NO811544L - Alginatfiber. - Google Patents

Description

Fremstillingen av syntetisk masse ved omsetning mellom en vannoppløselig gummi som natriumalginat, og calciumioner er kjent (se f.eks. US patent 3 446 625). Industrial Gums,

2. utg., R. L. Whistler, ed., Academic Press (1973), sider 56 og 57 beskriver også calciumalginreaksjonen. Forskjellige typer av alginatfibre har vært fremstilt ved spinning eller ekstrudering av alginatoppløsninger innbefatt-ende bestanddeler som salter, eller proteiner, i et felningsbad inneholdende calcium- eller andre flerverdige kationer. Disse alginatfibre har vært anvendt for teksturerte proteinprodukter, •kirurgisk gas, klebestrimler for terapeutisk behandling, sanitærbind og -tamponger, farveholdige fibre for tekstiler, etc.

Ifølge oppfinnelsen fremstilles uoppløselige alginatfibre ved calciumionfeining av alginater under regulerte høyskjær-betingelser under blanding av calcium- og alginatoppløsninger. Forskjellige teksturmodifiserende bestanddeler, farvestoffer og smaksstoffer kan innesluttes i alginatfibrene for å efterligne de fibrøse teksturer av forskjellige matvarer. Disse fibre er meget stabile overfor varme, skjær, salt, alkohol og syre og er således nyttige i en lang rekke bearbeidede matvarer som sauser, kakepynt, fyllinger, saftprodukter og kjøtt/skalldyr-analoger. Disse fibre er særlig nyttige som simulerte eller ekstendete masser eller pureer for industrielt behandlede frukt-og grønnsakprodukter*.

Alginene som er nyttige ifølge foreliggende oppfinnelse, er de vannoppløselige salter av alginsyre. Algin finnes i. alle arter av Phæophyceæ. De foretrukne former er natrium-, kalium- og ammonium-alginater og esteren, propylenglycolalginat. Alginene er kommersielt tilgjengelige (f.eks. "Kelgin", "Keimar", 'Kelcogel", "Kelcoloid", etc.) fra Kelco Division av Merck & Co., Inc., San Diego, California. I alminnéLighet foretrekkes alginene med lav viskositet. Når et propylenglycolalginat anvendes, foretrekkes det å anvende et med under 50% forestring.

Calciumionene kan fremskaffes på forskjellige måter, men et lett vannoppløselig salt, fortrinnsvis CaCl , i vandig opp-løsning foretrekkes. Andre toverdige og treverdige metallioner kunne anvendes ved utførelse av foreliggende oppfinnelse, men når sluttproduktet skal anvendes for inntagelse av mennesker eller dyr, foretrekkes calciumioner.

Det regulerte høye skjær som kreves under algin-calcium-felningen, kan også fremskaffes på forskjellig måte, men må være sammenlignbart med det skjær som frembringes av f.eks.

en "Waring" eller "Lightnin"-blander. De nøyaktige skjærbetingelser som kreves for felning, vil avhenge av de relative mengder av calcium og algin som anvendes, teksturmodifiserende bestanddeler inkludert, og av egenskapene som ønskes i sluttproduktet som vil bli beskrevet nedenfor.

Generelt kan fibrene ifølge oppfinnelsen beskrives som rene alginatfibre, modifiserte alginatfibre og forestrede alginatfibre. Disse tre typer av fibre varierer i egenskaper i forhold til hverandre, men har til felles egenskapene: forbedret varme-, skjær-, syre-, salt- og alkohol-stabilitet. De er dessuten ikke vannoppløselige.

Alginer er lange lineære copolymerer av D-mannuron- og L-guluronsyre (molekylvekter fra 4.000 til 180.000) og har den egenskap at de øyeblikkelig reagerer med calciumioner med tverrbinding av to carboxylgrupper. Viskositeten av en algin-og calciumblanding vil øke til et punkt hvor gelering inntrer eftersom calciumionkonsentrasjonen øker. Gelering hindrer vanligvis ytterligere tverrbinding.

Regulert høyskjærblanding av calciumioner og algin over-vinner problemet med gelering og tillater støkiometrisk tverrbinding. Det løst strukturerte tredimensjonale nettverk som er karakteristisk for algin-calciumgel, unngåes således og i stedet dannes en fibrøs alainfeining. Det antaes at et betraktelig antall av støkiometrisk tverrbundne alginatmolekyler. stabler seg'tett sammen og gir en mere krystallignende til-stand, og således gir de mere stabile produkter ifølge oppfinnelsen. Teksturen av alginatfibrene ifølge oppfinnelsen ligner teksturen av cellulosefibrene av frukt og grønnsaker og andre naturlige matfibre.

