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CN104160032A - 低糖糖浆及制备低糖糖浆的方法 - Google Patents

低糖糖浆及制备低糖糖浆的方法 Download PDF

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CN104160032A CN201380007429.7A CN201380007429A CN104160032A CN 104160032 A CN104160032 A CN 104160032A CN 201380007429 A CN201380007429 A CN 201380007429A CN 104160032 A CN104160032 A CN 104160032A
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Abstract

通过利用特定类型的α淀粉酶水解淀粉或淀粉质材料制备具有有利的低粘度的低糖的糖浆，这获得具有低DP1-2和低DP11+含量的糖分布。可以通过利用产麦芽四糖α淀粉酶与上述α淀粉酶组合有利地增加糖浆的DP4含量。糖浆可用于制备食品、饮料、动物饲料、动物健康和营养品、药物以及化妆品组合物，并且可以与高强度甜味剂组合以提供能够取代常规玉米糖浆的组合物。

Description

低糖糖浆及制备低糖糖浆的方法
技术领域
本发明涉及可用作食品、饮料、动物饲料、动物健康和营养品以及化妆品成分的糖含量和粘度相对较低的糖浆，以及制备这类糖浆的方法。
背景技术
具有高糖含量的消费品已受到广泛批评，因为它们据称与肥胖和相关健康状况有关。消费者越来越多地寻找在它们的成分标签上具有低糖含量的产品。为了标签目的，糖明确定义为单体或二聚体碳水化合物(DP1-2，其中DP为“聚合程度”)。为了满足低糖含量需要，食品公司积极研究会减少它们配方的糖含量的成分配方。目前市场上的玉米糖浆可以具有高达95％的糖含量；通常，糖含量范围为40％-95％。63右旋糖当量(DE)玉米糖浆如4300具有64-66％的糖含量，而高麦芽糖糖浆可以具有40-60％范围中的糖含量。这些糖浆目前用作填充剂、甜味剂、质地改性剂(texture modifier)和粘度剂以及用于食品应用中的水分控制。对于填充糖浆，粘度是重要的物理特性。减少玉米糖浆中的糖含量的一种方法是用较高的碳水化合物聚合物(DP>11)取代糖。但是这可以显著改变这些糖浆的依数性，特别是粘度。粘度的改变不仅对食品的审美价值产生不利影响，而且还产生对专用制造设备的需求。为了避免这些问题，需要具有明显较低的糖含量但是具有与63DE玉米糖浆相似粘度的玉米糖浆。
一些公司目前使用多元醇以减少糖浆的糖含量。但是，多元醇可以非常昂贵，并且它们中的许多具有不期望的胃肠道副作用。
发明内容
本发明提供一种制备低糖(reduced sugar)的、粘度较低的糖浆的方法，所述方法包括使淀粉或淀粉质材料与第一α淀粉酶在水性介质中接触有效水解所述淀粉或淀粉质材料的时间以提供反应产物，所述反应产物具有如下的糖分布：约10％-约25％的DP1+DP2含量，约70％-约90％的DP3-11含量，以及0％-约15％的DP11+含量，其中所述第一α淀粉酶是由与GenBank登录号AF504065具有至少70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或更多或完全(100％)序列相同性的核酸编码的多肽，或者包含所述多肽的酶促活性片段的氨基酸序列。
上述方法可以包括以下进一步步骤中的一个或多个：过滤反应产物；使反应产物与活性炭接触；使反应产物与离子交换树脂接触；从反应产物去除水以达到约65％-约85％的干固体含量；利用膜使反应产物进行超滤；和/或将反应产物与至少一种高强度甜味剂组合。在一实施方案中，所述方法包括以下进一步步骤：过滤反应产物，使反应产物与活性炭和离子交换树脂接触，以及从反应产物去除水以达到约65％-约85％的干固体含量。在另一实施方案中，所述方法这样进行：所述淀粉或淀粉质材料不与酸或除所述第一α淀粉酶以外的任何酶接触。
在上述方法的一方面，所述水性介质初始具有约5-约7的pH。所述接触步骤可以例如在约75℃-约120℃的温度下进行。
在一实施方案中，上述方法可以这样进行：初始将淀粉或淀粉质材料、水性介质和第一α淀粉酶的浆在约100℃-约115℃的第一温度下加热，例如喷射蒸煮(jet cook)，然后维持在约80℃-约95℃的第二温度下。
在一实施方案中，在上述方法中使用的第一α淀粉酶的量为淀粉或淀粉质材料的量的约0.01-约0.2重量％。
用于所述方法的淀粉可以为玉米淀粉。淀粉质材料可以来自玉米。
在一实施方案中，所得的反应产物的DP11+含量可以为0-5％。糖可以具有至少约35％的DP4含量。在一实施方案中，糖具有至少约35％的DP4含量，并且关于DP5至DP10中的每一种，具有少于约6％的含量。
