NO170313B - Fremgangsmaate for fremstilling av et proteinholdige, vanndispergerbare makrokolloider - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder fremstilling av erstatninger for fett, både per se såvel som ved fremstilling av næringsmiddelprodukter, i profylaktiske og terapeutiske vekttapsbehandlinger, og høyproteinterapier, og spiselige næringsmiddelprodukter av den type der fett, som normalt er til stede i konsentrasjoner som er tilstrekkelig til å gi et organoleptisk bidrag, erstattes med proteinmaterialer som har den glatte, organoleptiske karakteren til olje-i-vann-emulsjoner.

Fettrike næringsmidler nyter betydelig popularitet

og utgjør en signifikant del av dietten til mange mennesker. Den uønskede virkning fra et ernæringssynspunkt for en

slik konsumpsjon er godt kjent, og mange forsøk er gjort på

å løse problemet.

Den enkleste fremgangsmåten har kanskje vært ganske enkelt å redusere mengden av fett i et gitt næringsmiddel. U.S. patent 3.892.873 eksemplifiserer produkter i hvilke flerfaseemulsjoner (f.eks. olje/vann/olje eller vann/olje/vann) anvendes for å muliggjøre en reduksjon i mengden fett i visse fettholdige næringsmidler, uten at

det kreves, i for stor grad å påvirke næringsmidlenes organoleptiske karakter. I disse produktene modifiseres forholdet mellom vann og olje for å maksimere oljens kinestetiske bidrag og således tillate en forholdsvis reduksjon av mengden olje som kreves i næringsmidlet for å manifestere ethvert gitt nivå av det organoleptiske bidrag forbundet med fett. Mens reduksjon av fettmengden er meget ønskelig så langt som det går an, er denne fremgangsmåte underlagt meget reelle grenser for hvor langt den kan føres. Selv om det organoleptiske bidraget av det fett som foreligger i næringsmidlet kombineres, bibeholder det resulterende næringsmiddelproduktet ikke desto mindre en betydelig del av det fett som nødvendigvis sammenfaller med den ønskede munnfølelsen som normalt er forbundet med fett i slike produkter. Selv om en enkel fettreduksjon har sine fordeler, kan denne fremgangsmåte derfor ikke føres veldig langt og har ikke de samme potensielle fordeler som oppnås ved reduksjon av fett ved fetterstatning.

På fagområdet er det mange forslag for tilveiebring-else av fetterstatningsmidler i næringsmiddelprodukter som så beskrives som "kaloriredusert". Som et eksempel gjelder U.S. patent nr. 3.600.186 generelt lavkaloriprodukter, omfattende flytende polyol-polyestere. U.S. patent 4.461.782 tilveiebringer bakte produkter omfattende polyol-fettsyrepolyestere og mikrokrystallinsk cellulose som mel-eller stivelseserstatninger.

Det er fremhevet at sucrosepolyestere har fysiske egenskaper og utseende som normalt fett, men på samme tid er resistente mot enzymatisk hydrolyse i tarmen, hvilket gjør dem ufordøyelige. Ifølge en artikkel som sto i the Economist, 4. april, 1987, sidene 87-88, er sucrosepolyestere bare anbefalt for bruk som beskyttende belegg på frukt. Sucrosepolyesterehar dessuten en uønsket, laksativ effekt, hvilket nødvendiggjør samtidig bruk av hydrogenert palmeolje eller lignende når sucrosepolyestere anvendes i store mengder. Enda verre er det faktum at sucrosepolyestere innvirker betydelig på kroppens absorp-sjon av fettløselige vitaminer, spesielt vitaminer A og E.

En mer vanlig fremgangsmåte for fremstilling av kalorireduserte næringsmidler eksemplifiseres i U.S. patent 4.143.163 som beskriver næringsmiddeltilsetninger med glatt tekstur og høy masse fremstilt av fibrøs cellulose belagt med løselige gummier og flerverdige alkoholer i form av partikler som varierer i størrelse mellom 20 og 40 mikrometer. Istedenfor å erstatte fett i den absolutte betydning øker det fibrøse cellulosemateriale den relative mengde av det ufordøyelige materiale i næringsmiddelproduktet. Bruken av andre materialer skal i noen grad kompensere for den dårlige munnfølelsen som typisk er forbundet med næringsmidler med høyt fiberinnhold.

Et alternativ når det gjelder løsning av de problemer som er forbundet med den ofte dårlige smaken ved høye fibertilsetninger, omfatter bruken av forskjellige, vandige geler som fetterstatningsmidler. U.S. patent 4.305.964 gjelder et fetterstatningsmiddel hvor gelerte vannperler basert på vandige dispersjoner av hydratiserte hydrokollo-ider, i sin tur er dispergert i en olje-i-vann-emulsjon. Uberoende av hvilken ernæringsfordel som kan være forbundet med de forholdsvis små mengder av hydrokolloid som foreligger i disse gelene, gir disse blandingene ikke noe betydelig direkte næringsbidrag til en forbrukers diett.

U.S. patent 4.510.166 gjelder stivelse/vanngeler som angis

å være anvendbare som olje- eller fetterstatningsmidler.

Den eneste ernæringsfordelen, bortsett fra å erstatte olje eller fett som oppnås ved hjelp av denne fremgangsmåte,

er kaloriverdien på 10-50% av stivelse som disse gelene inneholder. I dietter som allerede er rike på carbohydrater, er dette bidraget i seg selv av tvilsom verdi.

Som angitt, er det fra et ernæringssynspunkt vel kjent at høye fettnivåer i næringsmidler ikke er ønskelige, uavhengig av hvor optimert deres organoleptiske bidrag kan være. Fortynningen av fett ved bruk av fiberadditiver har visse fordeler, men gir ingen direkte ernæringsfordeler for forbrukeren, selv om konsumpsjonen av en diett med høyt fiberinnhold med fordel har vært forbundet med unngåelse av visse former av tarmsykdommer. Vann-gel-baserte fetterstatningsmidler oppviser ingen slike tilleggsfordeler. Erstat-ningen av fett med sucrosepolyestere gir heller ingen direkte ernæringsfordeler for forbrukeren, selv om den tydeligvis har den fordel at cholesterol sekvesteres i tarmen før cholesterol kan absorberes i legemet.

Det ville være meget fordelaktig om et fetterstatningsmiddel i tillegg kunne gi et direkte og ønskelig bidrag til forbrukerens ernæringsbehov.

U.S. patent 4.308.294 kommer med noen forslag i dette henseende ved å anvende mellom 0,5 og 30% protein i et fetterstatningsmiddel omfattende et vispet, hydratisert protein/gummikompleks som er dispergert i en delvis gelatinert, surgjort stivelse-i-vann-fase. Det beskrives imidlertid i spalte 2, linje 62 til 68, at de ønskede olje-erstatningsegenskaper er avhengige av det organoleptiske

bidrag av de svellede stivelsesgranulene.

Under normale betingelser kan et friskt, voksent menneskes nitrogenlikevekt bibeholdes med et daglig proteininntak på 0,9 g pr. kg kroppsvekt pr. dag. Et fetterstatningsmiddel som også er en næringsrik proteinkilde,

kan lett tilfredsstille disse kravene og tilveiebringe både profylaktiske og terapeutiske fordeler når det gjelder generaliserte proteinmangeltilstander såvel som potensielle fordeler ved behandling av fedme, arteriosclerose og muligens også en rekke ernæringssykdommer.

Det foreligger et behov på fagområdet for naturlige ernæringsmaterialer som har en i det vesentlige glatt, emulsjonslignende organoleptisk karakter og for næringsmiddelprodukter som inneholder de samme som minst en delvis erstatning av fett.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for fremstilling av proteinholdige, vanndispergerbare, makrokolloidale partikler som i hydratisert tilstand har en i det vesentlige glatt, olje-i-vann-emulsjonslignende, organoleptisk karakter. Makrokolloidale produkter fremstilt ifølge oppfinnelsen omfatter de vesentlige ikke-aggregerte partikler av denaturert protein med homogen størrelse og form. Partiklene er kjennetegnet ved å være i det vesentlige sfæroidale når de sees i omtrent 800 gangers forstørrelse under et mikroskop med standardbelysning. Slike partikler er kjennetegnet ved i tørr tilstand å ha en partikkelstørrelsesfordel-ing med en midlere diameter som varierer fra ca. 0,1 til ca. 2,0 mikrometer. I sin foretrukne form har mindre enn ca. 2 % av det totale antallet av makrokolloidale partikler en diameter over 3,0-mikrometer. Nye, partikkelformige, denaturerte proteinprodukter oppviser, når de dispergeres i et vandig medium, en munnfølelse som mest passende beskrives som emulsjonslignende, og som nærmer seg den som er forbundet med olje-i-vann-emulsjoner.

Egnede proteinkilder er animalske, vegetabilske eller mikrobielle proteiner som omfatter, men ikke er be-grenset til, egg- og melkeproteiner, planteproteiner (spesielt omfattende oljefrøproteiner oppnådd fra bomull, palme, raps, safflor, kakao, solsikke, sesam, soya, jord-nøtt og lignende), og mikrobielle proteiner som f.eks. gjærproteiner og de såkalte "enkeltcelle"-proteiner. Foretrukne proteiner omfatter ikke-meieri-myseproteiner som f.eks. kvegserumalbumin, eggehvitealbumin og vegetabilske myseproteiner (dvs. ikke-meieri-myseprotein) som f.eks. soyaprotein. Råmaterialkilder som tilveiebringer løselige, kule-formede, ikke-fibrøse proteiner som ikke tidligere er under-kastet proteindenatueringsbehandling (f.eks. under isolasjon), er for tiden mest foretrukket.

Produkter fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter også et proteinholdig, vanndispergerbart makrokolloid omfattende i det vesentlige ikke-aggregerte partikler av denaturert protein hvor i det vesentlige hele den totale, kom-binerte massen av nevnte partikler i tørr tilstand utgjøres av partikler med volumer på ca. 5 x IO"<4> til ca. 5,5 um3, og hvor majoriteten av nevnte partikler er i det vesentlige sfæroidale når de sees i 800 gangers forstørrelse under et mikroskop ved standardbelysning.

For å gi produktene de ønskede, kinestetiske egenskaper (dvs. for å gi et glatt, smørende, følbart uttrykk), har fortrinnsvis majoriteten av partiklene i de foreliggende blandinger en ikke-grov eller i det vesentlige sfæroidal topologi. Uttrykket "i det vesentlige sfæroidal" omfatter her former som spenner over spektret av sfærer og flattrykte eller forlengede sfæroider. Blandinger der sfærer er de utelukkende eller dominerende typene, er mest foretrukket. Nærværet av andre sfæroidale former kan godtas, men blandinger der slike andre, sfæroidale former dominerer eller er de eneste typene, er mindre foretrukket. Nærværet av stavformede og filament-formede partikler er mindre foretrukket selv om de kan godtas. Aksformede partikler er meget uønskede. Partikler har fortrinnsvis diametere (lange akser når det gjelder ikke-sfærer) som måles i tørket tilstand, ligger i størrelsesområdet fra noen få mikrometer til nesten under en mikrometer.

Proteindenaturering oppnås her ved hjelp av fremgangsmåter som generelt er irreversible og som resulterer i forandringer i den naturlige (dvs. ikke-denaturerte) proteintilstand på en måte som forhåndsdisponerer proteinets molekylforøkelse i form av de forannevnte partikler.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse for fremstilling av proteinholdige, vanndispergerbare makrokolloider kjennetegnet ved at udenaturerte, i det vesentlige løselige og koagulerbare proteiner, unntatt myseproteiner, fortrinnsvis kvegserumalbumin, eggehvitealbumin og soyaprotein, oppvarmes ved varmedenatureringstemperaturer i en vandig løsning ved en pH-verdi lavere enn proteinenes isoelektriske punkt, under skjærbetingelser som velges og utføres i en tid som er tilstrekkelig til å unngå dannelsen av vesentlige mengder av sammensmeltede, partikkelformige, proteinholdige aggregater med diametere over 2 um, mens det også dannes denaturerte, proteinholdige, makrokolloidale partikler med en diameter som er større enn 0,1 pm.

