CN115701911A - 具有高燕麦蛋白含量和功能性的基于燕麦的产品及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种用于生产含有燕麦蛋白的基于燕麦的产品的新颖且温和的方法，所述产品具有良好的功能特性，包括溶解度、乳化、起泡和胶凝特性。该方法包括水解以分解碳水化合物、物理分离以除去不溶性纤维和膜过滤以通过除去糖来浓缩燕麦蛋白。所述方法可包括提供燕麦混合物；用酶或酶的组合水解所述燕麦混合物；从水解燕麦混合物中物理分离不溶物质以形成可溶性水解燕麦混合物；使用具有大于100kDa的截留分子量(MWCO)的膜，将膜过滤施用于所述可溶性水解燕麦混合物。

Description

具有高燕麦蛋白含量和功能性的基于燕麦的产品及其生产 方法
背景技术
由于对例如过敏、乳糖耐受不良、卡路里和胆固醇的担忧，许多消费者需要或优选乳制品替代物/替代食品/饮料产品。近年来，植物蛋白由于它们的可持续性、低生产成本和健康有益效果，作为食品/饮料制剂中的另选蛋白质来源已受到大量关注。使用植物来源，诸如大豆、豌豆、燕麦、大米、椰子、杏仁、腰果和***的蛋白质食品/饮料产品是可商购获得的。
燕麦深受拥有或优选健康生活方式的消费者欢迎，并且已经以许多不同的形式被食用，诸如燕麦卷、面包、饼干、小甜饼、谷类食品等。与许多其他植物蛋白来源相比，燕麦具有非常令人愉悦和圆润的味道以及好得多的感官属性。
然而，诸如低可用性和差功能性的限制阻碍了燕麦蛋白的广泛应用。商业的基于燕麦的饮料通常含有极低量的燕麦蛋白(0至1％)，这使得它们成为作为乳品替代物的较差选择。商业的基于燕麦的饮料中的低蛋白含量主要是因为这些饮料通常由具有低蛋白含量(＜13％)的燕麦粉生产。为了增加蛋白含量，可使用大量的燕麦粉来生产，但是这将导致所生产饮料的稳定性问题。
可商购获得的含有高燕麦蛋白含量的燕麦蛋白浓缩物也可用于生产基于燕麦的饮料。然而，这些商业燕麦蛋白浓缩物在水中可能具有非常差的稳定性，因此它们对于液体和半固体产品的适用性受到限制。这主要是因为用于从原料中分离燕麦蛋白的现有方法影响了燕麦蛋白结构，从而显著降低了燕麦蛋白的蛋白质溶解度和其他功能特性(例如，乳化、起泡和胶凝特性)。因此，使用这些商业燕麦蛋白浓缩物的最终产品可能具有沙质口感和沉淀，这不是消费者所优选的。
发明内容
本公开提供了一种用于生产含有燕麦蛋白的基于燕麦的产品的新颖且温和的方法，该产品具有良好的功能特性，包括溶解性、乳化、起泡和胶凝特性。该方法包括水解以分解碳水化合物、物理分离以除去不溶性纤维和膜过滤以通过除去糖来浓缩燕麦蛋白。
在一个实施方案中，用于生产基于燕麦的产品的方法包括提供燕麦混合物，该燕麦混合物优选地具有10-25％的总固体(TS)；用酶或酶的组合水解该燕麦混合物，优选地在介于60℃与70℃之间的温度下，更优选地在60℃下；通过滗析和/或筛分从水解燕麦混合物中物理分离不溶性物质，以形成可溶性水解燕麦混合物；使用具有大于100kDa、优选地大于或等于500kDa的截留分子量(MWCO)的膜，将膜过滤施用于该可溶性水解燕麦混合物，以获得渗余物，优选地在50℃至60℃的温度下。
在一个特别优选的实施方案中，优选地在50℃至60℃的温度下，将膜过滤施用于TS为约10％至约15％、优选地约10％的可溶性水解燕麦混合物。更优选地，该膜过滤使用具有大于100kDa，优选地大于或等于500kDa的截留分子量(MWCO)的膜，以获得渗余物。
在一个实施方案中，在水解燕麦混合物后，将水解燕麦混合物均化，优选地在60℃和200/50巴下。
在一个实施方案中，将物理分离的不溶性纤维冷冻干燥或喷雾干燥。
在一个实施方案中，渗透物从膜过滤获得并将其汽蒸和/或蒸发，
在生产基于燕麦的即饮型(RTD)产品的一个实施方案中，将以下物质中的至少一种添加到该渗余物中以形成混合物：糖，优选地蔗糖；蒸发的渗透物；油，优选地葵花油；缓冲盐和钙源，优选地磷酸氢二钾和磷酸三钙；或风味增强剂，优选地氯化钠。另外，还可对该混合物施用超高温(UHT)处理，包括上游均化或下游均化；并且然后将热处理的混合物进行无菌包装。
在一个实施方案中，该燕麦混合物包含选自以下的燕麦原料：燕麦粉、脱脂燕麦粉、燕麦片、以及它们的混合物；优选地脱脂燕麦粉。
在一个实施方案中，该酶包括下列中的至少一种：淀粉酶、淀粉葡糖苷酶或β-葡聚糖酶；优选地淀粉酶；或淀粉酶和β-葡聚糖酶；或α-淀粉酶和淀粉葡糖苷酶；淀粉酶、β-葡聚糖酶和淀粉葡糖苷酶。在一个实施方案中，用于水解该燕麦混合物的酶的总量为该燕麦原料的0.05重量％至0.3重量％，优选地0.2重量％。
在一个实施方案中，在90℃至95℃下将该酶灭活10-15分钟，并且在该酶灭活后将水解燕麦混合物冷却至20-60℃，优选地60℃。
在一个实施方案中，该膜包括亲水性膜、疏水性膜或无机膜，更优选地陶瓷膜。
