CN101137294A - 制备营养组合物的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制备营养组合物的方法，该营养组合物包括蛋白质、脂肪和碳水化合物，该方法包括将脂肪在水中用乳化剂乳化以形成具有的固体含量为至少70％的乳液，将该乳液均化，并以1份乳液：0.5份基质到1份乳液：5份基质的比率将该乳液与包含蛋白质和碳水化合物的固体基质一起挤出到温度在乳液和基质的混合物的熔点或高于其熔点的真空室中，得到具有的最大水含量为10％的固体产物。

Description

制备营养组合物的方法
发明领域
本发明涉及一种通过挤出制备营养组合物的方法，并涉及如此制备的营养组合物。
发明背景
含有常量营养物蛋白质、脂肪和碳水化合物的粉末状营养组合物是众所周知的。它们在消费之前要用液体重新构成，所述液体通常是水但也可以是液体奶或果汁。该类产品包括婴儿配方食品、助长乳和临床营养中使用例如用于肠道喂养的组合物。常规上，该类产品通过如下步骤制造：将所有的成分与水混合，使该液体混合物经受热处理以减少细菌接种量，将该混合物均化，然后将其喷雾干燥。
可以看出在上述制造方法中，加入水只有通过喷雾干燥处理再将其除去。值得注意的是除去水需要热形式的能量并且需要的设备占据了相当大量的空间。另外，需要小心以避免微生物污染或来自于相同设备中制备的其他产品的交叉污染。因此，需要开发一种替代的方法以生产具有更低的能量要求并且其所用的设备更加紧凑的该类组合物。
发明概述
令人惊奇地，本发明人已经发现可以将包含水包油乳液的混合物挤出而不会导致该乳液的凝聚或反转。该乳液在高剪切、高温、高压和最少量水下在挤出机中是稳定的。
因此，本发明提供一种制备包括蛋白质、脂肪和碳水化合物的营养组合物的方法，该方法包括将脂肪在水中用乳化剂乳化以形成具有的固体含量为至少70％的乳液，将该乳液均化，并以1份乳液：0.5份基质到1份乳液：5份基质的比率将该乳液与包含蛋白质和碳水化合物的固体基质一起挤出到温度在乳液和基质的混合物的熔点或高于其熔点的真空室中，得到具有的最大水含量为10％的固体产物。
本发明的方法提供一种固体产物，该产物在加入到水中或其它液体中时可容易地分散，得到蛋白质、脂肪和碳水化合物的均匀液体混合物而没有可辨别的水相和非水相分离。
优选该营养组合物是婴儿配方食品。
本方法可以另外包括干燥步骤以从挤出的产物中除去任何残留的水分。
本方法可以任选地包括研磨步骤，由此将一般为多孔丸粒形式的该挤出产物缩减为具有较高密度的粉末。
发明详述
在本说明书中，下面的单词被给予了定义，当阅读并解释本说明书、实施例和权利要求时必须予以考虑。
用来描述乳液的术语“稳定的”意思是该乳液在凝聚和/或反转方面是稳定的，二者均目视测定。
术语“固体基质”意思是没有添加液体的各固体成分的混合物。
术语“容易地分散”意思是通过最小的搅动或搅拌分散。
除非另外声明，所有的百分数都是重量百分数。
为了实现在分散性方面的理想结果，该乳液的性能和构成是至关重要的。因此，该乳液具有的水含量为至多大约30％w/w。当以1∶0.5-大约1：5的重量比在乳液和固体基质的混合物的熔点温度或高于其熔点的温度下挤出蛋白质和碳水化合物的固体基质时，其对于凝聚和反转是稳定的。将如此得到的挤出产物扩展到真空室中，得到具有至多大约10％水含量的固体产物。
乳化剂可以是水溶性的或脂溶性的。适合的水溶性乳化剂包括酪蛋白酸盐如酪蛋白钠和酪蛋白钾、酸性酪蛋白酸盐、常用作乳化剂的其他乳组分和糖酯。适合的脂溶性乳化剂包括卵磷脂和单-和二-甘油酯如CITREM
Figure A20068000766400051
优选同时使用水溶性和脂溶性乳化剂。在此情况下，优选在乳化之前将水溶性乳化剂和脂溶性乳化剂都加入到脂肪中。脂肪和乳化剂的重量比根据水的用量可以为大约10∶1-大约18∶1。例如，在26％水时脂肪和乳化剂的优选比率为大约14∶1(理想地69％脂肪，5％乳化剂和26％水)。如果该比率太低，在均化过程中就有乳液反转的风险。然而如果该比率太高，在挤出步骤过程中就难以使小的脂肪颗粒稳定。
