專利名稱：穩(wěn)定飲料的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種穩(wěn)定飲料的方法，更具體地說是通過使用離子交換劑移去形成渾濁的物質(zhì)以穩(wěn)定飲料的一種方法。
背景技術：
通過例如風味穩(wěn)定性、生物純度和物理化學穩(wěn)定性的不同參數(shù)來評價飲料的質(zhì)量，其中后者為啤酒最重要的參數(shù)之一。物理化學或膠體穩(wěn)定性指的是例如啤酒的瓶裝飲料中發(fā)生的非生物渾濁。該渾濁主要由多酚和蛋白質(zhì)造成，它們經(jīng)過氫鍵反應生成更大的分子。據(jù)認為，盡管根據(jù)來源不同，Mw的范圍可能有所不同，但是形成渾濁的蛋白質(zhì)具有30-60KDa的Mw。當移去Mw約為120KDa的蛋白質(zhì)時，啤酒的泡沫穩(wěn)定性將降低。部分多酚族，特別是單寧和白花色素，它們被分別測定可以作為用于穩(wěn)定啤酒的指示劑。為了增加啤酒的穩(wěn)定性，通常使用不同試劑和方法移去部分多酚、蛋白質(zhì)或兩者。對于啤酒來說，正常所需的保質(zhì)期為約6個月，不同的國家和/或不同類的啤酒有所不同。
飲料的穩(wěn)定和澄清是兩個詞，它們有時可以相互替換使用，有時它們?yōu)椴煌母拍?。從嚴格意義上說，澄清指的是移去所述飲料中即將發(fā)生的渾濁和微粒物質(zhì)，然而穩(wěn)定指的是移去潛在的形成渾濁的物質(zhì)，使得渾濁的發(fā)生更困難。在本發(fā)明正文中，應該從嚴格意義上理解兩個詞。
形成渾濁的物質(zhì)的數(shù)量以及它們發(fā)生渾濁的趨勢依賴幾個因素。參見實施例部分。例如，每種啤酒的組成是唯一的，這取決于啤酒廠對不同加工方法、啤酒花質(zhì)量和大麥等的選擇。這意味著通過普通被接受的試驗測定作為穩(wěn)定性/穩(wěn)定作用的可接受的水平可以在啤酒類型和/或啤酒廠之間有所不同。因此用于穩(wěn)定作用的與本發(fā)明有關的固定限制很難設定。作為一個總的準則，當試驗測定形成渾濁的蛋白質(zhì)和多酚的值由于使用本發(fā)明向穩(wěn)定方向變化至少10％時，可以說起到了穩(wěn)定作用。這意味著相似的改變或甚至更低的改變可以分別應用于測定蛋白質(zhì)和多酚的試驗。穩(wěn)定作用的目標不在于移去所有形成渾濁的蛋白質(zhì)和/或多酚，因為這可能也很容易影響具體飲料的特性。背景文獻幾年前人們已經(jīng)知道飲料中具有引起渾濁的物質(zhì)，因此人們建議移去大量的溶液。
從飲料中移去多酚的最常用的方法是使用聚乙烯基吡咯烷酮、PVPP。在PVPP加入飲料之前，必須與水混合以形成漿。將PVPP加到貯罐中或在啤酒過濾器前面注入到啤酒流中并與其它渾濁粒子一起被過濾出去。PVPP的兩個性能是有用的一次性使用和由于粒徑的不同可再次使用。
從SU1451159中已知一種用于穩(wěn)定啤酒的方法，它使用離子交換吸附劑移去多酚。在該方法中，將啤酒加熱到65-75℃，加入由苯乙烯和含有四級三甲胺官能基團的4％二乙烯基化合物的共聚物組成的強堿性高分子交聯(lián)吸附劑(陰離子交換劑)。將該疏水吸附劑加入到啤酒中，并使其量確保移去25-30％的多酚，攪拌，靜置2-3分鐘，并傾析啤酒。該吸附劑具有18-19mg/g的多酚吸附能力，至少可以重復使用十次，用每體積5份的水在45-50℃下再生。
Rep.Res.Lab.Kirin Brew.Co.(1972),No.15,17-24中使用了一種陰離子交換劑用于分餾啤酒中的多酚。首先，用例如乙酸乙酯從啤酒中提取多酚，然后將該提取液進行陰離子交換色譜，目的在于將該多酚分餾成幾組用于進一步的研究。這樣，沒有使用陰離子交換劑穩(wěn)定飲料。
在歐洲，從啤酒中移去蛋白質(zhì)的最常用的方法之一是通過使用二氧化硅，該二氧化硅必須與水一起制成漿。將該二氧化硅膠加入到貯罐中或在啤酒過濾器前面連續(xù)注入到啤酒流中。該二氧化硅膠與其它渾濁粒子一起被過濾出去，使用后將二氧化硅膠扔掉。
移去蛋白質(zhì)的另一被廣泛使用的方法是使用鞣酸。在制備鞣酸和水的溶液后，將該鞣酸加入到貯罐中或在啤酒過濾器前面連續(xù)注入到啤酒流中。該鞣酸與其它渾濁粒子一起被過濾出去，使用后將該鞣酸扔掉。
同樣，也有其它方法從含有形成渾濁的物質(zhì)的飲料中移去蛋白質(zhì)，例如使用蛋白水解酶或膨潤土。
事實上，廣泛使用二氧化硅膠和鞣酸后，并沒有將它們再次利用，這使得它們成為環(huán)境污染的重要因素。
在優(yōu)先權期間，瑞典專利局公布的國際檢索報告引證了以下文獻a．US-A-4100149，為了得到例如澄清的啤酒，采取了從啤酒和其它飲料中移去蛋白質(zhì)。使用的吸附劑由涂敷有聚合物的無機粒子構成。該聚合物帶有離子交換基團。實施例部分集中在涂敷的二氧化硅粒子上，并且不清楚得到的效果是由于該二氧化硅、聚合物涂層還是由于帶電基團。
b．EP-A-166238，通過添加可能有或可能沒有離子交換基團的試劑，中和果汁中抑細菌活性的多酚。
c．Hughes,Food Technology in New Zealand,10(30)(1985)建議由于已知纖維素離子交換劑可以吸附蛋白質(zhì)，可以使用它們穩(wěn)定啤酒。
d．US-A-4288462建議為了移去例如啤酒的飲料中的渾濁和形成渾濁的蛋白質(zhì)，可以使用帶有陰離子膠體二氧化硅的過濾元件。
e．US-A-3623955涉及從啤酒中移去某種酶。
f．US-A-3940498建議使用酸處理過的合成硅酸鎂用于從例如啤酒的飲料中同時移去不希望的蛋白質(zhì)和多酚。
g．WPI登記號89-212564/29與SU1451159相同，討論如上。其余出版物如下h．WPI登記號(DD-A-150078)建議使用具有可以形成氫鍵、離子交換、化學吸附或螯合的基團的顆粒疏水物質(zhì)從包括啤酒的飲料中移去形成渾濁的的物質(zhì)。
i．WPI登記號81-15897D(GB-A-2056485)建議使用帶正電粒子用于移去引起飲料(白酒、啤酒、果汁等)中渾濁的物質(zhì)。通過使用陽離子聚酰胺-聚胺表氯醇合成物處理粒子而引入電荷。當該粒子與飲料接觸時，該粒子導致沉淀，后者可以通過過濾移去。
j．WPI登記號77-09751Y(=GB-A-1499849)建議通過使用以疏水基體組成的陽離子交換劑移去飲料中的渾濁前體。
發(fā)明簡述本發(fā)明提供了一種從飲料中同時移去多酚和蛋白質(zhì)的方法，該方法使飲料與可以吸附上面兩類物質(zhì)的離子交換劑接觸。所使用的離子交換劑的特征在于它是離子交換基團共價地鍵合在其上的水不溶性多孔親水基體。
物理上，基體可以是由填充的多孔珠/粒或多孔單片或膜(連續(xù)的基體)組成的固定床形式。珠/粒的形狀可以是球形或不規(guī)則形狀。在兩者的選擇上，為了進行色譜，基體可以是不經(jīng)混合(分級、穩(wěn)定、膨脹)的流化床形式，或者該基體可以完全混合作為批次處理時使用。
基體可以由在其外表面和孔的表面的兩個表面上都暴露有例如羥基和/或酰胺基的親水基團的聚合網(wǎng)絡構成，這些表面將在本發(fā)明的穩(wěn)定方法中與飲料接觸。盡管也考慮了全合成的聚合物，適宜的聚合物為大多數(shù)有機物和其生物源(生物聚合物)。有用的生物聚合物的例子為由用適當?shù)碾x子交換基團取代和也可能交聯(lián)的葡聚糖(Sephadex,PharmaciaBiotech AB,Uppsala Sweden)、瓊脂糖(Sepharose,PharmaciaBiotech AB,Uppsala Sweden)、淀粉、纖維素(Sephacel,PharmaciaBiotech AB,Uppsala Sweden)等制得的多糖膠。合成聚合物的適宜例子是丙烯酸羥基烷酯或甲基丙烯酸羥基烷酯、羥烷基乙烯基醚、丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺的聚合物，可任選地是N-取代等。由于上述生物聚合物和合成聚合物沿其聚合物鏈帶有羥基和/或酰胺基，因此它們具有明顯的疏水特性。同樣可以使用例如包括苯乙烯-二乙烯基苯共聚物的聚苯乙烯的純疏水聚合物。后者，基體的孔表面例如使用具有適當親水性的物質(zhì)涂敷(物理吸附或交聯(lián))而被親水化是很重要的，該物質(zhì)為例如上述含有羥基的聚合物或含有羥基的低分子量化合物(SOURCETM,PharmaciaBiotech AB,Uppsala,Sweden)。
基體，具體地說在其為顆粒狀時，可以含有無機物料，盡管上面建議其主要組分應為有機源，即＞50wt％(用啤酒或水飽和的)。
重要的是膠的孔隙率足夠高，使得使飲料去穩(wěn)定的蛋白質(zhì)和多酚滲透。因此該膠應該允許形成渾濁的蛋白質(zhì)和多酚滲透，因此可以允許107以下，一般為5×106Dalton以下的球形蛋白質(zhì)滲透。離子交換能力的范圍一般為每ml填充床0.05-0.50mmol。
離子交換基團可以是陽離子交換基團或陰離子交換基團。陰離子交換基團的例子有羧基(-COO-)、磺酸(-SO2O-)、膦酸基團等。陽離子交換基團的例子有季、叔、仲和伯胺基(-N+(R1,R2,R3))。自由價顯示共價連接到基體上，并且一般通過有機間隔結構，例如純烷烯或羥基烷烯。R1-3一般為氫原子或被一個或多個羥基取代的較低的烷基(C1-6)。在季銨基團中，具體地說，可以是所述的-N+(CH3)3，當經(jīng)過間隔-CH2CHOHCH2-連接到基體上時被稱為Q-基團。在實施例部分中使用SP Sepharose和CM Sepharose。在CM Sepharose中CM(羧甲基)代表-OCH2COO-，它取代羥基直接連接到基體(瓊脂糖)上。SP(磺丙基)代表-(CH2)3SO3-，它通過鍵-OCH2CHOHCH2O-取代基體(瓊脂糖)的羥基。
本發(fā)明方法的步驟包括a．在允許去穩(wěn)定蛋白質(zhì)和多酚吸附的條件下，用上述離子交換劑之一將基體與飲料接觸以使飲料得到穩(wěn)定，b．從離子交換劑中獲得飲料。一般該方法還包括可任選的第三個步驟c．即使用例如僅僅含有氫氧化鈉和氯化鈉和水的再生溶液接觸離子交換劑而使離子交換劑得到再生。如上所述的接觸可以通過使飲料通過含有上述任意形狀的離子交換劑的容器(例如柱)。一般使再生溶液以與飲料相反的方向通過。該方法可以連續(xù)或分批次進行。飲料與離子交換劑接觸之后，進一步的過濾步驟通常變得不是很重要。見實施例部分的比較。一般對于啤酒來說，至少在與離子交換劑接觸期間，溫度在啤酒冰點以上和+10℃以下，例如+5℃以下。目前大多數(shù)啤酒廠在約0℃下進行，由于實際原因，也優(yōu)選在本發(fā)明方法中。同樣，傳統(tǒng)上在穩(wěn)定飲料方法的領域范圍內(nèi)使用的其它步驟也包括在內(nèi)。
最佳實施方式在本發(fā)明方法優(yōu)先權日期中已知的最佳實施方式包括上述的再生步驟。使用的離子交換劑為填充在允許飲料流過的柱中的高分子珠狀(平均顆粒大小200μm)Q-型(Q-Sepharose)陰離子交換劑。Q-Sepharose允許4×106Dalton的球狀蛋白質(zhì)滲透，并具有每ml填充床0.18-0.25mmol的離子交換能力。溫度為約0℃。也參見實施例4。發(fā)明詳述下面用一些非限定性實施例，更詳細地描述本發(fā)明。這些實施例都與啤酒有關，但是可以理解為根據(jù)本發(fā)明的方法同樣可以應用到含有形成渾濁的物質(zhì)的其它溶液中，例如非啤酒的溶液。
實施例部分原料和方法在這些實施例中，進行下面的分析描述啤酒的穩(wěn)定性。
表A
*MEBAK為Mitteleuropaische BrautechnologischeAnalysenkommission的縮寫。1．蛋白質(zhì)靈敏性試驗1.1．硫酸銨沉淀。當向啤酒中添加飽和的硫酸銨溶液時，形成沉淀蛋白質(zhì)渾濁。為了產(chǎn)生該渾濁，所需的硫酸銨溶液越多，啤酒就越穩(wěn)定。1.2.“Esbach-試驗”。用“Esbach-試劑”(苦味酸-檸檬酸溶液)沉淀高分子蛋白質(zhì)。試劑的添加將產(chǎn)生可以光度計測定的渾濁。2．多酚2.1．多酚總量。所有的多酚，優(yōu)選測定帶有連位羥基的那些。這些多酚在堿性溶液中與鐵離子反應，生成可以光度計測定的有色鐵復合物。2.2．白花色素為酚類物質(zhì)，它通過鹽酸的處理轉變成紅色的花青色素。3．用于測定啤酒穩(wěn)定性的試驗3.1．酒精-冷卻-試驗。當冷卻啤酒時，形成由于沉淀的多酚-蛋白質(zhì)復合物產(chǎn)生的可逆渾濁。酒精的添加降低了這些復合物的溶解度，加速了其沉淀。3.2．加速老化的試驗。在0℃和40℃或60℃下貯存啤酒直到可以認為2EBC單位的渾濁。該渾濁是由于多酚-蛋白復合物的沉淀引起的。
啤酒穩(wěn)定性是一個復雜的特性，并依賴包括蛋白質(zhì)和/或多酚含量的幾個變量。酒精-冷卻-試驗和加速老化試驗顯示對穩(wěn)定作用呈現(xiàn)出線性關系。在上面的1和2的實施例中沒有顯示線性關系。
對根據(jù)本發(fā)明的方法中使用的下面的離子交換劑進行測試。
表B
所有的實施例都在約0℃的溫度下進行，并且過濾過的啤酒沒有經(jīng)過任何預處理。
實施例1實施例1和2中，內(nèi)徑為50mm的色譜柱(Pharmacia XK 50/10)用60ml的Q SepharoseBig Beads填充。然后按照以下C.I.P.(適當清洗)程序泵送幾種液體通過該柱-800ml水，10分鐘-1000ml 1M的氫氧化鈉，60分鐘-500ml水，10分鐘-500ml 2M的氯化鈉，30分鐘-500ml水，10分鐘每次對啤酒進行處理后也進行該程序以再生該柱。以6l/h的流速將30l的過濾過且不穩(wěn)定的啤酒泵送通過該填充柱。將啤酒收集、分析，所得數(shù)據(jù)與未處理啤酒比較。結果示于下面的表Ⅰ。
表Ⅰ
*EBC為European Brewery Convention的縮寫。EBC單位指的是硫酸肼和六亞甲基四胺(formazine)的混合物。1絕對單位=9000單位Helm=15500EBC單位。
實施例2以7.8l/h的流速將50l的過濾過且不穩(wěn)定的啤酒泵送通過填充柱。該啤酒經(jīng)收集、分析并且數(shù)據(jù)與未經(jīng)處理的啤酒相比較。結果示于下面的表Ⅱ。
