專利名稱：充氣食品及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及充氣食品及其制備方法。更具體地，本發(fā)明涉及穩(wěn)定泡 沫形式的可食用食品，及其制備方法。
背景技術(shù)：
泡沫形式的充氣食品是公知的。它們包含氣泡，通常是空氣、氮氣、 二氧化碳或一氧化二氮，從而氣泡分散在產(chǎn)品中，并通過乳化劑或表面 活性劑和/或穩(wěn)定劑使其穩(wěn)定。
充氣食品通常分為四類熱的、環(huán)境條件的、冷藏的(chilled)或冷 凍的(frozen)。術(shù)語"食品，，通常包括飲料，因此諸如卡普契諾咖啡的熱食 品也包括在內(nèi)。環(huán)境條件充氣食品包括攪打奶油、果汁軟糖和面包房食 品如面包。冷藏充氣食品包括攪打奶油、慕司(mousses)和諸如啤酒、奶 昔和沙冰的飲料。冷凍充氣食品包括諸如冰淇淋、乳水、冷凍酸乳、冰 凍果子露、糖漿飲料、冷凍蛋奶糕、水糕、果汁水糕、格蘭尼它水糕和 冷凍濃湯的冷凍甜點。
通常，充氣食品在超過幾天的時間后是不穩(wěn)定的，因為氣泡傾向于 長大，而泡沫會崩潰，除非該食品的連續(xù)相是凝膠體(如慕司)。
有多種降低充氣食品質(zhì)量的機制歧化(disproportionation)和聚集導(dǎo) 致氣泡長大，改變產(chǎn)品性質(zhì)，例如其質(zhì)地和物理外觀。由于氣泡的浮力， 乳油化(creaming)導(dǎo)致在容器內(nèi)形成垂直的相分離，致使接近上表面的 氣泡數(shù)量增加而底部的氣泡被耗空。也有充氣食品是需要乳油化的，例 如啤酒表面的泡沫。然而，對于需要泡沫壽命超過幾分鐘或幾小時的充 氣食品，乳油化導(dǎo)致不希望的外觀。由于泡沫中氣泡的更緊密堆積以及 可由此導(dǎo)致的泡沫崩潰，其還可導(dǎo)致后續(xù)的空氣損失。
有幾種類型的添加劑包含在充氣食品中，來幫助構(gòu)造和保持泡沫。 這些添加劑包括表面活性試劑(表面活性劑)和穩(wěn)定劑或增稠劑。表面活 性劑包括乳化劑和蛋白質(zhì)，其幫助泡沫形成并抑制聚集及延遲歧化。諸 如樹膠的穩(wěn)定劑或增稠劑能減少或阻止乳油化。增稠劑的例子有角叉菜 膠、瓜爾豆膠、刺槐豆膠、果膠、藻酸鹽、黃原膠、膠凝糖、明膠以及它們的混合物。 表面活性劑
表面活性試劑或表面活性劑是能降低溶解它的介質(zhì)的表面張力，和 /或與其他相的界面張力的物質(zhì)。因此，其積極地被吸附在液/氣和/或其
他界面處。
表面活性劑在工業(yè)上有廣泛應(yīng)用，例如在食品、清潔組合物和個人 保養(yǎng)產(chǎn)品中。在食品中，它們用于實現(xiàn)油和水相的乳化，例如在黃油涂 抹食品或蛋黃醬中，或者實現(xiàn)進入產(chǎn)品的氣體的泡沫形成和穩(wěn)定化，上 述產(chǎn)品如冰淇淋、攪打奶油、慕司、混合飲料、面包等等。在洗衣清潔 應(yīng)用中，它們用于溶解污垢并將其保留在溶液中，從而可有效地將其從 織物中去除。
在食品中，通常采用表面活性材料來制備乳液?？墒秤玫娜橐罕挥?作多種類型的食品的基料。例如，蛋黃醬組合物包括可食用的水包油型
乳液，其通常含有80-85%重量的油和蛋黃、鹽、醋和水。在這類食品
借助充當(dāng)i:活性劑的蛋黃蛋白而穩(wěn)定不產(chǎn)生聚集:''
食品應(yīng)用中最常用的表面活性劑包括主要基于脂肪酸衍生物的低 分子量乳化劑。例子包括卵磷脂、單酸甘油酯(飽和和不飽和的)、聚 山梨酸酯(Tweens)、山梨聚糖酯(Spans)、聚甘油酯、單硬脂酸丙二醇酯、 硬脂酰乳酰乳酸鈉和4丐、蔗糖酯、單酸甘油酯的有機酸(乳酸、乙酸、酒 石酸、琥珀酸)和酯。為了這一目的也可使用蛋白質(zhì)和其他表面活性生物 聚合物。食品蛋白質(zhì)的例子包括乳蛋白(酪蛋白和乳清蛋白)、大豆蛋白、 卵蛋白、羽扇豆蛋白、豌豆蛋白、小麥蛋白。其他表面活性生物聚合物 包括阿拉伯樹膠、甜菜膠、改性的表面活性膠質(zhì)(pectin)、羥丙基纖維素 和OSA改性淀粉。
用于穩(wěn)定充氣食品的典型表面活性劑如蛋白質(zhì)和乳化劑或脂肪可 提供非常令人滿意的短時泡沫穩(wěn)定性(幾小時到幾天的時間)，但是在提 供長期泡沫穩(wěn)定性(即幾周或幾個月的時間)方面并不很好。后者主要受 限于歧化過程，在該過程中氣體擴散形成由小至大的氣泡，這導(dǎo)致泡沫 長大最終氣體完全損失。通過使連續(xù)相凝膠化可以部分避免這一問題， 但是在許多情況下這會導(dǎo)致不希望的質(zhì)地變化。膠體粒子作為表面活性劑
近來，對研究固體粒子作為分散體系中的乳化劑的關(guān)注重新復(fù)蘇。
盡管這種穩(wěn)定化的原理在100多年前就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)了(Ramsden， W. Proc. R. Soc. London 1903, 72, 156),但是大部分這種研究活動是受到了 Binks 及其合作者的研究(Binks, B. P. Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 2002, 7, 21)的刺激。
雖然已經(jīng)記載了使用粒子來穩(wěn)定o/w, w/o和雙重乳液(duplex emulsions),但是對于粒子穩(wěn)定的泡沫的研究則開展得少得多。
成形的各向異性粒子作為表面活性劑，