在一个实施方案中，通过本发明方法生产的燕麦蛋白浓缩物包含5-10重量％的燕麦蛋白；2-7重量％的脂肪；5-20重量％的碳水化合物；2-4重量％的糖，主要是麦芽糖；以及1-2重量％的总膳食纤维，所述总膳食纤维包含：(i)1-1.5重量％的不溶性纤维和(ii)至多0.5重量％的包含β-葡聚糖的可溶性纤维，其中该燕麦蛋白浓缩物具有20-30％的TS。
在一个实施方案中，该燕麦蛋白浓缩物中的燕麦蛋白在pH 4下具有20％的溶解度，并且在pH 7至pH 11下具有83-86％的溶解度。
在一个实施方案中，本公开提供了一种基于燕麦的即饮型(RTD)饮料，其包含燕麦蛋白浓缩物；以及任选地以下物质中的至少一种：糖，优选地蔗糖；蒸发的渗透物；油，优选地葵花油；缓冲盐和钙源，优选地磷酸氢二钾和磷酸三钙；或风味增强剂，优选地氯化钠。
在一个实施方案中，该燕麦RTD饮料包含至少3重量％，优选地3重量％至5重量％的燕麦蛋白和/或3-5g燕麦蛋白/100ml该燕麦RTD饮料；3-5g糖/100ml该燕麦RTD饮料；以及1.5-3g脂肪/100ml该燕麦RTD饮料。燕麦RTD饮料可具有15-40mPa.s的粘度(25℃，100s-1)。
在一个实施方案中，由本发明方法的渗透物制备的燕麦糖浆包含至多1重量％的燕麦蛋白；至多0.1重量％的脂肪；40-50重量％的碳水化合物；20-30重量％的糖，主要是麦芽糖；以及至多0.5重量％的纤维。燕麦糖浆可具有65-80％的TS。
在一个实施方案中，通过本发明方法制备的天然纤维产品可具有以下组成：(i)4-10重量％的燕麦蛋白；1-4重量％的脂肪；5-20重量％的碳水化合物；2-3重量％的糖，主要是麦芽糖；以及5-20重量％的总膳食纤维，所述总膳食纤维包含约0.1-1重量％的可溶性纤维(β-葡聚糖)，其中该天然纤维产品具有15-50％的TS；和/或(ii)15-30重量％的燕麦蛋白；3-10重量％的脂肪；20-40重量％的碳水化合物；4-16重量％的糖；以及16-60重量％的总膳食纤维，所述总膳食纤维包含15-56重量％的不溶性纤维以及1-4重量％的可溶性纤维，其中该天然纤维产品具有90-98％的TS。
本公开的优点是提供用于生产基于燕麦的产品的方法，该产品含有具有高稳定性、溶解度、胶凝作用、乳化和起泡特性的高功能性燕麦蛋白。
本公开的另一个优点是提供用于生产具有顺滑味道和口感的基于燕麦的产品的方法。
本公开的又一个优点是提供用于生产具有高燕麦蛋白含量的基于燕麦的产品的方法。
本公开的附加优点是提供用于生产基于燕麦的产品的方法，该产品具有受控的糖含量；即，通过调节酶促水解步骤产生糖和/或通过调节膜过滤步骤除去糖。
本公开的另一个优点是提供用于生产具有经调节的蛋白质/糖比率的基于燕麦的产品的方法。
本公开的又一个优点是提供含有具有高稳定性、溶解度、胶凝作用、乳化和起泡的高功能性蛋白质的乳品替代性蛋白质产品。
本公开的另一个优点是提供具有顺滑味道和口感的乳品替代性蛋白质产品。
本公开的又一个优点是提供具有高蛋白质含量的乳品替代性蛋白质产品。
本公开的附加优点是提供具有经调节的蛋白质/糖比率的乳品替代性蛋白质产品。
本文还描述了另外的特征和优点，并且根据以下具体实施方式和附图，这些特征和优点将显而易见。
附图说明
图1示出与商业燕麦蛋白浓缩物相比，通过本发明方法生产的燕麦蛋白浓缩物根据pH变化的蛋白质溶解度曲线。
图2示出与商业燕麦蛋白浓缩物相比，通过本发明方法生产的燕麦蛋白浓缩物根据时间变化的起泡体积曲线。
图3示出了在用不同酶水解期间燕麦粉在水中的RVA曲线(TS＝15％)。
图4示出了图3中所示的在用不同酶水解期间燕麦粉在水中的RVA曲线(TS＝15％)的放大图。
图5示出了在所生产的具有不同TS值的样品的平板膜过滤期间的通量，其中BANTM480L单独使用或与
Figure BDA0003995876060000051
组合使用。所有样品均用0.2重量％酶/重量燕麦粉处理。BAN480L和
Figure BDA0003995876060000052
以1∶1的比率混合。
图6示出在不同初始TS值下在使用滗析器制备的不同水解燕麦混合物的平板膜过滤(MWCO＝500kDa)期间的渗透物通量。
具体实施方式
如本文所述的根据本公开的各个方面和实施方案是制造和使用本发明的具体方式的示例，当结合权利要求书和具体实施方式进行考虑时这些内容并不限制本发明的范围。还应当理解，本发明的各方面和实施方案的特征可与本发明的相同或不同的方面和实施方案的其他特征组合。