Ifølge et annet aspekt ved foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte i det vesentlige som beskrevet ovenfor hvor dannelsen av eventuelle, vesentlige mengder av smeltede, partikkelformige proteinaggregater med volumer over 5,5 um 3 unngås, mens det også dannes denaturerte, makrokolloidale proteinpartikler som har et

-4 3

volum som er større enn 5 x 10 um .

Disse fremgangsmåtene ifølge foreliggende oppfinnelse anvendes fordelaktig på vandige løsninger av varme-koagulerbart protein som er kjennetegnet ved at de har en proteinkonsentrasjon mellom 10 og 20% (i vekt). Generelt skal proteinråmaterialkilder for utførelse av oppfinnelsen omfatte over 80% løselige proteiner og fortrinnsvis over 90% løselig protein. Proteinkilder som tilveiebringer mindre enn 80% løselig protein, omfatter sannsynligvis fra begynnelsen for store partikler og/eller partikkelaggregater som signifikant kan minske de ønskede, organoleptiske egenskapene til produktene. pH i proteinløs-ningene fastsettes til under middelpunktet for den isoelektriske kurven for proteinene i løsning (dvs. middelpunktet for den sammensatte kurven av de forskjellige isoelektriske punktene for de enkelte proteinbestanddelene), men ikke så lavt at det foregår betydelig sur hydrolyse av proteinet. Generelt vil fastsettelsen av pH til nær middelpunktet for den isoelektriske kurven ha en tendens til å fremme dannelse av større partikkelstørrelse, mens pH-betingelser vesentlig under middelpunktet for den isoelektriske kurve vil fremme dannelse av partikler med ekstrem små gjennomsnittsdiametere. pH i løs-ningene fastsettes fortrinnsvis til ca. 1 pH-enhet under middelpunktet for den isoelektriske kurven for proteinkilde-materialet. Om nødvendig, kan justeringer av pH lett gjennom-føres ved bruk av organiske eller uorganiske syrer eller baser.

Om ønsket, kan proteinløsninger som anvendes ved utførelsen av oppfinnelsen, forhåndsbehandles kjemisk eller fysisk for å fjerne uønsket ikke-protein eller til og med proteinbestanddeler omfattende peptider og aminosyrer.

Hydratiserte makrokolloidprodukter fremstilles lett fra proteinløsninger ved regulert anvendelse av varme og høye skjærbetingelser for å lette regulert proteindenaturering i fysisk og kjemisk betydning, for å danne ikke-aggregerte, proteinholdige partikler med ønsket form og størrelse. De partikler som dannes under denatureringen, har generelt sfærisk form og har middeldiametere over ca. 0,1 um. Dannelsen av partikler med diametere over da. 2 pm og/eller dannelse av aggregater av mindre partikler med aggregatdiameter over 2 um, unngås i det vesentlige. Dannelsen av partikler eller aggregater av partikler med volumer over 5,5 pm<3> unngås alternativt, mens det dannes betydelige antall partikler med volumer på 5 x 10"<4> pm<3> eller mer. De proteindenatureringstemperaturer som anvendes og varigheten av varmebehandlingen vil variere av-henig av det spesielle proteinstartmateriale som anvendes. På lignende måte vil også de spesielle, høye skjærbetingelsene inkludert varigheten av skjærbehandling påført på proteinløs-ningene, også variere.

De ovenstående er spesielle behandlingsbetingelser som er funnet ved fremstillingen ifølge foreliggende oppfinnelse av mange produkter. De spesielle skjærbehandlingshastig-heter som er egnet for et valgt proteinsubstrat, kan lett bestemmes ved empiriske rutineforsøk, ved bruk av hvilket som helst valgt behandlingsapparat.

Under denatureringsbehandlingen ifølge oppfinn-

elsen reagerer ikke-denaturerte proteiner i løsning for å danne uløselige koagulater, og den regulerte anvendelsen av varme og høye skjærkrefter virker til å sikre dannelsen

av ikke-aggregerte partikler innenfor det ønskede størrelse-område. Avhengig av de spesielle egenskapene til de opp-løste, kommersielle proteinmaterialer og egenskapene til ikke-proteinbestanddelene i løsningene av disse materialer, vil anvendelsen av varme og høy skjærkraft alene ikke optimalt medvirke til at det dannes for store partikkelaggregater. I en slik situasjon er det innenfor området for foreliggende oppfinnelse at det tilsettes ett eller flere materialer som f.eks. lecithin, xanthangummi, maltodextriner, carragen, datemestere, alginater og lignende, ("aggregat-blokkeringsmidler") til proteinløsninger, mest foretrukket før varmedenatureringsbehandlingen. Avhengig av de valgte aggregat-blokkeringsmidlene kan disse materialene tilsettes i konsentrasjoner som varierer fra så lite som 0,1 til over 10 vekt%. Pre-hydratisering av aggregat-blokkeringsmidlene er funnet å lette tilsetningen av dem til proteinløsninger. Om de velges og behandles riktig, kan disse aggregat-blokkeringsmidlene sammen med de ukoagulerte proteinene, ytterligere medvirke til sys-temets glatthet, og derved øke det kremaktige inntrykket.

I foretrukne proteinløsninger som behandles ifølge oppfinnelsen, kan det også foreligge én eller flere polyhydroxyforbindelser, fortrinnsvis mono-, di- eller tri-saccharider som f.eks. glucose, fructose, lactose og lignende. Disse kan foreligge som en bestanddel i de kilde-materialene som anvendes for å tilveiebringe de løselige proteinene (f.eks. lactose (eller produktene av dens enzym-atiske hydrolyse, glucose og galactose dersom det anvendes en eventuell lactasebehandling) som foreligger i tørkede myseproteinkonsentrater) eller kan utgjøre additiver til proteinløsningene. Den relative konsentrasjonen av polyhydroxyforbindelse i forskjellige proteinløsninger er gjenstand for stor variasjon. Visse, proteinholdige startmaterialer (f.eks. meieri-myseprotein renset ved kolonne-kromatografi) som i det vesentlige ikke inneholder sukkere eller andre polyhydroxyforbindelser, kan ganske lett behandles for å gi makrokolloider, men det oppstår litt for-bedrede produkter ved innblanding av lactose, spesielt når et aggregat-blokkeringsmiddel skal tilsettes til proteinløs-ningen. Andre løsninger av proteinaktige startmaterialer (f.eks. eggehvite og kvegserumalbumin) har stor nytte av tilsetning av, f.eks. lactose, for å sikre optimal effektivitet ved fremstilling av produkter. Således kan det tilsettes fra 0 til 100 vekt% av proteinet, eller mer polyhydroxyforbindelse (fortrinnsvis sukkere og mest foretrukket reduserende sukkere som f.eks. lactose) til proteinløsninger som behandles ifølge oppfinnelsen.

Proteinråmaterialer som er anvendbare i foreliggende oppfinnelse, omfatter animalske, vegetabilske og mikrobielle proteiner valgt fra gruppen bestående av albuminer, globuliner, gluteliner, varmekoagulerbare, løselige, konjugerte proteiner, varmekoagulerbare, løselig oppnådde proteiner og blandinger derav.

Regulerte denatureringsprosesser ifølge oppfinnelsen omfatter i det vesentlige "fjerning" av proteinmolekyler fra løsning ved forbindelse av en rekke av disse proteinmolekyler med hverandre for å danne et protein-koagulum som gjøres uløselig ved anvendelse av varme. Ytterligere blandings- og prosessreguleringer er anordnet

for å hindre vekst av størrelse av slike koagula utover det ønskede område. Fordi salter i vesentlig grad kan påvirke løseligheten og tendensen til koagulering av proteiner i vandige løsninger, ligger det innenfor foreliggende oppfinnelse å utføre rutinejusteringer i konsentrasjonen av salter i løsninger som skal underkastes varme og høye skjærbetingelser.

Eventuelle ingredienser i proteinløsninger som anvendes ved utførelse av oppfinnelsen, omfatter farve-stoff er, smaksstoffer, stabilisatorer, konserveringsmidler og lignende i mengder som er tilstrekkelige til å gi de ønskede egenskaper i produktene.

Fremgangsmåte ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også spiselige blandinger eller næringsmiddelprodukter i hvilke fett som normalt er til stede i produktet, er erstattet med et hydratisert proteinmateriale. Slike næringsmidler omfatter produkter med redusert kaloriinnhold som f.eks. salatdressinger, dressinger av majonestype og smørepålegg og iskremlignende, frosne desserter. Ytterligere reduksjoner i kaloriinnhold kan også oppnås ved at materialene anvendes sammen med kraftige søtningsmidler som f.eks. aspar-tam, alitam, acesulfam K og sucralose. Blandinger fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse kan også tilsettes vitaminer og/eller mineraler.

Oppfinnelsen vil forstås bedre ved hjelp av den følgende detaljerte beskrivelse i forbindelse med de med-følgende figurene på tegningene hvor:

figur la viser et tverrsnitt av en utførelsesform

av et behandlingsapparat konstruert for satsoperasjon ved utførelse av oppfinnelsen,

figur lb viser i plan et blad i behandlingsapparatet i figur la,

figur 2 er et snitt lik figur 1, men viser et

apparat som er konstruert for operasjon i kontinuerlig

strøm,

figur 3 er et tverrsnitt etter linjen 3-3 i figur 2,

figur 4 er et tverrsnitt etter linjen 4-4 i figur lb, og

figur 5 er et snitt som illustrerer behandlings-apparatets operasjon,

figur 7 er et mikrofotografi i 1000 ganger for-størrelse av en prøve av kvegserumalbumin-makrokolloid fremstilt ifølge oppfinnelsen,

figur 8 er et mikrofotografi i 1000 gangers for-størrelse av en prøve av eggehvitealbumin-makrokolloid fremstilt ifølge oppfinnelsen, og

figur 9 er et mikrofotografi i 1000 gangers for-størrelse av soyaprotein-makrokolloid fremstilt ifølge oppfinnelsen.

Det er ifølge foreliggende oppfinnelse fastslått

at vanndispergerbare protein-makrokolloider som i en hydratisert tilstand har en i det vesentlige glatt, emulsjonslignende, organoleptisk karakter, kan fremstilles fra en rekke proteinmaterialer. De vanndispergerbare protein-makrokolloidene består av i det vesentlige ikke-aggregerte partikler av denaturert protein som er karakterisert ved at de i tørr tilstand har en partikkelstørrelsefordeling med en middeldiameter som varierer fra ca. 0,1 til ca. 2,0 um,

idet mindre enn ca. 2% av totalantallet partikler overstiger en diameter på 3,0 um. Partiklene er ytterligere karakterisert ved at de generelt er sfæroidale når de sees i omtrent 800 gangers forstørrelse under et mikroskop ved standardbelysning.

Makrokolloidmaterialene kan fremstilles ved regulert denaturering fra en lang rekke protein-startmaterialer som, før behandling, er i det vesentlige løselige i vann og er i det vesentlige ikke-denaturerte.

Vandige dispersjoner av makrokolloidene fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse er karakterisert ved en i det vesentlige glatt, emulsjonslignende, organoleptisk karakter og kan anvendes som fetterstatningsmidler med høyt protein- og lavt kaloriinnhold.

Når det gjelder bruken av uttrykkene "munnfølelse" og "organoleptisk karakter" i foreliggende oppfinnelse, skal det forstås at dette gjelder generelt en gruppe av følbare fornemmelser som, mens de er vanlige for kroppen som en helhet, spesielt akutt oppfattes i slimhinnene i tungen, munnhulen og spiserøret. Mere presist gjelder uttrykkene "munnfølelse" og "organoleptisk karakter" slik de anvendes her, en av de ovenfor nevnte grupper av følelser og spesielt de følelser som er forbundet med følbarhet/oppfattelse av finhet, grovhet og fettaktighet. Dette følbare inntrykk oppfattes generelt i selve munnen der små forskjeller mellom forskjellige næringsmidler lettest oppfattes.

