Процесс одновременной множественной ацервации

Процесс одновременной множественной ацервации

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к способам получения структурированных полимерных матриц с использованием одновременно двух или более механизмов ацервации.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ ИЗОБРЕТЕНИЮ

Ацервация представляет собой механизм или реакцию, которая «накапливает» растворимый полимер(ы) с получением нерастворимых матриц, структур или кластеров, которые имеют значительно больший размер по сравнению с отдельными молекулами полимеров в растворе. Механизмы ацервации включают среди прочего полимеризацию, перекрестное сшивание, комплексообразование, осаждение (такое как изоэлектрическое, ионное, растворителем и тому подобное), коагуляцию, денатурирование (такое как с использованием pH, нагревания, ферментативную, химическую и тому подобное) и коацервацию. Однако, при использовании традиционных способов ацервации, характеристики твердых полимерных матриц, образованных ими, ограничены конкретным используемым полимером(ами) и/или конкретным используемым механизмом(ами) ацервации.

Например, ферментативная обработка казеина молочного белка протеазой ренином приводит к образованию агрегатов с очень мягкой структурой, при этом обработка казеина солью кальция приводит к образованию плотного преципитата казеината кальция. Регулирование pH казеина до pH, близкого к изоэлектрической точке, в результате приводит к нерастворимому, пескоподобному преципитату, коммерчески известному, как кислотный казеин. Следовательно, конкретный механизм ацервации, используемый для обработки казеина, в каждом примере в результате приводит к образованию ацерватов (то есть агрегатов или преципитатов) с различными структурными и текстурными характеристиками.

Образование полутвердой полимерной матрицы (такой как сырный сгусток молока), как правило, проводят с использованием одного единственного механизма ацервации. Как правило, сырный сгусток получают из молочной жидкости способами, которые включают обработку жидкости коагулирующим или вызывающим свертывание агентом. Коагулирующий агент может представлять собой вызывающий свертывание фермент (например, сычуг) или пищевую кислоту, включая подходящие бактериальные культуры, для получения пищевой кислоты in situ. Полученный в результате коагулят или сгусток, как правило, добавляют в казеин для изменения его с использованием процесса свертывания. Как правило, общий механизм ацервации включен в ферментативный гидролиз k-казеина или изоэлетрическое осаждение. Хотя общепринятой практикой является снижение pH молока перед добавлением фермента для снижения требуемого количества фермента, ферментативный гидролиз представляет собой только использование механизма ацервации, поскольку конечный pH сгустка значительно выше, чем изоэлектрическая точка казеина. Кроме того, ферментативный гидролиз и регулирование pH не проводят одновременно.

Как правило, в предшествующем уровне техники используют другие единственные механизмы ацервации. В частности, при инкапсуляции, как правило, используют коацервацию двух полимеров. Способы, включающие вторые механизмы, как правило, используют для модифицирования или при попытках модифицирования структуры/ацервата, полученной по первому механизму. В таких случаях механизмы используют последовательно: Littoz и другие, Food Hydrocolloids, 22(7): 1203-1211 (2008) (pH регулирование с последующим перекрестным сшиванием); Yin et al., J. Macromolecules, 36(23): 8773-8779 (2003) (коацервация с последующим перекрестным сшиванием); Lin и другие, J. Pharmaceutical Research, 11(11): 1588-1592 (1994) и Lin и другие, J. Biomaterials, 18(7): 559-65 (1997) (получение наночастиц с использованием коацервации с последующим перекрестным сшиванием глутаровым альдегидом); и Bachtsi и другие, J. Applied Polymer Science, 60(1): 9-20 (1996) (добавление сульфата натрия с последующим химическим перекрестным сшиванием глутаровым альдегидом). Применение отдельных механизмов ацервации или последовательное применение механизмов ацервации приводит в результате к получению полимерных матриц с характеристиками, ограниченными отдельным полимером(ами), используемыми конкретными механизмами ацервации и/или последовательностью проведения конкретных механизмов ацервации.