表Ⅱ
從表Ⅰ和Ⅱ看出，經(jīng)Q Sepharose處理過的啤酒比未經(jīng)處理的啤酒含有的多酚和白花色素少。蛋白質(zhì)敏感的硫酸銨沉淀顯示出處理過的啤酒中蛋白質(zhì)減少了。而且，酒精-冷卻-試驗和老化試驗的結果顯示出經(jīng)Q Sepharose處理過的啤酒的膠體穩(wěn)定性明顯好于相應的未經(jīng)處理的啤酒。
實施例3不同離子交換劑的比較在該實施例中，對于每個離子交換劑，用3ml的離子交換劑填充內(nèi)徑為10mm的柱，用100ml的緩沖液(4.5％v/v的乙醇，用檸檬酸將pH調(diào)整到4.5)沖洗并平衡。泵送500ml的過濾過且不穩(wěn)定的啤酒通過每個填充柱。
使用二氧化硅膠(來自德國Degussa的FK700)用于比較目的。
收集經(jīng)這樣處理過的啤酒，經(jīng)分析，數(shù)據(jù)分別示于表Ⅲ和Ⅳ。
表Ⅲ<
從表中看出，與未經(jīng)處理的啤酒相比，除二氧化硅膠外，QSepharose導致啤酒中引起渾濁的蛋白質(zhì)的減少最多。SP Sepharose也具有相同的穩(wěn)定效果，然而CM Sepharose根本沒有作用。
表Ⅳ
SOURCETM30Q似乎具有最好的蛋白吸附特性，但是該產(chǎn)品的酒精-冷卻試驗結果差。Q SepharoseBig Beads和DEAE Sephacel具有相近的穩(wěn)定特性，酒精-冷卻試驗的良好結果說明通過附加的吸附多酚，處理過的啤酒具有良好的穩(wěn)定性。與DEAE Sephacel相比，QSepharose具有更高的化學穩(wěn)定性，這對于發(fā)酵工業(yè)中的清洗和衛(wèi)生處理來說是很重要的優(yōu)點。
從穩(wěn)定啤酒的特性、滲透性和化學穩(wěn)定性方面考慮，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選離子交換劑是Q Sepharose Big Beads。
實施例4大規(guī)模穩(wěn)定啤酒在實際條件下在啤酒廠進行該實施例。在這種啤酒廠中，通常使用15g的PVPP/hl和30g的二氧化硅膠/hl穩(wěn)定啤酒。
在實施例4中，使用9l的Q Sepharose Big Beads填充內(nèi)徑為30cm的色譜柱(Pharmacia BPG 300)。在填充柱中Q Sepharose的床高13cm。然后泵送幾種液體通過柱(C.I.P.程序)-200l水，10分鐘-30l的2M氯化鈉，20分鐘-40l水，15分鐘-30l的1M氫氧化鈉，120分鐘-40l水，15分鐘-30l的1M氯化鈉，20分鐘-40l水，15分鐘啤酒每次處理后，也進行該程序。
以10hl/h的流速泵送145hl過濾過的不穩(wěn)定的啤酒通過填充柱。收集該啤酒并進行分析。數(shù)據(jù)與未經(jīng)處理的啤酒進行比較，并與正常生產(chǎn)中按照通常形式(15g的PVPP/hl和30g的二氧化硅膠/hl)穩(wěn)定的啤酒進行比較。結果示于下面的表Ⅴ。
表Ⅴ<