在一实施方案中，当反应产物具有80％的干固体含量时，通过上述方法获得的反应产物可以在20℃下具有少于约1500泊的粘度。
上述方法可以包括这样的步骤，其中使淀粉或淀粉质材料额外地与产麦芽四糖(maltotetragenic)α淀粉酶接触(即，与产麦芽四糖α淀粉酶以及第一α淀粉酶接触)。
在上述方法的一实施方案中，初始将淀粉或淀粉质材料、水性介质和第一α淀粉酶的浆喷射蒸煮以提供液化的淀粉混合物，随后使液化的淀粉混合物与产麦芽四糖α淀粉酶接触。在随后与产麦芽四糖α淀粉酶接触期间，第一α淀粉酶可以存在于液化的淀粉混合物中。产麦芽四糖α淀粉酶可以是嗜糖假单胞菌(Pseudomonas saccharophila)麦芽四糖水解酶(maltotetraohydrolyase)的变体。产麦芽四糖α淀粉酶可以是具有WO2010/132157所示的SEQ ID NO.2的氨基酸序列的野生型麦芽四糖水解酶的变体，其包含：
(i)G223E氨基酸取代，以及
(ii)与WO 2010/132157所示的SEQ ID NO.2的氨基酸序列相比多达24个额外的氨基酸缺失、添加、插入或取代；或者
(iii)与WO 2010/132157所示的SEQ ID NO.2的氨基酸序列的至少70％序列相同性，
其中所述变体具有α-淀粉酶活性。
在本发明的一方面，使淀粉或淀粉质材料额外地与产麦芽四糖α淀粉酶如嗜糖假单胞菌麦芽四糖水解酶的变体接触(即，使淀粉或淀粉质材料与产麦芽四糖α淀粉酶以及第一α淀粉酶接触)。初始可以将淀粉或淀粉质材料、水性介质和第一α淀粉酶的浆喷射蒸煮以提供液化的淀粉混合物，随后使液化的淀粉混合物与产麦芽四糖α淀粉酶接触。以这种方式利用这些不同酶的组合实现淀粉或淀粉质材料的水解，这有助于减少或最小化糖(DP1+2)和较高的寡糖(DP11+)的形成，同时增加或最大化所得糖浆中DP4的含量。
在另一方面，本发明提供一种制备低糖的、粘度较低的糖浆的方法，所述方法包括：
(a)使淀粉或淀粉质材料与第一α淀粉酶在水性介质中，任选地于高剪切条件如喷射蒸煮下，在第一温度下接触以提供胶凝化淀粉的流体；
(b)将所述流体在第二温度下维持有效提供反应产物的时间，所述反应产物具有如下的糖分布：约10％-约25％的DP1+DP2含量，约70％-约90％的DP3-11含量，以及0％-约15％的DP11+含量，其中所述第一α淀粉酶是由与GenBank登录号AF504065具有至少70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或更多或完全(100％)序列相同性的核酸编码的多肽，或者包含所述多肽的酶促活性片段的氨基酸序列；以及
(c)使所述反应产物进行一个或多个纯化或加工步骤以提供所述低糖的、粘度较低的糖浆；
其中所述方法中使用的唯一类型的酶为α淀粉酶。
步骤(a)可以例如在90℃或更高或者100℃或更高的温度下进行，例如约100℃-约115℃、约104℃-约108℃或约107℃-约110℃。步骤(a)可以例如进行约2-约20分钟的时间。步骤(b)可以例如在约80℃-约100℃、约80℃-约95℃或约90℃-约95℃的温度或者高于90℃的温度下进行。步骤(b)可以进行例如约1.5-约5小时、约2-约4小时或约3小时的时间。第二温度可以低于第一温度。
本发明还涉及一种包含水和糖的糖浆，所述糖具有的糖分布提供约10％-约25％的DP1+DP2含量，约70％-约90％的DP3-11含量以及0％-约15％的DP11+含量，其中当所述糖浆具有80％的干固体含量时，所述糖浆在20℃下具有不超过约1400泊的粘度。在一方面，糖具有的糖分布提供至少约35％的DP4含量以及关于DP5至DP10中的每一种少于约6％的含量。在另一方面，糖具有的糖分布提供不超过10％或不超过5％的DP11+含量。
本发明还提供一种食品、饮料、动物饲料、动物健康和营养品、药物或化妆品产品，其包含上述糖浆以及至少一种食品、饮料、动物饲料、动物健康和营养品、药物或化妆品成分。
本发明的另一方面涉及一种甜味剂产品，其包含所述糖浆以及至少一种高强度甜味剂。
在一实施方案中，本发明提供一种糖浆，其包含水和糖，所述糖具有如下的糖分布：DP11-4％；DP210-15％；DP39-13％；DP47-11％；DP56-10％；DP613-19％；DP712-17％；DP84-7％；DP93-7％；DP102-6％；DP117-15％；DP11+0-4％，总计等于100％。在另一实施方案中，本发明提供包含上述糖浆以及至少一种食品、饮料、动物饲料、动物健康和营养品、药物或化妆品成分的食品、饮料、动物饲料、动物健康和营养品、药物或化妆品产品。本发明另一方面提供一种甜味剂产品，其包含上述糖浆以及至少一种高强度甜味剂。
本发明的另一实施方案提供一种制备用于食品、饮料、动物饲料、动物健康和营养品、药物和化妆品组合物的低糖的、粘度较低的糖浆的方法，所述方法包括：
