Арабіногалактан, виділений з кави

1. Застосування арабіногалактанів, отриманих з кави, як склоподібної матриці для уловлювання запахів або ароматів, переважно кавових ароматів, або їх суміші в зневодненому продукті харчування, переважно в напої. 2. Тверда кавова композиція, що містить кавовий аромат, захоплений в арабіногалактанах, отриманих з кави. C2 2 87849 1 3 ренилися деякі сенсорні характеристики розчинної кави і співвідношення між сенсорними характеристиками і хімічними, структурними і фізичними властивостями розчинної кави. Наприклад, відомо, що відчуття у роті напою поліпшується за допомогою оптимізації його в'язкості в межах деякого інтервалу. Відомо із загальної реології, що на в'язкість розчину або дисперсії головним чином впливає висока молекулярна маса його компонентів, які в продуктах харчування часто називають гідроколоїдами і які часто складаються з вуглеводів. Співвідношення між сенсорними характеристиками і відповідними фізичними, структурними і хімічними параметрами не завжди таке просте, як у разі відчуття у роті напою, навіть якщо це співвідношення може бути кількісно визначене в багатьох і більш складних випадках. Наприклад, така важлива сенсорна характеристика напою з розчинної кави, як аромат, є результатом впливу складної, але збалансованої суміші з близько 800 летких компонентів на нюховий епітелій. Багато які фізико-хімічні і сенсорні властивості цих 800 сполук відомі і також відомо, як вони сприяють характеру аромату кави. Леткі ароматичні сполуки в основному формуються під час процесу підсмажування кави і частково вводяться в кінцевий продукт, тобто розчинну каву. Під час приготування напою розчинна кава розчиняється і ароматичні сполуки звільняються і впливають на нюховий епітелій за допомогою ряду проміжних операцій. Одна з ключових проблем, що зустрічається у розчинної кави, такої як чиста розчинна кава, полягає в тому, що сила і якість аромату зменшуються в залежності від часу зберігання порошку. Ця втрата сили і якості аромату виявляється навіть під час зберігання розчинної кави в умовах, близьких до оптимальних (низькі вологість і навколишня температура), і протягом звичайного часу зберігання у споживача на полиці, звичайно від одного року до трьох років. Однак втрата сили і якості аромату сильно гіршає при несприятливих умовах зберігання, таких як високі рівні вологості або підвищені температури. Особливо це несприятливо позначається на сильних ароматах. Тому бажано знайти спосіб захисту ароматів, що сильно відчуваються в каві. Відомо, що аромати, що сильно відчуваються, можуть бути захищені герметизацією або уловлюванням в склоподібній вуглеводній матриці. Цей захист звичайно не є повним і ступінь захисту може варіювати від однієї ароматичної сполуки до іншої, але загальний вплив такої так званої скляної герметизації ароматів полягає в тому, що її якість значно краще зберігається, ніж якість не герметизованих ароматів. Скляна герметизація ароматів незмінно досягається при використанні вуглеводів в аморфному стані. Однак додавання окремих компонентів в каву небажане. По-перше, через регламентуючі вимоги до виробництва чистої розчинної кави такі вуглеводи не можуть бути отримані із звичайно прийнятих рослинних джерел, таких як крохмаль, але повинні бути отримані з самої кави. По-друге, додавання нових компонентів часто ускладнює ви 87849 4 робництво і збільшує виробничі витрати. Автори несподівано виявили, що такі вуглеводи дійсно можуть бути екстраговані з кави і використані для заявлених цілей. На закінчення, все ще існує усвідомлена потреба в способах, що дозволяють оптимізувати сенсорні характеристики розчинної кави, особливо її відчуття у роті і силу і якість аромату, включаючи свіжість аромату. Особливо важливо, щоб ці способи було дозволено застосовувати у виробництві і маркетингу розчинної кави. Тому будь-який спосіб, за допомогою якого можуть бути екстраговані корисні вуглеводи в порівняно чистому вигляді з кави, представляє великий інтерес для створення нових типів продуктів харчування, особливо розчинної кави з поліпшеними сенсорними характеристиками. У патентних документах WO-A-99/55736 і US 2001/0000486 А1 заявлені арабіногалактани, що отримуються з поліпшеними реологією, рН і профілями в'язкості. При їх отриманні виникають хімічні зміни, які небажані для перспективи застосування в продуктах харчування. Документ WO-A-00/44238 стосується ароматизованого порошку розчинного піноутворювача. У цій патентній заявці розкривається порошок розчинного піноутворювача, що містить матрицю, що включає в себе ароматичну систему з кавових ароматичних компонентів і стабілізуючої кількості розчинних кавових твердих речовин. В описі також розкривається, що водні ароматичні компоненти стабілізуються додаванням в них відповідної кількості твердих кавових речовин. Оскільки використовуються інгредієнти не кавового походження, ароматизований порошок розчинного піноутворювача не може використовуватися по ясних причинах в чистій розчинній каві. Крім того, надзвичайно цікаво дізнатися, що додаються кавові тверді речовини, оскільки вони спричиняють ослаблення аромату кави. Патентна заявка WO-A-00/25606 належить до систем введення твердих речовин для ароматичних інгредієнтів, які можуть бути отримані екструзією цукру або похідних цукру або їх сумішей, включаючи серед інших також арабінозу або галактозу. Оскільки використовуються інгредієнти не кавового походження, то ясно, що така система введення не може використовуватися в чистій розчинній каві. У патентній заявці WO-A-2002/26055 заявлені композиції напоїв, що містять арабіногалактан і вітаміни. Кава згадується, як джерело арабіногалактанів, але не наведені приклади їх екстракції або використання. Арабіногалактани згадані як інгредієнт, що сприяє здоров'ю, який істотно не збільшує в'язкість напою. Однак виявилося дивним, що отримані з кави арабіногалактани мають незвичайні реологічні властивості, включаючи такі, що сприяють підвищенню в'язкості. Крім того, способи, описані в цій заявці, не дозволяють провести екстракцію арабіногалактанів з кави, що має необхідну молекулярну масу. У патенті США 5882520 обговорюються водні двофазні системи, в яких