De nye proteinprodukter fremstilt ifølge oppfinnelsen oppviser således når de dispergeres i et vandig medium, en munnfølelse og organoleptisk karakter som mest passende beskrives som emulsjonslignende. Hydratiseringsgraden av proteinet påvirker tydeligvis dets reologiske egenskaper og således også måten som materialene oppfattes på. Disse pro-duktenes munnfølelse nærmer seg ønskelig og nært den som er forbundet med fett-i-vann-emulsjoner. Pseudo-emulsjonskarak-teren til de nye proteinproduktene er åpenbar i gravitasjons-stabile, makrokolloidale dispersjoner av de varmedenaturerte, koagulerte proteinpartiklene som varierer i størrelse fra en diameter på ca. 0,1 til ca. 2,0 pm. Slike dispersjoner nærmer seg de visuelle og organoleptiske inntrykkene som normalt er forbundet med olje-i-vann-emulsjoner som f.eks. (i stigende konsentrasjonsrekkefølge av de nye materialer i noen tilsvarende produkter som kan oppnås ved utførelse av foreliggende oppfinnelse) kaffe-hvitemidler, hellbare salatdressinger, salatdressinger som kan tas med skje, smørepålegg og glasurer.

Det vil forstås at uttrykket "løsning" ofte anvendes på proteinfagområdet som et synonym for det som faktisk er en virkelig kolloidal dispersjon av udenaturerte proteiner. Slike udenaturerte proteinpartikler har størrelser på ca. 0,001 til ca. 0,01 um slik at stabiliteten av kolloidale dispersjoner av disse er avhengige av de elektriske netto-ladningene på proteinmolekylene og, spesielt ved pH nær

deres isoelektriske punkt, av affiniteten til disse proteinene for vannmolekyler. Således faller slike udenaturerte proteiner riktig innenfor området av de mindre områder av partikler som er undersøkt i kolloidkjemien, som definert i the Condensed Chemical Dictionary, 9. utgave, side 222.

I motsetning til dette varierer de denaturerte proteinpartiklene fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse i stør-relse fra 0,1 til 2,0 pm og omfatter derfor partikler som ligger nærmere og over den øvre grense av det størrelsesområde som er angitt i den ovenfor nevnte definisjon. På tross av varmedenatureringsbehandlingen av proteinene tapes ikke den generelt kolloidale karakteren derav (dvs. stabiliteten av dispersjoner av slike partikler i et vandig medium). Nye proteindispersjoner fremstilt ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse, motstår derfor proteinsedimentering fra nøytraliserte, vandige suspensjoner ved krefter som er så høye som 10.000 x g (ved pH 6,5 til 7,0). Uttrykket "makrokolloidale dispersjoner" anvendes derfor her for det formål å skille mellom "løsninger" av udenaturerte proteiner (dvs. "virkelige kolloiddispersjoner") og de som er basert på de nye proteiner fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse (heretter "makrokolloidale dispersjoner"). De denaturerte koagulerte proteiner refereres det heretter på lignende måte til som et makrokolloid som skal skilles fra et virkelig kolloid som ifølge den ovenfor siterte ordboksdefinisjon betyr en substans der partikkelstørrelsen ikke er større enn 1 pm. Denne distinksjonen reflekterer den relativt større størrelse som er typisk for partikler i de denaturerte, koagulerte proteinproduktene fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse.

De spesielt ønskede, organoleptiske kvaliteter til de makrokolloidale materialene fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse er spesielt avhengig av størrelsene og formene til de makrokolloidale partikler.

Spesielt er det også funnet at dispersjoner av

større, denaturerte proteinkoagulater (dvs. med diametere større enn ca. 3 pm når de er tørket) meddeler en uønsket krittaktig munnfølelse til næringsmidler som er tilført disse. Denne krittaktigheten kan identifiseres som en mindre grov variant av den sandaktige munnfølelsen til kjente, varmedenaturerte proteiner (15-175 pm). Det later til at en skarpt definert, oppfattbar terskel passeres når antallet partikler i et proteinkoagulat med diametere større enn 2 til 3 pm i deres største dimensjon øker.

Fibrøse partikler med lengder som generelt er større enn 5 pm og diametere som generelt er mindre enn ca.

1 pm, gir pastaer som er glatte, men som utvider seg

(etter hvert som større kraft påføres mellom tungen og

ganen, oppfattes en økende følelse av fast substans). Når fibrene blir kortere og nærmer seg sfæriske former, avtar denne karakteren.

Partikkelformene er også viktige, da partikler som generelt er sfæroidale, har en tendens til å gi en glattere, mer emulsjonslignende, organoleptisk fornemmelse. Når økede mengder av makrokolloidale partikler er generelt sfæroidale eller når de makrokolloidale partiklene er mer perfekt steroidale, kan det forekomme at en litt større del av partiklene kan ha diametere som er større enn ca. 2 pm uten å skade den organoleptiske karakter til den makrokolloidale blandingen. Som antydet ovenfor, har imidlertid stavlignende partikler med diametere som er større enn ca. 1 pm,

en tendens til å gi en krittaktig til pulveraktig munn-følelse.

Partikkelstørrelser som nærmer seg 0,1 pm, medvirker til en fettaktig munnfølelse som kan være ubehagelig dersom den oppfattes som den dominante, følbare egenskapen i et produkt som skal stimulere et olje-i-vann-emulsjonsprodukt.

Når det er ønsket å fremstille et produkt der en fettaktig munnfølelse er attraktiv, som f.eks. et smørlignende smøre-pålegg, ville en slik partikkelstørrelse være nyttig.

Fordi den oppfattede overgangen mellom en emulsjonslignende munnfølelse og en fettaktig munnfølelse later til å være meget mere gradvis enn overgangen mellom den førstnevnte og den krittaktige munnfølelse, er større mengder partikler med diameter i størrelsesorden 0,1 pm akseptable i makrokolloider fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse. Således er den emulsjonslignende karakteren dominant forutsatt at den midlere partikkelstørrelsen ikke er mindre enn 0,1 pm på tross av at fordelingen selv kan omfatte en betydelig del enkelt-partikler med diametere som er mindre enn 0,1 pm.

Proteiner som er anvendbare i foreliggende fremgangsmåte, omfatter proteiner fra slike varierte og forskjellige kilder som vegetabilsk myse fra oljefrø, blodserum og fugle-egg.

Foreliggende fremgangsmåte gjelder fortrinnsvis proteiner som er globulare proteiner i sin naturlige tilstand.

Fra perspektivet for tradisjonell proteinklassifi-kasjon gjelder foreliggende fremgangsmåte proteiner som er løselige i vandige løsningsmiddelsystemer og velges blant de enkle, konjugerte og avledede proteiner. Egnede enkle proteiner omfatter: albuminer, globuliner og gluteliner. Egnede konjugerte proteiner omfatter: nucleoproteiner, glycoproteiner og mucoproteiner (også kollektivt kjent som glucoproteiner), fosfoproteiner (noen ganger selv klassi-fisert som enkle proteiner), kromoproteiner, lecitopr<p>teiner og lipoproteiner. Varmekoagulerbare, avledede proteiner er også egnet.

Enkle proteiner som ikke er anvendbare i foreliggende fremgangsmåte, er albuminoidene (f.eks. sclero-proteiner) som f.eks. elastiner, keratiner, collagener og fibroiner, som alle er uløselige i sin naturlige tilstand. Protaminer og histoner er ikke varme-

koagulerbare og er derfor uegnet som råmaterialer for foreliggende varmedenatureringsprosess.

Konjugerte proteiner som er både løselige og varmekoagulerbare, er anvendbare i foreliggende fremgangsmåte.

På lignende måte er avledede proteiner (dvs. produkter av forskjellige proteoplastiske eller denatureringsprosesser) som, på tross av deres opprinnelse, forblir både løselige og varmekoagulerbare, også anvendbare som råmaterialer i foreliggende fremgangsmåte, naturligvis forutsatt at de ikke fra starten av på grunn av deres opprinnelse, gjøres uforenlige med manifesteringen av de ønskede, organoleptiske egenskapene i sluttproduktet i foreliggende fremgangsmåte. Generelt mangler imidlertid mange proteiner, metaproteiner (f.eks. infraproteiner), koagulerte proteiner, proteoser, peptoner og peptider (f.eks. polypeptider) en eller begge av disse nødvendige egenskapene.

Varmekoagulerbarhet tar ifølge foreliggende oppfinnelse i betraktning et hvilket som helst spesielt proteins naturlige evne til å danne uløselige masser under varme/skjærbetingelser. Proteinprøvens renhet og prøvens denaturerings-grad eller innledende, latente denaturering, har alle direkte eller indirekte betydning for proteinets egnethet for bruk som råmateriale i foreliggende fremgangsmåte.

For formålene ifølge foreliggende fremgangsmåte er

et protein "løselig" dersom det er ca. 80% eller mer løselig ifølge de kriterier som er angitt nedenfor. En løselighet på mer enn 90% foretrekkes.

Løselighet måles, under ikke-denaturerende betingelser, ved bruk av det løsningsmiddelsystem som skal anvendes ved behandlingen. I lys av foreliggende beskrivelse vil en fagmann ikke ha noen vanskelighet med å velge et egnet løsningsmiddelsystem, idet det tas hensyn til løselig-hetsegenskapene for det spesielle protein som skal behandles, og anvendelse av de tilsvarende pH- og temperatur-parametere som behøves i fremgangsmåten. Generelt påvirkes løseligheten av en rekke inneboende og utenforliggende faktorer. Av primær betydning ved valg av løsningsmiddel

er løsningsmidlets pH, saltkonsentrasjon, temperatur og dielektrisitetskonstant. Mens albuminer er løselige i vann, er eksempelvis globuliner uløselige i vann, men løse-lige i saltløsninger. I mindre grad påvirker proteinrenhet, uttrykt som både andre proteiner og ikke-proteinbestand-

deler, også løseligheten. Mens en uren prøve ikke oppviser den nødvendige løselighet, kan derfor en renere prøve gjøre det. Imidlertid skal det bemerkes at jo renere en hvilken som helst gitt prøve av en enkelt proteintype er, jo mer kritisk blir nærheten til de valgte behandlings-parametrene.

Proteinets løselighet måles ved å dispergere 10 g protein i 190 g av det valgte løsningsmiddelsystem i en Waring blandemaskin i 1 til 2 minutter. Den resulterende dispersjon deles i to deler. En slik del sentrifugeres i 25 minutter i en Beckman L8-70 sentrifuge ved bruk av en SW-55 rotor (Beckman, Palo Alto, CA) ved 11.000 opm (17.000 g) og 22°C. Supernatanten av den sentrifugerte delen oppsamles så. Proteininnholdet i både den usentri-fugerte delen (løsning nr. 1) og supernatanten av den sentrifugerte delen (løsning nr. 2) bestemmes basert på nitrogenanalyse ved bruk av en Carlo Erba nitrogenanaly-sator (modell 1500, Milano, Italia), og prosent løselighet beregnet så ifølge formelen:

Mens løsninger kan sentrifugeres ved høyere hastig-heter (opptil 50.000 opm og 330.000 g) med det resultat at det oppsamles høyere prosenter av materialer, er det funnet at proteinmaterialer som er mer enn ca. 85% løselige ifølge den nevnte testen ved 17.000 g, generelt er tilstrekkelig stabile i dispersjon, eller "løselige", for formålene ifølge foreliggende oppfinnelse.