目前對表面活性膠體粒子的研究主要集中在縱橫比非常低(球形)的 粒子上。僅在最近，Alargova等已經(jīng)證明(Langmuir, 2006, 22, 765-774) 高縱橫比的粒子如環(huán)氧樹脂聚合桿狀體(rods)可用于給乳液和泡沫提供 界面穩(wěn)定性。它們表明只要具有正確的接觸角和高縱橫比，粒子可以具 有優(yōu)良的發(fā)泡和泡沫穩(wěn)定能力。產(chǎn)生這些聚合桿狀體的方法記載在 WO-A-06/007393 (North Carolina State University)中，其公開了在外部剪 切存在下用液-液溶劑磨擦(attrition)來制備微桿狀體的方法。
上述方法的缺點是一旦制成，這些各向異性粒子具有固定的性質(zhì)， 而該性質(zhì)可能并不總是適合于特定的制劑和應(yīng)用。仍然需要更靈活的泡 沫穩(wěn)定化方法，特別是在可食用的食品組合物中。所述充氣食品應(yīng)當(dāng)在 室溫下保持穩(wěn)定至少幾小時，或者優(yōu)選幾天。優(yōu)選地，所述食品在較高 溫度下(高于20度)保持穩(wěn)定至少幾小時，并且可以在從工廠到消費者的 供應(yīng)鏈中得以保存而不發(fā)生重大問題。優(yōu)選地，所述充氣食品具有良好 的口感。更優(yōu)選地，所述充氣食品的穩(wěn)定化機制可由常規(guī)的且相對廉價 的材料制得。
更早的未在先公開的國際專利申請PCT/EP2006/011382 (Unilever) 公開了 一種包括改性纖維的表面活性材料，該纖維經(jīng)過改性以賦予其表 面活性特性和介于60°到120。的接觸角，其中所述纖維的縱橫比大于 10-1000。所述纖維的改性可通過化學(xué)或物理方式來實現(xiàn)?；瘜W(xué)改性包括 使用公知技術(shù)，借助疏水基團如硬脂酸酯基團和環(huán)氧基團進行的酯化或 醚化。物理改性包括用疏水材料包被所述纖維，例如乙基纖維素或羥丙 基纖維素。表面活性材料可用于泡沫和乳液形成和穩(wěn)定化、涂層、膠嚢化和藥物輸送。
意外地，我們發(fā)現(xiàn)通過使用兩種類型的粒子(i)纖維和(ii)表面活性粒
子之間的粒子自組裝原理可以解決這 一 問題，這兩種粒子當(dāng)混合在 一 起
于粒子的內(nèi)在材料性質(zhì)而在這些粒子之間自然發(fā)生，或者可以通過對一 種或者全部兩種粒子進行改性來調(diào)諧，從而使它們彼此吸引并自組裝。 此外，已發(fā)現(xiàn)如果一種或全部兩種類型的粒子本身已經(jīng)賦予了良好 的發(fā)泡性和穩(wěn)定性，那么包括自組裝粒子聚集體的混合系統(tǒng)相比各單獨 的組分具有更優(yōu)良的發(fā)泡能力和穩(wěn)定性。
上述發(fā)現(xiàn)的優(yōu)點是現(xiàn)在能夠獨立地計量加入(dose)兩種類型的粒 子，使得能夠在使用時任意地改變自組裝表面活性材料的性質(zhì)。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過使用簡單的發(fā)泡方法，能夠得到本發(fā)明的非常穩(wěn) 定的泡沫形式的充氣產(chǎn)品，其包括氣體或空氣泡和纖維，該纖維與表面 活性粒子在空氣-水界面發(fā)生自組裝，這種自組裝是由所述表面活性粒子 與所述纖維之間的相互吸引作用引起的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供了穩(wěn)定泡沫形式的充氣產(chǎn)品，其包括 5-80體積％的氣泡、15-90 wt。/o的水和0.001-10 wt。/。的纖維，該纖維與表 面活性粒子在空氣-水界面發(fā)生組裝，這種組裝是由所述表面活性粒子與 所述纖維之間的相互吸引作用引起的。
根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供了制備所述充氣產(chǎn)品的方法。 第三方面，本發(fā)明涉及可通過本發(fā)明方法得到的充氣食品。 第四方面，本發(fā)明涉及制備穩(wěn)定的充氣食品的方法，包括向充氣食 品中加入額外成分的步驟。
具體實施例方式
第一方面，本發(fā)明涉及穩(wěn)定泡沫形式的充氣食品，其包括氣泡和纖 維，該纖維與表面活性粒子在空氣-水界面發(fā)生自組裝，這種組裝是由所 述表面活性粒子與所述纖維之間的相互吸引作用引起的。
本發(fā)明要求所述食品組合物中的氣泡含量為至少約5體積％,且低 于80體積％。適合的氣體是空氣，不過氮氣或包含空氣和或氮氣的氣體也是優(yōu)選的?？商娲蛘吲c空氣和/或氮氣結(jié)合使用的其他氣體是例如二 氧化碳、 一氧化二氮和氧氣。然而，優(yōu)選所述食品組合物中的氣體是空 氣、氮氣或其組合。
術(shù)語"充氣"指氣體被有意地引入產(chǎn)品中，例如通過機械方式。充氣
的程度通常由術(shù)語"膨脹度(overmn)"來表示。在本發(fā)明全文中，％膨脹 度以體積為基準，定義為((最終充氣產(chǎn)品的體積-混合物的體積)/混合
物的體積)x100。產(chǎn)品中存在的膨脹度值根據(jù)所需產(chǎn)品性質(zhì)而變化。例 如，水洪淋中的膨脹度水平通常為約70-100%,而在諸如慕司的甜食中， 膨脹度可高達200-250wtQ/。，然而在冰糕中的膨脹度為25-30%。某些冷 藏產(chǎn)品、環(huán)境條件產(chǎn)品和熱產(chǎn)品中的膨脹度水平可較低，但通常高于 10%，例如奶昔中的膨脹度水平通常為10-40wt%。
本發(fā)明要求存在纖維。術(shù)語"纖維"指任何不溶的粒子結(jié)構(gòu)，其長度 與直徑之間的比例為5到無限大。此處的"不溶"指不溶于水。此處的直 徑指截面的最長距離。長度和直徑均意圖指平均長度和直徑，可通過(電 子)顯微分析、原子力顯微鏡學(xué)或光散射來測定。
