида, что является равновесной концентрацией моноглицерида, когда ферментативный глицеролиз осуществляют в жидкой фазе.
Полученные результаты также показывают, что образцы 1, 2 и 3, содержащие только насыщенный жир (без лецитина), характеризуются достаточно низким содержанием моноглицерида по сравнению с образцом 4, что подтверждает необходимость введения некоторого количества ненасыщенного жира в реакционную смесь для достижения высокого уровня моноглицерида.
2133-135
Вместо ненасыщенного триглицерида к полностью гидрированному пальмовому стеарину добавляют порошок лецитина в разных концентрациях (таблица 3).
| Таблица 3 | ||||||
| 2135-135- | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Гидрированный пальмовый стеарин, 038500 | г | 7 | 8 | 9 | 9,5 | 9,9 |
| Порошок лецитина, 074793 | г | 3 | 2 | 1 | 0,5 | 0,1 |
| Глицерин | г | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| Липаза №2402 | г | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 |
| Вода | г | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 |
Процедура
Гидрированный пальмовый стеарин и порошок лецитина растапливают при 65°С. Липазу растворяют в воде и добавляют глицерин. Фазу липазы/глицерина добавляют к жировой фазе при 60°С и перемешивают в течение 1 часа при 60°С. Образец гомогенизируют в смесителе Ultra Turrax и кристаллизуют на алюминиевой пластине. Образцы хранят при 25 и 40°С и анализируют ТСХ через один день и семь дней.
Результаты анализа ТСХ свидетельствуют о достижении высокого содержания моноглицерида при объединении порошкообразного лецитина с гидрированным пальмовым стеарином. Полученные результаты подтверждают также результаты анализов ГЖХ образцов, хранившихся при 40°С в течение семи дней (таблица 4).
| Таблица 4 | |||
| Анализ ГЖХ | 2133-135-1 | 2133-135-2 | 2133-135-3 |
| % мас/мас | % мас/мас | % мас/мас | |
| Глицерин | 4,9 | 4,8 | 7,5 |
| Свободная жирная кислота | 3,2 | 2,8 | 2 |
| Моноглицерид | 68,8 | 67,8 | 49,6 |
| Диглицерид | 10,2 | 12,5 | 15,5 |
| Триглицерид | 0,3 | 4,1 | 29,7 |
Из таблицы 4 видно, что порошок лецитина улучшает глицеролиз гидрированного пальмового стеарина. Наибольшая степень глицеролиза достигается при наличии 30% порошкообразного лецитина в жировой фазе.
2133-139. Испытание влияния уровня глицерина и соевого лецитина, используемого вместо порошкообразного лецитина
Влияние уровня глицерина на глицеролиз испытывают с использованием гидрированного пальмового стеарина. Соевый лецитин испытывают вместо порошкообразного лецитина (таблица 5), так как порошкообразный лецитин не всегда является лучшим выбором лецитина при изготовлении определенных пищевых продуктов, например, маргарина для жарки.
| Таблица 5 | |||
| 2133-139 | 3 | 4 | |
| Полностью гидрированный пальмовый стеарин | г | 8 | 8 |
| Соевый лецитин | г | 2 | 2 |
| Глицерин/липаза А | г | 2 | 1 |
| А | |||
| Глицерин с чистотой 99,5% | г | 10 | |
| Липаза №2402 | г | 0,05 | |
| Вода | г | 0,25 |
Указанные образцы получают вышеописанным способом, хранят в течение семи дней и анализируют ГЖХ (таблица 6).
| Таблица 6 | ||
| 2133-139 | 3 | 4 |
| % мас/мас | % мас/мас | |
| Глицерин | 4,7 | 4,8 |
| Моноглицерид | 65,5 | 20,3 |
| Диглицерид | 21,7 | 30,2 |
| Триглицерид | 5,6 | 44,5 |
Результаты данного эксперимента показывают, что соевый лецитин также стимулирует глицеролиз гидрированного пальмового стеарина. Кроме того, указанным экспериментом подтверждена необходимость достаточно высокого содержания глицерина для превращения в моноглицерид.