(a)将淀粉或淀粉质材料、第一α淀粉酶以及水性介质的浆在100℃-115℃的第一温度下喷射蒸煮；
(b)将所述浆在80℃-95℃的第二温度下维持有效提供反应产物的时间，所述反应产物具有如下的糖分布：10％-25％的DP1+DP2含量，70％-90％的DP3-11含量，以及0％-15％的DP11+含量，其中所述第一α淀粉酶是由与GenBank登录号AF504065具有至少70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或更多或完全(100％)序列相同性的核酸编码的多肽，或者包含所述多肽的酶促活性片段的氨基酸序列；以及
(c)使反应产物进行一个或多个纯化或加工步骤以提供所述低糖的、粘度较低的糖浆；
其中所述方法中使用的唯一类型的酶为α淀粉酶。
附图说明
图1以示意图形式说明本发明的方法的示例性实施方案。
具体实施方式
如本文所用，术语“DPN”指聚合度，其中N为糖中单体单元(即，葡萄糖或右旋糖单元)的数量，因此DPN反映糖的组成。例如，DP1为单糖；DP2为二糖；DP1+2为单糖和二糖的总和；DP3-11为DP3至DP11的总和；而DP11+为每分子包含超过11个单体单元的糖的总和。DPN表示为在总糖干重基础上单独糖的重量百分比。利用高效液相色谱(HPLC)确定产品的DPN组成。将样品用Milli-Q水稀释至约5％固体并通过0.45μm滤器过滤。进样20微升的样品。利用Bio-Rad HPX42A柱，配有折射率检测器的银形式的基于苯乙烯二乙烯基苯树脂的柱完成分离。42A柱比用来分析HFCS的柱更轻度交联。较低的交联给予树脂开放结构，使其对较高分子量结构更易渗透。与树脂上的银反离子和糖上的羟基之间的配体-配体反应偶联允许用少于20分钟的运行时间分离高达DP12。利用没有反应因子的面积百分比进行定量，因为很少有可商购的麦芽戊糖(maltopentose)以上的纯糖标准品。预期所有这些糖的折射率反应非常相似。
如本文所用，术语“DS”指利用计算机程序确定的物质的干固体百分比，Refractive Index Dry Substance(RI-DS),Standard Analytical Method E-54,Corn Refiners Association,6th Edition,1977,E-54,pp.1-11。
如本文所用，术语“糖(sugar)”指单糖和/或二糖。
如本文所用，术语“糖浆”指糖的水溶液。
如本文所用，术语“粘度”指流体对流动的抗性。糖浆的粘度通常受到温度和固体浓度的影响。粘度在给定温度和给定％DS下以泊(P)或厘泊(cps)表示。
本发明的糖浆制备方法利用淀粉或淀粉质材料作为原料或起始材料。淀粉或淀粉质材料可以利用任何数量的本领域常规实施的方法获得自许多不同来源。例如，淀粉或淀粉质材料可以通过公知的湿磨和干磨技术获得自玉米(例如，臼齿形玉米)或者另一谷物原料如水稻、小麦、大麦、燕麦或高粱。在湿磨中，可以将玉米或其他原料浸泡一段时间，然后研磨以分离包含油的胚芽与其他组分。剩余的非胚芽物质是包括淀粉、蛋白(例如，谷蛋白)和纤维的浆，可以将其分离为不同的液流。淀粉流还可以通过本领域也常规实施的干磨技术获得自玉米或另一富含淀粉的原料。此外，淀粉流可以利用湿磨或干磨方法获得自根或块茎原料如马铃薯或木薯。
本发明的一实施方案的优点是如上文所述，可以利用单一特定类型的酶将淀粉或淀粉质材料直接转化为具有期望的糖分布和粘度的产物。即，在本发明的一实施方案中，用于制备低糖的、粘度较低糖浆的方法的唯一类型的酶为α淀粉酶(虽然，如随后会更详细解释的，两种不同的α淀粉酶可以用于本发明的一实施方案)。这与本领域以前已知的制备低糖的低粘度糖浆的方法相反，所述方法中需要两步(例如，利用酸或第一类型酶的第一液化步骤，然后利用第二类型酶的第二水解步骤)。
通常，α-淀粉酶用于从淀粉制备可发酵糖的方法，其中将淀粉用α-淀粉酶处理以制备液化产物(liquefact)，随后使液化产物与第二种酶葡糖淀粉酶反应以将中间体液化产物转化为可发酵糖(例如，葡萄糖)，参见例如U.S.Pat.No.7,273,740、7,666,633和7,659,102。相比之下，本发明的另一优点是新的意想不到的发现，在适当条件下，可以利用与GenBank登录号AF504065具有至少70％、75％、80％、85％、90％、95％或更多或完全(100％)序列相同性的α-淀粉酶或者包含其酶促活性片段的氨基酸序列产生的液化产物可以直接用于制备本发明的低糖的低粘度糖浆。使用单一酶将淀粉或淀粉质材料转化为本文所述类型的糖浆的能力简化了制备过程，从而降低成本。