Det foretrukne protein for en spesiell anvendelse

kan variere avhengig av betraktninger når det gjelder til-gjengelighet, pris og smak som er forbundet med proteinet såvel som naturen av forurensninger i og andre bestand-

deler i proteinkilden. Foretrukne proteiner omfatter globulære proteiner som f.eks. kvegserumalbumin, eggehvitealbumin og soyaprotein. Proteinkilder som kan underkastes behandling ifølge foreliggende oppfinnelse, omfatter ofte forskjellige forurensninger. Det er derfor ønskelig at når proteiner som er anvendbare ifølge oppfinnelsen naturlig er forbundet med

uløselige bestanddeler, er slike bestanddeler mindre enn 3,0 pm-grensen eller kan fjernes før behandlingen eller gjøres mindre enn denne grensen i løpet av behandlingen.

Så snart en spesiell proteinkilde er valgt, behandles proteinløsningen i relativt kort tid ved relativt spesielle temperatur-, skjær- og pH-betingelser. Avhengig av proteinet vil nærværet av spesielle mengder av polyhydroxyforbindelser (f.eks. sukkere), aggregat-blokkeringsmidler

og andre eventuelle ingredienser, medvirke til optimering av utbyttet av ønskede produkter. Makrokolloidene fremstilles ifølge en denatureringsprosess med regulert varme under hvilken det anvendes høy skjærkraft for å hindre dannelsen av signifikante mengder av proteinaggregater med større partikkelstørrelser. Denatureringsprosessen utføres ved en pH som er mindre enn middelpunktet for det valgte proteinets isoelektriske kurve og fortrinnsvis ved en pH ca. 1 pH-enhet under middelpunktet for den isoelektriske kurven. Fremgangsmåten kan utføres ved lavere pH under forutsetning av at behandlings-pH ikke skal være så lav at det fører til sur nedbrytning av proteinet og begrensningen at pH ikke generelt skal være mindre enn 3.

De nøyaktige temperaturer og skjærbetingelser som anvendes ved fremstilling av makrokolloidene, velges rutinemessig og varer i tider som er tilstrekkelige til å danne denaturerte, makrokolloidale proteinpartikler med diameter som er større enn 0,1 pm, mens det unngås dannelse av vesentlige mengder av sammensmeltede, partikkelformige proteinaggregater som er over 2 um. Foretrukne skjærbetingelser for behandling av en gitt proteinløsning bestemmes best ved å bruke testing av "for store" partikler.

Partikkelstørrelsetesting gir et mål på organoleptisk kvalitet for produktene fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse.

En av de enkleste og raskeste av de teknikkene som

er tilgjengelige for fagmannen, omfatter fremstillingen av et optisk objektglass på en måte som er analog med fremstillingen av kliniske blodutstrykninger. Ifølge denne metoden fremstilles først en passende fortynning av det dispergerte makrokolloid og justeres til en pH som for-

trinnsvis ligger i området 6,5 til 7. Magnetisk omrøring med høy hastighet, ultralydbehandling eller homogenisering, anvendes så for helt å dispergere eventuelle svake forbindelser som kan foreligge mellom de enkelte makrokolloidpartiklene. En liten mengde (f.eks. 8 mikroliter) av den fortynnede, nøytraliserte dispersjon påføres så på et mikroskopobjektglass av den type som ofte anvendes i bio-logiske undersøkelser, og den tillates å tørke. Prøven betraktes under kjent forstørrelse ved bruk av standard-iserte okularer med velkjente metoder. De dispergerte, makrokolloidale partiklene i prøven ble så visuelt sammen-lignet med nettverket på okularet for å tilveiebringe et godt anslag for statistisk forekomst av for store eller aggregerte partikler i populasjonen som helhet.

En alternativ metode for analysering av partikkel-størrelsefordelinger omfatter bruken av en bildeanalyserende datamaskin, f.eks. en "Quaritimet" 720 tilgjengelig fra Cambridge Institute, GB.

En annen metode omfatter bruken av partikkelstørr-elseanalysatoren "Microtrac". De generelle aspekter ved denne teknikk er beskrevet i en artikkel med tittelen "Particle Size Analysis and Characterization Using Laser Light Scattering Applications" av J.W. Stitley, et al. i Food Product Development, desember, 1976.

Som det vil være klart for fagmannen, kan det også i lys av foreliggende beskrivelse anvendes sedimenterings-teknikker for bestemmelse av partikkelstørrelser. Det vil imidlertid forstås at gravimetriske teknikker må ta i betraktning beskyttelseskolloideffektene til eksempelvis hvilke som helst behandlingshjelpemidler som kan være brukt under den ovenfor beskrevne varmedenatureringsbehandling. Et eksempel på en gravimetrisk bestemmelse av prosent

"for store" proteinaggregater er oppsummert nedenfor:

1. En 5 vekt%-ig dispersjon av makrokolloidet ifølge foreliggende oppfinnelse fremstilles og nøytraliseres til en pH på mellom 6,5 og 7. 2. En maissirup med høyt fructoseinnhold og en spesifikk vekt på 1,351, en pH på 3,3, et totalt nitrogen-innhold på 0,006% og en faststoffkonsentrasjon på ca. 71% tilsettes i et vektforhold på 1 til 4 til den nøytraliserte 5%-ige makrokolloiddispersjon.

3. Blandingen homogeniseres så for å dispergere

løse forbindelser mellom makrokolloidpartiklene.

4. Blandingen sentrifugeres så ved 478 g i 20 minutter ved ca. 15°C. De for store proteinaggregater, dvs. partikler med en diameter som er betydelig større enn 2 pm, kan uttrykkes som en prosent av vekten av det protein som inneholdes i den sentrifugerte pellet delt med vekten av proteinet som inneholdes i den makrokolloidale dispersjon før sentrifugering.

Disse testene kan anvendes både på de makrokolloidale dispersjonene fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse og de proteinmaterialer som er anvendbare som råmaterialer ved fremstillingen av de nevnte makrokolloidene. Som det vil være klart for fagmannen, vil kapasitansbasert partikkel-størrelseanalyseutstyr som f.eks. de velkjente "Coulter~ Counter" analysatorene ikke være egnet for foreliggende søknad når det tas hensyn til de makrokolloidale partiklenes ladede natur ved visse pH.

Overensstemmende med de foretrukne behandlings-betingelsene underkastes imidlertid den vandige protein-løsning høye temperaturer i meget kort tid ved skjærhastigheter på 7.500 til 10.000 sekunder 1 eller større. For et 4,5 liters Waring blandemaskindrivverk utstyrt med en miniatyrisert (f.eks. 1 liters kapasitet) "Henschel" blander, er f.eks. en behandlingshastighet på 5.000 opm funnet å gi tilstrekkelig skjærkraft.

Foretrukne behandlingstemperaturer varierer fra

80 til 120°C med behandlingstider som varierer fra

3 sekunder til 15 minutter eller lengre idet tider på fra 10 sekunder til 2 minutter er foretrukket. Behandlingstidene er lengre ved lavere temperaturer, idet behandling ved 80°C krever så mye som 15 minutter, mens behandlingstider ved temperaturer mellom 90 og 95°C er ca. 5 minutter. I motsetning til dette kan behandlingstiden ved 120°C være bare ca. 3 sekunder. Høye behandlingstemperaturer følges av økede varmeoverføringshastigheter. Når behandlingsutstyrets natur tillater det, foretrekkes derfor behandling ved høye varmeoverføringshastigheter/høye denatureringstemperaturer i meget korte tider. Det skal imidlertid bemerkes at ved temperaturer som er høyere enn 120°C med tilsvarende reduserte produktoppholdstider, er det resulterende makrokolloidprodukt "tynnere" og kan være mindre ønskelig.

Fremgangsmåter ifølge foreliggende oppfinnelse for fremstilling av makrokolloidene anvender en vandig protein-løsning som er karakterisert ved at den har en proteinkonsentrasjon mellom 10 og 20 vekt%, idet proteinkonsentrasjoner mellom 15 og 18 vekt% foretrekkes. Ved proteinkonsentrasjoner som er mindre enn 10 vekt%, er det en tendens til å dannes trådaktige masser som har uønskede organoleptiske kvaliteter. Løsninger med protein-konsentras joner som er meget større enn 20 vekt%, har en tendens til å bli ekstremt viskøse, hvilket gjør det umulig å anvende nødvendige skjærhastigheter på protein-løsningene.

De vandige proteinløsningene kan dessuten omfatte opptil 100 vekt% eller mer av en polyhydroxyforbindelse, fortrinnsvis et mono- eller di-saccharid. Disse forbindelsene kan være "naturlig" til stede i protein-startmaterialene (f.eks. lactose som foreligger i søte meieri-myseproteinkonsentrater) eller tilsettes til løsningene før denatureringsbehandlingen. Foretrukne polyhydroxyforbindelser omfatter reduserende sukkere som f.eks. lactose, glucose, fructose og maltose, idet lactose er spesielt foretrukket. Egnede, ikke-reduserende sukkere omfatter sucrose og lactitol.

Det høye skjærnivå som er nyttig ved den preparative behandlingen ifølge foreliggende oppfinnelse, antas å hindre dannelsen av store denaturerte proteinaggregater under denatureringen. Aggregat-blokkeringsmidler kan eventuelt tilsettes til de vandige løsningene for å lette fremstillingen av de ønskede produkter. Aggregat-blokkeringsmidlet velges eller justeres i konsentrasjon slik at det ikke i sin tur forandrer pH i blandingen slik at pH kommer utenfor de maksimale behandlingsspesifikasjonene. Egnede aggregat-blokkeringsmidler omfatter hydratiserte, anioniske materialer som f.eks. xanthangummi (vanligvis innblandet i en mengde på 0,1 til 1,0 vekt% av proteinkonsentratet), datemestere (0,5 til 2,0 vekt% av proteinkonsentratet på tross av det faktum at datemestere har en tendens til å tilføre en usmak til sluttproduktet) og lecithin (1 til 10 vekt% av proteinkonsentratet). Andre egnede aggregat-blokkeringsmidler omfatter carragen, alginat og calciumstearoyl-lactylat.

Maltodextriner som er fremstilt ved enzymatisk

eller sur hydrolyse av stivelse, utgjør et annet kjemisk aggregat-blokkeringsmiddel som er anvendbart ved utførelse av oppfinnelsen. Den foretrukne konsentrasjon er fra 10 til 50 vekt% av proteinkonsentratet. Disse materialer antas å ha en protein-sparende virkning, slik som også sirup med høyt fructoseinnhold har, selv om den sistnevnte ikke er så effektiv som den tidligere angitte i dette henseende.

Det vil forstås at disse blokkeringsmidlene er carbohydrater og derfor er kalorikilder, en faktor som kan hindre valget av dem for bruk i anvendelser som f.eks. næringsmidler med redusert kaloriinnhold.

Hydratisert lecithin og hydratisert xanthangummi eksemplifiserer de forskjellige virkningene av forskjellige blokkeringsmidler. Begge gir smørende virkning til slutt-produktets munnfølelse. Lecithin som er et litt mindre effektivt blokkeringsmiddel, gir imidlertid en makrokolloid-partikkel med litt større gjennomsnittsstørrelse. De makrokolloidpartikler som fremstilles med xanthanaggregat-blokkeringsmidlet, er imidlertid mindre og glattere partikler. Begge de foregående har en hvitnende effekt på sluttproduktet ved at de later til å hjelpe til med å danne et jevnere dispergert system hvorved den lysspredende virkning som oppfattes som hvithet, økes.

Kombinasjoner av aggregat-blokkeringsmilder er

også funnet å ha nyttige egenskaper. En lecithin-maltrin-kombinasjon er eksempelvis spesielt egnet for fremstilling av makrokolloider som er anvendbare i salatdressinger med lav viskositet (f.eks. fransk) og med et mer redusert fast-

stoffinnhold, et kaffehvitemiddel. En kombinasjon av xanthan- og lecithin-aggregat-blokkeringsmidler foretrekkes for anvendelse som f.eks. i salatdressinger med høy viskositet (f.eks. blå ost eller kremaktig italiensk), frukt-puddinger og konfektgeler.