脂肪组分可以占乳液的50-75％w/w。可以使用通常适合于营养组合物的任何脂肪或脂肪混合物。例如，如果该组合物是婴儿配方食品，则可以使用棕榈油精、椰子油、低芥酸菜子油、乳酯和它们的混合物。也可以引入长链聚不饱和脂肪酸如二十二碳六烯酸(来自鱼油)和花生四烯酸(来自真茵油(fungal oils)如由高山被孢霉(Mortierella alpina)得到的那些)。如果需要的话乳液中也可以包括油溶性维他命如维他命E。
营养组合物中脂肪的含量将根据组合物的类型变化，并且通常以脂肪对于组合物总能量的贡献来表示。例如，在婴儿配方食品中，根据产品的类型及其所打算用于的年龄，脂肪通常提供组合物总能量的30-55％。
乳液可以通过本领域已知的任何方法均化以达到平均粒度D[0.5]为0.2-10μm。优选多步均化。在实践中，均化后优选的平均粒度将取决于使用的乳化剂和形成乳液的脂肪组成。例如，对于用酪蛋白钠乳化的植物脂肪的混合物来说，D[o.5]优选在0.2-1.5μm范围内。
该营养组合物的碳水化合物含量也参考要制备的组合物的类型进行选择。再以婴儿配方食品为例，合适的碳水化合物包括乳糖、麦芽糖糊精和淀粉以及它们的混合物。
营养组合物中碳水化合物的含量将根据组合物的类型变化并通常以碳水化合物对于组合物的总能量的贡献来表示。例如，根据产品的类型及其所打算用于的年龄，婴儿配方食品通常含有7-15g碳水化合物/100kcal的配方食品。
如果需要也可以包括益生菌纤维。术语益生菌用于指示不易消化的食物成分，其通过选择性地刺激大肠中的一种或有限数目的细菌生长和/或活性而有益地影响寄主，并从而提高寄主健康。该类成分是不易消化的，意思就是如果它们被有益细菌选择性地发酵，它们在胃或小肠中不分解和吸收并从而完整地通过到达大肠。适合于添加到婴儿配方食品中的益生菌的例子包括某些寡聚糖，如果糖寡聚糖、半乳糖寡聚糖、唾液-乳糖和衍生自动物乳的寡聚糖。
营养组合物中的蛋白质组分将同样参考要制备的组合物的类型选择。再一次以婴儿配方食品为例，适合的蛋白质包括乳蛋白如酪蛋白和乳清、大豆蛋白、米蛋白和它们的混合物。70％乳清比30％酪蛋白的混合物是特别优选的。蛋白质可以是整体的或被部分水解。
营养组合物中蛋白质的含量将根据组合物的类型变化，并且通常以蛋白质对于组合物的总能量的贡献来表示。例如，根据产品的类型及其所打算用于的年龄，婴儿配方食品通常含有1.8-4.5g蛋白质/100kcal配方食品。
乳液和固体基质之间的重量比为1∶0.5-1∶5。在此范围内,所选择的重量比将取决于所需的营养组合物的类型。进入挤出机的乳液和固体基质的混合物的水含量可以为15％或更低。
营养组合物中一般存在的其他成分如核苷酸、维他命、矿物质和微量元素可以在挤出之前添加到固体基质中(或者如果是脂溶性的，则在乳化之前添加到脂肪中)。或者，一些或全部这些成分可以在挤出之后通过干混加入。
可以使用任何合适的挤出机，例如单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、多螺杆挤出机、环形螺杆挤出机、行星齿轮挤出机等，或者可以使熔体(或熔融的混合物)成型的任何其他连续或不连续的混合系统。另外，本发明上下文中使用的术语“真空”是要表示0.01-250mbar，优选1-50mbar的压力。特别优选的范围是10-25mbar。
在乳液和固体基质的混合物的熔点或在该熔点以上的温度下进行挤出。典型地，此温度将为80-90℃并且挤出将在80-120℃的温度下进行。在低于熔点的温度下挤出往往导致在挤出过程中乳液不稳定，这本身可导致产物稳定性降低、絮凝或其他有害的影响如当产物重新构成时完全相分离。反之，在升高的温度下挤出可不利地影响产物的营养质量，如例如由增加的赖氨酸片段(blockage)和产物发褐色测定。