用于本发明的第一α淀粉酶是由与GenBank登录号AF504065具有至少70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或更多或完全(100％)序列相同性的核酸编码的多肽或者包含所述多肽的酶促活性片段的氨基酸序列。适合这样用于本发明的α淀粉酶是本领域已知的，并且描述于例如U.S.Pat.No.7,273,740、7,666,633和7,659,102，为了所有目的各自整体援引加入本文。这类α淀粉酶可以产生液化产物，其具有集中在1000-2000的分子量范围内的糖的单峰分子量特征谱。上述专利中的序列ID No.1描述编码可用于实施本发明的多肽的核酸。因此用作本发明的第一α淀粉酶的多肽可以是由与U.S.Pat.No.7,273,740、7,666,633和7,659,102所示的序列ID No.1具有至少70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或更多或完全(100％)序列相同性的核酸编码的多肽，或者其酶促活性片段。上述专利中的序列ID No.2描述可用于实施本发明的多肽中可以存在的氨基酸序列。因此，可以用作本发明的第一α淀粉酶的多肽可以包含与U.S.Pat.No.7,273,740、7,666,633和7,659,102所示的序列ID No.2具有至少70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或更多或完全(100％)序列相同性的氨基酸序列，或者其酶促活性片段。如果这样期望，可以将第一α淀粉酶固定在合适的支持物上或合适的基质内。
用于本发明的方法的第一α淀粉酶的量可以变化，并且根据期望的反应速率、反应条件等选择，但是基于反应的淀粉或淀粉质材料的干重一般在约0.01-约0.2％或约0.1-约0.2％的范围内。
可以将淀粉或淀粉质材料与水组合以形成浆，其通常包含约25重量％-约40重量％(例如，约32-约35重量％)淀粉或淀粉质材料。可以如期望的通过添加一种或多种酸或碱来调整水性介质的pH。通常，水性介质的pH略微(即，弱)酸性至中性是可取的，例如，在约4-约7的范围内(在一实施方案中，约5.5-约6)。
本发明的方法可以利用至少两个加热阶段进行，其中在第一加热阶段中，将淀粉或淀粉质材料的水性浆以及第一α淀粉酶在相对高温(例如，100℃或更高)下加热相对短的时间，随后在第二加热阶段中，将水性浆在比第一加热阶段低的温度(例如，80℃-95℃)下加热比第一加热阶段长的时间。在有效胶凝化或至少部分溶解淀粉的条件下进行第一加热阶段通常是有利的。例如，在与第一α淀粉酶组合之后，可以使浆首先进行高剪切蒸煮步骤，其中将高剪切应用于淀粉，同时将浆加热至相对高温(例如，约90℃或更高或者约95℃或更高或者约100℃或更高或者约105℃或更高，但是通常不高于约115℃)维持比较短的时间(例如，约2-约20分钟)。高剪切蒸煮步骤可以在压力下进行，即在大于大气压力的压力下进行。例如，可以利用至少约5kg/cm2(例如，约8-约11kg/cm2)的压力。一般来说，选择这样高剪切的条件以有效胶凝化(至少部分溶解)淀粉。可以使用喷射蒸煮技术，其中将浆与蒸汽在高温和压力(即，超大气压力)下混合，同时通过狭口。可以控制蒸汽的量，从而实现完全蒸汽冷凝，或者可选地，蒸汽的量可以是过量的。例如，蒸汽压力可以为约5巴-约8巴(绝对值)。淀粉的几乎瞬时加热所致的强烈动荡以及蒸汽通过喷射蒸煮器促进淀粉颗粒的破裂和溶解。由于高分子量淀粉链的机械剪切，浆的粘度降低。从而淀粉浆可以胶凝化并变稀。
例如，在喷射蒸煮步骤中可以将浆泵过具有狭口的蒸汽喷嘴以将温度快速升至约100℃-约115℃(例如，约104℃-约108℃或约107℃-约110℃)。淀粉立即胶凝化，并且由于第一α淀粉酶的存在，通过酶随机水解糖苷键而部分解聚为容易泵送的流体。在一实施方案中，通过蒸汽喷嘴之后，淀粉浆可以在尾线中停留约5-约8分钟的时间。然后可以将流体转移至容器如搅拌槽，其中淀粉与第一α淀粉酶的反应可以在第二个略低的温度(例如，约80-95℃)下进行，直至实现期望的糖分布。在本发明的一实施方案中，在第二加热步骤期间将流体的温度维持在90℃以上，以便抑制微生物的生长。通常，在进行第二加热步骤之前不调整或改变流体的pH。在这样的第二加热步骤中，通常不用高剪切条件和大气压力以上的压力。例如，可以将流体搅拌或者在低剪切条件和大气(环境)压力下混合或摇动。一般来说，增加的反应时间会导致较高程度的解聚，提供较低含量的DP11+糖，从而减少所得糖浆的粘度。因此，在本发明的各种实施方案中，α淀粉酶处理可以进行有效提供不大于15％、不大于10％、不大于5％、不大于4％、不大于3％、不大于2％、不大于1％或约0％的DP11+含量的时间。但是，在单糖和二糖含量高到无法接受之前停止解聚一般也是可取的。例如，可以在DP1+2含量达到10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％或25％时终止酶水解反应。第二加热步骤中的反应时间通常为约1.5-约5小时或约2-约4小时或约3小时。