2192-6. Испытание разных липаз при осуществлении глицеролиза в твердой фазе
Глицеролиз с использованием порошка лецитина и гидрированного пальмового стеарина осуществляют еще раз, получив для этой цели порошок в системе туннельного распыления. Испытывают липазу № 2402, выделенную из Pseudomonas sp., и №2450, выделенную из Chromobacterium viscosum (таблица 7).
| Таблица 7 | |||||
| 2192-6- | 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Гидрированный пальмовый стеарин | г | 350 | 350 | 350 | 560 |
| Порошок лецитина, 074793 | г | 150 | 150 | 150 | 140 |
| Глицерин | г | 100 | 100 | 75 | 105 |
| Липаза №2402 | г | 0,4 | 0,5 | ||
| Липаза №2450 | г | 0,1 | 0,05 | ||
| Вода | г | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 3,5 |
Процедура
Гидрированный пальмовый стеарин и порошок лецитина растапливают вместе и охлаждают до 60°С. Липазу растворяют в воде и добавляют глицерин. Липазу, растворенную в глицерине, добавляют к жировой фазе и перемешивают при 55°С в течение одного часа. Смесь гомогенизируют в смесителе Turrax и распыляют при 60°С.
Образцы кристаллизованного распылением порошка хранят при:
А) 25°С
В) 40°С
С) циклическом изменении температуры в интервале 35-45°С
Образцы хранят в течение семи дней и анализируют ГЖХ (таблица 8).
| Таблица 8 | ||||||||
| 2192-6- | 1В | 2В | 3В | 4В | 1С | 2С | 3С | 4С |
| % | % | % | % | % | % | % | % | |
| Глицерин | 6,3 | 6,2 | 7,6 | 7,1 | 6,9 | 6,4 | 7,5 | 5,8 |
| Моноглицерид | 54,3 | 56,6 | 27,6 | 26,0 | 49,6 | 58,8 | 29,8 | 35,4 |
| Диглицерид | 24,1 | 19,7 | 36,9 | 46,3 | 27,9 | 23,9 | 42,0 | 34,0 |
| Триглицерид | 1,5 | 3,1 | 11,6 | 8,5 | 1,4 | 3,1 | 12,6 | 11,5 |
Полученные результаты показывают, что уровень моноглицерида в образцах, подвергнутых циклическому изменению температуры, не превышает указанного уровня в образцах, хранившихся при 40°С.
В образцах 3 и 4, содержащих меньше глицерина, образуется меньшее количество моноглицерида, как было показано выше (таблица 6).
2192-18. Испытание разных содержаний соевого лецитина
Поскольку порошкообразный лецитин непригоден для применения в некоторых случаях, реакционную смесь испытывают, используя обычный соевый лецитин. Образцы для глицеролиза, содержащие гидрированный пальмовый стеарин и соевый лецитин, получены аналогично таблице 9.
| Таблица 9 | |||||
| 2192-18 | 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Гидрированный пальмовый стеарин | г | 7,5 | 8 | 8,5 | 9 |
| Соевый лецитин | г | 2,5 | 2 | 1,5 | 1 |
| Глицерин, 99,5% | г | 2 | 2 | 2 | 2 |
| Липаза №2450 | г | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 |
| Вода | г | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 |
Процедура
Гидрированный пальмовый стеарин и соевый лецитин растапливают при 60°С. Липазу растворяют в воде и добавляют глицерин. Смесь липазы и глицерина добавляют к жировой фазе при 55°С и перемешивают в течение 10 минут.
Образец гомогенизируют, кристаллизуют и хранят при
(А) 25°С в течение семи дней и циклическом изменении температуры в интервале 35-45°С в течение 12 часов.
(В) 40°С в течение семи дней.