如在具体实施方式和所附权利要求书中所用，单数形式″一个″、″一种″和″该″包括复数指代物，除非上下文另外明确规定。例如，提及″成分″或″方法″包括提及多种此类成分或方法。在″X和/或Y″的上下文中采用的术语″和/或″应被解释为″X″或″Y″或″X和Y″。类似地，″X或Y中的至少一者″应被解释为″X″或″Y″或″X和Y两者″。与此类似，词语″包括″、″包含″和″含有v都作包含性而非排他性地解释。同样地，术语″包括/包含″和″或″都应当视为包含性的，除非上下文明确禁止这一解释。然而，本公开提供的实施方案可能不含本文未明确公开的任何要素。因此，采用术语″包括/包含/含有″限定的一个实施方案的公开内容，也是″基本上由所公开的组分组成″和″由所公开的组分组成″的多个实施方案的公开内容。″基本上由...组成″意指该实施方案或其组分包含超过50重量％的单独的所识别组分，优选至少75重量％的单独的所识别组分，更优选至少85重量％的单独的所识别组分，最优选至少95重量％的单独的所识别组分，例如至少99重量％的单独的所识别组分。
所描述的所有范围旨在包括所述范围内包含的所有数字(整数或分数)。如本文所用，″约″、″大约″和″基本上″应理解为是指某一数值范围内的数字，例如该所提及数字的-10％至+10％的范围内，优选该所提及数字的-5％至+5％，更优选该所提及数字的-1％至+1％，最优选该所提及数字的-0.1％至+0.1％。另外，这些数值范围应理解为对涉及该范围内任何数字或数字子集的权利要求提供支持。例如，1至10的公开应理解为支持1至8、3至7、1至9、3.6至4.6、3.5至9.9等的范围。如本文所用，重量％是指相对于参考组合物的总重量，特定组分的重量。通过膜的物质被称为″渗透物″；未通过膜并且进行再循环的物质称为″渗余物″。
在本发明的上下文中，术语″基于燕麦的产品″是指包含燕麦蛋白并且通过本发明的方法获得的产品。根据最终步骤，其是指渗余物(最终步骤＝膜过滤)或成分/食物产品，例如基于燕麦的RTD饮料，其来源于膜过滤后获得的渗余物的进一步加工。另外，它还可以指包含燕麦纤维和/或碳水化合物并且通过本发明的方法获得的产品。具体地讲，它可以指在膜过滤步骤之后获得的并且可任选地在膜过滤步骤之后汽蒸和/或蒸发的渗透物。另选地，它可以是指在滗析和/或筛分之后获得的并且可任选地在滗析和/或筛分之后冷冻干燥或喷雾干燥的物理分离的不溶性纤维。在一个优选的实施方案中，术语″基于燕麦的产品″是指渗余物或基于燕麦的RTD饮料。更优选地，其是指渗余物。
本文中表示的所有百分数均以占组合物的总重量的重量计，除非另有表示。当提及pH时，其值对应于利用标准设备在25℃处测量的pH。
″涩味″通常认为是感觉上颚产生皱褶和发干，并且已知随着重复暴露其强度会累积并且更难于从口中清除。涩味是口中经历的干燥感并且通常被解释为由润滑性丧失引起，这种润滑性丧失是因为来自涂覆和润滑口腔的唾液薄膜的蛋白质发生了沉淀。涩味不限制于口中的特定区域，而是一种扩散表面现象，以润滑丧失为特征，该过程需要15-20秒的时间来完全发展。因此，涩味与更广为人知的味觉差别巨大。
″即饮型″饮料或″RTD″饮料是无需另外添加液体即可饮用的液体形式的饮料。优选地，RTD饮料是无菌的。
″液体浓缩物″或″浓缩物″是被配制成在施用之前稀释的液体。另外，就这一点而言，本文所公开的液体浓缩物仅在添加另一种成分(诸如液体稀释剂)之后施用。
本公开提供了用于生产基于燕麦的产品的新颖且温和的方法，该产品含有具有良好溶解度以及其他功能特性的蛋白质。该方法包括水解以分解碳水化合物、物理分离以除去不溶性纤维和膜过滤以通过除去糖来浓缩燕麦蛋白。
在一般实施方案中，本公开提供了生产基于燕麦的产品的方法。该方法包括用酶水解燕麦混合物，通过滗析和/或筛分从水解燕麦混合物中物理分离不溶性物质以形成可溶性水解燕麦混合物，并且使用具有大于100kDa，优选地大于或等于500kDa的截留分子量(MWCO)的膜，将膜过滤施用于该可溶性水解燕麦混合物，以获得渗余物。
该燕麦混合物可包含燕麦原料，诸如燕麦粉、脱脂燕麦粉、燕麦片、或它们的混合物。在一个实施方案中，使用的燕麦粉可含有约10-15重量％蛋白质、约4-6重量％脂肪、约55-70重量％碳水化合物和约8-11重量％纤维。燕麦粉可具有约90-95重量％的TS。该燕麦混合物优选地包含脱脂燕麦粉，其可在该方法中导致高燕麦蛋白回收率。例如，脱脂燕麦粉可含有少于约4重量％脂肪，优选地少于约3重量％脂肪。
燕麦原料可初始与水混合以制备该燕麦混合物。在后续膜过滤之前，燕麦混合物可具有10≤TS≤25％，优选地10≤TS≤15％的总固体(TS)。例如，燕麦混合物可具有约10％、15％、20％或25％的TS。在膜过滤之前，可将混合物稀释至具有期望的TS。在膜过滤之前，该燕麦混合物优选地具有约10％至约15％，例如约10％或约15％，优选地约10％的TS。
然后可在合适的温度下，例如介于约60℃和约70℃之间，优选在约60℃下，通过酶或酶混合物水解该燕麦混合物。在合适的温度下，燕麦混合物中的淀粉开始糊化过程。该步骤的温度基于针对所用酶活性的最佳温度来选择。
酶水解步骤可进行合适的时间段，这取决于以下因素，诸如所用的酶、酶浓度和/或水解条件(时间、温度)。在一些实施方案中，酶促水解步骤可进行并持续约30分钟或2小时，优选地1小时。在另一个优选的实施方案中，酶促水解步骤进行并持续30分钟至2小时，更优选地45分钟至90分钟，最优选地45分钟至75分钟。
