氨基糖碳酸化劑及其製備的製作方法

2023-06-01 04:06:06

專利名稱:氨基糖碳酸化劑及其製備的製作方法
本發明涉及乾燥的碳酸化劑，製備和使用這些乾燥的碳酸化劑和摻入這些乾燥的碳酸化劑的產品的方法。乾燥的碳酸化劑是一種一旦接觸水就會釋放二氧化碳的物質，在需要泡騰的食品、飲料和藥物應用中都可使用這些乾燥的碳酸化劑。乾燥的碳酸化劑與其它物質如稀釋劑、載體和調味劑混合，而後可復原成一種充碳酸氣的飲料。
在先有技術中，人們長期以來一直尋找具有良好泡騰性質而無反味作用的乾燥的碳酸化劑。現有的乾燥的碳酸化劑主要包括無機碳酸鹽或無機碳酸氫鹽的金屬鹽，其中最常見的是碳酸氫鈉，但是，由於碳酸化劑一旦與水反應會釋放出金屬離子，因此這些無機碳酸化劑通常會給產品帶來異味和鹹味。
美國專利3，441，417和3，649，298介紹了某些氧、氮和硫羧基酐組合物作為乾燥的碳酸化劑應用中的有機二氧化碳載體，然而，所介紹的方法中在製備這些有機碳酸化劑時需要光氣，由於光氣可能引起毒性問題，而這是食品應用中所不需要的。
英國專利申請GB2，037，760A介紹了作為泡騰組合物的有機二氧化碳載體的L-賴氨酸氨基甲酸酯的製備方法。
本發明主要是要避免上面討論的那些缺點。本發明包括發現2-氨基糖、葡糖胺和半乳糖胺的碳酸氫鹽可以用作乾燥的碳酸化劑。2-氨基糖碳酸氫鹽一旦與水接觸，就能迅速地釋放二氧化碳並對所得到的充碳酸氣的水液提供淡甜味。因此，這些乾燥的碳酸化劑特別適用幹飲料混合物中。
本發明也提供了一種製備乾燥，穩定的碳酸化劑的方法，該方法包括使水溶液中的葡糖胺或半乳糖胺的氨基部分與碳酸氫根離子反應，結果生成葡糖胺或半乳糖胺碳酸氫鹽的溶液，接著通過乾燥從溶液中分離碳酸氫鹽。
在本發明的一個實施例中，通過製備游離的2-氨基糖和隨後將二氧化碳引入該溶液，使碳酸氫根離子與氨基反應。在本發明的另一個實施例中，通過使2-氨基糖的鹽和強鹼離子交換樹脂接觸，使碳酸氫根離子和氨基部分有效地反應，該強鹼離子交換樹脂含有碳酸氫根離子。從2-氨基糖中除去該鹽的陰離子並用碳酸氫根離子代替，從而形成2-氨基糖碳酸氫鹽。
本發明的方法是利用一種天然存在的2-氨基糖，即2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖(葡糖胺)或2-氨基-2-脫氧-D-半乳糖(半乳糖胺)。通常，這些2-氨基糖是從天然多糖來源如幾丁質(葡糖胺)，和膠原材料如腱和軟骨(半乳糖胺)得到的。這些2-氨基糖，一般是以其無機酸鹽如鹽酸鹽的形式回收的。
因此，葡糖胺鹽酸鹽可用眾所周知的幾丁質的無機酸水解的方法來獲得，幾丁質是一種多糖，其中主要的重複單位是N-乙醯氨基葡糖。幾丁質很容易由甲殼綱如蟹、蝦、淡水小龍蝦、淡水鰲蝦等的殼用眾所周知的方法來製備。
而後，游離的氨基糖水溶液可通過中和酸性鹽酸鹽溶液來製備，最好是使酸性鹽酸鹽溶液通過離子交換柱。在本發明中，可以使用任何適宜的弱鹼陰離子交換樹脂以製備游離的氨基糖溶液，如DOWEX MWA-1(DOW化學公司)。用適當的氫氧化物溶液如5%氫氧化鈉水溶液，把該離子交換柱裝成氫氧化物型，這種填充有氫氧化物的離子交換樹脂的活性部位可用於進行離子交換反應。