Andre eventuelle ingredienser som f.eks. salter og sluttproduktbestanddeler omfattende egnede smaksstoffer, farvestoffer og stabilisatorer, kan generelt foreligge i eller tilsettes til løsningen uten skadelig virkning. I mange tilfeller (dvs. der hvor additivets natur og dets inn-virkning på proteinløsningen tillater det), kan det være spesielt ønskelig å innblande slike sluttproduktbestanddeler i proteinløsningen for å unngå behovet for etterfølgende tilleggspasteuriseringstrinn etter behandlingen.

Protein-startmaterialene kan eventuelt behandles

for å fjerne cholesterol, fett og andre forurensninger som kan innføre usmak i makrokolloidproduktet. En slik fremgangsmåte omfatter et ekstraksjonstrinn hvor proteinmaterialet bringes i kontakt med et løsningsmiddel av næringsmiddelkvalitet som fortrinnsvis er ethanol i nærvær av

en egnet syre av næringsmiddelkvalitet. Proteinmaterialet underkastes så flere vaske- og filtreringstrinn for å danne det ekstraherte proteinprodukt.

Egnede løsningsmidler omfatter lavere alkanoler, hexan eller lignende, idet ethanol er spesielt foretrukket. Egnede syrer av næringsmiddelkvalitet omfatter mineralsyrer som f.eks. fosforsyre, og organiske syrer av næringsmiddelkvalitet som f.eks. eddiksyre, sitronsyre, melkesyre og eplesyre, idet sitronsyre er spesielt foretrukket.

Ekstraksjonsfremgangsmåten er spesielt anvendbar

for fjerning av cholesterol og fett fra proteinkilder. I foretrukne ekstraksjonsfremgangsmåter som tilveiebringer optimal eliminering av fett og cholesterol, ekstraheres proteinkonsentratet ved 52 °C i 6 timer med en blanding av 90-97 % alkohol (fortrinnsvis ca. 90 % ethanol), 3-10 % vann (fortrinnsvis ca.

9 %) og ca. 0,01-0,20 % syre (fortrinnsvis ca. 0,084 % sitronsyre). I alternative utførelsesformer som gir meget ønskelige smaks- og behandlingsegenskaper, ekstraheres proteinkonsentratet ved 40 °C i 4 timer med en blanding av ethanol, vann og sitronsyre med respektive konsentrasjoner på 94,95, 5,0 og 0,05 %. Overensstemmende med slike fremgangsmåter inneholdt proteinkonsentrat omfattende så mye som 4,0 % fett og 0,15 % cholesterol før ekstraksjonstrinnet, mindre enn 2 % fett og mindre enn 0,02 % cholesterol etter et slikt ekstraksjonstrinn.

Så snart varmedenatureringsprosessen er fullstendig, kan produktet eventuelt underkastes, en homogeniserings-behandling. En slik behandling er ønskelig når det gjelder produkter som er fortynnede (dvs. har en lavere proteinkonsentrasjon) og/eller nøytraliserte, som f.eks. kaffehvite-midler. Denne behandling er nyttig for å bryte de relativt løse mellompartikkelforbindelsene som av og til dannes under behandlingen. Selv om de ikke er aggregerte (dvs. ikke smeltet til partikler med diameter vesentlig større enn 2 pm) er de av makrokolloidene som er forbundet med hverandre (dvs. vanligvis i dubletter eller tripletter), oppfattes ikke desto mindre organoleptisk som enkelte kom-posittpartikler som ikke kan skilles fra aggregater på

basis av deres respektive munnfølelse. Homogeniseringsbehandlingen deler disse forbindelser av partikler i enkelte makrokolloidale partikler med de ønskede munnfølelseegen-skaper. Homogeniseringsbehandlingen av fortynnede produkter med lave makrokolloidkonsentrasjoner (f.eks. kaffe-hvitemidler) utføres fortrinnsvis ved pH på 6 til 7.

Ved slike pH hjelper de elektriske ladningene på makro-kolloidenes overflate til å oppnå en jevn dispersjon av makrokolloidene i det vandige mediet. Mens hvilke som helst av de tradisjonelle homogeniseringsbehandlingene ifølge teknikkens stand kan anvendes for dette formål, må det utvises rimelig forsiktighet for å unngå å eksponere de makrokolloidale partiklene for slike forhøyede temperaturer som kan få dem til å aggregere til større partikler.

Partikkelstørrelsetesting gir et mål på organoleptisk kvalitet for produktene fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse. En av de enkleste og raskeste av teknikkene omfatter fremstillingen av et optisk objektglass på en måte som er analog med fremstillingen av kliniske blodutstrykninger. Ifølge denne metode utveies ti (10) gram av en pastalignende næringsmiddelprøve i en Warning blandemaskin, og 190 g destil-lert vann tilsettes for å fremstille en 5%-ig løsning. Løsningen blandes så ved høy hastighet i 2 minutter og pH-justeres så til 6,75-7,0. Prøven underkastes så magnetisk omrøring ved høy hastighet under ultralydbehandling i 1 minutt ved bruk av en sondesonikator (Braunsonic Model 2000 Sonicator, Burlingame, CA). Denne fremgangsmåte

bryter opp eventuelle svake forbindelser som kan foreligge mellom de enkelte makrokolloidpartiklene. Løsningen for-tynnes så ytterligere med avionisert vann til mellom 0,25

og 0,50% avhengig av partikkelkonsentrasjonen. Denne løs-ningen plasseres så i et ultralydbad (Branson 2200 Ultrasonic Bath, Shelton, CN) i 1 minutt umiddelbart for objektglass-fremstillingen.

Etter rysting for hånd i 10 sekunder plasseres

20 pl av prøven, som fremstilt ovenfor, i sentrum av et mikroskopobjektglass som er plassert i en Corning objektglass-spinner. 0bjektglasset spinnes umiddelbart etter at prøven er plassert på objektglasset. Så snart som objektglasset er tørt, vanligvis i løpet av ca. 30 sekunder, er

det klart for mikroskopisk vurdering.

Prøven observeres med et Zeiss Axiomat mikroskop utstyrt med en halogenlyskilde (Zeiss, Thornwood, NY) og et Dage MTI videokamera (Michigan City, IN) og kamerakontroll ved bruk av et 50X objektiv og en total forstørrelse som varierer mellom 1.000 og 1.600. Systemet kan bare utføre kvantitativ analyse av partikler med diametre som er større enn 0,25 pm. Av denne grunn refererer alle statistiske mål av partikkelstørrelser her, om ikke annet er angitt, partikler med hoveddimensjoner som overstiger 0,25 pm.

Ikke desto mindre kan partikler mellom ca. 0,10 og ca. 0,25 pm observeres av en observatør, og deres nærvær noteres rutinemessig. Mange felter (15 til 25) avsøkes for subjektivt

å vurdere prøvens totalstørrelse og formhomogenitet/hetero-genitet. Etter den kvalitative vurdering av prøven velges et felt som synes å være representativt for hele prøven. Dette bilde projiseres så på en sort og hvit televisjonsmonitor med høy oppløsning (Lenco, Jackson, MO) for kvantitativ analyse.

Bildet på televisjonsmonitoren digiteres først og overføres så fra televisjonsmonitoren til datamaskinmoni-toren. Under dette digitiserings/overføringstrinnet reduseres bildet litt med den bivirkning at noen av partiklene som var separate på det opprinnelige bilde, blir sammensmeltet og således ikke er representative for de virkelige partiklene. Disse tilsynelatende sammensmeltede partiklene utleses så omsorgsfullt ved å sammenligne det gamle (televisjonsmonitor) bilde med det nye (datamaskinmonitor) bilde.

Typisk måles ca. 250 ± 50 partikler i ett felt. Først bestemmes antallet partikler i bildet sammen med deres tilsvarende lengder og bredder. Fra disse data beregnes to tilleggsvariabler, ekvivalent sfærisk (E.S.) diameter og volum, som følger: 2 1/3

E.S. diameter = (B x L)

2

E.S. volum = 4/3 Tf B L.

Hvor B er bredde og L er lengde.

Når E.S. diameter og volum er bestemt for hele fordelingen av partikler på bildet, beregnes tallmidlere (Dn)

og volummidlere (Dv), E.S.-diametere. Dn er en tallmidlere partikkelstørrelsediameter som beregnes ved å summere diameteren til alle partiklene i fordelingen og dele dette med totalantallet partikler. Dv (volummidlerediameter) veier hver partikkel i forhold til dens volum og tilveiebringer således en indikasjon på hvor middeldiameteren ligger på basis av volum eller implisitt på basis av masse. Maksimum diameter (Dmaks) er ganske enkelt diameteren til den største partikkelen som forekommer i det mikroskopiske felt.

Disse data kan avsettes i form av en histogram-avsetning med E.S.-diameter på abscissen som en funksjon av antallet partikler såvel som volum av partikler. Fra disse data kan også prosenten av partikkelvolum over 2 pm såvel som den maksimale partikkelstørrelsediameter, også bestemmes direkte.

Et apparat som er egnet for bruk ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, er avbildet i de medfølgende tegnings-

figurene 1 til 5.

Med henvisning først til figur la omfatter en behandlingsanordning som for tiden foretrekkes, et hus 10 som i dette eksempel er understøttet av en basisplate 11 og festet til denne med en rekke bolter 13. Basisplaten 11 er i sin tur montert på et stativ 14 hvis øvre ende er tildannet som en ringformig kant 16. En ringformig fordypning 17 på undersiden av basisplaten 11 mottar kanten 16. Gjennom stativet 14 og basisplaten 11 går passasjer 18 og 19 som strekker seg loddrett i rett linje, og en drivaksel 20

som strekker seg loddrett, går gjennom passasjen 18 og oppover inn i passasjen 19. Drivakselen 20 er forbundet slik at den roteres av en drivmekanisme som f.eks. en elektrisk motor (ikke illustrert) når behandlingsanordningen arbeider. Festet til den øvre enden av drivakselen 20, er en blad-aksel 21, og en nøkkelkobling er anordnet mellom de to akslene 20 og 21.

Huset 10 i behandlingsanordningen omfatter en nedre beholderdel 26 og en øvre dekseldel 27, idet beholderen understøttes på en ringformig understøttelse 28. På undersiden av den ringformige understøttelsen 28 er det anordnet gjengede hull, og de foran nevnte boltene 13 er skrudd inn

i hullene for å feste understøttelsen 28 fast i basisplaten 11. En sentralt lokalisert åpning 29 som strekker seg loddrett, er tildannet gjennom understøttelsen 28. Den øverste delen av passasjen 29 er utvidet og danner en ansats eller et sete 3 3 som er formet på den indre periferien av passasjen 29 for å rette inn forseglingen 39 riktig i under-støttelsen 28. Bladakselen 21 strekker, seg gjennom passasjen 29. Over forseglingen 39 er det anordnet et blad 36 (se også figur lb) på den øvre enden av bladakselen 21 og festet til denne med en kapselmutter 37. Den konvensjon-elle leppeforsegling 39 er anordnet mellom lageret 31, bladakselen 21 og skiven 38 for å danne en fluidtett forsegling ved denne sammenføyning.

Beholderen 26 er i dette tilfelle dobbeltvegget og omfatter en ytre vegg 41 og en indre vegg 42, idet de to veggene er i avstand fra hverandre for å danne en strømnings-passasje 43 mellom dem. De to veggene 41 og 42 er bolle-formede, og det er dannet åpninger 44 på linje gjennom dem ved deres nedre senterdeler som mottar den forseglede under-støttelsen 28, idet de to veggene 41 og 42 er festet til den forseglede understøttelsen 28 f.eks. ved sveising. Ved sine øvre ender er de to veggene 41 og 42 trompetformet radialt utover fra aksen av bladakselen 21 og er presset tett sammen for å danne en forseglet forbindelse i det området som er indikert med henvisningstallet 46. Et varme-vekslermedium føres gjennom rommet 43 mellom de to veggene, et innløpsrør 47 og et utløpsrør 48 er festet til ytter-veggen 41 og forbundet med rommet 43 for at varmevekslermediet skal strømme gjennom rommet 43.

Dekslet 27 strekker seg over den øvre siden av de to veggene 41 og 42 og ligger over de øvre sidene av de trompetaktige delene 46. For å feste dekslet tett til beholderen 26, er det anbrakt en ring 51 på undersiden av de trompetaktige delene 46, og periferien av det sirkelformige deksel 27 strekker seg over oversiden av den trompetaktige delen 46. En sirkelformig klemme 52 omgir de ytre peri-feriene av ringen 51 og dekslet 27, idet klemmen 52, ringen 51 og dekslet 27 har tilpassede, vinklede overflater 53 slik at klemmen 52 kiler dekslet 27 tett nedover mot delen 52 når delene er sammensatt. En tetningsring eller en ringformig forsegling 54 er montert mellom de nærliggende overflater av ringen 51 og dekslet 27 for å forsegle forbindelsen.

Inne i huset 26 er det dannet et toroidalt eller smultringformet hulrom 61 som er tildannet mellom inner-veggen 42 i huset 2 6 og dekslet 27. Den indre veggover-flaten 63 i beholderen er i form av en rund bolle og danner den nedre halvparten av det toroidale hulrom. Den øvre halvparten av det toroidale hulrommet er formet av en ringformig, konkav fordypning 64 i undersiden av dekslet 27 over veggen 63, idet den ringformige fordypning 64 er koaksial med rotasjonsaksen til bladet 36 og med sentret av den kurvede overflate 63 i beholderen 26. Ved den ytre periferien av hulrommet 61 strekker den indre overflaten av fordypningen 64 seg nedover i det området som er angitt med nummeret 6 6 og er nærliggende til den øvre kantover-flaten 67 av endene av bladet 36. I tillegg dykker dekslet 27 nedover langs aksen av det toroidale hulrommet 61 for å danne en senterdel 68, og sentret av bladet 36 og kapselmutteren 37 heller oppover ved sentret til toroiden, rett under delen 68.

I dekslet 27 er det anordnet to hull eller passasjer 71 og 72. Passasjen 71 er på aksen i hulrommet 61

og strekker seg fra den øvre overflaten av dekslet 27 og gjennom delen 68 og er åpen på aksen til hulrommet 61. Et rør 73 er festet til den øvre ende av passasjen 71 med en gjenget tilpasning 74 og en trykk-kontrollanordning 76, som i foreliggende tilfelle er en vekt, er plassert på den øvre enden av røret 73. I vekten 76 er det tildannet et hull 77, og den øvre enden av røret 73 strekker seg inn i hullet 77. Når behandlingsanordningen er i bruk, kan indre trykk i hulrommet 61 ventileres ut av hulrommet gjennom røret 73 dersom trykket er over den mengde som kreves for å løfte vekten 76 opp fra den øvre enden av røret 73, og vekten 76 bibeholder derved trykk i hulrommet. Passasjen 72 er forbundet med et annet rør 78 med en tilpasning 79, og passasjen 72 strekker seg til den øverste delen av hulrommet 61. Passasjen 72 og røret 78 kan eksempelvis anvendes for å ventilere luft fra hulrommet 61 når det er fylt med en væske som skal behandles, og et termoelement (ikke vist) kan inn-føres gjennom røret 78 og passasjen 72 og inn i den øvre overflaten av væsken under behandlingen for å overvåke temperaturen i væsken.

Bladet 36 omfatter en sentral fortykket del 81 gjennom hvilken det går et hull 82 som strekker seg loddrett for bladakselen 21. Kapselmutteren 37 dekker den øvre overflaten av delen 81. Fra delen 81 strekker det seg radialt utover to armer 83 og 84 som danner en kurve radialt utover og oppover og strekker seg tett nær (en klaring på ca. 0,5 til 1,0 mm er foretrukket) den indre kurvede overflate 36 av beholderens vegg 42. De øvre endedelene av bladarmene 83 og 84 er i det vesentlige parallelle med bladaksen, og armene strekker seg således over den nedre halvparten av det toroidale hulrommet. Som vist i figur lb, skråner de to armenes 83 og 84 sider 86 og 87 slik at bladarmene blir smale nær sine ytre ender . Idet det antas at bladet 36 og akselen 21 roterer mot utviserretningen som vist i figur lb, har de to armene 83 og 84 ledende sider 86 og bakre sider 87. Med henvisning til figur 4 er de to kantene 86 og 87 på

hver arm relativt butte, men smalner fortrinnsvis nedover og mot hverandre.

Ved bruk av den behandlingsanordning som er illustrert i figur la, antas det at den sammensatte aksel 20, 21 er koblet for å roteres ved hjelp av en passende drivmotor og at dekslet 27 først er fjernet fra beholderen 26. Hulrommet 61 fylles med en væskesats som har i det vesentlige like stort volum som volumet til hulrommet 61 med dekslet på beholderen. Med denne væskesatsen i beholderdelen i hulrommet plasseres lokket på beholderen idet den ringformige delen 66 av dekslet strekker seg nedover i beholderhul-rommet. Klemmen 52 festes så til de sammenfallende, ytre, perifere delene av beholderen og dekslet, for å feste dekslet til beholderen. Når dekslet 27 beveges nedover på beholderen, kan luft i den øvre delen av den konkave fordypningen 64 unnslippe gjennom passasjen 72, sammen med eventuell overskuddsmengde av væsken i hulrommet 61. Eliminering av luft fra hulrommet kan understøttes ved langsomt å dreie den sammensatte drivaksel 20, 21 og bladet 36 for å eliminere eventuelle luftlommer i væsken og fjerne eventuell luft fra hulrommet. På denne måte elimineres luft fra hulrommet 61 før behandlingen.

For å behandle væsken roteres den sammensatte akselen 20, 21 og bladet 36 raskt, og rotasjonen av armene 83 og 84 med høy hastighet skaper høye skjærkrefter i fluidet. Underlydpulser dannes ved de førende kantene 86

av armene og kavitasjon opptrer ved de bakenforliggende kantene 87. Den raske rotasjonen av armene får fluidet til å anta formen av en naturlig toroid 91 eller smultring som illustrert i figur 5. Med en naturlig toroid menes at fluidet naturlig antar den toroidale formen i fravær av dekslet 27 på beholderen. Med andre ord, dersom dekslet 27 ble fjernet og bladet rotert med en tilstrekkelig hastighet, vil fluidet

anta formen av toroiden 91. Den ringformige, konkave fordypning 64 i undersiden av dekslet 27 er formet slik at det passer med overflaten av toroiden 91, hvorved nærvær av "døde soner" hvor fluidstrømmen er meget mindre intens, ikke tillates.

Med henvisning til figur 5 er det en teori at overflate væsken i toroiden 91 strømmer oppover og radialt innover fra de ytre endene av bladarmene, og at fluidet sirkulerer langs den vei som er angitt med pilene 92. I tillegg beveger væsken seg i sirkelformig retning og følger retningen av bladbevegelsen og danner derved en spiralformet bane. Videre er det en teori at et antall konsentriske skikt dannes i væsken (skiktene representeres ved de konsentriske pilene 93), og skiktene følger lignende, spiral-formede baner. Det er imidlertid også bevegelse av væske mellom skiktene slik at det raskt dannes homogenitet inne i væsken. Bevegelsen av bladet gjennom væsken og bevegelsen av de forskjellige væskeskiktene mot hverandre er så intens at det er en høy grad av omdannelse av mekanisk energi til varme.

Når bladet roteres ved ca. 5.000 opm, får bladet væsken til å foreta den beskrevne, raske, toroidale strøm og signifikant kavitasjon og turbulens skapes, særlig foran de ledende kantene 86. Strømmen av væsken muliggjør rask varmeoverføring fra veggen 42 og varmevekslermediet. Om-røringen eller den høye skjærkraft som produseres av bladet, blander og oppvarmer væsken raskt. Omdannelsen av mekanisk energi til varme fastslås ved å måle temperaturøkningen i fluidet over temperaturen i varmevekslermediet pr. tids-enhet og pr. masseenhet. Intensiteten av tilført arbeid til væsken ved å rotere bladet 36 er tilstrekkelig høy (slik den reflekteres ved størrelsen på temperaturøkningen bare på grunn av mekaniske virkninger) til å hindre aggregering av, f.eks. proteinmolekyler, som er større enn en partikkel-størrelse på ca. 1 til 2 pm.

Bladet 36 er spesielt effektivt for å oppvarme og blande væsken. De relativt butte, ledende kantene 86 til bladet ved 5.000 opm produserer underlydpulser i væsken.

mens kavitasjon opptrer ved de etterfølgende kantene 87. Den svake nedover- og innover-skråning av sidene 86 og 87 (vist i figur 4) beveget væsken foran bladarmene mot bunnen av hulrommet og mot veggen. Denne virkningen gir kraftig omrøring av fluidet og eliminerer også effektivt akkumuler-ing av produkt på hulromveggen. Bladet gir en naturlig torus, og kammeret eller hulrommet formes for å tilpasse den naturlige torus under blandingen, hvorved det unngår dødrom i hulrommet, hvilket hindrer oppbygging av produkt i rom med lav strømning, og fremmer jevnhet i blandingen.

I et tilfelle der væsken i hulrommet skal hindres fra å bli for varmt, føres et kjølemedium gjennom rørene 47 og 48 og rommet 43 for å hindre væsken i hulrommet 61 fra å stige over en ønsket temperatur. På den annen side kan et varmt medium føres gjennom rommet 43 dersom fluidet skal oppvarmes. Etter at væsken er tilstrekkelig omrørt av bladet og temperaturen i væsken er ved ønsket nivå, stanses bladrotasjonen, dekslet 27 fjernes, og satsen av den blandede væske fjernes fra hulrommet 61.

Figurene 2 og 3 illustrerer en foretrukken utførelses-form av det apparat som er konstruert for en operasjon i kontinuerlig strøm i motsetning til satsoperasjonen i den utførelsesform som er vist i figur la. Utførelsesformene på figur la og figur 2 omfatter tilsvarende deler, og de samme henvisningstallene anvendes i de to figurene for tilsvarende deler, bortsett fra at den numeriske verdien 100 tilsettes til henvisningstallene i figurene 2 og 3.

Med spesiell henvisning til figur 2 omfatter behandlingsanordningen en beholder 126 og et deksel 127 som er lik de i figur la, bortsett fra at dekslet 127 har en større loddrett tykkelse. Beholderen og dekslet i figur 2 holdes sammen med en klemme 152, og det befinner seg en forsegling 154 og en 0-ring 155 mellom dem. Mellom beholderen og dekslet dannes et toroidalt hulrom 161, og et blad 136 er montert inne i hulrommet 161. I dette spesielle eksempel har beholderen 126 også dobbelte vegger på samme måte som beholderen i figur la, og innløps- og utløpsrør 147 og 148

er også anordnet. Rørene 147 og 148 er imidlertid forseglet

med plugger 201 for å danne et dødt luftrom 14 3 mellom de to veggene, idet dette rommet virker som isolasjon rundt beholderen. I dekslet 127 er det dannet en passasje 172 som kan anvendes for en termoelementføler, og passasjen 171 som, i dette tilfelle, danner et utløp for den kontinuerlige strøm av væskeprodukt etter behandlingen når det forlater hulrommet 161.