根据本发明的一实施方案，上述第一α淀粉酶是唯一与淀粉(或淀粉质材料)以及与通过淀粉(或淀粉质材料)的喷射蒸煮获得的液化产物接触的酶。但是，在另一实施方案中，使淀粉(或淀粉质材料)和/或液化产物额外地与至少一种其他酶接触。具体地，可以将包含第一α淀粉酶的液化产物与不同的α淀粉酶如产麦芽四糖α淀粉酶组合，然后进一步反应直至获得具有期望的糖分布的糖浆。因此，初始可以使淀粉(或淀粉质材料)、水性介质和第一α淀粉酶的浆经历高剪切、高温条件(例如，喷射蒸煮)以提供液化的淀粉混合物，随后使液化的淀粉混合物与产麦芽四糖α淀粉酶接触。在随后与产麦芽四糖α淀粉酶接触期间，第一α淀粉酶可以存在于液化的淀粉混合物中。如果产麦芽四糖α淀粉酶不足够稳健以经受喷射蒸煮期间经历的高温，则延迟将这样的酶与淀粉组合是可取的，直至液化步骤完成且液化产物的温度已降低至产麦芽四糖α淀粉酶的活性随时间仍保持高水平(即，通过其经历的加热不显著失活)的温度(例如，低于约80℃)。
在上述实施方案中，产麦芽四糖α淀粉酶可以是选择性或优选从液化淀粉产生高比例的DP4寡糖的任何α淀粉酶。这类产麦芽四糖α淀粉酶是本领域公知的，并且包括例如野生型嗜糖假单胞菌麦芽四糖水解酶或其变体。嗜糖假单胞菌表达的麦芽四糖水解酶在本领域中不同地称作Amy3A、PSA、SAS或PS4。野生型嗜糖假单胞菌麦芽四糖水解酶可以由Zhou et al.,"Nucleotide sequence of the maltotetraohydrolase gene from Pseudomonassaccharophila,"FEBS Lett.255:37-41(1989)所示的核苷酸序列编码，所述文献整体援引加入本文。这个核苷酸序列已指定GenBank登录号X16732。产麦芽四糖α淀粉酶可以是具有WO 2010/132157所示的SEQ ID NO.2的氨基酸序列的野生型麦芽四糖水解酶的变体，包含：
(i)G223E氨基酸取代，以及
(ii)与WO 2010/132157所示的SEQ ID NO.2的氨基酸序列相比多达10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23或24个额外的氨基酸缺失、添加、插入或取代；或者
(iii)与WO 2010/132157所示的SEQ ID NO.2的氨基酸序列至少70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或更多或完全(100％)序列相同性，其中所述变体具有α-淀粉酶活性。这类变异的产麦芽四糖α淀粉酶描述于WO 2010/118269和WO 2010/132157，为了所有目的各自整体援引加入本文。合适的产麦芽四糖α淀粉酶可获得自商业来源，如Danisco(Genencor)以PowerFresh商品名销售的某些酶，例如，PowerFresh3001。如果这样期望，可以将产麦芽四糖α淀粉酶固定在合适的支持物上或合适的基质内。
当额外地使产麦芽四糖α淀粉酶与获得自淀粉或淀粉质材料的初始喷射蒸煮的液化淀粉混合物接触时，通常可以将混合物的pH维持在约4.5-约7的范围内。这样接触期间的温度可以为例如约50-约70℃。
在本发明的一实施方案中，所得的反应产物和糖浆具有如下的糖分布：DP11-4％；DP210-15％；DP39-13％；DP47-11％；DP56-10％；DP613-19％；DP712-17％；DP84-7％；DP93-7％；DP102-6％；DP117-15％；DP11+0-4％，总计等于100％。
在本发明的另一实施方案中，所得的反应产物和糖浆具有如下的糖分布：DP12-6％；DP212-16％；DP312-16％；DP438-46％；DP5-DP10各1-6％；DP112-10％；DP11+0-2％。
反应产物和糖浆中存在的糖的多分散性(Mw/Mn)通常相对较低，例如，不超过约2或不超过约1.8或不超过约1.6。
可以利用本领域已知的方法周期性监测糖分布，并且通过例如添加一定量的酸灭活酶来终止进一步水解，所述一定量的酸将水性介质的pH有效降低至酶不再有活性的水平(例如，约3-约4的pH)。
可以使由此获得的反应产物进行一个或多个进一步的纯化或加工步骤以提供适合用作食品、饮料、动物饲料或者动物健康和营养品成分的糖浆。例如，可以将反应产物通过滤器介质如硅藻土等过滤以去除任何不溶性物质和/或与脱色剂如离子交换树脂或活性炭接触(通常，通过使反应产物通过装有脱色剂的床或柱)。根据预期的最终用途，可以通过添加酸或碱或者用离子交换树脂处理来调整产物的pH。如果这样期望，利用膜等的超滤可以用来进一步减少单糖和二糖的含量。可以通过蒸馏或其他蒸发方法从反应产物去除水以提供具有期望的干固体含量和粘度的最终糖浆。通常，糖浆的干固体含量有利地为约60重量％-约85重量％。一般来说，包括一定量的水是有利的，所述一定量的水有效地使糖浆在室温(20-25℃)下澄清和保持液态。在本发明的一实施方案中，可以将糖浆干燥以提供固体产物(例如，粉末形式)。