щонайменше одна з фаз містить арабіногалактан. Ці арабіногалактани не 5 мають кавового походження, і процес стосується екстракції біологічних матеріалів. У патенті США 6271001 обговорюються смоли, виділені з рослинних клітинних культур. Цей патент має відношення виключно до полімерів з рослинних клітинних культур без встановлення хімічної природи композиції смол з рослинних клітин. У винаході не використовуються рослинні клітинні культури як джерело вуглеводів, але екстрагується арабіногалактан з плодів рослини, а саме з кавових зерен. У патентній заявці WO-A-2002/041928 заявлений біоматеріал, що використовується як носій з керованим відшаруванням. Біоматеріал містить пористу полімерну драглисту матрицю в порах гідрофільної або амфіфільної полімерної матриці. Однак у винаході не використовуються такі двофазні герметизуючі обволікаючі матриці. У патенті США 6296890 заявлені кавова фракція, що сильно піниться, а також спосіб її отримання. Ця фракція екстрагується з підсмажених зерен в гарячій воді, після чого йде осадження. Вона недостатньо визначена хімічно і складається з 60% полісахариду і 40% сполук типу меланоїдину. Для застосування з метою поліпшення сенсорних характеристик розчинної кави вона недостатньо добре визначена з точки зору реології, а для стабілізації аромату вона не використовується через високий вміст в ній сполук типу меланоїдину. У статті про арабіногалактани з кавових зерен: кислі полімери, ковалентно пов'язані з протеїном ["Coffee bean arabinogalactans: acidic polymers covalently linked to protein" Redgwell EJ et al, vol 337 #.3, Carbohydrate Research, Elsevier Scientific Publishing Co"] розкривається виділення малих кількостей арабіногалактанів з кавових зерен. Однак в ній потрібна попередня обробка зерен сильною кислотою або лугом, наприклад, 8М КОН. Ясно, що це не підходить для використання в технічній галузі даного винаходу, тобто в продуктах харчування. Отже, в жодному з розглянутих джерел з відомого рівня техніки не описані а) екстракція ферментними засобами арабіногалактанів із зелених або підсмажених кавових зерен, яка б не вимагала надзвичайних умов обробки і b) їх подальше використання як підсилювачів характеристик продукту харчування, зокрема розчинної кави. Метою даного винаходу є забезпечення однієї або більше переваг і/або розв'язання однієї або більше проблем, згаданих вище. Таким чином, згідно з даним винаходом пропонується спосіб екстракції арабіногалактанів з кави, що включає в себе гідроліз з використанням ферментів цілих або мелених зелених або підсмажених кавових зерен для отримання тим самим водної дисперсії, що містить частково гідролізовані кавові зерна і арабіногалактани, в якому кавові зерна заздалегідь обробляються водою при температурі від 10 до 95°С протягом від двох годин до одного тижня безпосередньо перед ферментативною обробкою. Винахід також належить до застосування арабіногалактанів, отриманих з кави, як інгредієнта продукту харчування. 87849 6 Винахід, крім того, належить до застосування арабіногалактанів, отриманих з кави, як речовини, що сприяє здоров'ю. Винахід також належить до застосування арабіногалактанів, отриманих з кави, що має середньозважену молекулярну масу приблизно більше 150kDa, переважно приблизно більше 500kDa і більш переважно приблизно більше 2000kDa, як текстурайзера для продуктів харчування і/або напоїв. Винахід, крім того, належить до застосування арабіногалактанів, отриманих з кави, як підсилювача в'язкості в продуктах харчування і напоях. В іншому аспекті винахід стосується застосування арабіногалактанів, отриманих з кави, як підсилювача смакового відчуття у роті для розчинної кави. Ще в одному аспекті винахід стосується застосування арабіногалактанів, отриманих з кави, як підсилювача ціноутворення або стабілізатора піни в продуктах харчування і напоях, переважно в кавових напоях. Ще в одному аспекті винахід стосується застосування арабіногалактанів, отриманих з кави, як склоподібної матриці для уловлювання запахів або ароматів, переважно ароматів кави, або їх сумішей в зневодненому продукті харчування, переважно в напої. Винахід також стосується твердої кавової композиції, що містить кавовий аромат, захоплений в арабіногалактанах, отриманих з кави. В іншому аспекті винахід стосується склоподібної матриці, що включає в себе кавовий аромат, відмінної тим, що вона містить арабіногалактани, отримані з кави. Арабіногалактани належать до групи полісахаридів (протеогліканів), що відіграють важливу роль при рості і розвитку рослин. Вони є групою протеогліканів, які виявлені у вищих рослинах і зустрічаються в багатьох різних тканинах: в плазматичній мембрані, в клітинних оболонках і у позаклітинному матриксі. Найбільш поширеним їх джерелом є модрина (Larix sp.). Арабіногалактан з модрини схвалений Управлінням продуктів харчування і ліків (FDA) США як джерело дієтичного волокна, але також вважається, що він чинить позитивний терапевтичний вплив як імуностимулятор і протиракова добавка. Арабіногалактани звичайно мають молекулярну масу, що варіює від 10 до 4000kDa. Вони звичайно містять 90%) складається з полісахариду, що містить переважно ланцюги b(1-3)-галактану з боковими ланцюгами, що закінчуються головним чином радикалами арабіносилу. Відомо, що зелена кава і підсмажена кава містять арабіногалактани, але виділення цих арабіногалактанів вважається надзвичайно важким і відповідні практичні способи отримання арабіногалактанів з кави в цей час не відомі. Застосування способів, які відомі фахівцям в цій галузі, коли їх використовують для кави, приводять до надмірної деградації арабіногалактану з подальшим сильним зменшенням молекулярної маси і 7 до значних хімічних змін, які роблять некорисним його використання як модифікатора в'язкості і обволікаючої герметизуючої матриці. Спосіб за винаходом з використанням ферментів дивним чином забезпечує виділення із зелених і підсмажених кавових зерен арабіногалактану-протеїну, що має задану молекулярну масу і мінімальну деградацію. Ці екстраговані арабіногалактани, як виявилося, особливо корисні для підвищення сенсорних властивостей продуктів харчування, таких як напої, і особливо розчинної кави, і можуть бути