然後，在足夠的速率下，使該氨基糖鹽的水溶液通過準備好的離子交換柱，使其發生離子交換反應。接著，通過用去離子水洗脫柱，pH呈鹼性的洗出液各部分含有2-氨基糖游離鹼，較好收集pH＞8的各部分，pH較低的後面的各部分洗出液顯示出轉化成游離鹼更不完全，在有足夠濃度的酸式鹽的存在下，這個結果導致降低了碳酸氫鹽最後產品的香氣質量。
葡糖胺鹽酸鹽和半乳糖胺鹽酸鹽均易溶於水，因此可以通過把該鹽酸鹽溶解於水很容易地製得它們的水溶液，例如，根據所需的粘度，葡糖胺鹽酸鹽的濃度可配製到25%(重量)水溶液。如果鹽酸鹽水溶液是要通過離子交換樹脂來製備游離鹼，那麼，為了防止通過離子交換柱的溶液高粘性所出現的問題，可以配製較低濃度的溶液。例如，葡糖胺鹽酸鹽，在採用鹼性離子交換方法中，游離氨基糖的不期望的變褐色反應速率會隨著濃度的增加而增加，因此，對較高濃度的溶液而言，特別重要的是，經柱的流動速率以及後面的2-氨基糖的程序都要儘可能地快。在進行離子交換時，最好將柱激冷至15℃以下，將進一步有助於使不需要的降解反應降至最低限度。
然後，使游離氨基糖水溶液與適當來源的碳酸氫根離子反應以生產本發明的2-氨基糖碳酸氫鹽。在本發明的最佳實施例中，通過氨基糖溶液的碳酸化，即通過使該氨基糖溶液與二氧化碳接觸可以做到，用二氧化碳氣體或乾冰可實現這種碳酸飽和。二氧化碳在水溶液中的溶解度以及所形成的各種碳酸鹽會影響與氨基糖的反應，對簡單的碳酸鹽水溶液來說，四種溶質成分即CO2、H2CO3、HCO-、CO2-3彼此影響平衡濃度的性質可用下列平衡反應來表示
當各種碳酸氫鹽溶液的pH值在7到10時，HCO-3在水溶液中佔優勢，而且，因為2-氨基糖的氨基的pKa常數也約為10(葡糖胺＝9.7)，當pH值降到10以下時，越來越多的氨基就會與碳酸氫根離子反應生成氨基糖碳酸氫鹽，當收集碳酸飽和的各部分流出液(pH8-10)時，該溶液的pH就會降低且有更多的碳酸氫根離子形成並與氨基糖反應。當充碳酸氣步結束時，該溶液pH達到約6-7範圍。
為了增強二氧化碳的溶解作用，增強與2-氨基糖的反應，建議使該溶液保持在室溫以下，最好是保持在10℃以下。在充碳酸氣時，保持該溶液在0-2℃，而不是25℃，就會增產5-10%。乾冰的加入既會降低該溶液的溫度，同時也將二氧化碳引入該溶液，在充碳酸氣時，通過使壓力增大到約690kPa(100磅/平方英寸)，在690kPa下，產量將隨著充碳酸氣步的時間增加到約90分鐘而提高，但尚未發現更高的壓力或更長的時間有更明顯的有利作用。
在本發明的另一個實施例中，含有所需氨基糖碳酸氫鹽的水溶液可以直接從氨基糖鹽通過離子交換方法來形成。在這個實施例中，使2-氨基糖鹽如鹽酸鹽的水溶液與含有碳酸氫根離子的強鹼離子交換樹脂接觸，通過先用碳酸氫鈉或碳酸氫鉀洗脫該樹脂柱，然後將氨基糖鹽酸鹽的水溶液通過該離子交換樹脂柱，從該鹽中除去氯離子並用碳酸氫根離子代替之，以便使所得到的洗出液含有氨基糖碳酸氫鹽。
水溶液中的氨基糖碳酸氫鹽，可通過乾燥該溶液如冰凍乾燥、噴霧乾燥或真空乾燥來分離。溶液中的氨基糖碳酸氫鹽對熱敏感，熱能引起二氧化碳的釋放以及其它不需要的降解反應。由於這種熱不穩定性，所使用的乾燥方法中應當避免長時間的高溫或過高溫暴露。較好的乾燥技術是凍幹該水溶液，使二氧化碳和氨基糖反應混合物以及所得到的碳酸氫鹽溶液的溫度維持在15℃以下，以冷凍該碳酸氫鹽溶液也是較佳的，在製備中，應儘快冷凍乾燥。
使凍幹步驟持續到產品的水分含量小於8%(重量)，最好是小於5%，所得到的乾燥的氨基糖碳酸氫鹽是一種白色粉末。