Beholderen 126 er montert på basisplaten 111

med en basis 128 som i denne utførelsesformen også

omfatter en passasje for strøm av væske inn i hulrommet i behandlingsanordningen. Et produktinnløpsrør 203 er forbundet med en kilde (ikke vist) for fluidproduktet og med en ringformig forseglingsring 204 som passer tett rundt den ytre periferien av basisen 128. Den indre enden av røret 203 er forbundet med en diagonal passasje 206 i basis 128 som er forseglet ved sin ytterende med en 0-ring 207. Passasjen 206 står i vinkel radialt innover og oppover som det fremgår av figur 2 til den indre overflaten av basis 128 og til en avstandsforing 208. En sirkelformig fordypning eller et sirkelformig spor 209 er formet i den ytre overflate av fSringen 208, og passasjen 206 står i strømningsforbind-else med sporet 209. Produkt som strømmer inn i behandlingsanordningen gjennom røret 203, strømmer derfor gjennom passasjen 206 og inn i det ringformige spor 209. En rekke mate- eller innløpsporter 211 står i vinkel oppover og radialt innover fra sporet 209, og de øvre endene av portene 211 kommer til syne på den øvre overflaten av féringen 208 under den nedre overflaten av bladet 136. På grunn av vinklene av innløpsportene 211 strømmer det fluid-produkt som kommer inn i hulrommet, først radialt innover og oppover og strømmer så radialt utover og oppover forbi sidene av bladet 136.

En mekanisk forsegling 216 er anordnet for å forsegle forbindelsen mellom avstandsforingen 208 og bladet 136.

Den mekaniske forseglingen 216 er ringformig og er forseglet til f6ringen 208 med 0-ringer 217, 217b, og en oppadstikk-ende forseglingsside 218 på den øvre enden av forseglingen 216 er i kontakt med undersiden av bladet 136. Med henvisning til figur lb er forseglingssiden 218 vist med stiplede linjer, og det skal bemerkes at den er helt innenfor, bladets ytre kontur. For å oppnå en god forsegling er undersiden av bladet 136 i området for forseglingssiden 218 fortrinnsvis finpolert. En annen roterende leppeforsegling 221 er anordnet mellom basis 128 og akselen 121 for å forsegle denne forbindelse. Forseglingen 221 er montert ikke-roter-bart ved dens ytre periferi på basis 128, og dens indre periferi kommer glidende i kontakt med den ytre overflaten av akselen 121. En ringformig fjær 222 som f.eks. en sokkeholder-fjær, holder leppeforseglingen tett mot akselen 121.

Det dannes således et kammer 223 mellom leppeforseglingen 221, den mekaniske forsegling 216, den ytre overflaten av akselen 121 og f6ringen 208. Dette kammer 223 gjennomstrømmes av kjølevann som kommer inn i behandlingsanordningen gjennom et rør 226 og forlater behandlingsanordningen gjennom et annet rør 227, idet de to rørene befinner seg på motsatte sider av behandlingsanordningen som vist i figur 3. De to rørene 226 og 227 er også montert på forseglingsringen 204 og strekker seg radialt gjennom ringen 204. Strømningspassasjer 228 og 229 er formet gjennom basis 128, idet de indre endene av de to passasjene er forbundet med motsatte sider av kammeret 223. De ytre endene av passasjene hhv. 228 og 229, er forbundet med rørene 226 og 227, og 0-ringer er anordnet rundt disse forbindelsene. Ved bruk av behandlingsanordningen strømmer således kjøle-vann inn i behandlingsanordningen gjennom røret 226, inn i kammeret 223 og rundt de indre overflatene i det området der den mekaniske forseglingen 216 kommer i kontakt med den nedre overflaten av bladet 136, og så ut av kammeret gjennom røret 227.

Ved bruk av behandlingsanordningen festes dekslet 127 til beholderen 216, bladet 136 roteres inne i hulrommet 161, og kjølevannet føres gjennom kammeret 223. Produkt-blandingen innføres så i hulrommet 161 gjennom innløpsrøret 203, gjennom passasjen 206 og innløpsportene 211, og inn i hulrommet 161 fra undersiden av det roterende blad 13 6. Væskeproduktet fyller hulrommet 161, og luft som opprinnelig fylte hulrommet, føres av fluidstrømmen gjennom rørene 172. Væsken antar sin naturlige, toroidale form inne i hulrommet 161 som beskrevet foran, og veggene i beholderen 126 og dekslet 127 passer til formen til den naturlige toroiden. Produktet inne i hulrommet holdes under trykk fordi trykk er nødvendig i røret 203 for å presse fluidproduktet gjennom hulrommet og ut av passasjen 171. Utløps-røret 231 som er forbundet med passasjen 171, kan inneholde en innsnevring eller en ventil for å danne et tilbaketrykk og derved øke trykket inne i hulrommet 161.

Den beskrevne blanding og oppvarming av væsken i hulrommet 161 er lik den i hulrommet 61. Den væske som kommer inn i hulrommet, strømmer direkte inn i et område med høy skjærkraft under bladet. Vinkelen oppover og innover for portene 211 får videre den. innkommende væske til å danne en turbulent strøm og til å vaske mot forseglingen 216, og derved hindre eventuell oppbygging av væske i dette område. Den innadgående strømmen og nærheten til sentret sikrer dessuten at all væske strømmer under bladet og at noe av væsken ikke vil gå i shunt ut ved sidene av armene umiddelbart etter at det forlater portene 211. Kjøle-strømmen inne i kammeret 223 hindrer lageret 216 og bladet fra å overhete og brenne det væskeprodukt som behandles. Porten 211 på den motsatte siden av innløpet 206 er fortrinnsvis litt forstørret for å tilveiebringe jevn strøm gjennom de tre portene.

Ifølge en fremgangsmåte for bruk av apparatet i figur la justeres den tomme beholderen, akselsegmentene tilpasses, beholderen festes til basisplaten, og bladet monteres på akselen og festes. Trehundreogførti (340) gram avlufte.t proteinforblanding tilføres til beholderen, idet det utvises forsiktighet for å unngå dannelse av bobler eller hulrom.

Dekslet tilpasses til den brønn som er dannet av

de øvre veggene av beholderen og føres ned på plass over tetningsringen idet det utvises forsiktighet for å plassere den tomme termoelementporten slik at innesluttet luft kan ventileres gjennom denne porten. Fjerning av eventuell

innesluttet luft kan gjøres lettere ved langsomt å rotere bladet. Når dette er gjennomført, plasseres dekslet fast, overskudd av forblanding som kan være presset ut av porten, fjernes, og termoelementet innføres og festes. Dekslet festes så ved klemmeanordninger, og motvekten plasseres på ventileringsrøret.

Varmefluid sirkuleres så gjennom beholderen, drivanordningen slås på, og bladets hastighet settes på den ønskede rotasjonshastighet som typisk er større enn ca.

5.000 opm. Når bladet roterer med denne hastigheten, oppnår proteinforblandingen en rask toroidal strømning med den følge at det dannes signifikant kavitasjon og turbulens, spesielt i områdene like foran bladets anslagskanter. For-blandingens hvirvlende strømning er adekvat for å tillate rask varmeoverføring fra varmefluidet gjennom den indre beholder veggen, inn i forblandingen. Når temperaturen i forblandingen passerer ca. 80°C, begynner blandingens viskositet å øke, men bladet holdes ved konstant hastighet av motoren.

Den usvekkede, høye arbeidstilførsel (koblet med økende viskositet) meddeler betydelig mekanisk-indusert varme til produktet. Typisk driver dette produkttemperaturen 20 til 40°C over temperaturen til "oppvarmings"-fluidet i en periode på fra ca. 1 til 2 minutter. Når den ønskede temperatur og oppholdstid er oppnådd, justeres de utvendig monterte ventilene som regulerer strømmen av varme-vekskerfluider slik at oppvarmingsfluidet erstattes med kjølefluid. Produkttemperaturen begynner da straks å avta. Når produktet er avkjølt til 80°C, reduseres bladhastigheten til ca. 1.000 opm for å unngå å meddele ytterligere mekanisk energi og således redusere kjøletiden. Når produktet er avkjølt til ca. 35°C, slås drivanordningen av, dekslet fjernes og produktet oppsamles fra beholderen og dekslet.

De følgende eksemplene gjelder foretrukne fremgangsmåter ifølge foreliggende oppfinnelse. Eksempel 1 gjelder fremstilling av makrokolloidalt materiale fra kvegserumalbumin. Eksempel 2 gjelder fremstilling av makrokolloidalt materiale fra eggehvitealbumin, mens eksempel 3 gjelder bruken av soyaprotein for å fremstille makrokolloidale materialer ifølge oppfinnelsen.

Eksempel 1

I dette eksempel ble kvegserumalbumin (BSA) anvendt for å fremstille et makrokolloidalt proteinprodukt. Kvegserumalbumin identifisert som "Bovine Albumin, Fraction V" ble oppnådd fra U.S. Biochemical Corp. (Cleveland, Ohio). Materialet var et lyofilisert pulver med et proteininnhold på 97 % og en løselighet på 99 % ifølge den løselighetsbestemmelsesmetode som er beskrevet ovenfor. Andre ingredienser i blandingen omfatter lecithin ("Lecigran F", Riceland, Little Rock, AR),

37 % saltsyre av næringsmiddelkvalitet (J.T. Baker, Phillipsburg, NJ), xanthan ("Keltrol T", Kelco, San Diego, CA), lactose (alfa-lactose-monohydrat, Sigma St. Louis, MO) og vann.

Den blanding som er oppført i tabell 3 ovenfor, ble fremstilt i en blandemaskin og avlufter med høy skjærkraft (Kady Mill, Scarborough, ME) idet xanthangummien var pre-hydratisert. I rekkefølge ble vann, saltsyre, lecithin, xanthan, lactose og BSA tilsatt til blandemaskinen, og blandingen ble avluftet før den ble innført i apparatet i figur 1. Behandlingsbeholderen ble fylt med premixen som hadde en pH på 4,19, forseglet, og temperaturmåleren ble satt på. Motoren ble aktivert, og bladhastigheten ble justert til 5.080 opm. Etter noen få sekunder ble oppvarm-ingsfluid med en temperatur på 80°C sirkulert gjennom

beholderens kappe.

Produktet nådde en temperatur på 12 6°C i løpet av

4,8 minutter ved hvilken tid oppvarmingsfluidet ble erstattet med en strøm av kaldt vann. Produktet ble avkjølt til 40°C i løpet av 2 minutter. Skjærhastigheten for denne behandlingsanordning reflekteres i de 46°C forskjell mellom temperaturen på produktet og temperaturen på oppvarmingsfluidet. Denne tilleggsvarme var oppnådd ved omdannelse av. mekanisk energi til varme med en hastighet på ca. 380 J/sek.

Det produkt som ble oppnådd ved hjelp av den ovenstående fremgangsmåte, ble så vurdert på dets organoleptiske og fysiske egenskaper. Produktet hadde en tykk konsistens som er lik det makrokolloidale materiale som er fremstilt fra myseproteinkonsentrat, og en kremaktig tekstur med stor smøreevne. 71% av proteinet var omdannet til makrokolloidale partikler. Partiklene var i hovedsak sfæroidale selv om noen stavlignende og fibrøse partikler forelå, hvilket kan sees i figur 7. Disse stavene og fibrene med dimensjoner som oversteg 3 pm, utgjorde 2,25% av antallet partikler. Når stavene og fibrene var utelukket fra mikroskopibildeanalysen, hadde de sfæroidale partiklene en volum-avveid middeldiameter (Dv) på 1,03 pm, en midlere partikkelstørrelsediameter (Dn) på 0,66 pm og en maksimumsdiameter (Dmaks) på 1,75 pm.