图1为本发明的一实施方案的示意图，其中通过一种方法利用单一α淀粉酶将淀粉的浆转化为低糖的、粘度较低的糖浆，所述方法包括在α淀粉酶的存在下喷射蒸煮淀粉浆，然后在较低温度下继续反应。通过酸化使酶失活之后，将反应产物过滤并进行碳处理和/或离子交换，然后通过蒸发浓缩以提供具有期望的干固体含量的最终糖浆。
在本发明的某些实施方案中，糖浆可以表现出以下粘度特征谱：
70％DS：在20℃下约12-约22泊，在30℃下约5-约10泊；
75％DS：在20℃下约80-约110泊，在30℃下约30-约40泊；
80％DS：在20℃下约1000-约1500泊，在30℃下约250-约400泊；
82％DS：在20℃下约4000-约8000泊，在30℃下约1000-约1600泊。
如果这样期望，可以通过任何合适的方式如喷雾干燥完全或基本上完全去除水来将本发明的糖浆转化为干燥形式。
如果这样期望，可以通过将糖浆与一种或多种天然或合成来源的高强度甜味剂组合来增加糖浆的甜度。天然的高强度甜味剂包括例如罗汉果苷和甜菊糖苷(甜菊)。说明性合成的高强度甜味剂包括三氯蔗糖、糖精、甜蜜素、丁磺氨钾、纽甜(neotame)、阿斯巴甜等。在本发明的一实施方案中，将一定量的高强度甜味剂与糖浆组合以赋予与具有相对高含量的单糖和二糖的常规玉米糖浆可比的感知水平的甜度。
作为低含量多糖(DP11+)的结果，本发明的糖浆在给定的干固体含量下具有有利的低粘度。这意味着糖浆可以以相对浓缩的形式(即，高DS含量)供应，同时仍具有良好的流动特性，因此促进将糖浆掺入各种食品。本发明的高DS(低水)含量糖浆的另一优点是与具有可比粘度和DP1+2含量的常规低糖的淀粉水解糖浆相比会表现出提高的微生物稳定性，所述常规低糖的淀粉水解糖浆必需包含更多水，这是由于其较高水平的DP11+多糖。
本发明的糖浆可以用于食品、饮料、动物饲料、动物健康和营养品、药物以及化妆品产品以减少这类产品的糖含量且对这类产品的物理特性影响最小；并且同时对用于制备这类产品的方法和设备的影响最小，这部分地是由于这样的糖浆比较容易操作。糖浆可以用于食品和饲料以软化质地、添加体积、增稠、防止糖结晶和/或增加风味。
具体地，糖浆可用作低糖的填充剂。其能够具有与常规的较高糖的玉米糖浆相似的外观、粘度、结晶性、口感、保湿性和其他依数性。因此，本发明的糖浆可以在大致相等重量或体积基础上容易地取代食品、饮料、动物饲料、动物健康和营养品、药物、化妆品产品等中的常规玉米糖浆，然而会有效减少这类产品中糖的量。因此所述糖浆可以用来降低产品的糖含量而不显著改变所述产品的物理和感官属性。本发明的糖浆的一个优点是与包含相对高比例的多糖(例如，具有大于11的DP的糖)的常规糖浆相比，它们具有提高(加快)的干燥速率。
本发明提供的糖浆适合用于食品、饮料、动物饲料、动物健康和营养品、药物以及化妆品组合物，特别是减少糖或低糖的产品。非限制性实例包括以下用途：填充、结合和包被成分；着色剂、香料/香精和高强度甜味剂的载体；喷雾干燥辅助物；填充剂、稠化剂和分散剂；以及促进保湿的成分(湿润剂)。可以利用本文所述的糖浆制备的产品的说明性实例包括饮料、烘培食品、糖果、冷冻乳制品、肉、早餐谷物、乳制品、调味品、小吃、汤、调料、混合物、预制食品、婴儿食品、饮食制品、花生酱、糖浆、甜味剂、食品包衣、宠物食品、动物饲料、动物健康和营养品产品、干果、酱汁、肉汁、果酱/果冻等。
本发明的糖浆可以例如用来在各种食品中提供防潮层。任选地与一种或多种额外的食品成分混合，糖浆可以用作食品上的包衣或层，一旦干燥，其有助于阻碍水传送入或传送出食品。例如，包含糖浆的甜配料如蛋浆或霜可以在烘培食品如油炸面圈、小吃、饼干、干谷物(例如，薄片、饼干或团形式)等的表面上形成。干的甜配料的作用是防潮层，其中所得的食品具有改进的保质期，并且对于甜配料的外表面随时间变得粘性(发粘)，表现出减少的趋势。干的甜配料还可以阻碍外部水分渗入食品，从而当浸没在水性环境中时允许食品随着延长的时间维持期望水平的脆性或脆度。在另一实施方案中，包含糖浆的层存在于食品内，从而将其插入两个其他层(其中一层包含水分，另一层水分含量较低)。包含糖浆的层有助于减慢或防止水分从一层迁移至较低水分含量的层。这用来在储存食品时维持较低水分含量层的脆性/脆度。
实施例
实施例1
利用4M NaOH将15kg淀粉浆(35％DS马齿形(dent)淀粉)调整至pH5.8。将5.25g的酶(Verenium Corporation)(0.1％w/w淀粉dsb)添加至浆。将浆在107℃下喷射蒸煮，在尾管中有6-7min停留时间。收集喷出的淀粉并在维持于85-90℃下的圆底烧瓶中搅拌。随着时间的推移收集样品用于糖分布分析。反应进行3小时，然后通过将pH降至3来终止反应并冷却糖浆。然后将糖浆通过助滤剂过滤并通过活性炭和离子交换树脂以纯化。然后将糖浆蒸发至80％DS。
表1A示出在不同时间间隔采集的反应样品的糖分布。表1B提供每个样品的分子量和多分散性数据。