酶可包括下列中的一种：淀粉酶、淀粉葡糖苷酶或β-葡聚糖酶。该酶可包括淀粉酶；淀粉酶和β-葡聚糖酶的混合物；α-淀粉酶和淀粉葡糖苷酶的混合物；或淀粉酶、β-葡聚糖酶和淀粉葡糖苷酶的混合物。与单独使用淀粉酶时相比，酶的组合可在该方法中导致更高的燕麦蛋白回收率。需要利用β-葡聚糖酶活性的酶促水解以降低粘度并避免阻塞滤膜。这种活性可通过特异性酶或通过淀粉酶的副活性来发现。因此，在一个优选的实施方案中，酶包括β-葡聚糖酶和/或具有β-葡聚糖酶副活性的淀粉酶。当酶不包含β-葡聚糖酶时，其包含具有β-葡聚糖酶副活性的淀粉酶。具体地讲，该酶可包括具有p-葡聚糖酶副活性的淀粉酶；淀粉酶和p-葡聚糖酶的混合物；具有β-葡聚糖酶副活性的α-淀粉酶和淀粉葡糖苷酶的混合物；或淀粉酶、β-葡聚糖酶和淀粉葡糖苷酶的混合物。其还可包括具有β-葡聚糖酶副活性的淀粉酶和β-葡聚糖酶的混合物或具有β-葡聚糖酶副活性的淀粉酶、β-葡聚糖酶和淀粉葡糖苷酶的混合物。
在一个优选的实施方案中，酶不合蛋白酶或具有蛋白酶副活性的酶。实际上，有利的是燕麦蛋白保持完整并且不分解成肽。具体地讲，燕麦蛋白应保持完整以被收集和浓缩在渗余物中。如果它们被分解成肽，则肽将在膜过滤步骤期间通过膜并且将被收集在还包含不可取的化合物(例如碳水化合物)的渗透物中。此外，不希望受理论的束缚，通过蛋白酶水解燕麦蛋白将产生不可取的苦味，这将是令人不悦的，具体地讲对于食品应用而言。用于水解燕麦混合物的酶的总量可以为该燕麦原料的约0.05重量％至约0.3重量％，例如约0.05重量％至约0.2重量％、约0.1重量％至约0.3重量％、约0.1重量％至约0.2重量％、约0.15重量％至约0.25重量％，
优选地约0.2重量％。优选地，将总量为燕麦原料的约0.2重量％的酶用于水解。较低剂量的酶可导致较低的燕麦蛋白回收率。
添加酶以水解燕麦原料的碳水化合物级分，诸如淀粉和/或纤维。具体地讲，酶将可溶性纤维主要水解为单糖或二糖(例如麦芽糖)。该步骤降低了燕麦混合物的粘度以有利于其可加工性并避免在膜过滤步骤期间结垢。
任选地，在水解步骤之后，可施用均化步骤来分解存在于燕麦混合物中的大颗粒。均化步骤可在60℃下应用。与不进行该步骤的方法相比，该步骤可导致燕麦蛋白回收率的增加。
均化步骤可在例如约40℃至约80℃、优选地约50℃至约70℃、更优选地约55℃至约65℃、并且最优选地约60℃的温度下施用。均化步骤优选地在200/50巴下施用。
然后可施用酶灭活步骤以便终止酶活性。否则，酶可在最终产品中保持活性，这可能导致食物质量问题。可在约90℃至约95℃的温度下施用酶灭活步骤。该步骤可施用并持续约10-15分钟的时间段。
在酶灭活之后，可将水解燕麦混合物冷却至约20-60℃。优选地，将水解燕麦混合物冷却至60℃的温度。
在膜过滤步骤期间，大量不溶性纤维可导致大量结垢。因此，然后可施用物理分离步骤以从水解燕麦混合物中除去不溶性物质。离心、滗析和/或筛分可用于该步骤以获得可溶性水解燕麦混合物。当使用离心时，在物理分离步骤之前需要pH调节步骤以避免蛋白质沉淀。当使用滗析或筛分时，不需要该pH调节步骤。
优选地，将滗析用于该步骤。滗析可导致不溶性物质的有效去除以及在该过程中的高燕麦蛋白回收率。在一些实施方案中，来自滗析的蛋白质回收率可以为约80-90％。
在一个优选的实施方案中，本发明的方法在物理分离步骤之后不包括任何附加的滗析步骤。尤其是，当通过滗析进行物理分离步骤时，本发明的方法包括单个滗析步骤。滗析式离心机基于通过离心力加速在液体介质中沉淀的原理。滗析器本身与其他离心机的区别在于通过轴向螺旋输送器连续除去沉淀物。碗状物和输送器之间的速度差被称为差示速度，其使得固体移动到固体排放部。差示速度影响产品的停留时间和在固体排放部处离开机器的最终滤饼的干燥度。当与其他液-固分离技术相比时，滗析式离心机通常可在连续设计中以更高体积运行。此外，离开滗析式离心机的固体通常具有较低的含水量，这是由于螺杆将最后一部分水从固体中压出。
在不调节的情况下，燕麦水解产物的pH可低于7，例如约6.3。如果使用离心，则首先将该水解燕麦混合物的pH值调节至碱性pH，诸如约8的pH，然后离心以增加蛋白质溶解度并随后在离心步骤期间防止蛋白质沉淀。最终pH可以介于7和10之间，优选地介于8和10之间。当使用离心时，由于燕麦蛋白在较低pH值下的低溶解度，较低的pH值也可导致该方法中的燕麦蛋白回收率显著降低。如果将滗析或筛分用于该物理分离步骤，则不需要pH调节。具体地讲，如果将滗析或筛分用于该物理分离步骤，则渗余物具有6.0至7.0、优选地6.2至6.6的pH。如果燕麦原料包含燕麦片，则可通过筛分将不溶性物质从该水解燕麦混合物中物理分离。
不溶性纤维可由物理分离步骤分离和获得，并且可用作天然纤维产品和/或用于天然纤维产品中，该天然纤维产品可用于食物产品中。所获得的不溶性纤维可包含约4-10重量％的燕麦蛋白；约1-4重量％的脂肪；约5-20重量％的碳水化合物；约2-3重量％的糖，主要是麦芽糖；以及约5-20重量％的总膳食纤维，所述总膳食纤维包含约0.1-1重量％的可溶性纤维(β-葡聚糖)。获得的不溶性纤维可具有约15-50％的TS。
在一个实施方案中，所获得的不溶性纤维包含约8重量％的燕麦蛋白；约2重量％的脂肪；约10重量％的碳水化合物；约2-3重量％的糖，主要是麦芽糖；以及约10重量％的总膳食纤维，所述总膳食纤维包含约0.5重量％的可溶性纤维(β-葡聚糖)。获得的不溶性纤维可具有约30％的TS。
不溶性纤维可冷冻干燥或喷雾干燥以产生干纤维产品。干燥的不溶性纤维可包含约15-30重量％的燕麦蛋白；约3-10重量％的脂肪；约20-40重量％的碳水化合物；约4-16重量％的糖；以及约16-60重量％的总膳食纤维，所述总膳食纤维包含约15-56重量％的不溶性纤维和约1-4重量％的可溶性纤维。干燥的纤维产品可具有约90-98％的TS。
在一个实施方案中，干燥的不溶性纤维包含约25重量％的燕麦蛋白；约7重量％的脂肪；约30重量％的碳水化合物；约8重量％的糖；以及约32重量％的总膳食纤维，所述总膳食纤维包含约30重量％的不溶性纤维和约2重量％的可溶性纤维。干燥的纤维产品可具有约95％的TS。
由物理分离步骤获得的可溶性水解燕麦混合物可具有约10-25％的TS。例如，可溶性水解燕麦混合物可具有约10％、15％、20％或25％的TS。可溶性水解燕麦混合物优选地具有约10％至约15％，例如约10％或约15％的TS。如果可溶性水解燕麦混合物的TS高于约15％，则可稀释该可溶性水解燕麦混合物以具有用于后续膜过滤步骤的更优选的TS。
然后可将膜过滤步骤施用于该可溶性水解燕麦混合物以获得渗余物和渗透物。膜过滤是压力驱动的过程，其中进料溶液、待浓缩或分馏的溶液被迫通过膜。通过该方法获得两种级分：渗余物，其对应于保留的液体；以及渗透物，其对应于通过膜的液体。
该膜过滤步骤允许浓缩保留在渗余物中的大分子，例如蛋白质和剩余的大碳水化合物，并除去穿过膜然后被收集在渗透物中的小分子，例如水解的碳水化合物。
在该步骤中使用的膜优选地具有大截留分子量(MWCO)/孔径以确保渗余物和渗透物通量中的高蛋白质含量。
较低MWCO的使用可导致膜过滤过程期间的过度结垢，并且随后导致最终渗余物中燕麦蛋白含量的显著降低。所用膜的MWCO可以为100kDa或更大，例如介于约100kDa至约0.2μm之间，优选地大于或等于500kDa。
在该步骤中可使用平板或螺旋缠绕膜。可使用不同类型的膜材料。对于蛋白浓缩应用而言，亲水性材料和非蛋白结合材料通常是优选的。本发明方法中使用的膜材料可以是亲水性材料、疏水性材料和/或无机材料。在一个实施方案中，膜材料优选为陶瓷。适合的膜材料，诸如陶瓷，可显著增加渗余物和渗透物通量中的蛋白质含量。
膜过滤步骤可在大于50℃，优选地约50℃至约60℃的温度下进行。低于10℃的温度可导致过度结垢，这是由于在膜过滤步骤期间水解燕麦混合物的高粘度。介于10℃和50℃之间的温度可导致微生物生长。使用更高的温度，例如60℃可显著增加渗余物和渗透物通量中的蛋白质含量，并且在膜材料不是热敏性的情况下是优选的。
可使用不同类型的膜过滤，诸如微滤和超滤。每种膜类型具有不同尺寸的孔。
在一些实施方案中，可使用超滤。″超滤″是使用液体静压力迫使液体通过半透膜的膜过滤技术。在超滤中，悬浮固形物和高分子量溶质被保留，而水和低分子量溶质穿过膜。工业和研究中使用超滤来纯化和浓缩含有大分子量分子(103-106Da)的溶液。超滤能有效并同时温和地分离大分子量化合物。超滤中可使用任何常见类型的超滤膜，并且合适的超滤器可商购获得，例如从密理博公司(Millipore Corp.)和Desal Systems公司购得。可进行超滤的技术包括诸如平面、螺旋和中空纤维技术。超滤可以多种模式进行，诸如死端、错流和反冲操作模式。本发明不限于超滤膜、超滤技术或超滤模式的特定实施方案。
在一些实施方案中，可使用微滤。″微滤″是使用孔径范围为0.1μm至10μm的膜进行的过滤，其中加压是可选的。微滤可使用诸如中空纤维膜、平板膜、管状膜、螺旋缠绕膜、中空细纤维膜或径迹蚀刻膜等膜。本发明不限于微滤器的特定实施方案。
在一个优选的实施方案中，本发明的方法在膜过滤步骤之前不包括任何灭菌步骤，即在高于100℃的温度下的热处理步骤。实际上，灭菌可导致燕麦蛋白的聚集/变性，这将不利地影响燕麦蛋白的功能性(例如溶解度)，特别是对于RTD饮料应用而言。
在膜过滤步骤之后获得渗余物。渗余物含有高功能燕麦蛋白并且可用于燕麦蛋白浓缩物中和/或用作燕麦蛋白浓缩物。在一个实施方案中，该燕麦蛋白浓缩物可包含约5-10重量％的燕麦蛋白；约2-7重量％的脂肪；约5-20重量％，例如约10重量％的碳水化合物；约2-4重量％的糖，主要是麦芽糖；以及约1-2重量％的总膳食纤维，所述总膳食纤维包含：(i)约1-1.5重量％的不溶性纤维和(ii)至多约0.5重量％的包含β-葡聚糖的可溶性纤维。燕麦蛋白浓缩物可具有约20-40％，例如约25-40％或约20-30％的TS。
在一个优选的实施方案中，在本发明的上下文中，燕麦蛋白浓缩物是通过根据本发明的方法获得的渗余物。在一个更优选的实施方案中，该渗余物可包含约5-10重量％的燕麦蛋白；约2-7重量％的脂肪；约5-20重量％，例如约10重量％的碳水化合物；约2-4重量％的糖，主要是麦芽糖；以及约1-2重量％的总膳食纤维，所述总膳食纤维包含：(i)约1-1.5重量％的不溶性纤维和(ii)至多约0.5重量％的包含β-葡聚糖的可溶性纤维。渗余物可具有约20-40％，例如约25-40％或约20-30％的TS。
优选地，渗余物或燕麦蛋白浓缩物的燕麦蛋白是完整的。与聚集/变性的燕麦蛋白相比，完整的燕麦蛋白具有良好的功能性，诸如改善的溶解度。
在一个优选的实施方案中，渗余物具有6.0至7.0，更优选地6.3至6.6的pH。渗余物的这些pH范围有助于保持燕麦蛋白的功能性。具体地讲，如果渗余物的pH低于这些范围，则可能导致蛋白质的聚集，这可不利地影响燕麦蛋白质的功能性(例如溶解度)。
燕麦蛋白浓缩物含有具有高稳定性、溶解度、胶凝作用、乳化和起泡特性的高功能性燕麦蛋白。由于通过膜过滤进行温和处理，燕麦蛋白浓缩物中的燕麦蛋白可保持其最佳性能。燕麦蛋白浓缩物具有高燕麦蛋白含量，其通过膜过滤进行浓缩。燕麦蛋白浓缩物还具有受控的糖生成和/或糖减少，这分别是由于碳水化合物的水解和通过膜过滤部分去除水解的碳水化合物(糖)。此外，燕麦蛋白浓缩物的蛋白质/糖比率可通过过程控制和/或在本发明方法期间/通过本发明方法组合不同的流来调节。
如图1中所示，与商业燕麦蛋白浓缩物相比，通过本发明方法获得的燕麦蛋白浓缩物中的蛋白质在pH＞＝4下具有约20％或更大的较大溶解度。例如，在pH＞＝5下，通过本发明方法获得的燕麦蛋白浓缩物具有约30％或更大的蛋白质溶解度；并且在pH＞＝6下，通过本发明方法获得的燕麦蛋白浓缩物具有约40％或更大的蛋白质溶解度。值得注意的是，在pH＞＝7下，由本发明方法获得的燕麦蛋白浓缩物具有约80％的蛋白质溶解度，这比商业燕麦蛋白浓缩物的蛋白质溶解度高得多，该商业燕麦蛋白浓缩物的蛋白质溶解度在pH 4-11下仅为至多约5％。
如图2中所示，与商业燕麦蛋白浓缩物相比，通过本发明方法获得的燕麦蛋白浓缩物中的蛋白质具有更大的起泡特性。在整个测量时间期间，由本发明方法获得的燕麦蛋白浓缩物具有的起泡体积是商业燕麦蛋白浓缩物的起泡体积(至多25mL)的至少4倍(约100mL或更大)。
可将附加成分添加到渗余物或燕麦蛋白浓缩物中以生产基于燕麦的即饮型(RTD)饮料。例如，可将以下物质中的至少一种添加到渗余物中：糖，优选地蔗糖；油，优选地葵花油；缓冲盐和钙源，优选地磷酸氢二钾和磷酸三钙；或者风味增强剂，优选地氯化钠。氯化钠是一种风味增强剂，其有助于减少基于燕麦的产品(例如渗余物、浓缩燕麦蛋白、基于燕麦的RTD饮料)中的异味，包括苦味和涩味。缓冲盐也可以是磷酸二钠。钙源也可以是碳酸钙。
还可以将一种或多种维生素和/或矿物质添加到渗余物中以生产基于燕麦的RTD饮料。任选地存在于基于燕麦的RTD饮料中的矿物质、维生素和其他微量营养素的示例包括维生素A、维生素B1、维生素B2、维生素B6、维生素B12、维生素E、维生素K、维生素C、维生素D、叶酸、肌醇、烟酸、生物素、泛酸、胆碱、钙、磷、碘、铁、镁、铜、锌、锰、氯化物、钾、钠、硒、铬、钼、牛磺酸和左旋肉碱。
任选地，可从膜过滤步骤获得富含碳水化合物和/或其水解产物的渗透物。渗透物可被汽蒸和/或蒸发以获得蒸发的渗透物，其可用于燕麦糖浆的副产物中和/或用作燕麦糖浆的副产物。燕麦糖浆也可以作为另选的糖源添加到渗余物或燕麦蛋白浓缩物中。
在一个实施方案中，该燕麦糖浆可包含至多约1重量％的燕麦蛋白；至多约0.1重量％的脂肪；约40-50重量％的碳水化合物；约20-30重量％的糖，主要是麦芽糖；以及至多约0.5重量％的纤维。燕麦糖浆可具有约65-80％的TS。
可将热处理，例如超高温(UHT)处理，包括上游均化或下游均化，施用于渗余物或燕麦蛋白浓缩物和附加成分的混合物。然后可将经热处理的混合物进行无菌包装。基于燕麦的RTD饮料可用于乳品替代产品中和/或用作乳品替代产品。
在一个实施方案中，该基于燕麦的RTD饮料可包含至少约3重量％、优选地约3重量％至5重量％的燕麦蛋白和/或3-5g燕麦蛋白/100ml该燕麦RTD；约3-5g糖/100ml该燕麦RTD；以及约1.5-3g脂肪/100ml该燕麦RTD。燕麦RTD可具有15-40mPa.s的粘度(25℃，100s-1)。优选地，基于燕麦的RTD饮料的燕麦蛋白是完整的。与聚集/变性的燕麦蛋白相比，完整的燕麦蛋白具有良好的功能性，尤其是对于RTD饮料应用而言，诸如改善的溶解度。