Было изучено влияние различных физических условий (например, температура, сдвиговое усилие, pH и тому подобное) на конкретные механизмы ацервации, такие как коацервация, разделение фаз и перекрестное сшивание. Например, были изучены факторы, оказывающие влияние на перекрестное сшивание или термическую желатинизацию сывороточного белка с использованием нагревания растворов сывороточного белка при различных температурах, pH, и концентрациях соли. Dunkeley & Hayes, J. Dairy Science & Technology, 15:191 (1980) и Xiong, J. Agric. Food Chemistry, 40: 380-384 (1992). Однако физические условия, применяемые в этих исследованиях (например, pH, соль и температура) оказывают влияние на кинетику реакции перекрестного сшивания, но не достаточны для запуска одновременно второго механизма ацервации. Например, различные pH не достаточно высоки для того, чтобы вызвать существенную полимеризацию. Кроме того, регулирование pH применяют последовательно или проводят перед температурной обработкой.

Например, при производстве сыра рикотта (Ricotta) смесь молочной и подсырной сыворотки, как правило, подкисляют либо с использованием молочной ферментации, либо напрямую добавляя пищевую кислоту (например, уксус) до pH около 6,1 перед стадией тепловой коагуляции. Основной механизм ацервации, используемый при производстве сыра рикотта, представляет собой термическое перекрестное сшивание альбумина молока и подсырной сыворотки. Подкисление очень важно для получения требуемого вкуса и аромата, и в отличие от казеина альбумин в сыворотке не коагулирует даже при изоэлектрическом pH. В результате, как правило, сгусток рикотты малозернистый некогезивный по природе.

В патенте США № 5952007 Bakker и другие описывается образование коацерватов, включающих, по меньшей мере, два полимера, которые используют в качестве ингредиента, заменяющего жир. В Bakker и другие описывается комплексная коацервация, по меньшей мере, двух полимеров с использованием нагревания раствора полимеров с последующим регулированием pH смеси до показателя, близкого к изоэлектрической точке. Затем смесь охлаждают и выделяют коацерваты. Теоретически может быть вовлечен более чем один механизм ацервации, но он будет действовать последовательно, если вообще будет.

Было бы значительным преимуществом для данной области техники получить новые или улучшить структурированные полимерные матрицы без того, чтобы использовать единственный механизм ацервации или два или более механизма ацервации, проводимых последовательно, из-за физико-химических свойств полимера(ов) и используемых механизмов ацервации, наряду с используемыми взаимодействиями полимер-полимер.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способы по настоящему изобретению обеспечивают эффективные и экономичные способы получения структурированной полимерной матрицы. В способах по настоящему изобретению не используют трудоемкие и неудобные последовательные способы обработки с традиционными способами ацервации. Дополнительно, способы по настоящему изобретению обеспечивают гибкие способы получения структурных комплексных полимерных матриц из различных полимеров или комбинаций полимеров, предпочтительно без ограничения из пищевых полимеров. Более предпочтительно, по меньшей мере, один из полимеров представляет собой пищевой белок. Одновременное использование двух или более механизмов ацервации неожиданно привело к получению структурированных полимерных матриц с улучшенной текстурой и/или эффективному способу, который не достижим при действии механизмов ацервации по отдельности или последовательно. Преимущественно способы по настоящему изобретению обеспечивают очень большую гибкость в конструкции и получении полутвердых полимерных матриц, не достижимых в прошлом, из-за уникальных физико-химических свойств конкретных используемых полимеров, конкретных используемых механизмов ацервации, конкретного используемого взаимодействия полимер-полимер и других ограничений способа. Способы по настоящему изобретению включают два или более механизма ацервации, действующие одновременно, с получением смешенных/спутанных твердых полимерных матриц, которые могут иметь текстуру в пределах от мягкой и гладкой, даже когезивного сгустка до прочного и долго жующегося волокна, в зависимости от комбинации механизмов ацервации и выбранных полимеров.