表1A
表1B
时间，min Mn Mw MP Mz 多分散性
0 1139 2025 1500 3342 1.78
30 907 1503 1334 2201 1.66
60 807 1299 1207 1840 1.61
90 747 1198 1120 1701 1.60
120 712 1145 1045 1679 1.61
150 681 1081 1018 1540 1.59
180 650 1030 994 1452 1.59
最终 684 1049 1067 1425 1.53
最终 648 1016 1010 1403 1.57
由此获得的71％DS的糖浆的粘度特征谱如表2所示(与4300 63 DE常规玉米糖浆，71％DS相比)。
表2
实施例2
利用4M NaOH将15kg淀粉浆(35％DS马齿形淀粉)调整至pH5.3。将5.25g的酶(0.1％w/w淀粉dsb)添加至浆。将浆在107℃下喷射蒸煮，在尾管中有6-7min停留时间。收集喷出的淀粉并在维持于85-90℃下的圆底烧瓶中搅拌。随着时间的推移收集样品用于糖分布分析。反应进行3小时，然后通过将pH降至3来终止反应并冷却糖浆。然后将糖浆通过Celite过滤并通过活性炭和离子交换树脂以纯化。然后将糖浆蒸发至80％DS。
表3示出在不同时间采集的反应样品的糖分布。
表3
实施例3
将马齿形淀粉(5.25kg)与9.75kg水混合以制备35％DS淀粉浆。利用10％NaOH将浆的pH调整至5.9。将5.25g的酶添加至浆。然后将浆在107℃下以350mL/min的速率喷射蒸煮，其提供6-7分钟在尾中的停留时间。收集液化产物并在水浴中冷却至65℃。冷却之后，将10.5g的PowerFresh3001酶(Danisco)添加至糖浆。在不同时间间隔收集反应混合物的样品。3小时之后，通过将pH降至4来终止反应。表4a和4b示出在不同时间采集的反应样品的糖分布。时间“t＝0”是喷射(液化)已完成且添加酶的时间。
通过比较，当利用常规热稳定的α淀粉酶(例如，产生双峰产物分布的那些α淀粉酶)通过喷射蒸煮淀粉浆制备的典型液化产物与PowerFresh3001酶反应时，所得的反应产物(糖浆)具有相对高含量的DP4糖(例如，略微超过40％)。但是，所述产物还包含大比例的较高寡糖(例如，约30％或更多DP11+)，这不利地影响糖浆的粘度。显然通过PowerFresh酶或常规α淀粉酶未将较高的寡糖有效水解为较低的糖。较高的寡糖明显促进糖浆的粘度，因此糖浆不可以用来有效代替较高DE糖浆，虽然其的确具有减少的糖(DP1+2)含量。
表4a
表4b

Claims (31)

1.一种制备用于食品、饮料、动物饲料、动物健康和营养品、药物以及化妆品组合物的低糖的、粘度较低的糖浆的方法，所述方法包括使淀粉或淀粉质材料与第一α淀粉酶在水性介质中接触有效水解所述淀粉或淀粉质材料的时间以提供反应产物，所述反应产物具有如下的糖分布：约10％-约25％的DP1+DP2含量，约70％-约90％的DP3-11含量，以及0％-约15％的DP11+含量，其中所述第一α淀粉酶是由与GenBank登录号AF504065具有至少70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或更多或完全(100％)序列相同性的核酸编码的多肽，或者包含所述多肽的酶促活性片段的氨基酸序列。
2.权利要求1的方法，其包括过滤所述反应产物的进一步步骤。
3.权利要求1或2的方法，其包括使所述反应产物与活性炭接触的进一步步骤。
4.前述权利要求中任一项的方法，其包括使所述反应产物与离子交换树脂接触的进一步步骤。
5.前述权利要求中任一项的方法，其包括从所述反应产物去除水以达到约65％-约85％的干固体含量的进一步步骤。
6.前述权利要求中任一项的方法，其包括以下进一步步骤：过滤所述反应产物，使所述反应产物与活性炭和离子交换树脂接触，以及从所述反应产物去除水以达到约65％-约85％的干固体含量。
7.前述权利要求中任一项的方法，其包括利用膜使所述反应产物进行超滤的进一步步骤。
8.前述权利要求中任一项的方法，其包括将所述反应产物与至少一种高强度甜味剂组合的进一步步骤。
9.前述权利要求中任一项的方法，其中所述淀粉或淀粉质材料不与酸或除所述第一α淀粉酶以外的任何酶接触。
10.前述权利要求中任一项的方法，其中所述水性介质初始具有约5-约7的pH。
11.前述权利要求中任一项的方法，其中所述接触在约75℃-约120℃的温度下进行。
12.前述权利要求中任一项的方法，其中初始将所述淀粉或淀粉质材料、水性介质和第一α淀粉酶的浆在约100℃-约115℃的第一温度下喷射蒸煮，然后维持在约80℃-约95℃的第二温度下。
13.前述权利要求中任一项的方法，其中使用的第一α淀粉酶的量为淀粉或淀粉质材料的量的约0.01-约0.2重量％。
14.前述权利要求中任一项的方法，其中所述淀粉为玉米淀粉或者所述淀粉质材料来自玉米。
15.前述权利要求中任一项的方法，其中所述DP11+含量为0-5％。
16.前述权利要求中任一项的方法，其中当所述反应产物具有80％的干固体含量时，所述反应产物在20℃下具有少于约1500泊的粘度。
17.前述权利要求中任一项的方法，其中额外地使所述淀粉或淀粉质材料与产麦芽四糖α淀粉酶接触。
18.前述权利要求中任一项的方法，其中初始将所述淀粉或淀粉质材料、水性介质和第一α淀粉酶的浆喷射蒸煮以提供液化的淀粉混合物，随后使所述液化的淀粉混合物与产麦芽四糖α淀粉酶接触。
19.权利要求18的方法，其中在随后与产麦芽四糖α淀粉酶接触期间，所述第一α淀粉酶存在于所述液化的淀粉混合物中。
20.权利要求17-19中任一项的方法，其中所述产麦芽四糖α淀粉酶是嗜糖假单胞菌(Pseudomonas saccharophila)麦芽四糖水解酶的变体。
21.权利要求17-20中任一项的方法，其中所述产麦芽四糖α淀粉酶是具有WO 2010/132157所示的SEQ ID NO.2的氨基酸序列的野生型麦芽四糖水解酶的变体，其包含：
(i)G223E氨基酸取代，以及
(ii)与WO 2010/132157所示的SEQ ID NO.2的氨基酸序列相比多达24个额外的氨基酸缺失、添加、插入或取代；或者
(iii)与WO 2010/132157所示的SEQ ID NO.2的氨基酸序列的至少70％序列相同性，
其中所述变体具有α-淀粉酶活性。
22.前述权利要求中任一项的方法，其中所述糖具有至少约35％的DP4含量。
23.前述权利要求中任一项的方法，其中所述糖具有至少约35％的DP4含量，并且关于DP5至DP10中的每一种，具有少于约6％的含量。
24.一种糖浆，其包含水和糖，所述糖具有的糖分布提供约10％-约25％的DP1+DP2含量、约70％-约90％的DP3-11含量以及0％-约5％的DP11+含量，其中当所述糖浆具有80％的干固体含量时，所述糖浆在20℃下具有不超过约1400泊的粘度。
25.一种食品、饮料、动物饲料、动物健康和营养品、药物或化妆品产品，其包含权利要求24的糖浆以及至少一种食品、饮料、动物饲料、动物健康和营养品、药物或化妆品成分。
26.一种甜味剂产品，其包含权利要求24的糖浆以及至少一种高强度甜味剂。
27.一种糖浆，其包含水和糖，所述糖具有如下的糖分布：DP11-4％；DP210-15％；DP39-13％；DP47-11％；DP56-10％；DP613-19％；DP712-17％；DP84-7％；DP93-7％；DP102-6％；DP117-15％；DP11+0-4％，总计等于100％。
28.一种食品、饮料、动物饲料、动物健康和营养品、药物或化妆品产品，其包含权利要求27的糖浆以及至少一种食品、饮料、动物饲料、动物健康和营养品、药物或化妆品成分。
29.一种甜味剂产品，其包含权利要求27的糖浆以及至少一种高强度甜味剂。
30.一种制备低糖的、粘度较低的糖浆的方法，所述方法包括：
(a)使淀粉或淀粉质材料与第一α淀粉酶在水性介质中任选地于高剪切条件下在第一温度下接触以提供胶凝化淀粉的流体；
(b)将所述流体在第二温度下维持有效提供反应产物的时间，所述反应产物具有如下的糖分布：约10％-约25％的DP1+DP2含量，约70％-约90％的DP3-11含量，以及0％-约15％的DP11+含量，其中所述第一α淀粉酶是由与GenBank登录号AF504065具有至少70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或更多或完全(100％)序列相同性的核酸编码的多肽，或者包含所述多肽的酶促活性片段的氨基酸序列；以及
(c)使所述反应产物进行一个或多个纯化或加工步骤以提供所述低糖的、粘度较低的糖浆；
其中所述方法中使用的唯一类型的酶为α淀粉酶。
33.一种制备用于食品、饮料、动物饲料、动物健康和营养品、药物和化妆品组合物的低糖的、粘度较低的糖浆的方法，所述方法包括：
(a)将淀粉或淀粉质材料、第一α淀粉酶以及水性介质的浆在100℃-115℃的第一温度下喷射蒸煮；
(b)将所述浆在80℃-95℃的第二温度下维持有效提供反应产物的时间，所述反应产物具有如下的糖分布：10％-25％的DP1+DP2含量，70％-90％的DP3-11含量，以及0％-15％的DP11+含量，其中所述第一α淀粉酶是由与GenBank登录号AF504065具有至少70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或更多或完全(100％)序列相同性的核酸编码的多肽，或者包含所述多肽的酶促活性片段的氨基酸序列；以及
(c)使所述反应产物进行一个或多个纯化或加工步骤以提供所述低糖的、粘度较低的糖浆；
其中所述方法中使用的唯一类型的酶为α淀粉酶。
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