從表中看出，用Q Sepharose處理過的啤酒比未經(jīng)處理過的啤酒具有較少的白花色素。蛋白質(zhì)敏感的硫酸銨沉淀顯示出在處理過的啤酒中蛋白質(zhì)減少了。酒精-冷卻試驗和老化試驗結果顯示出用QSepharose處理過的啤酒膠體穩(wěn)定性遠遠好于未經(jīng)處理的啤酒。與正常用于穩(wěn)定啤酒的處理相比，Q Sepharose吸附的蛋白質(zhì)稍少，但是吸附的白花色素多。用酒精-冷卻試驗和老化試驗描述的穩(wěn)定效果顯示出相似的結果。這意味著用Q Sepharose處理過的啤酒與用PVPP和二氧化硅穩(wěn)定的啤酒具有相同的膠體穩(wěn)定性，但是用Q Sepharose穩(wěn)定具有以下優(yōu)點1．Q Sepharose組合了蛋白吸附材料和多酚吸附材料的效果。因此僅僅需要一種物料和一個步驟，而不是兩物料和步驟，來進行組合飲料穩(wěn)定。2．Q Sepharose可重復使用，但是不存在可重復使用的蛋白吸附物料和可重復使用的復合蛋白和多酚吸附物料。3．由于Q Sepharose可重復使用170多次，這使得比一次性使用的物料更少的環(huán)境污染。4．使用Q Sepharose穩(wěn)定飲料易于操作，并可使之自動化。5．穩(wěn)定步驟與飲料的過濾分開。這使得簡單和組合飲料的穩(wěn)定不依賴目前的和將來的過濾系統(tǒng)。6．與例如用于穩(wěn)定飲料的酶相比，Q Sepharose不可溶。
下表Ⅵ中給出了通常使用的kieselguhr過濾器的流速的比較。
表Ⅵ
從表中看出，使用Q Sepharose填充的柱允許非常高的流速。
權利要求
1．一種穩(wěn)定含有形成渾濁的物質(zhì)的飲料的方法，包括以下步驟a)將飲料與離子交換基團共價鍵合到其上的水不溶性多孔親水基體接觸；b)從基體中回收飲料；并可任選地，c)再生基體。
2．根據(jù)權利要求1的方法，其中基體為由填充多孔珠/粒組成的固定床、多孔單片或膜。
3．根據(jù)權利要求1或2的方法，其中基體包括在其表面上暴露有親水基團，優(yōu)選羥基的聚合網(wǎng)絡。
4．根據(jù)權利要求3的方法，其中基體由親水聚合物制成，優(yōu)選選自多糖、丙烯酸羥基烷酯或甲基丙烯酸羥基烷酯的聚合物、羥烷基乙烯基醚的聚合物和可任選地N-取代的丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺的聚合物。
5．根據(jù)上面權利要求任一項的方法，其中基體允許107Daltons以下的球形蛋白滲透。
6．根據(jù)上面權利要求任一項的方法，其中離子交換基團為陰離子交換基團。
7．根據(jù)權利要求6的方法，其中陰離子交換基團為季銨基團，具體地說是Q-基團。
8．根據(jù)權利要求6或7的方法，其中基體由通過-OCH2CHOHCH2O-將Q基團鍵合在其上的瓊脂糖組成。
9．根據(jù)權利要求1-5任一項的方法，其中離子交換基團為陽離子交換基團。
10．根據(jù)上面權利要求任一項的方法，其中該方法在10℃以下，優(yōu)選在5℃以下，并優(yōu)選在啤酒的冰點之上進行啤酒的穩(wěn)定。
11．根據(jù)上面權利要求任一項的方法，其中該方法連續(xù)進行。
12．一種離子交換基團共價鍵合于其上的水不溶性多孔親水基體在穩(wěn)定啤酒中的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從飲料中同時移去多酚和蛋白質(zhì)的方法,該方法使飲料與可以吸附上面兩類物質(zhì)的離子交換劑接觸。所使用的離子交換劑的特征在于:它是離子交換基團共價地鍵合在其上的水不溶性多孔親水基體。
文檔編號C12H1/02GK1225124SQ9719622
公開日1999年8月4日 申請日期1997年3月27日 優(yōu)先權日1996年5月10日
發(fā)明者M·卡茨克, J·伯格洛, P·弗雷特布拉, R·內(nèi)扎 申請人:英特美格股份有限公司, 阿默森法馬西亞生物技術公司