因此，所分離的該乾燥的氨基糖碳酸氫鹽在室溫下是穩定的且具有淡甜味，當它暴露於空氣中時，能吸收水分，特別是收溼的凍乾產品。因此，在包裝本發明的產品時，應倍加注意避免產品受潮。因此，包括本發明的碳酸氫鹽作為一種成分的乾燥的飲料組合物應當貯藏在密封的氣密的、無水容器中。
向2-氨基糖碳酸氫鹽的溶液加入各種載體，可降低最後產品的吸溼性以及有利於乾燥步驟，良好的載體應當具有結合水分的能力，以便它不能隨意引起粘著性或促進二氧化碳的損失或變褐色。酸性條件會促進二氧化碳從碳酸氫鹽中的釋放，因此，載體如麥芽糖糊精和阿拉伯樹膠，由於其低pH值，會降低二氧化碳的保留值，是不夠優選的，而某些改性的糊精卻具有非酸性pH值，表現出更適合於這種應用，已發現一種這樣改性的糊精即N-ZORBIT(National Starch Chemical)尤其適用於作為載體。
一旦氨基糖碳酸氫鹽在水溶液中復原就會釋放二氧化碳。一般說來，二氧化碳的釋放可用下列離子方程式來表示
其中R是沒有氨基的2-氨基糖，為了促進二氧化碳的釋放，溶液的pH最好是酸性的。
本發明的碳酸化劑除了釋放二氧化碳外，還給該充碳酸氣的溶液帶來淡甜味。因此本發明的碳酸化劑尤其適用於飲料應用，因為其甜味通常是所期望的。在這些應用中，氨基糖碳酸氫鹽用作碳酸化劑可能會減少通常所加入的糖量，各種適宜的乾燥的稀釋劑，載體和調味劑可和碳酸氫鹽摻和在一起形成一種乾燥的飲料組合物，而尤其用作乾燥的飲料組合物的部分，即本發明碳酸化劑也可用於其它應用中，在這些應用中，一旦加水就會釋放二氧化碳是所期望的。
下面提到的各實施例僅是進一步說明本發明的某些實施，而並不在任何方面構成對本發明的限制。所有百分數均用重量表亍，除非另有說明。
實施例1用6N鹽酸，接著用去離子水洗滌DOWX MWA-1大孔鹼性離子交換樹脂，接著將該樹脂裝到9.5釐米直徑的玻璃柱上，裝至80釐米高，用去離子水充分洗滌該裝好的柱，然後將12升5%氫氧化鈉溶液通過該柱，隨後用去離子水充分洗滌以便使洗出液與去離子水具有相同的pH值。接著把整個柱冷卻到8℃以下。
將去離子水(15℃)中的1200毫升18%葡糖胺鹽酸鹽溶液以25毫升/分的速率通過該柱，隨後，冷的去離子水(15℃)以相同的洗脫速率通過。收集pH高於8.3的各部分洗出液(每份300-500毫升)接著在276KPa(40磅/平方英寸)的二氧化碳的壓力下，在10℃下充碳酸氣1小時，接著，冷凍所得溶液並冷凍乾燥到最後含水量為5.0-6.5%，總產量為155克。最後冷凍乾燥的葡糖胺碳酸氫鹽的氯化物含量小於0.6%，與葡糖胺碳酸氫鹽的二氧化碳理論含量93毫升/克相比，該產品的二氧化碳平均產量為75-88毫升/克(已換算成0℃和760mmHg的標準狀態。88毫升/克產品的熔點測定表明在93℃下開始分解，紅外光譜與氨基碳酸氫鹽鹽鍵的形成相一致。
實施例2成分 乾燥的飲料混合物% 消耗量%
糖 61.79 9.20檸檬酸 4.84 0.72蘋果酸 4.84 0.72蘋果汁固形物 3.81 0.57速溶茶 0.46 0.07蘋果食用香料 0.38 0.06桃食用香料 0.08 0.01葡糖胺碳酸氫鹽 23.80 3.54水 - 85.11100.0 100.00為了得到均一的混合物，根據實施例1所敘述的方法而生產，含二氧化碳量為75毫升/克的葡糖胺碳酸氫鹽與上表所列的其它乾燥的成分摻和在一起。將21克所得乾燥的飲料混合物攪拌加入120毫升冷水中，約30-40秒完全溶解，飲料繼續放出二氧化碳氣泡達3-4分鐘，每體積該製取的飲料放出3體積二氧化碳氣體。