Выбранный полимер(ы) должен обладать способностью образовывать водный раствор полимеров перед обработкой одновременным способом по настоящему изобретению. Для целей настоящего изобретения используемый здесь термин «раствор полимеров» или эквивалентный термин включает водные растворы, в которых растворен или суспендирован в высокодисперсной форме (предпочтительно в форме коллоидной дисперсии) один или более полимер(ы), таким образом, что полимер(ы) может, по меньшей мере, полностью прореагировать по одному механизму ацервации. Следовательно, полимер(ы) может быть подвергнут такой обработке, как регулирование pH, ионной силы, температуры и тому подобного, если требуется, с получением раствора полимера.

Концентрацию одного или более полимера выбирают, таким образом, чтобы обеспечить надежную обработку. Поскольку полимеры имеют различные молекулярные массы, различное число замененных групп при данном pH, условия обработки для обработки по настоящему изобретению должны быть выбраны, таким образом, чтобы каждый используемый в реакции полимер участвовал в двух или более используемых механизмах ацервации. Это гарантирует, что после одновременного способа останется незначительное количество полимера в исходной растворенной форме. Дополнительно, конечная полученная текстура/структура может быть получена таким образом, чтобы содействовать конечной цели, заключающейся в превосходстве одного полимера над другим. Например, если готовый коацерват будут использовать в сыре, белок может быть предпочтительным над полисахаридом по питательности, вкусу и аромату. Концентрация полимера, как правило, составляет в пределах от около 0,01 до около 30% по массе раствора, хотя предпочтительно концентрации полимеров могут составлять в пределах от около 0,1 до около 10%.

В одном аспекте, по меньшей мере, водный раствор, содержащий один или более полимер, обладает способностью участвовать, по меньшей мере, в двух механизмах ацервации. По меньшей мере, один водный раствор получают и обрабатывают, таким образом, чтобы создать условия, при которых, по меньшей мере, два механизма ацервации не включены перед стадией активации. Затем, по меньшей мере, один водный раствор обрабатывают для активации, чтобы активировались, по меньшей мере, два одновременных механизма ацервации, в таком случае, по меньшей мере, два активированных механизма ацервации позволяют получить структурированную полимерную матрицу.

В другом аспекте два или более водных раствора полимеров смешивают вместе с приложением или без приложения сдвигового усилия, таким образом, что два или более механизма ацервации действуют мгновенно и одновременно. По меньшей мере, два раствора полимеров получают, таким образом, что условия, необходимые для прохождения каждого механизма ацервации, обеспеченны сразу же после комбинирования растворов полимеров, таким образом, что два или более механизма ацервации действуют одновременно при смешивании с получением заданной структурированной полимерной матрицы.

Полимеры, используемые, по меньшей мере, в одном растворе полимера, могут быть одними и теми же или отличающимися полимерами. Способы по настоящему изобретению могут быть осуществлены с использованием различных полимеров и комбинаций полимеров. Предпочтительно полимеры представляют собой пищевые полимеры. Более предпочтительно, по меньшей мере, один пищевой полимер представляет собой пищевой белок.