з користю застосовані як обволікаюча герметизуюча матриця для введення чутливих активних інгредієнтів, таких як аромати, в розчинну каву. Протеїн екстрагується у водну дисперсію. Переважно спосіб включає в себе наступні стадії: а) обробка водної дисперсії для отримання водного розчину, що містить арабіногалактани, або можливо порошок, збагачений арабіногалактанами; b) виділення арабіногалактанів за допомогою концентрації водного розчину і осадження арабіногалактану, для отримання тим самим дисперсії екстрагованих арабіногалактанів. Після екстракції і виділення властивості арабіногалактану можуть надалі модифікуватися для кінцевого застосування, наприклад, для управління в'язкістю з метою поліпшення смакового відчуття в роті кавового напою, або арабіногалактан може використовуватися як обволікаюча герметизуюча матриця для кавового аромату, якщо потрібно, за допомогою ретельного гідролізу арабіногалактану до необхідного профілю молекулярної маси. Винахідники із здивуванням зазначили, що арабіногалактан із зелених і/або підсмажених кавових зерен, отриманий цим способом, особливо придатний для оптимізації важливих сенсорних характеристик продуктів харчування, наприклад, напоїв, особливо розчинної кави і, що особливо важливо, чистої розчинної кави. Він виявився особливо корисним для забезпечення незвичайної реологічної поведінки і особливо через його здатність формувати склоподібні матриці для герметизуючого обволікання чутливих активних інгредієнтів, таких як кавові аромати. В особливо переважному втіленні арабіногалактан, який був оброблений водою, виділяється із зелених і підсмажених кавових зерен за допомогою гідролізу під дією ферментів мананцелюлозного компонента стінки з використанням ферментних препаратів Гаманази і Целюкласта (Gammanasa and Celluclast), після чого переважно йде водна екстракція з мелених зерен і потім відповідне очищення концентрацією і осадженням. Гідроліз під дією ферментів зелених і/або підсмажених кавових зерен переважно проводиться у вигляді наступних стадій: По-перше, кавові зерна подрібнюються до середнього розміру частинок між 10мкм і 2мм, переважно між 100мкм і 800мкм і більш переважно між 200мкм і 400мкм. Потім мелені кавові зерна заздалегідь обробляються водою при температурі між 10 і 95°С, переважно між 87849 8 40 і 80°С і більш переважно між 50 і 70°С, протягом 2 годин і до 1 тижня, переважно протягом 12 годин і до 48 годин, і більш переважно протягом 20 годин і до 28 годин. Після цього заздалегідь оброблена мелена кава витримується разом з целюлазою і гаманазою. Витримка проводиться при температурі між 30 і 80°С, переважно між 40 і 70°С і більш переважно між 55 і 65°С протягом 12 годин і до 1 тижня, переважно протягом 48 годин і до 96 годин, більш переважно між 50 годинами і 70 годинами. Після завершення витримки суспензію охолоджують до температури навколишнього середовища і твердий залишок видаляють для отримання розчинної фракції. Ця розчинна фракція містить екстраговані арабіногалактани, але для багатьох цілей її треба ще далі обробляти. Очевидно, що точний спосіб дій, при яких проводиться стадія обробки водної дисперсії для отримання водного розчину арабіногалактанів (стадія а), і проводиться подальший крок виділення і концентрації (стадія b), може варіювати в залежності від джерела кавових зерен, ступеня їх підсмаження і від властивостей, що вимагаються для кінцевого використання. Як з користю застосувати ці зміни, відомо фахівцям в цій галузі, але для ілюстрації пропонується цілий ряд конкретних втілень для кожної з стадій а і b. По-перше, показано, як фахівець в цій галузі може використовувати різні окремі операції для проведення деякої загальної операції в рамках даного винаходу. Наприклад, для операції концентрації, яка переважно застосовується в даному процесі, виявилися особливо корисними випарювання і ультрафільтрація. Крім того, якщо використовуються процеси сушіння, то може застосовуватися будь-який спосіб сушіння, такий як сушіння розпиленням, сушіння виморожуванням, вакуумне сушіння, конвейєрне сушіння або сушіння в псевдозрідженому шарі, або будь-яке поєднання згаданих способів сушіння. Знову ж використання таких технологій сушіння відоме фахівцям в цій галузі. Переважний варіант здійснення обробки водної дисперсії для отримання водного розчину, що містить арабіногалактани, включає в себе наступні стадії: Розчинна фракція, отримана після гідролізу під дією ферментів, розбавляється і концентрується перед проведенням інших маніпуляцій. Розчинна фракція може концентруватися до 5-95%, переважно до 10-80%, більш переважно до близько 20близько 30% від її первинного об'єму. Потім концентрована розчинна фракція центрифугується для її розділення на невеликий осад і на кремовий коричневий поверхневий шар. Цей кремовий коричневий шар видаляють і отримують прозорий коричневий надосадовий шар, що містить екстраговані арабіногалактани. Якщо потрібно, то цей надосадовий шар може бути висушений з отриманням порошкового екстракту, збагаченого арабіногалактанами, але його можна також і далі обробляти в рідкому стані. Стадія виділення (стадія b) процесу може проводитися відповідно до наступних стадій. Поперше, прозорий коричневий надосадовий шар розбавляють водою для отримання розчину. Якщо 9 раніше був отриманий порошок, його можна розчинити у воді до такої ж концентрації. Якщо потрібно, то матеріал з низькою молекулярною масою може бути видалений діалізом розчину з використанням мембрани для забезпечення видалення матеріалу з молекулярною масою від 5kDa до 100kDa, переважно від 10 до 50kDa, більш переважно до близько 14kDa. Якщо потрібно, то діалізований розчин може бути сконцентрований до в'язкої рідини. Потім осаджуються арабіногалактани в розчині за допомогою змішування розчину або його витримкою з 50-90% об'ємними, переважно з 60-80% об'ємними, більш переважно з близько 70% об'ємними рідини, яка істотно змішується з водою. Така рідина переважно містить органічні розчинники, розчинні у воді, такі як спирти, альдегіди і кетон з низькою молекулярною масою або суміші цих трьох сполук. Водорозчинні спирти є особливо переважними, наприклад, етанол, пропанол, бутанол і їх ізомери. Після