本發(fā)明所用的纖維長度優(yōu)選為0.1-100微米，更優(yōu)選為l-50微米。 因此，在優(yōu)選的方法中，本發(fā)明涉及纖維長度為至少0.1 pm且小于100 pm的食品組合物。所述纖維的直徑優(yōu)選為O.Ol-l(H斂米。
縱橫比(長度/直徑)優(yōu)選超過10,更優(yōu)選超過20,至多1000。因此， 在優(yōu)選的方面，本發(fā)明涉及纖維粒子的縱橫比為至少IO且低于1000的 食品組合物。
所述"纖維"物質(zhì)的材料可以是有機、無機、聚合和大分子材料。所 述纖維的拓樸結(jié)構(gòu)可以是線形的或分叉的(星形的)。在這種情況下，縱 橫比定義為最長分支的縱橫比。
充氣食品組合物中的纖維量優(yōu)選占所述充氣組合物總重的0.001到 10wt%，更優(yōu)選為0.01-5wt%,特別優(yōu)選0.1-lwt%。因此，在優(yōu)選的方 面，本發(fā)明涉及纖維含量為至少0.001wt%,且低于10wt。/。的充氣食品 組合物。
該纖維粒子必須具有食品級品質(zhì)。該纖維可以為有機或無機來源 的。特別地，可以使用由碳水化合物，如微晶纖維素制成的不溶纖維。 合適來源的一個實例是可獲自醋酸桿菌屬的微晶纖維素(MCC)。其它 實例是柑橘纖維、洋蔥纖維、由麥麩、由木質(zhì)素和硬脂酸纖維制成的纖維粒子。市售MCC通常涂有抗結(jié)塊劑。對于本發(fā)明，使用優(yōu)選純凈的
MCC纖維。如果需要，這可以由市售MCC通過除去抗結(jié)塊劑來制備。
無機纖維的實例為CaC03和硅鎂土，但也可以使用具有纖維狀形態(tài) 的其它可食用無機晶體。
優(yōu)選地，所述纖維是植物纖維。因此，在優(yōu)選的方面，本發(fā)明涉及 所述纖維為植物纖維的充氣食品組合物。在另一優(yōu)選方面，本發(fā)明涉及 所述纖維包括纖維素纖維或微晶纖維素纖維的充氣食品組合物。
可選擇地，所述纖維可由蠟狀材料制成。該蠟狀材料的適合來源的 例子是食品級蠟巴西棕櫚蠟、蟲膠蠟或者蜂蠟。在剪切下通過溶劑變換 誘導(dǎo)蠟溶液的沉淀，可將這種食品級蠟狀材料轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒘＠w維。例如， 將食品級蠟狀材料以高濃度溶解在乙醇中，并將少量這種溶液加入粘性 液體介質(zhì)中，并進行剪切(shearing)。這一過程導(dǎo)致蠟溶液在粘性介質(zhì)中 乳化，而剪切迫使乳液液滴伸長。隨后，由于乙醇轉(zhuǎn)移到連續(xù)的液體介 質(zhì)中所述蠟固化為桿狀粒子，其中乙醇可溶于所述液體介質(zhì)而所述蠟狀 材料在其中不溶或溶解度很差這一事實促進了上述過程的進行。所述纖 維形成后，可使用所述蠟的自然浮力對其進行提取和純化。為了促進這 一過程，應(yīng)當(dāng)降低連續(xù)液相的粘度。含有水可有效稀釋所迷溶液，從而 所述桿狀體加快上升，并且在桿狀體和溶液主體之間觀察到明顯的分 離。隨后，可收集液相并用水置換多次，以去除所有非水的溶劑。由于 蠟狀材料在空氣-水界面處的接觸角介于60°到120°這一事實，微粒纖維 傾向于吸附在空氣/水表面。
使用Paunov描述的凝膠-捕集(gel-trapping)技術(shù)(Langmuir, 2003, 19, 7970-7976),或者作為替代使用市售接觸角檢測裝置如Dataphysics OCA20來測定所述接觸角。
影響蠟狀纖維形成的參數(shù)是a.o.連續(xù)液相的粘度和組成、剪切速率、 初始液滴尺寸、進入乙醇溶液的蠟濃度，以及總?cè)芤后w積。其中，具有 顯著影響的參數(shù)是攪拌介質(zhì)的變化和蠟在乙醇中濃度的變化。標準溶劑 比的變化導(dǎo)致更大或更小的剪切，而剪切對所產(chǎn)生的桿狀體尺寸有有限 的影響。更大的影響是由所用溶劑的類型引起的。在粘性攪拌介質(zhì)中包 含少量乙醇會導(dǎo)致更短但是輪廓更分明的、剝落(flaking)低得多的微桿 體。認為在攪拌介質(zhì)中包含乙醇可能減緩了蠟狀材料的沉淀速率，導(dǎo)致 更小的微乳液液滴，從而得到更短的微桿體。對于影響蠟狀材料形成的各種參數(shù)的影響程度，可參見WO-A- 06/007393 (North Carolina State University)。
本發(fā)明還要求存在表面活性粒子。表述"表面活性，，指相比水相的主 體，所述粒子優(yōu)先存在于空氣-水界面。通過(電子)顯微分析可以確定粒 子在界面處是否存在。
由于其潤濕性質(zhì)，表面活性粒子會在界面處積聚，這通過粒子/相 l(粒子在其中分散的連續(xù)相)和與相1構(gòu)成界面的第二相2之間的三相接
觸角0來確定。在這種情況下，由解吸能(Edes)表示的表面活性是粒子尺
寸r、相l(xiāng)和2之間的表面張力y以及粒子接觸角e的函數(shù)，對于球形
粒子的情況，其為
△Edes =兀r (1土 cos0)2 從該公式可知，最大解吸能在90。接觸角時得到。簡單估算顯示， 甚至對非常小的納米尺寸粒子，以及對常規(guī)的表面/界面張力值，這種能 量的最大值可超過1000kT,其中k是Boltzmann常數(shù)且T為以絕對溫度 計量的系統(tǒng)的環(huán)境熱力學(xué)溫度。因此，粒子穩(wěn)定化的優(yōu)點是一旦粒子吸 附到界面后，幾乎不可能替換吸附的粒子。這賦予了粒子穩(wěn)定的乳液和 泡沫良好的穩(wěn)定性，特別是相對于諸如歧化的熟化機制(ripening mechanisms)。