Как правило, механизмы ацервации, подходящие для применения в способах по настоящему изобретению, включают полимеризацию, термическое перекрестное сшивание, ионное перекрестное сшивание, ферментативное перекрестное сшивание/коагуляцию, коацервацию, химическое комплексообразование, желатенизацию, осаждение растворителем, денатурирование белка (такое, как с использованием рН, тепла, фермента, химическую) и тому подобное. Конкретные полимеры и механизмы ацервации, используемые в одновременном способе по настоящему изобретению, выбирают, таким образом, чтобы обеспечить заданную текстуру или достичь конкретной цели, такой как снижение нежелательных дефектов текстуры (например, зернистость), возможность избежать больших энергозатрат на стадиях обработки (например, высокое сдвиговое усилие), возможность экономии ингредиентов (например, образование структуры при низкой концентрации полимера) и/или улучшение физической функциональности (например, влагоудерживающая способность) по сравнению с полимерными матрицами, подвергшимися ацервации, полученными традиционными способами, которые включают единственный механизм ацервации или проводят последовательные механизмы ацервации.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способы по настоящему изобретению направлены на получение структурированных полимерных матриц с использованием обработки, по меньшей мере, одного раствора полимера, таким образом, что два или более механизма ацервации действуют одновременно. Предпочтительно два или более раствора полимера обрабатывают, таким образом, что два или более механизма ацервации действуют одновременно во время смешивания двух или более растворов полимеров. Одновременное применение двух или более механизмов ацервации неожиданно привело к получению высокодисперсных матриц с улучшением эффективности способа и текстуры, что является уникальным по сравнению с полимерными матрицами, полученными с использованием механизмов ацервации, проводимых по отдельности или последовательно. Дополнительно, способы по настоящему изобретению обеспечивают гибкие способы получения структурных комплексных полимерных матриц из различных полимеров или комбинаций полимеров, предпочтительно без ограничения из пищевых полимеров и более предпочтительно, по меньшей мере, один из пищевых полимеров представляет собой пищевой белок. Неожиданно было обнаружено, что проведение двух или более реакций ацервации одновременно в результате приводит к получению неожиданных конечных реакционных матриц и что условия реакции могут быть выбраны, таким образом, что матрицы имеют желаемые текстурные свойства. Неожиданно матрицы, полученные способом по настоящему изобретению, образованы, таким образом, что ни один из отдельных механизмов ацервации не диктует или не контролирует структуру или свойства полученной в результате матрицы. Другими словами, матрицы, полученные одновременными способами по настоящему изобретению, являются уникальными, поскольку они получены при использовании таких же механизмов ацервации, что и действующие по отдельности или последовательно. Применение способов одновременной ацервации по настоящему изобретению преимущественно позволяет получить матрицы с функциональными свойства, подходящими для конкретных нужд, которые в ином случае было бы трудно или невозможно получить на основе только единственной реакции ацервации или комбинации реакций ацервации, проводимых последовательно.

В одном аспекте одновременный способ по настоящему изобретению может быть использован для получения смешенных/спутанных твердых полимерных матриц с гладкой и когезивной текстурой, напоминающей свежий сырный сгусток, как по текстуре, так и по внешнему виду. В другом аспекте одновременный способ по настоящему изобретению может быть использован для получения полимерных матриц с волокнистой структурой.

Выбранный полимер(ы) должен обладать способностью образовывать водный раствор полимеров перед обработкой одновременным способом по настоящему изобретению. Для целей настоящего изобретения используемый здесь термин «раствор полимеров» или эквивалентный термин включает водные растворы, в которых растворен или суспендирован в высокодисперсной форме (предпочтительно в форме коллоидной дисперсии) один или более полимер(ы), таким образом, что полимер(ы) может, по меньшей мере, полностью прореагировать по одному механизму ацервации. Следовательно, полимер(ы) может быть подвергнут такой обработке, как регулирование pH, ионной силы, температуры и тому подобного, если требуется, с получением раствора полимера.