實施例3成分 乾燥的飲料混合物% 消耗量%糖 78.71 10.51檸檬酸 6.00 0.80磷酸一鈣 0.26 0.03草莓食用香料 0.69 0.09紅＃40(著色劑) 0.07 0.01葡糖胺碳酸氫鹽 14.27 1.91水 - 86.64100.00 100.00用實施例1相同方法而得到的葡糖胺碳酸氫鹽來配製含有上述成分的配方，用18.5克該混合物加工成120毫升充碳酸氣的軟飲料，約30-45秒得到完全溶液，可觀察到的冒泡時間持續約3分鐘，每體積所製備的飲料約放出2體積的二氧化碳。
實施例4用6N鹽酸洗滌DOWEX MSA-2離子交換樹脂(強鹼Ⅱ型，大孔S-DVB球形顆粒)並用去離子水漂洗，將該樹脂裝到9.5釐米直徑，達80釐米高的柱上。接著用去離子水徹底洗脫該柱，將8升5%碳酸氫鈉溶液通過該柱，隨後用去離子水洗脫，直到洗出液pH與去離子水相同為止。
使在去離子水中的700毫升20%葡糖胺鹽酸鹽溶液以25毫升/分的速率通過上述樹脂柱，隨後用去離子水洗脫。收集具有pH6.85-7.40的各部分洗出液(500-600毫升)，冷凍並凍幹，使最後含水量為5.8-7.2%，總產量為98克，凍乾產品的氯化物含量為2.0-2.5%，該產品的平均二氧化碳含量為60毫升/克。
權利要求
1.一種製備乾燥的碳酸化劑的方法，該方法包括使水溶液中的碳酸氫根離子與葡糖胺或半乳糖胺的氨基部分反應生成其碳酸氫鹽並通過乾燥來分離該產品。
2.根據權利要求
1的方法，其中碳酸氫鹽是通過凍幹來分離的。
3.根據權利要求
1的方法，其中碳酸氫根離子是通過含有碳酸氫根離子的裝填有強鹼離子交換樹脂與氨基部分反應，並使裝填的樹脂與葡糖胺或半乳糖胺的無機酸鹽的水溶液接觸。
4.根據權利要求
1的方法，其中碳酸氫根離子與通過把二氧化碳引入葡糖胺或半乳糖胺的水溶液中的氨基部分反應。
5.根據權利要求
4的方法，其中水溶液是由葡糖胺或半乳糖胺鹽酸鹽水溶液通過弱鹼離子交換柱並收集pH8以上的各洗出液部分而得到的。
6.根據權利要求
4的方法，其中溶液在約276-690KPa壓力下，保持與二氧化碳氣體接觸約60-90分鐘。
7.按權利要求
1，2，3或4的方法所製備的乾燥的碳酸化劑。
8.乾燥的飲料組合物，其能在水中復原成一種充碳酸氣的飲料，該飲料包含其碳酸化成分、葡糖胺碳酸氫鹽或半乳糖胺碳酸氫鹽。
9.葡糖胺碳酸氫鹽。
10.半乳糖胺碳酸氫鹽。
專利摘要
氨基糖碳酸化劑是通過碳酸氫根離子與水溶液中的葡糖胺或半乳糖胺的氨基部分反應生成葡糖胺碳酸氫鹽或半乳糖胺碳酸氫鹽而製備的，接著通過乾燥來分離該碳酸氫鹽。所得到的乾燥的2-氨基糖碳酸氫鹽在室溫下是穩定的，能用作碳酸化劑。也可用該碳酸化劑與其它成分摻和形成乾燥的飲料混合物，該2-氨基糖碳酸氫鹽一旦再水化就會釋放出二氧化碳，又把淡甜味帶到該充碳酸氣的飲料中。
文檔編號C07H5/06GK87101874SQ87101874
公開日1987年10月14日 申請日期1987年3月10日
發明者陳德奎, 多蘿西·瓊·馬弗特, 卡倫·G·坦迪 申請人:雀巢製品公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan