改善的微藻粉的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的奪叉引用
[0002] 本申請(qǐng)按35 U.S.C. § 119(e)要求2013年1月28日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?61/757, 534的權(quán)益，將其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用特此結(jié)合。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及具有改善的味道的微藻食物產(chǎn)品以及生產(chǎn)該食物產(chǎn)品的方法。
[0004] 置量
[0005] 隨著人口的不斷增長(zhǎng)，越來(lái)越需要有額外的食物來(lái)源，特別是可廉價(jià)生產(chǎn)但營(yíng)養(yǎng) 豐富的食物來(lái)源。此外，至少在大部分發(fā)達(dá)國(guó)家中，許多主食目前還依賴于肉類，這顯著地 促進(jìn)了溫室氣體的排放。對(duì)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境危害較小的新食物原料存在需求。
[0006] 藻類的生長(zhǎng)只需要"水和陽(yáng)光"，因此其一直被期待作為潛在的食物源。雖然某些 藻類（主要是海草）確實(shí)為人類消耗提供了重要的食品原料，但以藻類作為食品原料的愿 望還沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)。以在戶外池塘或光生物反應(yīng)器中光合生長(zhǎng)的藻類制成的藻粉末是可商 購(gòu)的，但其顏色深綠（來(lái)自葉綠素），并具有強(qiáng)烈的、難聞的味道。當(dāng)將這些藻粉末配制到食 品中或作為營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)品時(shí)，它們使食品或營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)品產(chǎn)生視覺(jué)上沒(méi)有吸引力的綠顏色，并且具 有難聞的魚味、海草味或其他味道。
[0007] 目前有用于食物原料中的藻類的若干物種，多數(shù)是大型藻，如海帶、紫菜（紫菜 屬，用于海苔片）、紅皮藻（紅藻）和海萵苣（石莼）。微藻（如螺旋藻（鈍項(xiàng)節(jié)旋藻 (Arthrospira platensis)))是在開(kāi)放池塘中商業(yè)化種植的（光合），用作營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)品或者少 量地?fù)接诒郴蚬嬃现校ㄍǔ２坏?.5% w/w)。其他微藻（包括小球藻屬的一些物 種）在亞洲國(guó)家中作為營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)品而流行。
[0008] 欠佳的味道是阻礙在食品中廣泛采用微藻的主要原因 。WO 2010/12093披露了將 微藻生物質(zhì)制為食品并且將其用作食品的方法。該參考文件披露了在黑暗中微藻生長(zhǎng)以產(chǎn) 生一種微藻生物質(zhì)。然而，進(jìn)一步改善微藻生物質(zhì)的味道應(yīng)當(dāng)會(huì)促進(jìn)進(jìn)一步的應(yīng)用。
[0009] 概沭
[0010] 本發(fā)明涉及具有可接受的感官特征的微藻食物產(chǎn)品以及生產(chǎn)這些食物產(chǎn)品的方 法?？梢酝ㄟ^(guò)在可接受的pH和溶解氧的條件下培養(yǎng)一種原殼小球藻株的微藻細(xì)胞以產(chǎn)生 所希望的量的脂質(zhì)來(lái)生產(chǎn)粉?？梢詫⒃撐⒃寮?xì)胞進(jìn)行裂解、熱處理、洗滌和干燥以產(chǎn)生一種 微藻粉，該微藻粉可以摻入多種產(chǎn)品中。
[0011] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種適合用于食品中的微藻粉，該粉包括綠藻 門的微藻細(xì)胞，其中通過(guò)根據(jù)實(shí)例4的SPME和/或根據(jù)實(shí)例5的SBSE的分析或其他分析 技術(shù)來(lái)確定實(shí)例6的化合物相對(duì)于內(nèi)標(biāo)物的濃度，隨后根據(jù)實(shí)例9的程序的分析產(chǎn)生了味 道描述詞（flavor descriptor)，該味道描述詞落入實(shí)例8的橢圓體內(nèi)，該橢圓體定義了相 對(duì)于正味道集群（positive flavor cluster)的3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差，該正味道集群對(duì)應(yīng)于在實(shí) 例7的圖表中的封閉環(huán)。
[0012] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，上述微藻粉是可通過(guò)以下方法獲得的：在黑暗中，在作 為一種固定碳源的葡萄糖的存在下，起始pH為6. 8,對(duì)原殼小球藻細(xì)胞的一種培養(yǎng)液進(jìn)行 培養(yǎng)，同時(shí)將溶解氧水平保持在高于30%，使該培養(yǎng)液經(jīng)歷75°C的高溫短時(shí)處理持續(xù)1分 鐘，通過(guò)以一種在水中6. 4倍的稀釋物進(jìn)行離心收獲這些細(xì)胞，通過(guò)碾磨來(lái)裂解這些細(xì)胞， 添加一種抗氧化劑，并且使用噴霧干燥噴嘴輸出到一條移動(dòng)帶上進(jìn)行干燥。
[0013] 附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0014] 結(jié)合參考附圖，通過(guò)參考以下詳細(xì)說(shuō)明，將能更容易理解本發(fā)明的特征，其中：
[0015] 圖1示出了描繪根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例來(lái)生產(chǎn)食物產(chǎn)品的方法的一個(gè)流程圖。
[0016] 圖2示出了 PCA聚類分析，其中這些點(diǎn)代表具有可接受的以及差的味道的微藻粉 樣品。
[0017] 本發(fā)明實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明
[0018] 定義
[0019] 關(guān)于培養(yǎng)基，"溶解氧"簡(jiǎn)稱為"D0"，意指與處于大氣中的氧平衡中的培養(yǎng)基的氧 合量相比較時(shí)培養(yǎng)基的相對(duì)氧合量。
[0020] "微藻粉"是一種干燥的、顆粒組合物，適于人類消費(fèi)，包括微藻細(xì)胞。
[0021] 如在此使用的，"異味"意指在食品（例如烘焙的食品（如蛋糕））中消費(fèi)者不期待 和/或不希望的味道。異味的實(shí)例包括甘藍(lán)或魚的味道。盡管具體的味道可以通過(guò)現(xiàn)代分 析技術(shù)（例如氣相色譜-質(zhì)譜法（簡(jiǎn)稱為GC-MS))進(jìn)行測(cè)量，但是通常最便利并且最有效 的用來(lái)測(cè)量異味的工具是由人類組成的品嘗小組。關(guān)于人類對(duì)異味的感知，這些可能通過(guò) 感官小組（例如10人）來(lái)確定，其中在10人中的2人或更少的人可以檢測(cè)出味道時(shí)確立 不存在該味道或氣味；或這些可以通過(guò)進(jìn)行足夠的測(cè)試以建立統(tǒng)計(jì)顯著性。
[0022] 綜述
[0023] 本發(fā)明源于以下發(fā)現(xiàn)：當(dāng)在特定的條件下培養(yǎng)和處理某些微藻株時(shí)，就味道、氣味 和顏色而言，這些微藻株可以產(chǎn)生開(kāi)胃的生物質(zhì)。改善的味道被認(rèn)為不僅從不存在異味中 得出，還從在培養(yǎng)和/或處理期間所產(chǎn)生的令人希望的味道化合物的存在中得出。在以下 實(shí)例中，該微藻是在黑暗中異養(yǎng)地培養(yǎng)的原殼小球藻株，但是可以是小球藻屬的另一個(gè)物 種或綠藻門的其他物種，其條件是可以經(jīng)由異養(yǎng)的培養(yǎng)和縝密處理（例如通過(guò)使用以下給 出的方法）產(chǎn)生非綠顏色。通過(guò)使用這些技術(shù)，該產(chǎn)品可以落入在此披露的新鑒定的可接 受性標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。
[0024] 關(guān)于多批次微藻粉的人類感官小組數(shù)據(jù)與來(lái)自變化的水中溶解度的味道和氣味 化合物的擴(kuò)展分析的數(shù)據(jù)相關(guān)，以鑒別在味道/氣味空間中的如通過(guò)主成分分析所代表的 集群。因此，落入鑒別的集群內(nèi)的微藻粉具有很大的可能性為人類消費(fèi)所接受的。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，圖1是用于生產(chǎn)具有少量異味的微藻粉的方法流程圖。產(chǎn) 生的粉可以摻入多種食品和飲料中。
[0026] 圖2是示出了代表性PCA聚類分析的圖，其中多個(gè)點(diǎn)代表具有可接受的以及差的 味道的微藻粉樣品。
[0027] 改善的微藻粉的生產(chǎn)
[0028] 培養(yǎng)微藻（步驟105)。已發(fā)現(xiàn)，例如，當(dāng)微藻粉以10% (w/v)分散在去離子水中， 并且通過(guò)人類感官小組進(jìn)行評(píng)估時(shí)，在黑暗中培養(yǎng)微藻生成具有低水平異味（例如蘑菇味 和甘藍(lán)味或魚味）的微藻生物質(zhì)。因此，在優(yōu)選的實(shí)施例中，在黑暗中在固定的（即非CO2) 碳源上異養(yǎng)培養(yǎng)微藻。在以下實(shí)例中使用葡萄糖時(shí)，其他固定的碳源（例如果糖、蔗糖/果 糖混合物、或乙酸/乙酸鹽）可以產(chǎn)生可比的結(jié)果。糖濃度可以通過(guò)連續(xù)補(bǔ)料來(lái)控制。以 在3和10g/l之間的葡萄糖濃度獲得了有利的結(jié)果。適合的微藻的屬包括小球藻屬和無(wú)綠 藻屬。例如，可以使用原殼小球藻、桑椹形無(wú)綠藻（Prototheca moriformis)或祖菲無(wú)綠藻 (Prototheca zopfii)。用于人類營(yíng)養(yǎng)的小球藻屬的其他物種，例如原殼小球藻也可以如在 此所披露的進(jìn)行生長(zhǎng)和處理。也可以使用微藻物種或株的組合。可任選地，微藻細(xì)胞是突 變的并且是被選擇為色素大為降低的一個(gè)株，所述色素可以改變摻入了生物質(zhì)的食物產(chǎn)品 的顏色。在以下實(shí)例中，已發(fā)現(xiàn)適合的味道和無(wú)可觀察到的綠顏色可以從原殼小球藻的細(xì) 胞獲得。例如，這種粉可以包含少于200、20、或2ppm的葉綠素。在以下實(shí)例中，發(fā)現(xiàn)顏色為 黃色/金色，但是取決于所使用的株以及培養(yǎng)/處理?xiàng)l件，也可以是例如淡黃色、灰白色、或 白色的。
[0029] 將微藻培養(yǎng)至希望的密度和脂質(zhì)濃度。通過(guò)在營(yíng)養(yǎng)物限制并且尤其是氮限制的 條件下培養(yǎng)來(lái)增加脂質(zhì)濃度。在本發(fā)明的實(shí)施例中，在限制氮的條件下進(jìn)行培養(yǎng)，使得微 藻達(dá)到按干細(xì)胞重量測(cè)量的 10% -20%、20% -30%、40% -50%、40% -60%、30% -70%、 35% -75%、50% -60%、60% -70%、或70% -85%脂質(zhì)。在舉例說(shuō)明的實(shí)施例中，微藻包含 約50%的脂質(zhì)。脂質(zhì)的升高的水平尤其可用于生產(chǎn)具有改善的脂肪和膽固醇譜的食物產(chǎn) 品，或改善此類產(chǎn)品的口感。當(dāng)一種高脂質(zhì)微藻用來(lái)生產(chǎn)該粉時(shí)，脂質(zhì)的粘性可能是形成一 種可測(cè)量和/或可流動(dòng)的粉的障礙?？商娲兀诘渥愕臈l件下培養(yǎng)可以給出高蛋白質(zhì) 微藻粉，例如粉可以具有例如按干細(xì)胞重量計(jì)的5% -20%或10% -18%脂質(zhì)。如下所述， 已經(jīng)鑒定出干燥方法給出了可流動(dòng)的粉末同時(shí)保留了希望的口味、氣味以及顏色特征。
[0030] 可以在不透明的培養(yǎng)瓶中培養(yǎng)微藻。可以在好氧條件下培養(yǎng)微藻。出人意料地， 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在原殼小球藻異養(yǎng)培養(yǎng)期間，增加氧水平至30% DO或更多可以產(chǎn)生具有改善的 味道的微藻生物質(zhì)?？紤]到DO的±30%的變化（即，30±9% D0)。此外，在發(fā)酵期間提高 的氧（例如，> 40% D0、> 50% D0、> 60% D0、或60% -70% D0)可以產(chǎn)生具有白色或灰 白色且?guī)в猩倭慨愇兜奈⒃迳镔|(zhì)。白度可以用Hunter色度計(jì)進(jìn)行測(cè)量。在一個(gè)實(shí)施例 中，該白度高于生長(zhǎng)在大約30% -40% DO的微藻生物質(zhì)的對(duì)照樣品的白度。在一個(gè)具體實(shí) 施例中，氧被提升至大約60% -70%的溶解氧。例如，通過(guò)引入純氧，實(shí)現(xiàn)了增加的氧合。
[0031] 可以通過(guò)在希望的pH下培養(yǎng)微藻來(lái)改善味道。例如，pH可以是從4至9、或從5 至8?？梢允褂镁彌_和/或采用滴定的pH監(jiān)測(cè)來(lái)控制pH。如果使用酸性pH，可以通過(guò)調(diào)節(jié) pH至6至8或6. 5至7. 8、或大約7來(lái)中和該pH，例如，在干燥以前以避免澀味。針對(duì)在水 中粉的1% w/v的溶液，最終的粉可以是以5. 5-8. 5、6. 0-8. 0、或6. 5-7. 5的pH來(lái)表征的。
[0032] 在培養(yǎng)之后，對(duì)該微藻進(jìn)行滅活（步驟110)。滅活條件被選為足以滅活產(chǎn)生異味 的酶。這些條件還可以殺死微藻或使微藻及污染物種（如果有的話）的生長(zhǎng)停止。已經(jīng)發(fā) 現(xiàn)嚴(yán)格的巴氏消毒法（即，在高溫下和/或長(zhǎng)時(shí)間）可以導(dǎo)致不希望的味道/氣味，然而不 足夠嚴(yán)格的處理也可導(dǎo)致不可接受的味道/氣味。因此，當(dāng)使用巴氏消毒法時(shí)，必須實(shí)現(xiàn)一 種微妙的平衡。實(shí)驗(yàn)已經(jīng)顯示出高溫短時(shí)巴氏消毒（"HTST"）處理方案可以用來(lái)生產(chǎn)一種 可接受的微藻生物質(zhì)產(chǎn)品。例如，處理溫度可以是從70°C至95°C、或72°C至90°C，持續(xù)從 10至180、30至120、或45至90秒。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)使培養(yǎng)的微藻培養(yǎng)液流動(dòng)通過(guò) 熱交換器進(jìn)入收集容器中將微藻在75°C下處理1分鐘。優(yōu)選的是，冷卻該HTST輸出物以避 免延長(zhǎng)的加熱。相似的結(jié)果應(yīng)當(dāng)是可通過(guò)調(diào)節(jié)時(shí)間和溫度二者獲得的。在滅活之前的延遲 應(yīng)當(dāng)最小化，以便防止異味的發(fā)展，該異味被認(rèn)為是通過(guò)酶活性產(chǎn)生的。因此，在本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例中，滅活酶的步驟