優(yōu)選地，表面活性粒子的體積加權(quán)平均直徑為0.01-10pm,優(yōu)選0.1-1 ILim。因此，在優(yōu)選的方面，本發(fā)明涉及表面活性粒子的體積加權(quán)平均直 徑為至少0.01 pm且小于10pm的充氣食品組合物。在另一優(yōu)選的方面， 本發(fā)明涉及食品組合物，其中表面活性粒子的體積加權(quán)平均直徑小于所 述纖維長度的二分之一。更優(yōu)選地，所述平均直徑小于所述長度的四分 之一。
所述充氣食品組合物中的表面活性粒子的量優(yōu)選占所述充氣組合 物總重的0.001-10 wt%,更優(yōu)選0.01-5 wt%,特別優(yōu)選0.1-1 wt%。因此， 在優(yōu)選的方面，本發(fā)明涉及一種表面活性粒子的含量為至少0.001 wt% 且小于10wt。/。的食品組合物。
所述表面活性粒子的接觸角介于60°到120。，優(yōu)選介于70°到110。， 更優(yōu)選介于80。到100。。
本發(fā)明所用的表面活性粒子是食品級的。優(yōu)選地，所述表面活性粒 子是有機粒子，優(yōu)選由選自改性纖維素、改性淀粉和不溶性蛋白質(zhì)的材料構(gòu)成。例如，可使用改性淀粉粒子，如Dry Flo PC ,來自National Starch, Bridgewater, NJ, USA。作為蛋白質(zhì)，可使用諸如大豆、豌豆和/ 或乳制品蛋白的球狀蛋白質(zhì)。在Food Science, Nutrition and Health第五 版，Brian Fox and Allan Cameron, (1989),出版商Edward Arnold中給出
了球狀蛋白質(zhì)的信息?？赏ㄟ^例如熱處理和/或酸處理使所述蛋白質(zhì)不 溶，以獲得離散的蛋白質(zhì)粒子。所述蛋白質(zhì)優(yōu)選在20。C具有低于約20 的蛋白質(zhì)分散度指數(shù)(PDI)，更優(yōu)選低于約10%。通常，其優(yōu)選具有盡可 能低的PDI?？筛鶕?jù)AOCS Ba 10-65 (99)方法在20°C測定PDI。
在優(yōu)選的實施方案中，所述表面活性粒子由曱基或乙基纖維素制 成。如果使用曱基纖維素，應(yīng)當(dāng)確保其可以粒子形式存在，即其不溶解， 例如選擇具有高取代程度的甲基纖維素。
可選擇地，所述表面活性粒子可以是無機的。例如，可使用二氧化 硅或食品級粘土，如斑脫土。如果需要如此，那么可以通過本身公知的 化學(xué)或物理技術(shù)，例如通過連接小基團如諸如乙基或甲基的烷基，對粒 子的表面活性進行改性。
本發(fā)明充氣食品中的表面活性粒子與所述纖維在空氣-水界面進行
起的。 ^ — s ' p
粒子自組裝
對于膠體粒子分散體的性質(zhì)和特性，兩種粒子之間的相互作用力起 重要作用。膠體粒子是穩(wěn)定的還是不穩(wěn)定的取決于這些力之間的相互作 用。在穩(wěn)定和不穩(wěn)定分散體領(lǐng)域之間是自組裝的領(lǐng)域，其中自組裝定義 為粒子自發(fā)地自我結(jié)合成新結(jié)構(gòu)的能力，其主要是由粒子間作用力引起 的，并且需要在吸引力與排斥力之間存在精細的平衡。顯然，如果這些 力總是排斥的，那么分散體將非常穩(wěn)定，并且粒子不會自組裝。如果這 些力總是吸引的，那么分散體將不穩(wěn)定，并且它們會絮凝和沉淀。所述 作用力的總強度適用同一原則如果相互作用太弱(遠低于kT),那么熱 波動會破壞自組裝的結(jié)構(gòu)。如果相互作用太強(遠高于kT),那么自組裝 結(jié)構(gòu)不可逆地形成，并且越長越大。這導(dǎo)致分散體的不穩(wěn)定、絮凝和沉 淀。粒子自組裝也可能是可逆的或不可逆的，平衡的或非平衡的，即自 組裝結(jié)構(gòu)動態(tài)地陷入亞穩(wěn)態(tài)。在自組裝過程中，所述組分必須能夠彼此相對移動。它們的穩(wěn)態(tài)位 置平衡了相互之間的吸引和排斥相互作用力。部分眾所周知的作用力
是
.靜電相互作用膠體粒子通常帶有電荷，因此彼此相互吸引或排 斥。連續(xù)相和分散相的電荷，以及這些相的移動性都是影響這種相互作 用的因素。
范德華力這源于兩個偶極子之間的相互作用，該偶極子可以是 永久性的或誘導(dǎo)的。甚至，如果所述粒子不具有永久性的偶極子，電子 密度的波動會在粒子中產(chǎn)生短時偶極子。這種短時偶極子誘導(dǎo)鄰近粒子 中的偶極子。隨后，所述短時偶極子和誘導(dǎo)偶極子相互吸引。這稱為范 德華力，并且始終存在、是短程的且總是吸引的。
靜電和范德華力組合通常稱為DLVO力，而剩余的力統(tǒng)稱為非 DLVO力。部分最公知的非DLVO力是
排除的空間排斥(Excluded Volume Repulsion):阻止硬粒子之間的 任何重疊的力。
聚合物覆蓋表面之間或含有非吸附性聚合物的溶液中的空間作用 力(Steric forces)會調(diào)節(jié)粒子間的作用力，在它們之間產(chǎn)生額外的排斥性 空間穩(wěn)定作用力或者吸引性損耗力(depletion force)。
源于氫鍵的短程力包含連有H-原子的電負性原子(O、 N、 F、 Cl)的分子會形成異常強的、跨越短程(0.1-0.17nm)的定向鍵X-H' 'Y, 其中X表示母體分子，且Y表示連接的分子。這種類型的鍵解釋了水/ 水、蛋白質(zhì)折疊和DNA-雙螺旋形成的結(jié)構(gòu)特性。由于它們非常短程， 因此由氫鍵導(dǎo)致的相互作用有時也稱為粘性相互作用(sticky interactions)。
源于疏水相互作用的力如果試圖將疏水粒子或分子分散到水中， 那么所述粒子粘結(jié)在一起并使得與水接觸的面積最小化的能量效率更 高。這種吸引是由強烈的、氫介導(dǎo)的水-水相互作用造成的，這種相互作 用排斥干擾水結(jié)構(gòu)形成的分子。這種相互作用的范圍在幾納米的范圍內(nèi)。
取決于這些力之間的相互作用，膠體分散體可以是穩(wěn)定的、亞穩(wěn)定 的或不穩(wěn)定的。為了使粒子分散體進入亞穩(wěn)定狀態(tài)，允許自組裝，可采 用多種方法 減少阻止粒子聚集的靜電阻礙。這可以通過向懸浮液中加入鹽或 者改變懸浮液的pH值，以有效中和或"屏蔽"懸浮液中粒子的表面電荷 來實現(xiàn)。這減少了保持膠體粒子分離的排斥力，并使得能夠由于范德華 力作用而凝聚。
加入帶電的聚合物絮凝劑。聚合物絮凝劑可通過吸引性靜電相互 作用橋連獨立的膠體粒子。例如，通過加入帶正電的聚合物可以絮凝帶 負電的膠體二氧化硅粒子。
加入稱為消耗劑(depletant)的非吸附聚合物，其由熵效應(yīng)引起聚集。
在較大組分(中或宏觀物體)的自組裝中，通?？蛇x擇或調(diào)整所述相 互作用，并且可以包括(除了上述相互作用之夕卜)萬有引力、外部電磁場、 毛細管和熵相互作用，這些作用在單分子的情況下并不重要(Whitesides and Grzybowski, Science, 295, 2002)。諸如剪切和拉伸的變形力也可用于 促進自組裝。
如上所述，選擇所述纖維和表面活性粒子的性質(zhì)，使得所述相互
^成H-鍵)f'或者通過仔細調(diào)整作用在所述粒子和纖維之間的力使得^
(P物理)化學(xué)、物理、膠體科學(xué)/材料^學(xué)和納米技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可 以毫無困難地實現(xiàn)這一點。
例如，當(dāng)所述纖維一皮處理成輕^t疏水時，由于存在短程疏水相互作 用，它們可自然地與疏水粒子形成自組裝。在這種情況下，重要的是強 的和長程的靜電或空間排斥力被降低，否則纖維和粒子不能緊密接近并 自組裝。
根據(jù)纖維的性質(zhì)，自組裝可以兩種不同水平進行在非表面活性纖 維的情況下，在表面活性(疏水)粒子和親水纖維之間可形成低水平的自 組裝，在主體中得到具有兩親性的聚集體，并且在氣體俘獲(充氣)位點 形成的氣/液界面處得到另一高水平的自組裝。在界面處富集的同時，表 面活性粒子或者它們之間的復(fù)合物和纖維首先吸附。這進而由于與剩余 纖維之間的相互吸引作用，導(dǎo)致連續(xù)的界面結(jié)合和自組裝。取決于其尺 寸，單個纖維可橋接多個粒子，從而所述纖維可共同充當(dāng)整個界面的框 架(scaffold)。如果纖維和粒子均為表面活性的并且仍可自組裝，可以預(yù)見兩者均吸附在界面處并且主要在那里自主裝，形成吸附纖維和表面活
顯然，在這種情況下，所述結(jié)構(gòu)高度依賴于兩種組分中每一者的相對尺 寸和濃度。
借助顯微技術(shù)，優(yōu)選借助掃描電子顯微鏡(SEM),在主體中或在氣/ 液界面處觀察所得自組裝結(jié)構(gòu)，可以觀察到所述纖維和粒子之間的自組 裝。借助光學(xué)顯微鏡也可檢測自組裝的存在，其中觀察到空氣/水界面處 的具有褶皺表面的氣泡。
本發(fā)明食品組合物所含的纖維和表面活性粒子量的重量例優(yōu)選為 1:10到10:1,更優(yōu)選1:5到5:1，特別優(yōu)選1:3到3:1。
本發(fā)明的第二方面是制備穩(wěn)定泡沫形式的充氣產(chǎn)品的方法，包括如 下步驟
(a) 制備包含表面活性粒子的含水分散體，
(b) 向所述分散體中加入干燥粉末或含水分散體形式的纖
維，
(c) 將空氣引入所得混合物中并勻化，
纖維與所述表面活性粒子在空氣-一水界面^處原位組裝形成;|定的泡沫。" 第三方面，本發(fā)明涉及可通過本發(fā)明方法獲得的充氣食品。 第四方面，本發(fā)明涉及制備穩(wěn)定的充氣食品的方法，包括向充氣食 品中加入額外成分的步驟，以獲得選自諸如水果沙冰、咖啡奶精(coffee creamers)、可飲用餐、蛋黃醬、色拉調(diào)料、慕司、醬汁、湯和飲料的充 氣產(chǎn)品的食品。所述充氣食品在很長時間內(nèi)(幾周甚至幾個月)都是穩(wěn)定 的，其中所述穩(wěn)定是通過界面穩(wěn)定化實現(xiàn)的，而這種界面穩(wěn)定化源于氣 泡的氣/液界面處的自組裝的纖維和表面活性粒子。
.明進行進一步的說明。


圖1是實施例1的MCC-EC復(fù)合物生產(chǎn)的泡沫的光學(xué)顯微鏡圖像
圖2顯示了前30分鐘的泡沫穩(wěn)定性的曲線圖
圖3顯示了 20天時間內(nèi)的泡沫穩(wěn)定性的曲線圖
圖4顯示了通過MCC-EC復(fù)合物穩(wěn)定的空氣泡的透射電子顯微鏡圖像。比例尺(scalebar)為2微米。
圖5顯示了由MCC-EC復(fù)合物生產(chǎn)的干燥泡沫的場致發(fā)射掃描電子
顯微鏡圖像。
圖6是由MCC-EC復(fù)合物生產(chǎn)的干燥泡沫外表面的場致發(fā)射掃描電 子顯微鏡圖像，顯示了所述纖維和表面活性粒子。
圖7顯示了功能性CaC03桿狀體(左)和改性云母(右)的SEM圖像 圖8顯示了通過CaC〇3桿狀體和改性云母穩(wěn)定的空氣泡的光學(xué)顯微
鏡圖像。
圖9顯示了含有l(wèi)wt% EC和lwt% MCC的攪打(whipped) MCC-EC-泡沫中的空氣泡的顯微圖像。所述氣泡表面看上去為褶皺狀的，指示了 空氣/水界面處由EC/MCC構(gòu)成的強彈性層，其提供了對歧化過程的抵 抗力。
圖10顯示了充氣水果沙水的顯微圖像。氣泡表面的褶皺表明所述 氣泡表面對收縮的抵抗力。
實施例1
由原位相互作用形成的MCC-EC復(fù)合物