Alginatfibrene ifølge oppfinnelsen er ytterst stabile under forskjellige betingelser: vidt pl-I-område, høy varme, alkoholer (f.eks. ethanol), høyt saltinnhold (f.eks. NaCl), og høyskjærpuraping. Eksempelvis kan alginatfibre (rene og modifiserte) tåle at de tilsettes til oppløsninger med pH

0,35 til 12,5 og derpå oppvarmes under trykk ved 127°C i 60 minutter. Bestanddeler som er innesluttet i de modifiserte alginatfibre, kan imidlertid nedbrytes under ekstreme betingelser, slik at stabiliteten av modifiserte fiberprodukter er en funksjon av de anvendte modifiseringsmidler.

Variasjon av skjærblandingsbetingelsene under tverrbinding modifiserer størrelsen av alginatfeiningen. Et glatt blad som på en "Lightnin"-blander under middels til høy hastighet (1.000 til 4.000 r/min) gir fiberlengder omtrent .mellom 0,5 - 10,0 mm; mens et skarpt blad som på en "Waring"-blander under høy hastighet (>15.000 r/min) gir meget fine fibre under ca. 0,05 mm i lengde. En annen viktig faktor som påvirker fIberlengden, er hastigheten med hvilken calcium-oppløsningen tilsettes til en alginoppløsning under gitte skjærbetingelser. I alminnelighet kreves en langsom tilsetning av calciumoppløsningen for'å få meget fine alginatfibre, og hurtigere tilsetning er nødvendig for å få lengre fiberlengder. Algin- og calciumoppløsningene bør være ved ca. værelsetemperatur for å få øyeblikkelig tverrbinding. Når oppløsninger med høyere temperatur anvendes, vil termisk blanding forsinke eller forhindreøyeblikkelig tverrbinding.,

Alginoppløsningens pH før tilsetning av calciumioner bør være over 4,2 for å forhindre dannelsen av en syre-alginatgel, da carboxylatanionene av alginatet også reagerer med hydrogenioner og vil ikke tillateøyeblikkelig calcium-iontverrbinding.

Et chelatdannende middel som natriumhexametafosfat kan tilsettes til vannet før hydratisering av alginet for å forhindre en forutgående reaksjon av algin med polyvalente ioner i vannet. Når et algin med betraktelig calciuminnhold eller meget hårdt vann anvendes, er det nødvendig å tilsette et chelatdannende middel til vannet før hydratisering av alginet for å danne en ønsket feining. En for stor mengde av chelatdannende middel vil også inhibere algin-calcium-tverrbind-ingen. Chelatdannende midler, om nødvendig, anvendes opptil ca. 0,50%, avhengig av det anvendte alginat og vannets hårdhet.

Ren alginatfiber fremstilles fortrinnsvis ved langsomt å tilsette en 1,0 - 1,5% lavviskøs alginoppløsning til et relativt stort volum av en calciumkloridoppløsning (3 - 5%)

i en "Waring"-blander ved høy hastighet (>15.000 r/min). Anvendelsen av et stort volum calciumoppløsning i forhold til mengden av tilsatt algin tillater høyskjærblanding, da viskositeten av oppløsningen holdes lav. Ren alginatfiber fra-skilles så fra calciumoppløsningen f.eks. ved filtrering, og renses med vann for å fjerne overskudd av calciumioner. Den gjenværende calciumoppløsning kan anvendes om igjen for kontinuerlig felning ved å innstille calciumionkonsentrasjonen (f.eks. ved tilsetning av mere CaClp). Ren alginatfiber er ca. 0,05 - 1,5 mm lang, hvit/klar, og har en fibrøs tygge-struktur, i likhet med cellulosefiber. Ca. 1 g tørre alginer (lav eller høy molekylvekt) gir 20 - 30 g ren alginatfiber (avsilet vekt, inneholdende ca. 20 - 25% H^O). Disse fibre er nyttige som tilsetninger til matvarer.'