цього осад може бути промитий і висушений. Кінцевий продукт є не зовсім білим порошком, що має вміст арабіногалактанів вище за 50%, переважно вище за 70%, більш переважно вище за 80%. Згідно з іншим переважним варіантом здійснення даного винаходу арабіногалактани, які спочатку обробляються водою, екстрагуються тільки із зелених зерен. Таким чином, арабіногалактани, екстраговані з використанням ферментів із зелених або підсмажених зерен, можуть бути використані як інгредієнт продукту харчування. Особливо вони можуть бути використані в продукті харчування для поліпшення його сенсорних якостей. У контексті даного винаходу термін «продукт харчування» охоплює також напої і будь-який інший продукт, їстівний для людини. Важливими галузями застосування арабіногалактанів є, але не тільки, зміна в'язкості, герметизуюче обволікання чутливих активних інгредієнтів і стабілізація піни. Цей винахід особливо підходить для напоїв, і особливо для розчинної кави, такої як чиста розчинна кава. Несподівано нові властивості екстрагованих арабіногалактанів включають в себе незвичайну реологічну поведінку, що полягає в поведінці на поверхні розділу і здатності утворювати склоподібні матриці для герметизуючого обволікання чутливих активних інгредієнтів, наприклад, таких як кавовий аромат. Після екстракції і виділення властивості арабіногалактану можуть бути спеціально оптимізовані для кінцевого застосування, наприклад, для управління в'язкістю, щоб поліпшити смакове відчуття у роті кавового напою, або для використання як герметизуючої обволікаючої матриці для кавового аромату, за допомогою зміни розподілу молекулярної маси арабіногалактанів, наприклад, гідролізом арабіногалактану до необхідного профілю молекулярної маси або діалізом за допомогою мембран. Композиція і властивості арабіногалактанів, отриманих з кави, можуть бути різними в залежності від джерела кавових зерен, умов підсмаження у разі підсмаженої кави і головним чином від кінцевого застосування. 87849 10 Наприклад, для зміни в'язкості, стабілізації піни або поверхонь розділу звичайно переважним є арабіногалактан з більш високою молекулярною масою. Даний спосіб екстракції незвичайно добре підходить для отримання арабіногалактану з високою молекулярною масою через його спокійні властивості. Арабіногалактан із середньою молекулярною масою, що переважно використовується для зміни в'язкості, має середньозважену молекулярну масу вище за 100kDa, переважно вище за 500kDa, більш переважно вище за 2000kDa. Якщо молекулярна маса арабіногалактану дуже висока, як в можливому випадку, коли ця сполука використовується як герметизуюча обволікаюча матриця, її можна контрольовано знизити будь-яким способом, відомим фахівцям в цій галузі, переважно гідролізом при не жорстких умовах з використанням розбавленої кислоти, як описано вище. Відповідні арабіногалактани із середньозваженою молекулярною масою для формування склоподібних матриць для герметизації мають молекулярну масу вище за 10kDa, переважно вище за 30kDa і більш переважно вище за 100kDa. Крім того, чистота виділеного арабіногалактану може змінюватися в залежності від необхідних властивостей для конкретного застосування. Наприклад, чистота екстрагованого арабіногалактану для застосування як регулятора в'язкості може бути вищою за 50%, переважно вище за 75% і більш переважно вище за 90%. Чистота арабіногалактану для застосування як герметизуючої обволікаючої матриці може бути вищою за 75%, переважно вище за 90% і більш переважно вище за 95%. Отримані з кави арабіногалактани після ферментної обробки мають молярне відношення галактози до арабінози більше за приблизно 2:1, переважно приблизно більше 2,5:1. Як заявлено, екстраговані арабіногалактани дуже корисні як інгредієнти продуктів харчування, особливо для поліпшення сенсорних властивостей продуктів харчування. Екстраговані арабіногалактани поліпшують сенсорні властивості продуктів харчування головним чином через дві властивості: 1) підвищення в'язкості рідин при низьких концентраціях доданого арабіногалактану і 2) здатності формувати склоподібну матрицю, що підходить для уловлювання чутливих ароматних сполук. У певних випадках можуть одночасно використовуватися дві ці корисні властивості. Для використання як підсилювача в'язкості рідких продуктів харчування, особливо напоїв, таких як розчинна кава, або вже готова для пиття кава, екстраговані арабіногалактани додаються в продукт харчування в кінцевих концентраціях від 0,1 до 10%, переважно, від 0,5 до 5%, більш переважно, від 1 до 2% мас. від загальної маси продукту харчування. Для використання як стабілізатора піни в продуктах харчування екстраговані арабіногалактани додаються до продукту харчування в кінцевих концентраціях від 0,1 до 10%, переважно, від 0,5 до 5%, більш переважно, від 1 до 2% мас. від загальної маси продукту харчування. 11 Як матриця для обволікання чутливих інгредієнтів продукту харчування екстраговані арабіногалактани переважно використовуються в своєму склоподібному стані. Властивості цього склоподібного стану арабіногалактанів можуть бути змінені за допомогою зміни умов екстракції арабіногалактанів шляхом додавання вуглеводів з інших джерел, особливо дисахаридів, або шляхом, зміни вмісту вологи. Активні інгредієнти диспергуються в матриці і можуть молекулярно диспергуватися або у вигляді невеликих рідких включень, або у вигляді твердих включень. Активні інгредієнти можуть бути будь-яким харчовим інгредієнтом, що надає додану вартість кінцевому продукту харчування. У нескінченний список прикладів входять наступні: антиоксиданти, ароматичні речовини, біоактивні інгредієнти, мінерали, пробіотики. Інтерес представляє застосування арабіногалактанів для герметизації запахів, які містять як смакові сполуки, так і ароматичні сполуки. Особливий інтерес представляє їх застосування для герметизації кавового аромату в розчинній каві. Під кавовим ароматом мається на увазі суміш летких сполук, які забезпечують ці відчуття запахів/смаку, які відчуває любитель кави при стимулюванні його рецепторних клітин в нюховому епітелії. Ароматичні сполуки надходять в порожнину носа або зовнішнім шляхом за допомогою вдихання через ніс (тоді ароматична