Образцы анализируют ГЖХ (таблица 10).
| Таблица 10 | ||||||||
| 2192-18- | 1А | 2А | 3А | 4А | 1В | 2В | 3В | 4В |
| % мас/мас | % мас/мас | % мас/мас | % мас/мас | % мас/мас | % мас/мас | % мас/мас | % мас/мас | |
| % глицерина | 3,4 | 3,2 | 2,9 | 3,4 | 3,3 | 2,5 | 1,9 | 1,4 |
| % FFA | 1,2 | 1,1 | 0,4 | 0,4 | 1,1 | 0,5 | 0,4 | 0,3 |
| % моноглицерида | 78,6 | 77,3 | 80,5 | 75,2 | 79,6 | 81,8 | 86,2 | 85,9 |
| % диглицерида | 4,6 | 4,6 | 2,6 | 3,3 | 5,3 | 3,9 | 2,8 | 1,9 |
| % триглицерида | 2,4 | 7,3 | 7,1 | 15 | 2,2 | 3,4 | 3 | 7 |
Полученные результаты свидетельствуют о значительном увеличении содержания моноглицерида, полученного в результате глицеролиза при использовании соевого лецитина вместо порошкообразного лецитина. Следует также отметить, что образцы 3 и 4 с наименьшим содержанием лецитина характеризуются наибольшим содержанием моноглицерида; кроме того, приведенные результаты подтверждают, что необходимы лишь небольшие количества соевого лецитина для достижения высокой степени превращения гидрированного жира в моноглицерид в результате глицеролиза в твердой фазе.
2192-22. Испытание разных типов лецитина
Эксперимент 2192-18 повторяют в большем масштабе, производя "туннельное" распыление смеси, и испытывают как соевый лецитин, так и гидролизованный лецитин (лецитин Н) (таблица 11).
| Таблица 11 | |||
| 2192-22- | 1 | 2 | |
| Пальмовый стеарин Grindsted PS 101 | г | 425 | 450 |
| Соевый лецитин | 75 | ||
| Лецитин Н | г | 50 | |
| Глицерин | г | 100 | 100 |
| Липаза №2450 | г | 0,1 | 0,1 |
| Вода | г | 2,5 | 2,5 |
Процедура
Пальмовый стеарин Grindsted PS 101 и лецитин растапливают при 70°С. Липазу растворяют в воде и добавляют глицерин. Фазу липазы/глицерина добавляют к жировой фазе при 60°С. Затем образец гомогенизируют в течение 5 минут и кристаллизуют распылением, используя технологию "туннельного" распыления. Образцы хранят при 25°С и 40°С. Во время хранения образцы достают через один, два и шесть дней и анализируют ТСХ. После хранения в течение семи дней при 40°С образцы анализируют ГЖХ (таблица 12).
| Таблица 12 | ||
| 2192-22 | 1 | 2 |
| % мас/мас | % мас/мас | |
| Глицерин | 2 | 1,9 |
| Свободная жирная кислота | 1,9 | 1,9 |
| Моноглицерид | 84,5 | 83,6 |
| Диглицерид | 6,4 | 8,7 |
| Триглицерид | 0,7 | 1,2 |
| Всего | 95,6 | 97,4 |
Результаты, приведенные в таблице 12, подтверждают возможность использования как соевого лецитина, так и лецитина Н в сочетании с гидрированным пальмовым стеарином для достижения высоких содержаний моноглицерида в результате глицеролиза в порошкообразной реакционной смеси.
2192-37. Глицеролиз в твердой фазе с использованием носителя для глицерина
В этом эксперименте липазу Chromobacterium viscosum # 2474 используют в качестве катализатора твердофазного глицеролиза полностью гидрированного пальмового стеарина Grindsted PS 101 в сочетании с 7,5% соевого лецитина. Вместо соевого лецитина испытывают 10% фракционированного пальмового стеарина Palmotex T98 в сочетании с гидрированным пальмовым стеарином Grindsted PS 101. При данной концентрации пальмового стеарина Palmotex T98 можно легко получить порошок распылительной кристаллизации по указанной рецептуре.
Одним из ограничений распылительной кристаллизации жира с последующим твердофазным глицеролизом является то, что порошок становится от глицерина немного жирным. Указанную проблему можно устранить, добавляя твердый носитель, служащий в качестве системы доставки глицерина. В нижеследующем эксперименте для проверки вышеизложенной теории добавляют клетчатку сахарной свеклы FIBREX. Рецептура, используемая в описанных экспериментах, приведена в таблице 13.