基于燕麦的RTD饮料含有具有高稳定性、溶解度、胶凝作用、乳化和起泡特性的高功能性燕麦蛋白。由于通过膜过滤进行温和处理，基于燕麦的RTD饮料中的燕麦蛋白可保持其最佳性能。燕麦RTD具有很好的感官和营养性能。由于由完整燕麦蛋白和/或正确的酶选择和/或盐添加促进的高粘度，基于燕麦的RTD饮料具有顺滑的味道和口感。基于燕麦的RTD饮料具有高燕麦蛋白含量，其通过膜过滤浓缩。基于燕麦的RTD饮料还具有受控的糖生成和/或糖减少，这分别是由于碳水化合物的水解和通过膜过滤部分去除水解的碳水化合物(糖)。此外，基于燕麦的RTD饮料的蛋白质/糖比率可通过过程控制和/或在该方法期间/通过该方法组合不同的流来调节。
在一个优选的实施方案中，基于燕麦的RTD饮料具有7至7.7的pH，优选地7.3至7.7的pH，更优选地为7.5的pH。尤其是，可通过使用缓冲盐(诸如磷酸氢二钾或磷酸二钠)来调节饮料的pH。在该pH范围下，基于燕麦的RTD饮料在货架期内不表现出物理不稳定性现象，该现象可能不利地影响基于燕麦的RTD饮料的视觉方面和感官特征。例如，它不表现出蛋白质聚集和粘度增加。此外，在该pH范围内，基于燕麦的RTD饮料的异味(包括涩味)减少。
实施例
实施例1：方法
在一个示例性方法中，将酶或酶共混物(0.2％重量的燕麦粉)与水混合，并逐渐添加燕麦粉以达到15％的TS。将混合物加热并保持在60℃下1小时。将混合物均化(200/50巴，并且优选地在60℃下)，加热至90℃，在90℃处保持10分钟以使酶灭活，并冷却至60℃。然后，使燕麦浆液通过滗析器(6000rpm转筒，10rpm螺杆，500L/h)。将获得的重相在105℃处烘箱干燥约2-3小时，随后干磨并筛分(筛目1mm)。将膜过滤施用于获得的轻相：(i)利用由再生纤维素(RC)制成的螺旋膜，其具有500kDa MWCO和11.4m2的膜面积，在50℃下，流量为3000-3800L/h并且跨膜压力为约1.2巴；以及(ii)另选地，利用陶瓷膜，其具有0.14μm MWCO和7.6m2的膜面积，在60℃下，流量为1900-3300L/h并且跨膜压力为约1.8巴。将由膜过滤步骤获得的渗透物在两级蒸发器中浓缩。将所得渗余物与其他成分(例如，水、糖、葵花油、磷酸三钙、磷酸氢二钾)混合以产生RTD产品，之后进行间接UHT处理并无菌填充在瓶中。
实施例2：酶促水解
使用快速粘度分析仪(RVA)来模拟水解和灭活步骤。将可商购获得的酶用于测试。图3和图4是所测试的不同酶的RVA曲线。图3示出不具有任何其他酶的α-淀粉酶
Figure BDA0003995876060000151
产生具有最高粘度的燕麦浆液。图4示出与图4中所有其他样品相比，与淀粉葡糖苷酶(AMG)组合的
Figure BDA0003995876060000152
导致最高粘度。所测试的2种α-淀粉酶(BANTM 480L和
Figure BDA0003995876060000153
)之间的差异是BANTM 480L的β-葡聚糖酶副活性。β-葡聚糖的裂解对粘度具有很大影响。这也通过
Figure BDA0003995876060000154
和β-葡聚糖酶
Figure BDA0003995876060000155
的组合示出，其具有与BANTM 480L相似的粘度曲线。
还研究了两种α-淀粉酶(BANTM 480L和
Figure BDA0003995876060000161
)的组合。表1和图5示出了结果。
表1.在不同TS值情况下进行的试验的结果，其中BANTM 480L单独使用或与
Figure BDA0003995876060000162
组合使用。
Figure BDA0003995876060000163
这些结果指示，BANTM 480L与
Figure BDA0003995876060000164
的组合导致更高的渗透物通量(图5)和随后在渗余物中的TS上的更高蛋白质含量(表1)。
实施例3：初始总固体(TS)
燕麦浆液的初始TS对应于方法开始时燕麦粉与水的比率。表2总结了在不同初始TS值情况下的试验结果，并且图6示出了在膜过滤步骤期间这些试验的渗透物通量。
表2.利用滗析器并在不同初始TS值情况下进行试验的结果。
Figure BDA0003995876060000165
在膜过滤期间，具有较高TS的样品的渗透物通量较低，如图6所示，因为粘度、浓度极化和结垢在较高TS下较高。
应当理解，对本文所述的目前优选的实施方案作出的各种变化和修改对于本领域的技术人员将为显而易见的。可在不脱离本发明主题的实质和范围且不减弱其预期优点的前提下作出这些变化和修改。因此，此类变化和修改旨在由所附权利要求书涵盖。
实施例4：RTD饮料
将实施例1中经由膜过滤获得的渗余物用于生产含有3％燕麦蛋白的基于燕麦的RTD饮料。在环境温度下将渗余物与其他成分(描述于下表3中)混合30分钟。然后将混合物在145℃下UHT处理6秒，在78℃下在200/50巴下均化，冷却至20℃并无菌填充在塑料瓶中。基于燕麦的RTD饮料具有7.5的pH。