молекула відчувається як запах), або внутрішнім шляхом за допомогою пиття через носоглотку в задній частині рота і горло (тоді вона відчувається як смак). У кавовому ароматі є багато сотень сполук, які були визначені, як такі, що додають аромату каві; деякими найбільш важливими з них є 2,3-бутандіон, 2,3-пентандіон, 1-метилпірол, фурфурилтіон (ФФТ), 1Н-пірол, метантіол, етантіол, пентантіол, пропаналь, бутаналь, етаналь, метилформіат, метилацетат, метилфуран, 2-бутанон, метанол, етанол, пропанол, піразин, фурфурол, диметилсульфід, 4-окси-2,5-диметил-3(2Н)-фуранон, 2метилбутаналь, 2(5)-етил-4-оксил-5(2)-метил3(2Н)-фуранон, метилпропаналь, 4-етеніл-2метоксифенол, 3-метилбутаналь, ванілін, 2метоксифенол, 3-окси-4,5-диметил-2(5Н)-фуранон, 4-етил-2-метоксифенол, 2-етил-3,5диметилпіразин, метіональ, 3-меркапто-3метилбутилформіат, 2,3-діетил-5-метилпіразин, (Е)- -дамасценон, 3-ізобутил-2-метоксипіразин, 2метил-3-фурантіол, 2-вініл-3,5-диметилпіразин, 3метил-2-бутен-1-тіол і 2-вініл-3-етил-5метилпіразин. Кавовий аромат в рамках винаходу означає будь-яку суміш ароматичних сполук, що знаходяться в ароматі кави, але не потрібно, щоб кавовий аромат був натурального походження. Наприклад, натуральний кавовий ароматичний екстракт або конденсат може бути збагачений додаванням деяких кількостей певних ароматичних сполук. Ці ароматичні сполуки, що додаються, можуть бути натуральними, наприклад, не з кавових джерел, або вони можуть бути тотожні натуральним. Такий кавовий аромат, збагачений деякими ароматичними сполуками, може називатися кавовою арома 87849 12 тичною композицією. Така ж термінологія застосовується до кавового аромату, який отриманий з окремих чистих ароматичних сполук або не з кавових ароматів. Кавовий аромат може оброблятися, як по суті чиста композиція, що містить тільки ароматичні сполуки, тобто концентрат, але він може бути також у вигляді екстракту або конденсату, що містить носій аромату, наприклад, кавове масло або воду, і можливо нелеткі кавові сполуки. Кавовий аромат в такому носії буде також називатися кавовою ароматичною композицією. Концентрація кавових ароматичних сполук в кавовій ароматичній композиції може змінюватися в залежності від їх джерела, їх застосування і від типу носія, що використовується. Наприклад, якщо як носій використовується вода, то концентрація кавових ароматичних сполук звичайно є низькою, наприклад, від 0,001 до 10%, часто від 0,1 до 1% мас. від загальної маси композиції. Ароматина основі масел мають концентрацію від 1 до 90%, переважно, від 5 до 20% мас. від загальної маси композиції. Будь-яка ароматична композиція, що складається на 90% або більше з кавових ароматичних сполук, буде називатися чистим кавовим ароматом або кавовим ароматичним концентратом. Кавовий аромат згідно з даним винаходом може бути отриманий за допомогою будь-якого засобу, відомого фахівцям в цій галузі. Герметизація або уловлювання кавового аромату в арабіногалактановій матриці може проводитися за будь-яким з способів, що використовуються в цій галузі. Такі способи включають в себе, і без обмеження, сушіння розпиленням, сушіння виморожуванням, екструзію розплаву, сушіння в псевдозрідженому шарі, сушіння розпиленням в комбінації з агломерацією, вакуумне сушіння або будь-яке поєднання вказаних способів герметизуючого обволікання. Загальну схему поширених способів, наприклад, можна знайти в J. Ubbink and Schoonman, 'Flavour Delivery Systems', Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Wiley Interscience (2003). Вибір найбільш прийнятної технології звичайно визначається оптимальним задоволенням численних вимог до обробки, властивостей порошку і уподобань споживачів. Наприклад, вибір технології може визначатися доступністю обладнання, вартістю його експлуатації, споживаною енергією, що вимагається на одиницю продукції, і подібними міркуваннями. Коли важливі властивості порошку, на цей вибір можуть впливати обмеження на текучість порошку, його відновлювальні властивості і поведінку при змішуванні. Уподобання споживача можуть відіграти важливу роль при виборі технології, в якій зовнішній вигляд порошку може вплинути на сприйняття продукту споживачем. Наприклад, якщо арабіногалактанові капсули, що містять герметизований кавовий аромат, повинні використовуватися для посилення розчинної кави, отриманої за допомогою сушіння розпиленням, то переважно, щоб капсули також сушилися розпиленням. Це забезпечує більш просту обробку, кращі властивості порошку і значно краще візуальне сприйняття продукту споживачем. В іншому випадку, арабіногалактанові капсули, які будуть 13 змішуватися з осушеним виморожуванням порошком розчинної кави, також повинні сушитися виморожуванням, щоб оптимізувати зовнішній вигляд порошкової суміші. Ще в одному випадку арабіногалактанові капсули отримують сушінням у псевдозрідженому шарі і змішують їх з осушеним виморожуванням порошком розчинної кави, забезпечуючи кінцеву порошкову суміш, що має візуально приємний контраст між осушеними виморожуванням частинками кави і арабіногалактановими капсулами, осушеними у псевдозрідженому шарі. Процес введення кавового аромату в арабіногалактанові капсули, який міг би також називатися уловлюванням або герметизуючим обволіканням, може здійснюватися будь-якими відомими способами. Відповідно, цей процес включає в себе наступні стадії: - Розчинення арабіногалактану у воді; - Додавання кавового аромату в будь-якій фізичній формі, як згадано вище; - Гомогенізація суміші для отримання гомогенного розчину або дисперсії; - Сушіння розчину або дисперсії, що містить кавовий аромат, для отримання арабіногалактанових капсул, що містять герметизований кавовий аромат; - Подальша обробка арабіногалактанових капсул для зміни розміру частинок, морфології частинок або властивостей порошку. Ці стадії дають загальний опис процесу герметизуючого обволікання кавового ароматичного екстракту, концентрату або композиції в арабіногалактанових капсулах. Само собою зрозуміло, що кожна стадія може проводитися різним чином в рамках загального опису вищенаведеної операції. Також вищенаведені операції або стадії можуть проводитися в будь-якому порядку або взагалі виключатися, якщо досягається герметизація аромату в арабіногалактані. Наступні необмежувальні приклади показують способи, які є прийнятними для герметизуючого обволікання кавового аромату арабіногалактаном. Якщо, наприклад, виділений і очищений арабіногалактан знаходиться вже у вигляді водного розчину, то не потрібно розчиняти його у воді перед використанням його в процесі герметизуючого обволікання. Якщо розчин арабіногалактану сильно розбавлений, його треба концентрувати до відповідного вмісту твердих речовин. Якщо кавовий аромат забезпечується у вигляді водної композиції, то можна розчинити арабіногалактан в кавовій ароматичній композиції, мабуть навіть без додавання води. Крім того, операція сушіння може включати в себе операцію виморожування, якщо використовується сушіння виморожуванням як процес для сушіння. Подальша обробка по завершенню процесу може бути більш або менш великою, як, наприклад, після сушіння виморожуванням, при цьому отриманий коржик потрібно подрібнити або роздробити, щоб отримати капсули потрібного розміру. Часто також потрібне подрібнення арабіногалактанових капсул, якщо використовується 87849 14 екструзія розплаву як процес герметизуючого обволікання. Звичайно потрібна незначна подальша обробка або вона взагалі не потрібна, якщо використовується сушіння розпиленням або сушіння у псевдозрідженому шарі, оскільки капсули вже мають необхідний розмір і форму частинок. Виключення виникає у разі використання агломерації як подальшої операції по завершенню процесу. Агломерація може використовуватися для збільшення розміру частинок, для поліпшення властивостей порошку або для зміни зовнішнього вигляду капсул. Агломерація може проводитися з використанням капсул або з використанням капсул в поєднанні з порошком кави, або, що рівнозначно, з будь-якими іншими інгредієнтами порошку напою, такими як піноутворювач і підсолоджувач. У способі згідно з вищенаведеною схемою для герметизації кавового аромату частинки формуються, що переважно містять звичайно більше приблизно 70% мас, переважно більше приблизно 80% мас. отриманих з кави арабіногалактанів. Вказані отримані частинки, які можна назвати склоподібною матрицею, що містить отримані з кави арабіногалактани, відповідним чином змішуються з порошком розчинної кави, тим самим забезпечуючи композицію розчинної кави, таку як композиція чистої розчинної кави, що містить кавовий аромат, герметизований в отриманих з кави арабіногалактанах. Отримані з кави арабіногалактани мають відповідну середньозважену молекулярну масу приблизно вище за 10kDa, переважно приблизно вище за 30kDa, крім того, молярне відношення галактози до арабінози звичайно приблизно більше за 2:1, переважно приблизно більше за 2,5:1. Композиція розчинної кави, що містить кавовий аромат в отриманих з кави арабіногалактанах, має приблизно більше за 10% мас. арабіногалактанів, отриманих з кави, з використанням як процесу екстракції з використанням ферментів згідно з винаходом, так і традиційної екстракції на основі повної композиції розчинної кави. Тут під композицією розчинної кави мається на увазі тільки ті сполуки, які утворюються з кавових зерен, тобто зелених зерен або підсмажених зерен. Таким чином, з цієї композиції виключені такі добавки як піноутворювачі, підсолоджувачі або інші звичайні добавки. До такої отриманої композиції розчинної кави переважно підмішуються інші компоненти для отримання тим самим різних кавових напоїв, що містять піноутворювач і можливо підсолоджувач. Приклад 1: Екстракція арабіногалактанів із зеленої кави Целюкласт 1,5 L і Гаманаза були закуплені у фірми Novo-Nordisk. Целюкласт є рідким препаратом целюлази з Trichderma reesi. Активність цього препарату становить 700 одиниць ендоглюконази/г. Гаманазу отримують з організмів Aspergillus і вона має активність 1000000 одиниць в'язкісного ферменту на грам. Кожний фермент частково очищався додаванням 200мл ферментного препарату до 800мл 95% спирту при 4°С. Утворений осад протеїну регенерувався після промивання в 80% спирті і повторно розчинявся в 200мл води безпосередньо перед використанням. Зелені кавові зерна подрібнювалися до частинок середньо 15 го розміру між 200 і 400мкм. Як холодагент використовувався рідкий азот. 10кг порошку із зерен розмішувалися в дистильованій воді протягом 24 годин при 60°С. Ферменти (200мл розчинених осадів) додавалися до бобової суспензії і розмішування продовжувалося протягом 62 годин при 60°С. Суміші давали охолонути і осад відділяли від розчинної фракції. Розчинну фракцію потім концентрували до чверті її первинного об'єму і концентрат центрифугували з швидкістю обертання 7000об./хв. в 1л ємностях, використовуючи лабораторну центрифугу. Жирний коричневий кремоподібний шар, що утворився на поверхні, видалявся і прозора коричнювата надосадова рідина сушилася виморожуванням для отримання порошку, що містить арабіногалактани, отримані з кави. Присутність арабіногалактанів була виявлена за допомогою розподільної хроматографії і їх середньозважена молекулярна маса, як було визначено, становила 3,78´106Da і числова середня молекулярна маса склала Мn=2,83´106, що давало відношення Mw/Mn 1,34, як було визначено із вмісту арабінози 22,6% молярних і вмісту галактози 68,4% молярних. Приклад 2: Екстракція арабіногалактанів з підсмаженої кави Повторювалися процедури Прикладу 1, але тепер з підсмаженою кавою (стандарт CTN 110). Присутність арабіногалактанів була виявлена за допомогою розділової хроматографії, середньозважена молекулярна маса, як було визначено, була в діапазоні між 10 і 100kDa. Вміст арабінози в екстракті був 26,3% молярних, вміст галактози, як було визначено, становив 67,3% молярних, що дає молярне відношення галактози до арабінози близько 2,5. Приклад 3: Виділення арабіногалактанів з екстракту і приготування порошку з арабіногалактанів Екстракт, висушений виморожуванням за Прикладом 1 (500г), розчинявся в 700мл води і піддавався діалізу в мембрані для граничної молекулярної маси 14kDa. Розчин концентрувався до в'язкої рідини (близько 1300мл) і до неї повільно додавався при постійному розмішуванні спирт (95%), поки рідина не досягала кінцевої концентрації 70% (3000мл). Осаду давали осісти протягом ночі при температурі навколишнього середовища і велику частину надосадової рідини декантували. Осад знов перетворювали в суспензію в 70% спирті, центрифугували і надосадову рідину викидали. Осад знов перетворювали на суспензію і розмішували в ацетоні (200мл), центрифугували і надосадову рідину викидали. Зрештою, осад суспендувався в невеликій кількості ацетону і заливався в чашку для кристалізації, де йому давали сохнути у витяжній шафі протягом ночі при кімнатній температурі. Арабіногалактан регенерувався у вигляді білої речовини, яка подрібнювалася до порошку (вихід 80г). Вміст арабіногалактанів був 85% мас. і вміст протеїнів був 10% мас. Відношення галактози до арабінози було 3:1 і вона також містила близько 7% мас. глюкуронової кислоти. 