Eksempel 2

I dette eksempel ble eggehvitealbumin anvendt

for å fremstille et makrokolloidalt protein-

produkt. Det ble fastslått at en kombinasjon av fersk eggehvite og spraytørket eggehvite ville gi det ønskede produkt. Fersk eggehvite ble separert manuelt den dagen premixen ble fremstilt fra friske egg som var kjøpt lokalt. Denne eggehviten inneholdt 98% løselig protein, men proteinkonsentrasjonen var mindre enn 10%. På grunn av den opprinnelige proteinkonsentrasjonen kan behandling av frisk eggehvite alene forårsake dannelse av trådaktige masser av denaturert proteinprodukt. Spraytørket eggehvite ble oppnådd fra Henningsen Foods (White Plains, NY) (type P-110

eggehvitefaststoffer) med minimum 80% protein. Protein-løseligheten til det spraytørkede eggehvitepulver var bare 83%, og behandling av dette materiale alene kan gi et uakseptabelt antall for store partikler. For å unngå be-grensningene ved bruk av hvert av materialene alene, ble de friske og spraytørkede eggehvitematerialene kombinert for å gi en egnet eggalbuminkilde for utførelse av oppfinnelsen.

Lecithin, xanthan, saltsyre og lactose ble oppnådd fra de kilder som er angitt i eksempel 1, og ble anvendt i de mengder som er oppført i tabell 4 nedenfor.

Fersk eggehvite, lecithin, xanthan, lactose, spray-tørket eggehvite og saltsyre ble tilsatt i rekkefølge og i de mengder som er angitt i tabell 4 til en blandemaskin med høy skjærkraft, hvor de ble blandet og avluftet. Den resulterende premix hadde en pH på 3,6 og ble innført i det behandlingsapparat som er vist i figur 1. Behandlingen ble utført ved en badtemperatur på 80°C og ble fortsatt i 4,33 minutter med en bladhastighet på 5.080 opm. Den maksimale produkttemperatur var 125°C.

Det produkt som ble oppnådd ved hjelp av ovenstående fremgangsmåte, var tykt og kremaktig. 88,9% av proteinet var omdannet til makrokolloidale partikler som hadde en uttalt tendens til å aggregere løselig. Partikkel-størrelseanalyse viste at partiklene lå innenfor det ønskede størrelseområde med et Dv = 1,22 pm og med 4% av partiklene over 2 pm. I det vesentlige alle partiklene var sfæroidale slik det kan sees i figur 8.

Eksempel 3

I dette eksempel ble soyaprotein anvendt

for å fremstille et makrokolloidalt proteinprodukt. Soyaprotein ble oppnådd fra Ralston Purina (SN 1631-32-1, St. Louis, MO) som hadde et proteininnhold på 61,4% og en løselighet på 81% ifølge den metode som er sitert ovenfor. Lecithin, xanthan, saltsyre og lactose ble oppnådd fra de kilder som er angitt i eksempel 1 og ble anvendt i de mengder som er oppført i tabell 5 nedenfor.

Blandingen ble fremstilt ved å tilsette vann, saltsyre, lecithin, xanthan, lactose og soyaprotein i rekkefølge til en blandemaskin med høy skjærkraft hvor de ble blandet og avluftet. Den resulterende premix hadde en pH på 3,74 og ble innført i det behandlingsapparat som er vist i figur 1. Badtemperaturen ble holdt på 110°C. Oppvarming ble fortsatt i 4,30 minutter med omrøringshastighet på 5.080 opm. Den maksimale temperatur som ble nådd i produktet, var 119°C.

Produktet utviklet en lysebrun farve under koking og var glatt, kremaktig og tykt med en litt bønneaktig smak som er typisk for soyaprodukter. 71% av proteinet var omdannet til makrokolloidale partikler. Partikkelstørrelse-analyse viste at partiklene lå innenfor det ønskede størr-elseområde, med et Dv på 1,46 pm og en Dma^ på 2,5 pm.

I det vesentlige alle partiklene var sfæroidale slik det fremgår av figur 5.

De foranstående, illustrerende eksempler, antas å

gi en utførlig demonstrasjon av den generiske natur av de oppdagelser som utgjør foreliggende oppfinnelse. I en av dens bredeste aspekter ligger oppfinnelsen i oppdagelsen at praktisk talt hvilken som helst kilde av animalsk eller vegetabilsk protein kan anvendes for å generere proteinholdige, vanndispergerbare makrokolloidpartikler som i hydratisert form har den i det vesentlige glatte (dvs. ikke-pulveraktige, krittaktige eller sandaktige) organoleptiske karakter til en olje-i-vann-emulsjon. Generelt har hydratiserte makrokolloidprodukter relativt høye viskositeter (av størrelsesorden 25.000 eps), er ikke utvidende og har smøreevnen (dvs. fravær av klebrighet) til fettemulsjoner. Slike produkter er klart anvendbare som delvise eller totale erstatninger for fett og fettlignende materialer i en lang rekke næringsmidler hvor fett normalt er til stede i mengder som er tilstrekkelige til å gi et organoleptisk bidrag.

De proteinholdige produkter fremstilles ifølge oppfinnelsen ganske lett ved regulert denatueringsbehandling av tidligere i det vesentlige udenaturerte proteiner for å tilveiebringe en populasjon av hydratiserte proteinpartikler med relativt homogen størrelse og form, hvor partikkel-størrelsefordelingen er effektiv til å meddele den i det vesentlige glatte, organoleptiske karakter som vanligvis bare tilveiebringes av fettemulsjoner av olje-i-vann-typen.

Som vist i de illustrerende eksemplene, tilveiebringes den regulerte denatureringsbehandling som kreves

for å generere de ønskede populasjoner av proteinpartikler lettest ved samtidig anvendelse av varme og høye skjærkrefter og proteinløsninger. For optimalt å oppnå fordelene med oppfinnelsen skal startmaterialproteinløsningene sammen-

settes av f.eks. tørkede proteinkildematerialer hvor over ca. 80% av det tørre protein er løselig i vann eller fortynnede saltløsninger. Bruken av kildematerialer som omfatter betydelige mengder av uløselig protein eller tilveiebringer eventuell betydelig mengde av uløselige, partikkelformige, ikke-proteinaktige materialer, vil sannsynligvis ikke tilveiebringe ønskede produkter fordi anvendelse av varme og høy skjærkraft vanligvis er ineffektiv for å redusere partikkelstørrelsen av for stort materiale under behandling. Der det er ønsket å gjøre bruk av protein-preparater som inneholder for store materialer som ikke reduseres under behandling, er det innenfor oppfinnelsen å forhåndsbehandle preparatene ved hjelp av kjente størrelses-reduksjonsprosesser som er effektive til å redusere foreliggende partikler til innenfor eller under det ønskede størrelseområde før regulert varme/skjærbehandling. Et eksempel på en slik forbehandling vil omfatte behandling av preparatet i en slik avslitningsmølle som vanligvis anvendes på området maling- og pigmentfremstilling.

Den kjemiske kompleksiteten til proteiner, den amfotere karakteren av protein i oppløsning og den generelle heterogeniteten til de fleste naturlige proteinkildematerialer dikterer alle at de regulerte denaturerings-prosessene ifølge oppfinnelsen tar i betraktning pH til de løsningene som oppvarmes og underkastes høy skjærbehandling. For tiden oppnås optimale resultater ved å utføre varmedenatureringen ved en hvilken som helst pH under midtpunktet for den isoelektriske kurve til proteinene i opp-løsning, idet de pH-verdiene som er så lave at de forår-saker hydrolytisk nedbrytning av proteinene, unngås. Overensstemmende med disse betraktninger vil mange protein-løsninger kreve justering av pH (med en hvilken som helst egnet syre av næringsmiddelkvalitet) for denaturering.

Evnen til å generere ønskede populasjoner av proteinpartikler med i det vesentlige homogen størrelse og form kan i mange tilfeller påvirkes heldig eller uheldig av nærværet eller fraværet av løselige, ikke-proteinbestanddeler i de løsninger som underkastes denaturering. Blant de mer signifikante av disse bestanddelene er de "aggregat-blokkeringsmidler" som er beskrevet tidligere. Mens uttrykket passende beskriver en av de potensielle funksjonene som disse forbindelsene tjener (dvs. hindring av dannelse av aggregering av proteinmolekyler til større enn ønskede størrelseområder) tjener de andre funksjoner som f.eks. å øke den totale smøreevne til de makrokolloidale produktene. Disse forbindelsene kan også signifikant øke omdannelsesgraden av protein til partikkelform, mest sann-synlig ved ladningsbaserte virkninger eller proteinkompleks-dannelse. Kombinasjonen av effekter på økning av koagulum-dannelse og hindring av partikkeldannelse resulterer i en total "fokusering" på dannelse av proteinpartikler i det ønskede størrelseområde. I forhåndsundersøkelser som var rettet mot mere nøyaktig å fastslå virkningene av aggregat-blokkeringsmidler, ble det observert at ved tilsetning ved romtemperatur av surgjorte, i det vesentlige rene protein-løsninger til hydratiserte aggregat-blokkeringsmidler,

viste det seg et koagulum som ikke kunne oppløses ved økning av pH mot nøytralitet. Koagulumet oppviste en variasjon av makroskopiske former inkludert en enkelt, massiv gel, en rikelighet av fibre som varierte inn i det mikroskopiske område, og/eller små globulære, disaggregerte partikler. Konfigurasjonen av koagulumet kan anvendes for å styre valget av konsentrasjonen av tilsatte materialer og rekke-følgen for deres tilsetning.

Valget av ett eller flere aggregat-blokkeringsmidler for innblanding i proteinløsninger som skal behandles ved hjelp av den regulerte varmedenaturering ifølge oppfinnelsen, kan passende baseres på undersøkelse av romtemperatur-koagulum-dannende effekter som notert ovenfor. Dannelsen av et stort globulært koagulum eller en massiv gel ved blanding i en surgjort proteinløsning til aggregat-blokkeringsmidlet antyder generelt dårlige utsikter for å oppnå en dispersjon av partikler innenfor det ønskede størrelse-område. Likeledes forutsier dannelsen av et fibrøst koagulum denatureringsprodukter med betydelige antall ikke-sfæriske og tråd-lignende proteinpartikler med mindre det tas positive forholdsregler for å dispergere koagulumet før anvendelse av varme og høye skjærbetingelser. Dannelsen av små globulære, disaggregerte koagulumpartikler ved romtemperatur forutsier generelt at det ønskede makrokolloidale produkt oppnås ved denatureringen.

Andre oppløsningsbestanddeler som kan spille en signifikant rolle i fremgangsmåtene ifølge oppfinnelsen,

er naturlig forekommende polyhydroxyforbindelser som f.eks. mono- og di-saccharidsukkere, spesielt lactose. Som angitt i de ovenstående, illustrerende eksempler, hadde fremstillingen av makrokolloider ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ved hjelp av varme/skjærbehandling av kvegserumalbumin, eggalbumin og soyaprotein en stor fordel av tilsetning av lactose til løsningene. Mens reduserende sukkere som f.eks. lactose, ville synes å være de mest egnede additivene, kan også ikke-reduserende sukkere effektivt anvendes som additiver.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av proteinholdige, vannndispergerbare makrokolloider, karakterisert ved at udenaturerte, i det vesentlige løselige og koagulerbare proteiner, unntatt myseproteiner, fortrinnsvis kvegserumalbumin, eggehvitealbumin og soyaprotein, oppvarmes ved varmedenatureringstemperaturer i en vandig løsning ved en pH-verdi lavere enn proteinenes isoelektriske punkt, under skjærbetingelser som velges og utføres i en tid som er tilstrekkelig til å unngå dannelsen av vesentlige mengder av sammensmeltede, partikkelformige, proteinholdige aggregater med diametere over 2 pm, mens det også dannes denaturerte, proteinholdige, makrokolloidale partikler med en diameter som er større enn 0,1 pm.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at varmedenatureringen utføres ved en pH-verdi på ca. 1 pH-enhet under midtpunktet for proteinets isoelektriske kurve.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at varmedenatureringen utføres ved en temperatur på mellom 80 og 120 °C.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den anvendte skjær-hastighet er større enn 7.500 sek"1.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at behandlingstiden er mellom 10 og 120 sekunder.