离开真空室的固体产物的水含量为10％或更低。如果需要，其可以经历进一步的干燥步骤。例如，如果想要制备含有益生菌的婴儿配方食品，将有必要进一步将该产物干燥到最终的水含量为大约1％。这可受到例如使挤出的产物从真空室通过进入流化床干燥器的影响。或者，或另外，在真空室自身中可以装备热源如红外辐射源。
如上面所指出，挤出方法的产物一般是呈相对低密度的多孔的丸粒形式或集聚体形式。与喷雾干燥的产物不同，根据本发明方法准备的组合物含有被俘获在固体产物中的空气。结合的气袋具有如通过荧光共聚焦显微镜观察到的非圆形形状。该结构因此可以与冻结的泡沫相似，其中气泡或气袋是非球形的。如果需要制备更高密度的粉末，该粉末占据更少的空间且看起来更像消费者习惯的喷雾干燥粉末，则可以将丸粒/集聚体研磨为细碎的粉末。
已发现根据本发明的方法制备的营养组合物与通过喷雾干燥制备的相同产物相比，通常具有提高的稳定性/分散性。同时，发现通过本发明的方法制成的产物的营养质量(例如以赖氨酸片段表示)可与通过喷雾干燥制备的相同产物相当。
另外，实施本发明的方法与常规用于制备该类产品的喷雾干燥技术相比具有更低的投资成本(不需要喷雾干燥塔或空气加热器意味着对空间的较小需要)并且该方法比喷雾干燥简单，使其总体上更有成本效率。
本发明现在将通过参考下面的实施例进一步说明。
附图描述
图1显示本方法的示例性设置
使用的挤出机是Clextral型BC45H同向旋转啮合式双螺杆挤出机，其具有800mm(L=14.4*D)的加工长度，4个机筒和具有32个直径1.5mm的孔的冲模板。实施例1和2的螺杆构造示于下面的表1中。
  长度   mm   100   100   150   100   50   100   200
  螺距   mm   66   50   33   66   BLO+   66   50
  螺纹数   2   2   2   2   2   2   2
实施例3的螺杆构造示于下面的表2中。
    长度 mm 100 100 50 100 50 50 100 50 50 50 100
    螺距 mm 66 50 BLO 50 50 BLO 50 50 BLO 50 50
    螺纹数 C2F C2F pos C2F C2F neu C2F C2F neu C2F C2F
实施例1-不含乳糖的婴儿配方食品
乳液成分：
脂肪相：              水相：
420g植物脂肪共混物    160g水
3g CIREM
Figure A20068000766400081
1.5g柠檬酸钠
30.8g酪蛋白钾
制备脂肪相：将植物脂肪共混物熔融并在65℃下与CITREM混合。然后使酪蛋白钾通过1mm的筛网进行筛分并在搅拌下加入到脂肪混合物中。得到黄色的悬浮液。
制备水相：将水加热到65℃，加入柠檬酸钠并将该溶液搅拌10分钟。
制备和均化乳液：在剧烈的搅拌下将脂肪相加入到水相中直到所有的脂肪被引入。注意到了粘度增加。将该预制乳液再搅拌5分钟然后将温度升到95℃并在85℃和300bar压力下进行多步均化。将所得高粘性的乳液直接泵入挤出机。
挤出婴儿配方配制剂：将37.5kg/h如上所述制备的乳液和70kg/h的包含78.87％麦芽糖糊精DE29、0.8％K2HPO4、12.22％Lacprodan DI-9224乳清蛋白分离物、5.77％酪蛋白钾和2.34％柠檬酸钙的固体基质与维他命和微量元素预混物一起供应到挤出机中。将挤出机的机筒1保持在21℃，机筒2保持在60℃，机筒3保持在106℃，机筒4保持在109℃并且将冲模板保持在110℃。在0.4bar压力和103℃温度下将该混合物挤出到压力为24mbar的真空室中，得到水分含量为2.9％的固体产物。脂肪颗粒的平均尺寸D[0.5]为1.72μm。赖氨酸片段为8％。
实施例2-助长乳
乳液成分：