87849 16 Приклад 4: Використання арабіногалактанів, отриманих з кави, для надання поліпшеної текстури напоям Напої з розчинної кави готувалися з використанням 2 грам розчинної кави Нескафе Голд (RTM) на 150мл деіонізованої води. Температура води була 70°С. Були приготовані проби без арабіногалактану і з 1% і 2% мас. арабіногалактаном, як в Прикладі 3. Проби оцінювалися на смак групою з 5 дегустаторів, яких просили оцінити якісні відмінності між трьома пробами. Загальна думка була, що маса напоїв, що містять 1% і 2% арабіногалактану, була більш ґрунтовна і утворювала деяку плівку у роті. Крім того, два дегустатори вважали, що напій, який містить арабіногалактан, мав більш високу піноутворювальну здатність. Одночасно визначалися реологічні властивості 1% і 2% розчинів арабіногалактану в Прикладі 3 з використанням реометра Haake RS150 Rheostress для вимірювання при 37°С і при різних швидкостях зсуву. Досліди проводилися при 37°С з використанням установки з так званим подвійним зазором. Ця установка складається з порожнистого циліндра з нержавіючої сталі, підвішеного концентрично між двома іншими циліндрами з нержавіючої сталі. На основі реологічних даних відзначають, що при концентрації арабіногалактану 1% і 2%, в'язкість розчину вже значно вища, ніж у води. Оскільки при споживанні продукту харчування швидкість зсуву може змінюватися між 1л/с і 300л/с, відповідне кількісне вимірювання в'язкості є в'язкістю при 200л/с: Таблиця 2 Проба 1% арабіногалактановий розчин воді 2% арабіногалактановий розчин воді Вода В'язкість при швидкості зсуву 200л/с; 37°С [Pa.s] 0,0011 0,0013 0,00070 17 Величина в'язкості при швидкості зсуву 200л/с показує, що арабіногалактан має тенденцію підвищувати в'язкість розчину. І за сенсорною оцінкою, і за реологічними вимірюваннями можна зробити висновок, що арабіногалактан, отриманий з кави, є прийнятною сполукою для зміни текстури напою. Приклад 5: Піноутворювальні властивості Порошок смоли акації і порошок кавового арабіногалактану диспергувались при концентрації 5% мас. в деіонізованій воді MilliQ (18,2mS/cm) для перевірки піноутворювальних властивостей гідроколоїдів в умовах відсутності буфера. При цьому використовувався стандартизований спосіб піноутворювання, розроблений Guillerme et al. (Journal of Texture Studies, 24, 287-302 (1993), в якому пев 87849 18 на кількість розчину пінилася газовим пробулькуванням через скляну фриту (при керованих пористості і потоці газу), піна підіймалася вздовж скляної колонки, де її об'єм відстежувався за допомогою аналізу зображення з використанням ПЗС камери. Кількість рідини, захоплена піною, і гомогенність піни розраховувалися шляхом вимірювання електропровідності в кюветі, що містить рідину, і при різних висотах в колонці, за допомогою електродів. Для цього використовувався комерційний апарат Foamscan (фірма ITConcept, Longessaigne, France). Піноутворювальна здатність кавового арабіногалактану і смоли акації порівнювалися при різних значеннях рН. Результати наведені в наступній таблиці. Таблиця 3 Порівняльні піноутворювальні властивості розчину кавового арабіногалактану і розчину смоли акації *Піноутворювальна здатність (5%, рН 5,5) ** Стабільність піни (5%, рН 5,5) *** Поверхневий натяг у (0,5% розчин у воді) Кавовий арабіногалактан 1,0 60 50 Смола акації 0,82 60 64 * Об'єм піни/об'єм газу **3начення є % від вихідного об'єму піни, що залишилися після 30хв. ***Рівноважні величини в N.m -1 (таким чином кавовий арабіногалактан мав більшу поверхневу активність, ніж у смоли акації) Більш висока піноутворювальна здатність арабіногогалактану, отриманого з кави, підтверджується поверхневим натягом, який при тій же концентрації (в % мас), нижче для арабіногалактану, отриманого з кави. Таким чином арабіногалактан, отриманий з кави, поліпшив піноутворювальну здатність при незмінній стабільності. Отже, арабіногалактан, отриманий з кави, є чудовим піноутворювальним інгредієнтом) для застосування в продуктах харчування і напоях. Приклад 6: Герметизуюче обволікання кавового аромату арабіногалактанами, отриманими з кави Арабіногалактановий порошок, отриманий в Прикладі 3, розчинявся при кімнатній температурі в свіжому водному кавовому ароматичному екстракті (15´ стехіометричного кавового аромату) до повного вмісту твердих речовин в концентраті 25,9%. Оскільки використовувався водний екстракт, додавання води не було потрібне. Після повного розчинення арабіногалактанового порошку і після гомогенізації отриманий кавовий екстракт вміщувався в морозильник при -80°С і потім сушився виморожуванням при керованих умовах. Після сушіння виморожуванням отримували пористу склоподібну матрицю, що містить герметизований кавовий аромат. Склоподібну матрицю можна легко порушити і при цьому отримати порошок, що вільно тече з умовною густиною 1,64г/см3 , що визначається за допомогою газової пікнометри. Утримання аромату в арабіногалактанових капсулах визначалося газовим хроматографічним аналізом. Для цілого ряду сполук, що визначають кавовий аромат, результати наведені нижче в таблиці: Таблиця 4 Сполука Ацетальдегід Метилформіат Пропаналь Метилацетат Метилфуран 2-бутанон Метанол Бутаналь Етанол 2,3-бутандіон 2,3-пентандіон Пропанол Піразин Фурфураль Пірол Утримання після сушіння виморожуванням [%] 89,5 57,6 70,4 76,9 72,6 70,6 51,3 65,5 88,0 58,5 66,1 55,8 69,9 57,5 62,3 Як можна бачити з цієї таблиці, утримання аромату задовільне для всіх сполук, включаючи ті сполуки, які дуже леткі, але адекватно утримувалися в матриці. 