Полимеры, используемые по настоящему изобретению, предпочтительно выбирают из пищевых полимеров, таких как белки, полисахариды, их производные и их смеси. Подходящие белки включают растительные источники, животные источники, источники, полученные из дрожжей, и тому подобное. Подходящие растительные источники включают бобовые, горох, зерно, бобы, зерновые, арахис, масличные культуры (такие, как семена хлопка, канола, семена подсолнечника и тому подобное) и тому подобное. Подходящие источники животного белка включают молочный белок, яичный белок, рыбный белок, мясной белок, белок, полученный из растений, белок, полученный из микроорганизмов, и тому подобное. Подходящие источники мясного белка включают мясо птицы, говядину, свинину, рыбу и другие морепродукты наряду с производными, такими как желатин, сывороточный альбумин и тому подобное. Подходящие источники молочного белка включают молоко, производные молока, такие как обезжиренное молоко, сухое молоко, казеин, сывороточный белок, фракционированный молочный белок, источники концентрированного молочного белка, изоляты молочного белка и тому подобное. Используемый здесь термин «источник концентрированного молочного белка» относится к источнику белка, в котором белки восстановлены или могут быть восстановлены в концентрации, превышающей таковую в молочной жидкости, из которой они получены. Примеры источников концентрированного молочного белка включают без ограничения концентрат сывороточного белка, концентрат молочного белка или их комбинации. Как правило, концентрация белка в концентрате сывороточного белка и концентрате молочного белка составляет, по меньшей мере, около 34%. Примеры изолятов молочного белка включают без ограничения изолят сывороточного белка, изолят молочного белка и тому подобное. Используемый здесь термин «казеин» относится к любому или всем фосфопротеинам молока и любым их смесям. Идентифицировано множество компонентов казеина, включая без ограничения α-казеин (включая α_S1-казеин и α_S2-казеин), β-казеин, κ-казеин и другие генетические варианты. Используемый здесь термин «сывороточный белок» относится к белкам, содержащимся в молочных жидкостях (то есть сыворотке), полученных в качестве супернатанта сгустка, когда молоко или молочная жидкость, содержащая компоненты молока, свертывается с получением полутвердого сырного сгустка. Под сывороточным белком понимают по существу глобулярные белки β-лактоглобулин и α-лактальбумин. Сывороточные белки высокопитательны для человека и могут обеспечивать подходящее сенсорное качество, придавая сливочность и способность легко намазываться молочным продуктам, в которые они добавлены. Подходящие полисахариды включают ксантан, каррагинан, агар, альгинат, карбоксиметилцеллюлозу («CMC»), пектин, крахмалы, камедь рожкового дерева, камедь трагаканта, гуммиарабик, камедь карайя, камедь гхатти, гуаровую камедь, целлюлозную камедь, гемицеллюлозу, хитозан, их производные и их комбинации. Из полисахаридов предпочтительными являются ионные камеди, такие как каррагинан, пектин, альгинат, CMC, ксантан, гуммиарабик, камедь карайя, камедь гхатти, геллан, агар, хитозан и тому подобное, в виду их способности к коацервации с белками и возможности подвергаться ион индуцированной желатинизации, в частности, когда желательна прочная матрица или когда желательна низкая концентрация полимеров, которая соответствует нормативам (например, стандарт соответствия) или выбирается по экономическим причинам. Если требуется, также могут быть использованы сырые или прошедшие технологическую обработку пищевые ингредиенты, содержащие пищевой полимер(ы), такие как молоко, подсырная сыворотка, яйца, тонкоизмельченный мясной фарш (мясная суспензия), фруктовое пюре и тому подобное.

Комбинации полимеров, концентрация каждого из полимеров и физико-химические условия, по меньшей мере, одного раствора полимеров выбирают, основываясь на желательных свойствах получаемой в результате структурированной матрицы. Свойства структурированной матрицы, такие как текстура, могут быть заданы следующими факторами: (1) типом используемого полимера или полимеров (например, белок, полисахарид); (2) числом различных полимеров; (3) концентрацией/соотношением каждого полимера; и (4) физико-химическими условиями, при которых получают структурированную матрицу, такими как pH, ионная сила, температура, сдвиговое усилие/смешивание, и, если используют, по меньшей мере, два раствора полимеров, соотношение смешиваемых растворов полимеров. На свойства структурированной матрицы также может оказать влияние тип и концентрация агента(ов), ускоряющего студнеобразование, или сшивающего агента(ов), если используют, наряду с типом и концентрацией наполнителя(ей), если используют.

Два или более механизма ацервации могут быть проведены с использованием любого способа, при котором полимер или полимеры и любые требуемые реагенты обрабатывают в условиях, подходящих для одновременного проведения двух или более механизмов ацервации. Не критичен способ активации двух или более механизмов ацервации при условии, что два или более механизма активируются одновременно (то есть механизмы и действующие в результате реакции действуют в одно и то же время). Следовательно, можно получить единственный раствор, содержащий один или более полимер, и затем быстро модифицировать условия (например, температура, pH, добавленные реагенты и тому подобное) для активации двух или более механизмов. Например, может быть получен раствор, включающий сывороточный белок и каррагинан, при высоком pH и высокой температуре (например, выше температуры перекрестного сшивания сывороточного белка). Поскольку сывороточный белок и каррагинан находятся при одинаковом pH, и, следовательно, имеют аналогичный заряд, два полимера не могут коацервироваться или перекрестно сшиваться. Может быть добавлена кислота в количестве, достаточном для снижения pH до целевого pH около 5,0, следовательно, запускается коацервация и термическое перекрестное сшивание для одновременного прохождения.