如下制備純的微晶纖維素(MCC)纖維粒子在400ml燒杯中將15g 藥用脫脂棉(Shanghai Medical Instrument Co. Ltd, China)分散到150ml的 50 0/。(V/V)硫酸中。隨后，將所述燒瓶放入溫度為30。C的水浴中。在持 續(xù)磁力攪拌的情況下進行6.5小時水解。將所得混合物冷卻，并用850 ml 去離子水稀釋。24小時后，微晶纖維素(MCC)纖維會沉降到燒杯底部， 去除上清并用同樣體積的去離子水置換。該純化過程重復(fù)5次。隨后將 MCC懸浮液轉(zhuǎn)移至滲析管中，以通過在水中滲析完全去除所述酸和雜 質(zhì)。這種過程重復(fù)幾次，直到MCC懸浮液中的水的pH值為中性(pH 6)。 將所述MCC懸浮液進一步稀釋至4%(重量濃度)，并放入冷凍干燥器中。 48小時后得到干燥的MCC粉末，收率為約20%。
為了測量MCC纖維粒子的長度L,將MCC粉末的樣品精細地分散 在水中、離心，干燥分離的級分并用掃描電子顯微鏡分析。重組級分的 纖維長度L主要在1-5 pm范圍。MCC.纖維的直徑dl小于100nm,且該 纖維的縱橫比高于10。
按如下方式制備含有于水中的lwt。/。表面活性粒子(乙基纖維素)和lwt%MCC纖維粒子的分散體(步驟a):在500ml燒杯中將lg乙基纖 維素("EC"， 100 cps,乙氧基含量48%, Aldrich)粉末溶解在100ml 30°C 的丙酮中。在強烈攪拌下向該EC溶液中快速加入等體積的去離子水， 以使EC沉淀為粒子。用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器去除丙酮，并加入水使最終體積達 到lOOml。所述EC粒子的體積加權(quán)平均直徑為120nm。使用動態(tài)光散 射測得。
最后，將如上所述制得的lg干燥MCC粉末加入EC分散體中。將 所述MCC-EC分散體攪拌10分鐘，超聲10分鐘并繼續(xù)攪拌10分鐘。 將所得分散體轉(zhuǎn)移到25ml的圓筒中，并用手搖動30s以產(chǎn)生泡沫。泡 沫的膨脹度達到120%,該泡沫在環(huán)境或冷藏條件下穩(wěn)定至少3個月。 圖1顯示了由MCC-EC復(fù)合物產(chǎn)生的泡沫的光學(xué)顯微圖像，且圖2和3 說明了該泡沫的穩(wěn)定性。圖4顯示了通過MCC-EC復(fù)合物穩(wěn)定的空氣泡 的透射電子顯微圖像，且在圖5中場致發(fā)射掃描電子顯微圖像顯示了由 所述MCC-EC復(fù)合物制得的干燥泡沫。圖6顯示了由MCC-EC復(fù)合物 產(chǎn)生的干燥泡沫的外表面的場致發(fā)射掃描電子顯微圖像。箭頭指示了纖 維和表面活性粒子。
相信MCC和EC之間使它們能夠自組裝的吸引力源于氫鍵。在向 所述體系中加入MCC之前，通過向EC溶液中加入2M尿素(其公知能 干擾氫鍵的形成)可以顯示這一點。與不含尿素的相同體系相比，含有 2M尿素的體系具有較低的膨脹度和穩(wěn)定性。這證明表面活性粒子(EC) 與纖維(MCC)之間的相互作用的重要性，并支持了形成H-鍵是發(fā)生組裝 的原因的假說。
實施例2
將4.0g云母(SCI-351, 10 100|tim, Shanghai Zhuerna High-tech Powder Materials Co., Ltd. China)分散在含有0.2 g乙基纖維素(EC, lOcps, 乙氧基含量48%, Aldrich)的40ml丙酮溶液中。超聲5分鐘后，在強烈 攪拌下向分散體中快速加入160ml去離子水。5分鐘后，大部分EC粒 子從丙酮中沉淀出來，并沉積到云母表面。過濾并在80。C真空烘箱中 老化4小時后，云母成功地被乙基纖維素改性。
改性云母顯示出良好的發(fā)泡性和泡沫穩(wěn)定性。將0.5g改性云母分散 在含有0.75 wt。/。乙醇的10ml水中，隨后將分散體轉(zhuǎn)移到25ml圓筒中。用手強烈搖動后30秒后，膨脹度達到25%。 一周后，泡沫仍然保持穩(wěn)定。
功能性CaC〇3桿狀體可用于改善改性云母的發(fā)泡能力和泡沫穩(wěn)定 性。通過油酰氯對CaC03桿狀體(Qinghai Haixing Science & Technology Co., Ltd. China)進行改性，以將其潤濕性由高度親水轉(zhuǎn)變?yōu)橹械仁杷?將CaC03桿狀體在160。C的烘箱中干燥4小時以去除吸附的水。還通過 4A分子篩干燥劑對丙酮進行干燥。用90ml干燥丙酮稀釋10ml的油酰 氯(85%, Aldrich),以得到100/。(V/V)的油酰氯溶液。將5.0gCaCO3桿狀 體分散到100ml處理過的丙酮中。超聲IO分鐘后，攪拌下向分散體中 滴入3.0ml油酰氯溶液。1小時后，過濾所述分散體并用乙醇清洗三次(將 濾餅再分散到30 ml乙S享中，攪拌5分鐘)。清洗后，將濾餅分散入30ml 乙醇中，隨后在強烈攪拌下向分散體中加入120ml水。半小時后，過濾 分散體并用水清洗三次(將濾餅再分散到60 ml水中，攪拌10分鐘)。清 洗和過濾后，稱重濾餅并加入一定量的水以得到50 wt。/。的CaC03漿液。
當(dāng)將0.5g改性云母和l.Og功能性CaC03漿液與含0.75wto/o乙醇的 10ml水混合時，用手強烈搖動30秒后膨脹度可達到100%。相比改性云 母，所述泡沫也顯示出好得多的泡沫穩(wěn)定性，并且在環(huán)境或冷藏條件下 可穩(wěn)定至少2個月。圖7顯示了功能性CaC03桿狀體(左)和改性云母(右) 的SEM圖像，且圖8顯示了通過CaC03桿狀體和改性云母穩(wěn)定的空氣 泡的光學(xué)顯微圖像。
實施例3
以與實施例i中所迷相同的方法，制備含1%EC的200ml分散體。 將2g根據(jù)實施例1所述方法制備的MCC作為干物質(zhì)加入，使得MCC 濃度為1%。隨后，通過使用Kenwood廚用混合器以最大功率運行2分 鐘來對該分散體進行充氣。這導(dǎo)致總泡沫體積為約2000ml。通過排出液 體，以與通過搖動獲得的泡沫類似的方式(參見實施例l)對所得泡沫進 行濃縮。l天后，得到的最終空氣含量為約99%。在環(huán)境或冷藏條件下， 這種濃縮泡沫對歧化可保持穩(wěn)定至少6個月。圖9顯示了含1 wt% EC 和1 wt%MCC的攪打MCC-EC-泡沫中的空氣泡的顯微圖像。氣泡表面 看上去為褶皺狀的，指示了空氣/水界面處由EC/MCC構(gòu)成的強彈性層， 其提供了對歧化的抵抗力。實施例4
通過將10ml由MCC-EC分散體(參見實施例3)產(chǎn)生的泡沫輕輕混合 入10ml液體中制得充氣的水杲沙水。所述液體由一半的Knorr Vie (草 莓+胡蘿卜+蘋果)和另一半的0.5wt。/o黃原膠溶液(加入它是為了防止液 體從泡沫中排出)構(gòu)成。所述混合得到最終氣體含量為約50體積％(即 膨脹度為約100%)的原型，且最終黃原膠濃度為0.25 wt%。在環(huán)境或冷 藏條件下，該充氣沙冰對歧化保持穩(wěn)定至少3周。圖IO顯示了充氣水 果沙水的顯微圖像。氣泡表面上的褶皺表明氣泡表面對收縮的抵抗力。
實施例5
通過將10ml由MCC-EC分散體(參見實施例3)產(chǎn)生的泡沫輕輕混合 入10ml液體中制得充氣的咖啡奶精。所述液體由一半的Becel⑧咖啡奶 精(Unilever, Netherlands)和另 一半的0.5wt。/o的黃原膠水溶液(加入它是 為了防止液體從泡沫中排出)構(gòu)成。所述Becel⑧咖啡奶精含有78 wt% 的水、4wt。/。的植物油、7wtQ/o的奶蛋白和11wt。/o的乳糖(milk sugar)。所 述混合得到最終氣體含量為約50體積％的原型，且最終黃原膠濃度為 0.25 wt%。在環(huán)境條件和冷藏條件下，該充氣咖啡奶精對歧化保持穩(wěn)定 至少3周。所述原型產(chǎn)物含有約89wt。/。的水、2wt。/。的脂肪、3.5wt。/。的 蛋白質(zhì)和6wtM的碳水化合物。
實施例6
以與實施例5中所迷充氣咖啡奶精相同的方式制備充氣可飲用餐。 使用Slim. Fast⑧奶昔(木莓味，Unilever, UK)來替代Becel⑧咖啡奶精。 該Slim. Fast⑧奶昔含有85wt。/o的水、2.0wto/o的月旨肪、4.3wto/o的蛋白質(zhì)和 7.7wt。/。的碳水化合物。所得原型產(chǎn)物的氣體含量為約50體積％。在環(huán) 境條件和冷藏條件下，它在至少3周內(nèi)是穩(wěn)定的并且不會發(fā)生歧化。
實施例7
以與實施例5中所述充氣咖啡奶精相同的方式制備充氣蛋黃醬。使 用常規(guī)蛋黃醬替代Becel⑧咖啡奶精。在環(huán)境條件或冷藏條件下，充氣蛋 黃醬(膨脹度約100%)對歧化保持穩(wěn)定至少3周。實施例8
以與實施例5中所述充氣咖啡奶精相同的方式制備充氣色拉調(diào)料。
使用Calv^D色拉調(diào)料(Unilever,Netherlands)替代Becel⑧咖啡奶精。所述 色拉調(diào)料含有70wt。/。的水、21wt。/。的脂肪、lwt。/o的蛋白質(zhì)和7wt。/。的碳 水化合物。所得充氣色拉調(diào)料的氣體含量為約50體積％(即膨脹度約 100%)。在環(huán)境條件和冷藏條件下，它在至少3周內(nèi)是穩(wěn)定的并且不會 發(fā)生歧化。
權(quán)利要求
1.穩(wěn)定泡沫形式的充氣食品，包括5-80體積％的氣泡，15-90wt％的水和0.001-10wt％的纖維，該纖維與表面活性粒子在所述空氣-水界面發(fā)生組裝，這種組裝是由所述表面活性粒子與所述纖維之間的相互吸引作用引起的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的充氣食品，其中所述氣體是空氣。
3. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的充氣食品，其中所述纖維的長度為 O.l-lOO樣i米，優(yōu)選1-10樣￡米。
4. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的充氣食品，其中所述纖維是有機纖維。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所迷的充氣食品，其中所述纖維是纖維素纖維， 例如柑橘纖維。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的充氣食品，其中所述纖維是微晶纖維素。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的充氣食品，其中所述纖維是可獲自醋酸桿 菌屬的微晶纖維素。
8. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的充氣食品，其中所述表面活性粒子 的接觸角介于60。到120。，優(yōu)選介于70。到110。，更優(yōu)選介于80°到100。。
9. 根據(jù)任一前迷權(quán)利要求所述的充氣食品，其中所述表面活性粒子 的體積加權(quán)平均直徑為0.01-10 jim，優(yōu)選0.1-1 pm。
10. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的充氣食品，其中所述表面活性粒 子是有機粒子。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的充氣食品，其中所述表面活性粒子由選 自改性纖維素、改性淀粉、蛋白質(zhì)以及它們的混合物的材料制成。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的充氣食品，其中所述表面活性粒子由甲 基或乙基纖維素構(gòu)成。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1-9所述的充氣食品，其中所述表面活性粒子是 無才幾的。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的充氣食品，其中所述表面活性粒子是無 機的，并且被改性以得到介于60。到120。的接觸角，優(yōu)選介于70。到110。， 更優(yōu)選介于80。到100。。
15. 制備穩(wěn)定泡沫形式的充氣食品的方法，包括如下步驟(a)制備包含表面活性粒子的含水分散體，(b) 向所述分散體中加入干燥粉末或含水分散體形式的纖維，(C)將氣體引入所得混合物中并勻化，從而由于所述表面活性粒子 與所述纖維之間的相互吸引作用，所述纖維與所述表面活性粒子在該氣 -水界面處原位組裝形成穩(wěn)定的泡沫。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述氣體是空氣。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15-16中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述纖 維的長度為0.1-100微米，優(yōu)選1-10微米。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15-17中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述纖 維是有機纖維。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述纖維是纖維素纖維，例 如柑橘纖維。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述纖維是微晶纖維素。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述纖維是可獲自醋酸桿菌 屬的微晶纖維素。
22. 根據(jù)權(quán)利要求15-21中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述表 面活性粒子的接觸角介于60°到120°,優(yōu)選介于70。到110。，更優(yōu)選介 于80°到100。。
23. 根據(jù)權(quán)利要求15-22中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述表 面活性粒子的體積加權(quán)平均直徑為0.01-10優(yōu)選0.1-1 |Lim。
24. 根據(jù)前述權(quán)利要求15-23中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所 述表面活性粒子是有機粒子。
25. 根據(jù)前述權(quán)利要求15-24中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所 述表面活性粒子是有機的，并且被改性以得到介于60。到120。的接觸角， 優(yōu)選介于70°到110°,更優(yōu)選介于80°到100°。
26. 根據(jù)權(quán)利要求15-25中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述表 面活性粒子選自改性纖維素、改性淀粉、蛋白質(zhì)粒子以及它們的混合物。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述表面活性粒子由曱基或 乙基纖維素構(gòu)成。
28. 根據(jù)權(quán)利要求13-23所述的方法，其中所述表面活性粒子是無機的。食品
29. 通過權(quán)利要求15-28中任一權(quán)利要求所述的方法可得到的充氣 ,包括10-80體積％的氣泡，15-90wt。/。的水和0.01-10wtQ/。的纖維，該纖維與表面活性粒子在所述空氣-水界面發(fā)生組裝，這種組裝是由所述
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所^的食品P,其中所述氣體是空氣。
31. 制備穩(wěn)定的食品的方法，包括向任一前述權(quán)利要求所述的充氣 食品中加入額外成分的步驟，以獲得選自諸如水果沙水、咖啡奶精、可 飲用餐、蛋黃醬、色拉調(diào)料、慕司、醬汁、湯和飲料的發(fā)泡產(chǎn)品的食，品
全文摘要
本發(fā)明提供了穩(wěn)定泡沫形式的充氣食品，包括5-80體積％的氣泡，15-90wt％的水和0.01-10wt％的纖維，該纖維與表面活性粒子在空氣-水界面發(fā)生組裝，這種組裝是由所述表面活性粒子與所述纖維之間的相互吸引作用引起的。本發(fā)明還提供了制備所述泡沫的方法。
文檔編號A23L1/00GK101528052SQ200780038495
公開日2009年9月9日 申請日期2007年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月17日
發(fā)明者J·曹, P·W·N·德格魯特, S·D·斯托亞諾夫, T·B·J·布利登斯坦, W·劉, W·周 申請人:荷蘭聯(lián)合利華有限公司