成分 配方中的％
渗余物(来自实施例1) 60.0
棕糖 3.00
磷酸三钙 0.35
磷酸氢二钾 0.80
氯化钠 0.06
表3。

Claims (12)

1.一种生产基于燕麦的产品的方法，所述方法包括：
提供燕麦混合物，所述燕麦混合物优选地具有10％-25％的总固体(TS)；
用酶或酶的组合水解所述燕麦混合物，优选地在介于60℃与70℃之间的温度下，更优选地在60℃下；
任选地均化所述水解燕麦混合物，优选地在60℃和200/50巴下；
通过滗析和/或筛分从所述水解燕麦混合物中物理分离不溶性物质，以形成可溶性水解燕麦混合物；
任选地冷冻干燥或喷雾干燥物理分离的不溶性纤维；
使用具有大于100kDa、优选地大于或等于500kDa的截留分子量(MWCO)的膜，将膜过滤施用于所述可溶性水解燕麦混合物，以获得渗余物，优选地在50℃至60℃的温度下；以及
任选地汽蒸和/或蒸发从所述膜过滤步骤获得的渗透物；
任选地向所述渗余物中添加以下物质中的至少一种以形成混合物：糖，优选地蔗糖；蒸发的渗透物；油，优选地葵花油；缓冲盐和钙源，优选地磷酸氢二钾和磷酸三钙；或风味增强剂，优选地氯化钠；
任选地对所述混合物施用超高温(UHT)处理，包括上游均化或下游均化；以及将热处理的混合物进行无菌包装。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述燕麦混合物包含选自以下的燕麦原料：燕麦粉、脱脂燕麦粉、燕麦片、以及它们的混合物；优选地所述脱脂燕麦粉。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述酶包括淀粉酶和任选的淀粉葡糖苷酶或β-葡聚糖酶中的至少一种。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中用于水解所述燕麦混合物的酶的总量为所述燕麦原料的0.05重量％至0.3重量％，优选地0.2重量％。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，所述方法还包括在90℃至95℃下将所述酶灭活10分钟-15分钟，并且在所述酶灭活后将所述水解燕麦混合物冷却至20℃-60℃，优选地60℃。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述膜包括亲水性膜、疏水性膜或无机膜，优选地陶瓷膜。
7.一种燕麦蛋白浓缩物，其通过权利要求1-6中任一项所述的方法制备，所述燕麦蛋白浓缩物包含：
5-10重量％的燕麦蛋白；
2-7重量％的脂肪；
5-20重量％的碳水化合物；
2-4重量％的糖，主要是麦芽糖；以及
1-2重量％的总膳食纤维，所述总膳食纤维包含：(i)1-1.5重量％的不溶性纤维和(ii)至多0.5重量％的包含β-葡聚糖的可溶性纤维，
其中所述燕麦蛋白浓缩物具有20-30％的TS。
8.根据权利要求6所述的燕麦蛋白浓缩物，其中所述燕麦蛋白在pH 4下具有20％的溶解度，并且在pH 7至pH 11下具有83％-86％的溶解度。
9.一种基于燕麦的即饮型(RTD)饮料，其包含根据权利要求7所述的燕麦蛋白浓缩物；和任选的以下物质中的至少一种：糖，优选地蔗糖；蒸发的渗透物；油，优选地葵花油；缓冲盐和钙源，优选地磷酸氢二钾和磷酸三钙；或风味增强剂，优选地氯化钠。
10.根据权利要求9所述的燕麦RTD饮料，其包含：
至少3重量％，优选地3重量％至5重量％的燕麦蛋白和/或3-5g燕麦蛋白/100ml所述燕麦RTD饮料；
3g-5g糖/100ml所述燕麦RTD饮料；以及
1.5g-3g脂肪/100ml所述燕麦RTD饮料，
其中所述燕麦RTD饮料具有15-40MPa.s(100s-1)的粘度。
11.一种燕麦糖浆，其通过权利要求1所述的方法制备，所述燕麦糖浆包含：
至多1重量％的燕麦蛋白；
至多0.1重量％的脂肪；
40-50重量％的碳水化合物；
20-30重量％的糖，主要是麦芽糖；以及
至多0.5重量％的纤维，
其中所述燕麦糖浆具有65-80％的TS。
12.一种天然纤维产品，其通过权利要求1所述的方法制备，所述天然纤维产品的组成为：
(i)4-10重量％的燕麦蛋白；
1-4重量％的脂肪；
5-20重量％的碳水化合物；
2-3重量％的糖，主要是麦芽糖；以及
5-20重量％的总膳食纤维，所述总膳食纤维包含约0.1-1重量％的可溶性纤维(β-葡聚糖)；
其中所述天然纤维产品具有15-50％的TS；和/或
(ii)15-30重量％的燕麦蛋白；
3-10重量％的脂肪；
20-40重量％的碳水化合物；
4-16重量％的糖；以及
16-60重量％的总膳食纤维，所述总膳食纤维包含15-56重量％的不溶性纤维和1-4重量％的可溶性纤维，
其中所述天然纤维产品具有90-98％的TS。
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