Modifisert alginatfiber fremstilles fortrinnsvis ved å tilsette en forutbestemt mengde calciumion til en alginopp-løsning som er blitt blandet med en hvilken som helst eller en kombinasjon av forskjellige teksturmodifiseringsmldler av stor molekylstørrelse som er kjemisk forlikelige med alginet. De tilsatte bestanddeler kan være: naturlige frukt- eller grønnsakfaststoffer, carbohydrater (stivelser, dextrin, sucrose, dextrose, invertsukker, etc.), vannoppløselige gummier (acacia, carboxymethylcellulose,.carrageenan, guar-gummi, karaya, johannesbrød, pectin, tragant eller xanthan), proteiner (casein, gelatin, soyabønne, eggalbumin), flerverdige alkoholer (glycerol, sorbitol, mannitol), kunstige farvestoffer og smaksstoffer, fett og oljer. De tilsatte bestanddeler blir innesluttet i det tredimensjonale nettverk av alginatfiberen og gir forskjellige teksturer, i likhet med forskjellige fibrøse matprodukter. Det bør merkes at denne foretrukne metode skiller seg fra den som følges for felning av ren alginatfiber idet en spesifikk mengde calciumioner tilsettes til en alginatoppløsning. Anvendelsen av tekstur-modif iserende midler nedsetter mengden av skjær som kreves for å gi en fibrøs felning, og således er den inherente viskositet av alginoppløsningen ikke skadelig ved denne fremgangsmåte. Da videre produktet ved denne fremgangsmåte vanligvis er en integrerende del av et sluttprodukt (f.eks. en tomatpuré), kan overskudd av calciumioner ikke vaskes av som ved rene alginatfibre.

Mens de tett tverrbundne rene alginatfibre klemmer ut vann og andre små molekyler under felning, forblir bestanddeler med større molekylvekt som de vannoppløselige gummier, carbohydrater, protein, oljer, etc, innesluttet mere fullstendig. Alginatfibre modifisert med slike bestanddeler er ofte mykere og mindre tyggbare fordi de innesluttede bestanddeler virker som myknere og kan endre dannelsen av den krystallignende struktur av den rene alginatfeining. De modifiserte alginatfibre kan varieres avhengig av sluttanvend-elsen, f.eks. for å simulere kjøtt/skalldyr-typen av teksturer kan olje/vann-emulsjoner innesluttes i alginatfiberen ved felning av en emulsjon av olje, protein, stivelse, smaksstoff, farve og en alginoppløsning.

Vekten av dannede modifiserte alginatfibre vil avhenge av mengden og typen av faststoff som innesluttes. Ca. lg tørr algin (lav eller høy molekylvekt) gir 90 - 120 g (avsilet vekt, inneholdende ca. 20 - 25% Ho0) av modifisert alginatfiber. Forholdet mellom det tørre algin og calciumioner er ca. 1:0,3 - 0,4 eller ca. 4 - G ganger mere calciumioner enn det støkiometrisk kreves for fullstendig substi-tuering, hvilket krever 7,2% calcium beregnet på vekten av algin. Den optimale calciumionkonsentrasjon vil imidlertid variere avhengig av de tilsatte bestanddeler og skjærbetingelser. I alminnelighet er jo høyere mengden av skjær under felning er, desto lavere er den nødvendige mengde calcium. Dessuten, jo større mengden er av teksturmodifiserende bestanddeler inkludert i alginoppløsningen, særlig de med stor molekylvekt, desto mindre calcium og skjær kreves for å felle en gitt mengde alginat.

Forestrede alginatfibre (herefter betegnet som propylen-glycol- eller PGA-fibre) er mykere og felles vanligvis ut kortere enn andre alginatfibre. Moderat substituerte P.G.-alginater (ikke mere enn 50% forestring, f.eks. "Kelcoloid HVF") foretrekkes for å få tilfredsstillende felning av fiber. Som ved modifiserte alginatfibre kan andre bestanddeler tilsettes til P.G.-alginatoppløsningen før felning med calciumioner. PGA-fibre har også ganske gode skum-ningsegenskaper. Den finskårne PGA-fiber er egnet som et blakningsmiddel såvel som et sekundært skumningsmiddel. Blakningsmiddel/skumningsmidlene fremstilt fra P.G.-alginat, suspenderes godt (ingen avsetning).

Både rene og modifiserte alginatfibre gir fiber og forbedret tekstur i mange matvarer. Alginatfibrene kan anvendes i sin våte form eller efter dehydratisering. Eksempelvis kan tomatmassetypen av modifisert alginatfiber fremstilles som en stor sats på en gang og anvendes som teksturerte tomatf aststof f er tilsatt til forskjellige produkter" inneholdende tomatfaststoffer, eller de teksturerte tomatfaststoffer kan fremstilles ved begynnelsen av en rekkeprosess under anvendelse av det tilgjengelige vann i formuleringen.

Alginatfibrene gir mere ønskelig fibrøs tekstur i likhet med naturlige produkter eller kompenserer for tapet av tekstur under bearbeidelse, særlig under hårde betingelser som trykkøkning, lav pH, salt, skjær, etc. Dessuten nedsetter alginatfibrene ofte omkostningene ved mange matvarer mens de forbedrer teksturen. Omkostningsnedsettelsen kan være opptil 50% avhengig av de involverte produkter.