В качестве альтернативы можно получить два или более раствора полимеров (содержащие те же самые или отличающиеся полимеры) при условии, что ни один механизмов не активирован, и затем смешивают два или более раствора полимеров, при условиях, когда механизмы активируются. Отдельные растворы регулируют таким образом, что два или более механизма ацервации активируются только тогда, когда отдельные растворы смешивают вместе. В частности, для лабораторных экспериментов эта процедура обеспечивает подходящий и эффективный способ для достижения желательных одновременных реакций ацервации. Такая процедура, например, была использована здесь для характеристики настоящего изобретения. Аналогично, для удобства осуществления способа в описании настоящего изобретения приведены отдельные растворы полимеров. Специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение, следует понимать, что могут быть использованы другие способы, такие, при которых две или более реакции ацервации могут действовать одновременно.

Комбинации полимеров выбирают, исходя из характерных свойств каждого полимера. Раствор полимеров может подвергнуться быстрой ацервации сам по себе при резком изменении физико-химических условий (например, температура или pH) и/или другим полимером через взаимодействие полимер-полимер (например, перекрестное сшивание, коацервация или комплексообразование). Например, раствор белка, подвергаемый тепловой, кислотной обработке термическому денатурированию (такого как при около pH 3,0 и около 80°C), может быть смешан с горячим щелочным раствором полисахаридов (таким как при около pH 9,0 и около 80°C) с получением смеси с pH около 5,0. В этой системе комплексная и композитная матрица может быть получена при использовании, по меньшей мере, трех механизмов ацервации, действующих одновременно, а именно, (1) коацервация между положительно заряженными молекулами белка и отрицательно заряженными молекулами полисахаридов, (2) изоэлектрическое осаждение белка, и (3) ковалентное перекрестное сшивание молекул белка за счет нагревания, индуцирующего образование ковалентной (например, дисульфидной) связи. Перед смешиванием двух горячих растворов полимеров термическое перекрестное сшивание молекул белка при низком pH ингибируется из-за электростатического отталкивания между молекулами белка, что видно из чистого или прозрачного раствора белка. Перекрестное сшивание недолго ингибируется при смешивании раствора с раствором щелочного полисахарида, и pH смеси нейтрализуется. Следовательно, варьируя (1) концентрацию одного или обоих, используемых полимеров, (2) соотношение двух растворов полимеров, (3) целевой pH после смешивания двух растворов, и (4) температуру раствора после смешивания двух растворов, можно быстро образовать негомогенную, смешенную, скрученную и/или композитную структуру с текстурой, варьирующей от мягкой до твердой, и внешним видом, варьирующим от подобного сгустку до волокнистого. Для окрашивания полученной матрицы могут быть использованы специальные красители для белков и полисахаридов. Применение таких красителей для наглядности, по меньшей мере, некоторых аспектов механизмов одновременной коацервации предполагает, что выделение молекул не происходит в значительной степени или достаточно быстро из-за быстрых, одновременных, множества реакций ацервации. Не желая быть ограниченными какой-либо теорией, авторы настоящего изобретения предполагают, что окрашиваются полимерные формы неразделимых комплексов (например, частицы, волокна и тому подобное), и что полимеры не отделимы от ацерватов.

В способах по настоящему изобретению концентрация полимеров составляет в пределах от около 0,01 до около 30% по массе раствора, хотя предпочтительно концентрации полимеров могут составлять в пределах от около 0,1 до около 10%. В одном аспекте раствор, содержащий один или более полимер, обрабатывают, таким образом, что два или более механизма ацервации действуют одновременно с получением структурированной полимерной матрицы. В другом аспекте раствор двух или более полимеров комбинируют, таким образом, что при смешивании, по меньшей мере, два механизма ацервации действуют одновременно с получением структурированной полимерной матрицы. В другом аспекте растворы, по меньшей мере, трех полимеров обрабатывают и комбинируют, таким образом, что при смешивании одновременно действуют два или более механизма ацервации с получением структурированной полимерной матрицы. В другом аспекте растворы, по меньшей мере, двух полимеров комбинируют и обрабатывают, таким образом, что при смешивании действуют одновременно три или более механизма ацервации с получением структурированной полимерной матрицы. Полимеры двух или более растворов могут быть одинаковыми или разными.