| Таблица 13 | ||||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Пальмовый стеарин Grindsted PS 101 | г | 462,5 | 450 | 450 |
| Соевый лецитин | г | 37,5 | 50 | |
| Клетчатка сахарной свеклы FIBREX | г | 60 | ||
| Пальмовый стеарин Palmotex T98 | г | 50 | ||
| Глицерин | г | 100 | 100 | 100 |
| Липаза №2474 | г | 0,05 | 0,05 | 0,05 |
| Вода | г | 2,5 | 2,5 | 2,5 |
Образцы получают описанным ниже способом:
Пальмовый стеарин Grindsted PS 101 и соевый лецитин или пальмовый стеарин Palmotex T98 растапливают вместе и охлаждают до 60°С. Липазу № 2474 диспергируют в воде и добавляют глицерин. Перед кристаллизацией распылением добавляют клетчатку сахарной свеклы FIBREX. Смесь гомогенизируют в смесителе Ultra Turrax и кристаллизуют распылением. Образец хранят при 40°С в течение семи дней и анализируют ГЖХ.
Результаты анализа ГЖХ приведены в таблице 14.
| Таблица 14 | |||
| 1 | 2 | 3 | |
| % глицерина | 1,6 | 4,6 | 4,4 |
| % свободной жирной кислоты | 0,9 | 1,1 | 1,7 |
| % моноглицерида | 89,2 | 62,2 | 59,4 |
| % диглицерида | 4,6 | 15,2 | 13,5 |
| % триглицерида | 0,8 | 20,8 | 13,2 |
Данные, приведенные в таблице 14, показывают, что очень эффективный глицеролиз в твердой фазе полностью гидрогенизованного пальмового стеарина может происходить при добавлении 7,5% соевого лецитина и использовании липазы Chromobacterium viscosum в качестве катализатора.
Полученные результаты также показывают, что при замене соевого лецитина частично насыщенным жиром, глицеролиз в твердой фазе является менее эффективным. Кроме того, добавление клетчатки сахарной свеклы, такой как FIBREX, уменьшает степень глицеролиза. Указанный эффект можно объяснить конкурентным поглощением воды в реакционной смеси, что делает фермент менее продуктивным.
2192-39. Ингибирование липазы
Продукт твердофазного глицеролиза предназначен для пекарских и других применений. Однако липаза все еще сохраняет активность при добавлении в тесто, и в некоторых случаях уровень активности липазы может оказаться слишком высоким и вызывать вредные эффекты.
Для дальнейшего изучения данной проблемы проведен эксперимент по исследованию влияния объединения продукта твердофазного глицеролиза 2192-6-1С с ингибитором липазы в тесте. Первоначальные испытания показали, что хлорид железа (3) является эффективным ингибитором для определенных липаз.
Опытное тесто получают в соответствии с вышеуказанной рецептурой, включая добавки, приведенные в таблице 15. Тесто экстрагируют водонасыщенным бутанолом и определяют количество свободной жирной кислоты.
| Таблица 15 | ||||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Глицеролиз в твердой фазе 2192-6-1С | % | 0 | 0,5 | 0,5 |
| Хлорид железа (3), 2% раствор в воде | % | 0 | 0 | 1 |
Результаты анализа жирной кислоты приведены на фиг.1. Полученные результаты свидетельствуют о возможности объединения продукта твердофазного глицеролиза с ингибитором липазы и уменьшении активности липазы в тесте.
Специалистам в данной области будут понятны разные модификации и варианты описанных способов и системы по изобретению, не выходящие из объема изобретения. Все модификации описанных вариантов изобретения, очевидные для специалиста в области химии и родственных областей, входят в объем нижеследующей формулы изобретения.
1. Ферментативная твердофазная реакционная смесь для получения твердого вещества, содержащего более 40% моноглицерида, содержащая
(i) липазу,
(ii) по меньшей мере 14 мас.% глицерина,
(iii) глицерид, и,
возможно, (iv) лецитин;
причем если лецитин (iv) отсутствует, то глицерид (iii) имеет иодное число от около 5 до около 35 и содержание твердого жира более чем около 75% при 20°С,
при этом указанная реакционная смесь является кристаллизованной распылением или гранулированной, в виде хлопьев или экструдированной, и, возможно, измельченной.
2. Смесь по п.1, которая является кристаллизованной распылением и, возможно, обработанной криогенным размолом.
3. Смесь по п.1, которая содержит твердый носитель для глицерина.
4. Смесь по п.3, в которой твердым носителем для глицерина является волокно сахарной свеклы.