Utnyttelsen av fibrenes evne hil å .inneslutte oljer, etheriske oljer, smaksstoffer, farver, etc, fører til

mange mulige anvendelser som krever spesielle virkninger. Innkapsling av disse materialer i fibrene bevirker forsinket frigjørelse av smaker, farver eller aktive bestanddeler, og re-gulering av den lave spesifikke vekt av etheriske oljer og smaksstoffer i flytende produkter, og redusering av den oxyda-tive nedbrytning av smaksstoffer, farver, oljer, etc.

Noen anvendelser av rene alginatfibre og modifiserte alginatfibre er: forbedring av fibrøs eller masseaktig tekstur såvel som kostnedsettelse av produkter, som pizzasaus, spaghettisaus, tomatsaus, imitert ketchup, barbec uesaus, steksaus, kjøtt-saus, hellbar dressing (på tomatbasis), imitert/lavkalori-holdig syltetøy og gele, youghurtfyll ing, kakefylling, andre bakévarefyllinger og kakepynkt, andesaus, aprikos/fruktgelé, etc.

For å gi bedre tyggbarhet og forbindende vevlignende bitt såvel som kostnedsettelse i ekstruderte kjøtt/skalldyr-analoger, soyaprotein eller spedde kjøttprodukter som hamburgere, kjøttboller, bacon, baconbiter, frokostpølser og posteier, hors d'oevres, krabbemat eller andre skalldyr-pålegg, hønsepålegg og kjæledyrfor.

Massegivende og blakningsmidler såvel som farve- og smaksbærere for saftdrikker, nektarer, fremstilte cocktails, cocktailblandinger og drikk/bakevare-smakskonsentrater eller emulsjoner.

Erstatning for klifiber som en diettfiber for ristede frokostmelvarer, og andre høyfiberprodukter hvor smaken eller farven av kli ikke er ønskelig.

PGA-fiber av meget fin partikkelstørrelse er ideell som et blaknings/formningsmiddel såvel som smaks-farvebærer for fruktdrikker, nektarer, cocktailblandinger (pina cblada, etc.), og drikk/bakevarekonsentrater og emulsjoner.

Både modifisert alginatfiber og PGA-fiber kan anvendes for å innkapsle smaksstoffer, etheriske oljer, aktive bestanddeler, etc, for tyggegummi, sukkertøy, tyggetabletter og andre farmasøytiske produkter. Innkapsling med disse fibre kan også nedsette oxydasjonsmisfarvning av naturlige farvestoffer og nedbrytning av smaksstoffer.

Oppfinnelsen er ytterligere illustrert ved de følgende eksempler, som er ment å være illustrerende og ikke begrens-ende .

Eksempel 1

Simulert ekstendet

fruktbasis ( pasta)

Sukker (og/eller dextrin, DE 10 eller 24) kan variere fra ca. 50-150 g efter smak.

Valgfrie bestanddeler innbefatter fruktsaft eller -faststoffer (ca. 5 g), natriumcitrat-dihydrat (ca. 0,45 g), TiO^

(ca. 0,10 g), smaksstoffer og farve.

Natriumcitrat kan være nødvendig når fruktsafter eller -faststoffer anvendes; mengder må avpasses, avhengig av sur-heten av fruktsaftene og faststoffene.

Fremgangsmåte

1) Tilsett natriumhexametafosfat og natriumcitrat til vann. 2) Bland de gjenværende tørre bestanddeler omhyggelig med 50 g sukker, og tilsett langsomt (gjennom en sikt) til vel omrørt vann. Bland i 10-15 minutter (med en "Lightnin"-type propellrører). 3) Tilsett fruktsaft eller -faststoffer og resten av sukkeret (pH bør være høyere enn 4,3 efter tilsetning av saft eller faststoffer. Innstill med ytterligere

natriumcitrat om nødvendig).

4) Tilsett alt av calciumkloridoppløsningen som en kontinuerlig strøm under middels/høy hastighetsomrøring.

Bland bare inntil -jevn.

5) 3-5 minutter efter felning innstilles pH og surhet eventuelt med passende syrer.

Eksempel 2

Simulert ekstendet tomatpulp

Totalt tomatfaststoff ca. 3,3%. Tomatfaststoff er ikke vesentlig. Når-intet tomatfaststoff anvendes, økes "Instant Clearjel" til 2,5-3,0 g.

Fremgangsmåte

1. Tilsett natriumhexametafosfat til vann.

2. Tørrbland omhyggelig de øvrige bestanddeler og tilsett langsomt (gjennom en sikt) til godt omrørt vann. Bland

i 10-15 minutter. ("Lightnin"-typen av blander).

3. Tilsett tomatpasta og bland i ca. 2 minutter.

4. Tilsett alt av CaCl^-oppløsningen som en kontinuerlig strøm under middels/høyskjæromrøring under anvendelse av "Lightnin"-typen av blander.

5. Bland bare inntil jevn.

6. 3-5 minutter efter felning, innstilles pH og surhet,

efter ønske, med passende syrer.

Når en tyngre, mere eplemoslignende konsistens ønskes, kan vannmengder på ca. 100 g anvendes.

Eksempel 3

Simulert krabbekjøttbasis

Fremgangsmåte

1. Tilsett natriumhexametafos fat til vann.

2. Bland omhyggelig de øvrige tørre, bestanddeler og tilsett langsomt (gjennom sikt) til godt omrørt vann. Bland i 10 - 15 minutter (med en "Lightnin"-type av

propellblander).

3. Tilsett vegetabilsk olje (efter blanding med smaksstoffer og farver. 4. Tilsett hele calciumk.loridopp 1 ø«n.Lngen i on gang under middels/høyhastighetsomrøring. Bland bare til- strekkelig inntil jevn.

Eksempel 4

Blaknings/ skumningsmiddel med PGA- fiber

Smaksstoff (efter behag)

Farve (efter behag)

Natriumcitrat-dihydrat-mengdene kan måtte justeres,- avhengig av fruktsaftens surhet. Andre safter kan anvendes istedenfor appelsinsaft (eller konsentrat) eller saftene kan sløyfes.

Fremgangsmåte

1. Tilsett natriumcitrat-dihydratet til vann.

2. Bland omhyggelig de tørre bestanddeler og tilsatt langsomt (sikt inn) i godt omrørt vann. Bland i 10 -

15 minutter (med en "Lightnin"-type av blander).

3. Tilsett fruktsaftkonsentrat (pH bør være høyere enn 4,3 efter tilsetning av fruktsaftkonsentrat). 4. Tilsett CaC^-oppløsning meget.langsomt som en kontinuerlig strøm med høy hastighet i en "Waring"-blander.

Eksempel 5

Simulert fruktmasse eller blakning med alginfiber ( appelsin)

<fe>Fruktsaftkonsentrat: hvilken som helst fruktsaft (i alminnelighet tredobbelt).

"Kelcogel"LV (1,2 g) kan anvendes for å erstatte både "Kelgin" LV (1,5 g) og natriumhexametafosfat (0,18 g). Natriumcitrat-dihydratmengdene kan måtte justeres, avhengig av de forskjellige fruktsafters surhet.

F remgangsmåte

1. Tilsett natriumhexametafosfat og natriumcitrat-dihydrat til vann. 2. Bland omhyggelig de gjenværende tørre bestanddeler og tilsett langsomt (sikt inn) i godt omrørt vann. Bland i 10-15 minutter (med en "Lightnin"-type propellblander). 3. Tilsett fruktsaftkonsentrat (pH bør være over 4,3 efter tilsetning av saftkonsentratet - innstill om nødvendig). 4. Tilsett hele CaCl^-oppløsningen som en kontinuerlig strøm, under middels/høyhastighetsomrøring. (Merk: For fremstilling av blakninger anvendes en "Waring"-blander.' 5. Innstill pH og surhet, om nødvendig, med passende syrer.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av alginatfiber, karakterisert ved at algin i en første vandig oppløsning omsettes under høyskjærbetingelser ved værelsetemperatur med divalente eller trivalente metallkationer i en annen vandig oppløsning inneholdende disse kationer i overskudd over den støkiometriske mengde nødvendig for å felle alginet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at der som algin anvendes natriumalginat, kaliumalginat, ammoniumalginat eller et for-estret alginat.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at der som algin anvendes natriumalginat eller propylenglycolalginat med under 50% forestring og metallet er calcium.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at der anvendes en calcium-kationkonsentrasjon 4 til 6 ganger større enn den støkio-metrisk nødvendige mengde.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4, karakterisert ved at den annen vandige opp-løsning holdes under høyskjærbetingelser, og den første vandige oppløsning tilsettes dertil.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1-5, karakterisert ved at alginet og de angitte metallkationer omsettes i nærvær av fibermodifiseringsmidler med høy molekylvekt.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at der som modifiseringsmidler anvendes frukt- eller grønnsakfaststoffer, carbohydrater, vannoppløselige gummier, proteiner, kunstige farvestoffer eller smaksstoffer, fett eller oljer.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller 6, karakterisert ved at der som algin anvendes propylenglycolalginat.