Как правило, механизмы ацервации, которые могут быть использованы в одновременном способе по настоящему изобретению, включают полимеризацию, термическое перекрестное сшивание, ионное перекрестное сшивание, изоэлектрическое осаждение, ионное осаждение, ферментативную коагуляцию, коацервацию, химическое комплексообразование, желатинизацию, осаждение растворителем, денатурирование (такое как денатурирование белка pH, нагреванием, ферментом и химической обработкой) и тому подобное. Полученная комплексная, смешенная, скрученная или композитная структура может быть или может не быть гомогенной под микроскопом, и используемый полимер(ы) может не быть отдельно распознаваем, если оба полимера практически полностью прореагировали.

Конкретный выбор двух или более механизмов ацервации основывается на желательных характеристиках получаемой в результате структурированной матрицы, и легко может быть осуществлен специалистом в области техники, к которой относится настоящее изобретение. Выбор механизмов ацервации зависит от конкретной комбинации выбранных полимеров, наряду с желательными характеристиками получаемой в результате структурированной матрицы. Дополнительно, специалист в области техники, к которой относится настоящее изобретение, понимает, что не все комбинации полимеров и/или не все механизмы ацервации могут подходить, или даже позволять прохождение одновременной реакции. Например, термическое перекрестное сшивание, как правило, используют как механизм ацервации для сывороточного белка, при этом ферментативную коагуляцию, как правило, используют, как механизм ацервации для казеина. Однако создание способа, позволяющего проведение обоих механизмов ацервации одновременно и эффективно, не всегда возможно, поскольку ферментативная коагуляция, как правило, происходит медленно. Например, молоко, натуральная смесь и казеина и сывороточного белка, может быть нагрето для перекрестного сшивания сывороточного белка и затем охлаждено перед добавлением коагулирующего фермента с получением сгустка казеина. В качестве альтернативы молоко может быть обработано коагулирующим ферментом и затем нагрето. Однако нет способа, обеспечивающего одновременные механизмы ацервации. Термическое перекрестное сшивание сывороточного белка представляет собой кинетический процесс, который сильно зависит от концентрации сывороточного белка, pH, температуры нагревания и времени нагревания, в то время как ферментативная коагуляция казеина также представляет собой медленно проходящий кинетический процесс, который происходит только при температуре ниже минимальной температуры перекрестного сшивания сывороточного белка. Создание способа, который позволил бы прохождение обоих механизмов ацервации, невозможно, поскольку два механизма требуют значительно различающихся температур для прохождения, и ферментативная коагуляция требует большего времени по сравнению с термическим перекрестным сшиванием. В другом примере, где один раствор полимеров включает изолят сывороточного белка, и другой раствор полимеров включает казеин, механизмы одновременной ацервации, включающие и термическое перекрестное сшивание и ферментативную коагуляцию практически невозможны. Однако, поскольку казеин может быть подвергнут механизмам ацервации, иным чем ферментативная коагуляция, таким как изоэлектрическое осаждение, процесс одновременной множественной ацервации может быть создан с использованием механизмов иных, чем ферментативная коагуляция. Например, первый раствор полимера, включающий изолят сывороточного белка при pH около 3,5 и температуре около 180°F, и второй раствор полимера, включающий казеинат при pH 8,0 и температуре около 180°F, могут быть смешены с получением конечного, равновесного pH около 4,6, где, по меньшей мере, две реакции ацервации происходят одновременно - термическое перекрестное сшивание сывороточного белка и кислотное осаждение казеината. Термическое перекрестное сшивание молекул сывороточного белка при низком pH ингибируется из-за электростатического отталкивания между молекулами белка, что видно из чистого или прозрачного раствора белка. Перекрестное сшивание недолго ингибируется при смешивании раствора с раствором казеината, и pH смеси нейтрализуется. Следовательно, выбор полимеров и комбинации механизмов ацервации зависит от физических ограничений, характерных для каждого выбранного полимера и механизма ацервации.