19 Приклад 7: Випробування на зберігання для визначення стабільності кавового аромату в арабіногалактанових капсулах Арабіногалактанові капсули отримували згідно з Прикладом 6, при цьому концентрація кавового аромату в них була в 15 разів вище, ніж в стандартній розчинній каві. Як точка відліку для порівняння приготовляли висушену виморожуванням каву відповідно до стандартної практики, але з концентрацією аромату в 15 разів більш високою, ніж звичайно. Як арабіногалактанові капсули, так і цю розчинну каву для порівняння, врівноважували при aw=0,32 зберіганням при 25°С в сушильних шафах, що містять насичений розчин солі (MgCl2). Активність води вимірювалася з використанням гігрометра відносної вологості (Hygrolyt, фірма Rotronic AG, Швейцарія). Після урівноваження випробування на зберігання проводилися протягом понад трьох місяців при двох температурах: -25°С і +37°С як стосовно арабіногалактанових капсул, так і стосовно розчинної кави, що використовується для порівняння. Через регулярні проміжки часу визначалася при цих двох температурах зберігання концентрація декількох ароматичних сполук в капсулах і їх концентрація в порівнюваній каві. Стабільність ароматичних сполук виражається, як відносне утримування, яке розраховується у вигляді відношення концентрації ароматичної сполуки в пробі, що зберігалася при 37°С, до концентрації цієї ароматичної сполуки в тій же пробі, але що зберігалася при -25°С. Відносне утримування виявилося вище для арабіногалактанових капсул, але поліпшення стабільності як в арабіногалактанових капсулах, так і в розчинній каві, взятій для порівняння, змінюється від сполуки до сполуки. Це показане на нижченаведених графіках, де для ацетальдегіду і піролу основне поліпшення спостерігається для арабіногалактанових капсул, якщо їх зіставити з розчинною кавою, взятою для порівняння. Відносне утримування ацетальдегіду в арабіногалактанових капсулах і в розчинній каві, взятій 87849 20 для порівняння, в залежності від часу зберігання при 37°С і aw=0,32. Відносне утримування піролу в арабіногалактанових капсулах і в розчинній каві, взятій для порівняння, в залежності від часу зберігання при 37°С і aw=0,32. Приклад 8: Кавові суміші, що містять кавовий аромат-арабіногалактанові капсули Арабіногалактанові капсули отримували згідно з Прикладом 6 з концентрацією в них кавового аромату, що перевищує в 15 разів концентрацію його в стандартній розчинній каві. Арабіногалактанові капсули змішували з не ароматизованою розчинною кавою, приготованою сушінням виморожуванням, з співвідношенням маси 1 до 15, при цьому отримували кавову суміш зі стандартною загальною концентрацією аромату. Отримана таким чином кавова суміш мала привабливий зовнішній вигляд. Крім того, схильність до розділення арабіногалактанових капсул і розчинної кави в кавовій суміші була прийнятною. Приклад 9: Поліпшені сенсорні характеристики Арабіногалактанові капсули отримували згідно з Прикладом 6 з концентрацією кавового аромату, яка була в 15 разів вище за концентрацію кавового аромату в стандартній розчинній каві. Для порівняння готували висушену виморожуванням каву у відповідності зі стандартною практикою, але з концентрацією аромату, яка була в 15 разів вище звичайної. Отримання посилених проб було таким же відносно кількості доданого аромату, загального вмісту твердих речовин перед сушінням виморожуванням, обладнання для сушіння виморожуванням і умов. Сенсорні профілі проб виконувалися безпосередньо після отримання проб (То). Проби для дегустування готувалися таким чином: Температура води 70°С. Тип води: 2/3 мінеральної води і 1/3 деіонізованої води. Кавові порошки розводились відповідно до концентрацій, згаданих в нижченаведеній таблиці. Загальна кількість посилюючої речовини в готовому продукті склала близько 6-7%. 21 87849 22 Таблиця 7 Код проби Вихідний матеріал 1 Кава А (стандартна кавова матриця-для порівняння) Кава А, посилена кавовим ароматом (15´ стехіометрія; для порівняння) Арабіногалактан із зеленої кави, посилений кавовим ароматом (15´ стехіометрія) 2* 3* Концентрації, що використовуються для дегустування (%) 1,5 0,1 0,1 *Потрібно звернути увагу, що продукти 2 і 3 були завершені з кавою А і без повторного введення аромату, щоб вони мали ту ж саму кінцеву кавову концентрацію 1,5%. Кавові напої оцінювалися групою з 11 кваліфікованих дегустаторів з використанням 20 ознак аромату/смаку. Дегустаторів просили оцінити кож ну ознаку по шкалі від 0 (не Інтенсивний) до 10 (дуже інтенсивний). Обидва продукти, як виявилося, мають високі кавові властивості по аромату і смаку і будь-які відмінності були незначні. Отже розчинну каву тому можна збагатити арабіногалактановими капсулами без значної зміни вихідних сенсорних характеристик розчинної кави. Випробування на зберігання проводилося для оцінки відносної стабільності аромату в арабіногалактанових капсулах і в посиленій розчинній каві. Як арабіногалактанові капсули, так і розчинна кава для порівняння урівноважувалися при aw=0,32 зберіганням при 25°С в сушильних шафах, що містять насичений сольовий розчин (MgCl2). Після приведення в рівновагу проби зберігалися при двох температурах: -25°С і +37°С, протягом тримі сячного періоду. Базовий кавовий порошок без введеного в нього аромату зберігався при -25°С і +37°С, але при низькому вмісті вологи (aw=0,17) для запобігання деградації нелетких сполук і розвитку кислотності. Трикутні випробування проводилися між пробами кожного продукту, що витримувалися при 25°С і +37°С, після зберігання протягом 1 місяця (Т1) і після повного зберігання протягом тримісячного періоду (Тз). Для дегустації напої відтворювалися з використанням 1,4г порошку не ароматизованої розчинної кави і 0,1г посиленого порошку (арабіногалактанові капсули і посилений порошок розчинної кави) на 100мл чашку (Таблиця 9). 23 Порівняння при -25°С і +37°С Проба Зразок для порівняння Арабіногалактанові капсули 87849 Зберігання протягом 1міс.(Т1) Правильне Має значення 13/20 0,04* Немає значен9/20 ня 24 Таблиця 9 Тримісячне зберігання (Тз) Правильне Має значення 12/20 0,013* Немає значен6/20 ня *Вказує, що продукти істотно відрізняються (Р