脂肪相：        水相：
420g无水乳脂    160g水
3g CITREM(R)
Figure A20068000766400091
1.5g柠檬酸钠
40g乳蛋白浓缩物
制备脂肪相：将乳脂熔融并与CITREM和乳蛋白浓缩物在65℃下混合。得到黄色悬浮液。
制备水相：将水加热到65℃，加入柠檬酸钠并将该溶液搅拌10分钟。
制备和均化乳液：在剧烈的搅拌下将脂肪相加入到水相中，直到所有的脂肪被引入。注意到了粘度增加。将该预制乳液另外搅拌5分钟，然后温度升高到95℃，并在85℃和300 bar压力下进行多步均化。将所得高粘性乳液直接泵入挤出机中。
挤出助长乳配制剂：将37.5kg/h的乳液和70kg/h的具有39.2％麦芽糖糊精DE 29、0.8％K2HPO4、15％乳蛋白浓缩物20％、22.5％乳糖和2.5％柠檬酸钙的组成的固体基质与维他命以及微量元素预混物一起供应到挤出机中。挤出条件与实施例1的相同，不同之处在于将冲模板加热到105℃。挤出的产物具有的水分含量为2.9％。D[0.5]为0.952μm。赖氨酸片段为11.8％。
实施例3-初生婴儿配方食品
乳液成分：
脂肪相：               水相：
420g植物脂肪共混物    160g水
30.8g酪蛋白钾
制备脂肪相：将植物油脂肪共混物和酪蛋白钾一起搅拌。得到黄色悬浮液。
制备水相：将水加热到65℃。
制备和均化乳液：在剧烈的搅拌下将脂肪相加入到水相中，直到所有的脂肪被引入。注意到了粘度增加。将该预制乳液另外搅拌5分钟，然后温度升高到95℃，并在85℃和50-200bar压力下进行多步均化。将所得高粘性乳液直接泵入挤出机中。
制备婴儿配方配制剂：将35kg/h如上所述制备的乳液和72kg/h的包含25.39％麦芽糖糊精DE29、30.57％脱脂奶粉、16.02％去矿物质化的乳清粉末DWP28、26.68％乳糖、2.34％盐和矿物质的固体基质与维他命及微量元素预混物一起供应到挤出机中。将挤出机的机筒1保持在30℃，机筒2保持在60℃，机筒3保持在110℃，机筒4保持在110℃并且将冲模板保持在110℃。在0.4bar压力和105℃温  度下将该混合物挤出到压力为24mbar的真空室中,得到水分含量为大约8％的固体产物。脂肪颗粒的平均尺寸D[0.5]为大约2μm。赖氨酸片段为小于11％。

Claims (12)

1.一种制备营养组合物的方法，该营养组合物包括蛋白质、脂肪和碳水化合物，该方法包括将脂肪在水中用乳化剂乳化以形成具有的固体含量为至少70％的乳液，将该乳液均化，并以1份乳液：0.5份基质到1份乳液：5份基质的比率将该乳液与包含蛋白质和碳水化合物的固体基质一起挤出到温度在乳液和基质的混合物的熔点或高于其熔点的真空室中，得到具有的最大水含量为10％的固体产物。
2.根据权利要求1的方法，其中脂肪占乳液的50-75wt％。
3.根据权利要求1或2的方法，其中脂肪占乳液的55-60wt％。
4.根据前述权利要求中任一项的方法，其中使用脂溶性和水溶性乳化剂的混合物。
5.根据权利要求4的方法，其中将脂溶性和水溶性乳化剂均在乳化之前加入到脂肪中。
6.根据前述权利要求中任一项的方法，其中均化之后的平均粒度为0.2-10μm。
7.根据前述权利要求中任一项的方法，其中基质和乳液的混合物的水含量为15％或更低。
8.根据前述权利要求中任一项的方法，其中该营养组合物是婴儿配方食品。
9.根据权利要求8的方法，其中脂肪选自棕榈油精、椰子油、低芥酸菜子油、乳脂和它们的混合物。
10.根据前述权利要求中任一项的方法，其中真空室中的压力为1-50mbar。
11.根据前述权利要求中任一项的方法，其在挤出之后或在挤出的同时进一步包括干燥步骤。
12.根据前述权利要求中任一项的方法，其进一步包括研磨挤出产物的步骤。
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