Одновременный способ по настоящему изобретению обеспечивает гибкий способ получения одновременно множества реакций ацервации посредством выбора полимера(ов), механизмов ацервации и физико-химических условий, таким образом, что получают структурированные полимерные матрицы, которые не могли быть получены ранее при проведении тех же реакций ацервации по отдельности или последовательно. Далее без ограничения детально описаны некоторые механизмы ацервации.

КОАЦЕРВАЦИЯ

Как правило, коацервация включает комбинирование двух противоположно заряженных полимеров в растворе с отделением нерастворимого комплекса или коацервата. При коацервации получают два противоположно заряженных раствора полимеров. Предпочтительно положительно заряженный раствор белка и отрицательно заряженный раствор полисахаридов. В качестве альтернативы, если требуется, может быть использован положительно заряженный комплексный раствор полисахарида (такой как хитозан) и отрицательно заряженный белок или другой раствор полисахарида. Получают первый водный раствор полимера и регулируют pH в пределах от около 2 до около 5 с использованием пищевой кислоты с получением положительно заряженного полимера. Подходящая пищевая кислота включает без ограничения фосфорную кислоту, соляную кислоту, серную кислоту, молочную кислоту, лимонную кислоту и их комбинации. Поскольку первый полимер преимущественно заряжен положительно, одноименно заряженные молекулы проявляют силу отталкивания. Получают второй водный раствор полимера и регулируют pH в пределах от около 8 до около 11 с использованием пищевого основания с получением отрицательно заряженного полимера. Подходящие пищевые основания включают без ограничения гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид кальция и их комбинации. Поскольку второй полимер преимущественно заряжен отрицательно, одноименно заряженные молекулы проявляют силу отталкивания, и полимер остается растворимым в растворе. Затем противоположно заряженные растворы полимеров комбинируют, и противоположно заряженные полимеры притягиваются друг к другу, образуя, таким образом, нерастворимую, смешенную полимерную матрицу, перед тем как ионный заряд первого и второго полимера нейтрализуется. Реакции образования смешенной полимерной матрицы, как правило, необратимы, хотя при экстремальных условиях они могут быть обратимы, при очень высоком или очень низком pH. Однако при типичных или большинстве используемых конечных условий (таких как в пищевых продуктах), образование смешенной полимерной матрицы необратимо.

Коацервация также может быть достигнута получением смешенного раствора двух полимеров (как правило, растворимый белок и ионный полисахарид) с последующим титрованием pH раствора до немного ниже изоэлектрической pH белка для индуцирования коацервации. При таком pH белок становится преимущественно положительно заряженным, при этом ионный полисахарид становится отрицательно заряженным, и из-за межмолекулярного статического напряжения образуется нерастворимая матрица.

Как определено здесь, самоацервация представляет собой конкретный тип ацервации. При самоацервации первый и второй полимеры, используемые для коацервации, представляют собой одни и те же полимеры. Самоацервация, как правило, ограничивается амфотерными полимерами, предпочтительно амфотерными белками. Например, положительно заряженный первый раствор полимера и отрицательно заряженный второй раствор полимера оба включают изолят сывороточного белка. Если требуется, в механизме самоацервации могут быть использованы другие полимеры. Для механизма самоацервации могут не подходить некоторые полисахариды. Например, не подходят анионные полисахариды, которые нейтральны или только отрицательно заряжены, но не бывают положительно заряжены. Следовательно, анионные полисахариды не подвергаются, описанной здесь, самоацервации. Среди пищевых полимеров только белки и белковые материалы, такие как измельченное мясо и молоко, известны как амфотерные полимеры. Другие амфотерные молекулы часто непищевые или имеют низкую молекулярную массу, которая плохо подходит или потенциально не подходит для образования структур