5. Смесь по п.1, которая является гранулированной, в виде хлопьев или экструдированной, и, возможно, измельченной.
6. Смесь по п.1, в которой при отсутствии лецитина (iv) глицерид (iii) имеет иодное число от около 5 до около 15.
7. Смесь по п.1, в которой глицерид является триглицеридом.
8. Смесь по п.1, в которой глицерид является диглицеридом.
9. Смесь по п.7 или 8, в которой глицерид получают из пальмового, подсолнечного, рапсового, соевого, сафлорового, хлопкового, арахисового, кукурузного, оливкового, орехового масла, лярда, твердого животного жира или их смесей.
10. Смесь по п.7, в которой триглицерид является отвержденным пальмовым стеарином.
11. Смесь по п.1, в которой лецитин выбирают из растительного лецитина, порошкообразного лецитина, синтетического лецитина или гидролизованного лецитина.
12. Смесь по п.1, в которой липазу получают из Pseudomonas sp., Chromobacterium viscosum, Pseudomonas cepacia, Pseudomonas stutzeri, Pseudomonas flourescens, Mucor meihei или Candida antartica.
13. Смесь по п.1, в которой лецитин присутствует в количестве от около 1 до около 50 мас.%.
14. Смесь по п.1, в которой глицерид присутствует в количестве от около 1 до около 86 мас.%.
15. Смесь по п.1, в которой глицерин присутствует в количестве от около 14 до около 25 мас.%.
16. Смесь по п.1, в которой указанный моноглицерид образуется при температуре от -10 до +50°С.
17. Способ приготовления ферментативной твердофазной реакционной смеси для получения твердого вещества, содержащего более 40% моноглицерида, предусматривающий:
(i) растапливание глицерида, возможно с лецитином, для образования жировой фазы;
(ii) добавление к указанной жировой фазе раствора липазы в глицерине, в котором глицерин присутствует в количестве по меньшей мере 14 мас.% от общей массы смеси, и перемешивание полученной смеси;
(iii) гомогенизацию указанной смеси;
(iv) обработку указанной смеси для образования указанной ферментативной твердофазной реакционной смеси,
причем при отсутствии лецитина (iv) глицерид (iii) имеет иодное число от около 5 до около 35 и содержание твердого жира более чем около 75% при 20°С, при этом указанная реакционная смесь является кристаллизованной распылением или гранулированной, в виде хлопьев или экструдированной, и, возможно, измельченной.
18. Способ по п.17, в котором указанную ферментативную твердофазную реакционную смесь затем кристаллизуют распылением, и, возможно, обрабатывают криогенным размолом.
19. Способ по п.17, в котором ферментативная твердофазная реакционная смесь содержит твердый носитель для глицерина.
20. Способ по п.19, в котором твердым носителем для глицерина является волокно сахарной свеклы.
21. Способ по п.17, в котором указанную ферментативную твердофазную реакционную смесь затем гранулируют, превращают в хлопья или экструдируют и, возможно, измельчают.
22. Пищевой продукт, содержащий продукт глицеролиза, полученный из твердофазной реакционной смеси по любому из пп.1-16.
23. Пищевой продукт по п.22, который выбран из хлеба, кексов, продуктов из сдобного теста, слоеного теста, жидкого теста, булочек, пончиков, бисквитов, крекеров, печенья, шоколада, конфет, карамели, халвы, жевательной резинки, включая жевательные резинки с сахаром, без сахара, образующие пузыри и мягкие жевательные резинки, пудингов, щербетов, замороженных молочных продуктов, сливочного мороженого, молочного мороженого, сливок для кофе, взбитых сливок, включая гоголь-моголь, молочных напитков, йогуртов, муссов, взбитых растительных кремов, мясных продуктов, мясных полуфабрикатов; съедобных масел и жиров, аэрированных и неаэрированных продуктов, эмульсий типа «масло в воде», эмульсий типа «вода в масле», маргарина, шортенинга, паст, включая пасты с низким и очень низким содержанием жира, заправки, соусы на основе сливок, супы на основе сливок, напитки, эмульсии с пряностями, соусы и майонез.
24. Ферментативная твердофазная реакционная смесь, полученная способом по п.17.
