制备结晶糖及由此而得的产品的新方法

本发明涉及提供具有独特结构和可控晶体粒度的结晶糖的制备方 法及由此而得的产品。

结晶是已知最古老的工业化学转变方法之一。根据不同的商业目 的，每年都生产大量的结晶物质，如每年超过100×106吨。通过结 晶制备的最常见的产物之一就是糖。

糖的结晶是一个复杂的过程。晶体的生长同时包含了在多相和多 组分体系中的传热和传质过程。光是这些条件的同时存在本身就带 来复杂的控制问题，再加上流体和粒子力学及热力学不稳定性，使问 题更加复杂化。

由糖科学的常规知识可知，结晶是通过过饱和过程进行的。过饱 和需要脱除水，采用的是冷却、蒸发和沉淀的方法。结晶糖的生产 过程是一个高热耗和高能耗过程。并且在过饱和期间，糖晶体的成 核作用较难控制，因此得到的晶体的大小和形状无法预期。

当制备具有小粒度晶体糖时，已有制糖过程的缺点将更加突出。 在本发明中，小粒度结晶糖产品是指微晶(microcrystal)。微晶型 产品的单个颗粒不大于50μm。

例如，制备小粒度晶体的一种方法包括粉碎和筛分结晶糖。粉碎 是一个高能耗过程。而且粉碎会导致粉碎的糖晶体粒度分布很宽。 大的晶体必须重新粉碎和筛分。并有相当多的产品以细粉形式损失 掉。因此，粉碎和筛分代价昂贵且效率低下。

授予Dmitorvsky等人的USP3,981,739中公开了一种从溶液中制备 结晶糖的过程：1)在加入的晶种的存在下浓缩溶质，2)随后通过加热 和蒸发由第一步浓缩得到的物料以进一步脱除溶剂。这是一高能耗 过程，产生的结晶糖的平均粒度为325-425微米。Dmitrovsky等人的 USP3,981,739中描述的方法是依靠加入晶种成核并通过高热和真空 蒸发进行浓缩的一个溶液过程。同样的过程也由Dmitorvsky等人在 USP4,056,364中作了描述。

授予Chen等的USP4,159,210中描述了一种制备结晶枫糖产品的方 法：1)在加热和部分真空存在下，将枫糖糖浆浓缩到固体含量约为 93-98％，2)冲击加热(impact heating)直到糖浆发生转变并结晶为 止。然后将产品冷却，粉碎，并筛分到合适的粒度范围。Chen等人的 USP4,159,210中所描述的过程是一个高能耗过程，它依靠搅动作用 引发晶体成核，并需要随后的粉碎得到小粒度的晶体。

授予Chen等人的USP4,362,757中描述了一种结晶糖产品及其制备 方法。Chen等人的USP4,362,757中描述的方法包括通过将糖浆加热 到约255°F-300°F，使其浓缩到固体含量约为95-98％。为了防止过 早结晶，将得到的浓缩糖浆保持在温度不低于约240F。然后将由活 性成分(例如，挥发性香料、酶、酸性物质如抗坏血酸，果汁浓缩物 或高转化糖等物质)组成的预混合物与浓缩的糖浆混合。对混合物 进行冲击加热，直到形成由具有软糖料粒度的蔗糖晶体和活性组分 构成的结晶糖产品，该产品的湿含量小于2.5wt％。Chen等人的4,362, 757中所描述的过程需要高热耗的浓缩和加热过程来成核。

授予Chen等人的USP4,338,350中公开了一种类似的过程，其中描 述了一种制备含有食品成分的结晶糖产品的方法。该发明需要在约 250°F-300°F范围内，将糖浆浓缩到固体含量约为90-98wt％。将一 种食品成分(如动物胶，可可粉，果胶浓缩物等)与糖浆混合。混合物 进行冲击搅动(impact beating)直到形成由具有软糖料粒度的蔗糖 晶体聚集体和食品成分构成的结晶糖产品。Chen等人的4,338,350 中所描述的过程需要高热耗的浓缩过程和搅动过程来引发结晶。

授予miller等的USP3,365,331，以及4,338,350和4,362,757描述 的结晶糖的方法，都包括通过冲击搅动糖溶液引发成核作用。该方 法包括输入大量能量，并且存在着与温度控制直接有关的各种问题。

其它的公开文献包括BP1,460,614和USP3,972,725(Tate & Lyle Limited)，它们描述了一种的连续方法，在该方法中，糖浆溶液进行 剧变性成核后放入结晶区。剧变性成核作用通过使溶液经受剪切力 的作用来完成，这可在胶体磨(colloid mill)或均化器( homogenizer)等装置中实施。该溶液放到一条运动的带上，在此必 须使该材料保持较高的温度以蒸发掉水分。在BP2,070,015B和USP4, 342,603中描述了一种与此相关的、用于结晶葡萄糖的方法。该方 法中，过饱和的溶液经受剪切力并使其在皮带上结晶。上述用于结 晶蔗糖的方法和用于结晶葡萄糖的方法都要求在高温下进行溶液处 理，因此都是高能耗过程。

授予Hurst等人的USP3,197,338中描述了一种结晶葡萄糖的方法， 该方法包括捏和葡萄糖溶液以引发成核，随后结晶形成固体玻璃状 物，然后粉碎。在GB2,077,270B中描述了另一种葡萄糖结晶方法，其 中淀粉的水解物通过蒸发浓缩，然后在冷却结晶期间同时破碎和混 合。得到的产品进一步粉碎。这些方法也需要通过搅动含有葡萄糖 的溶液来成核。

Shukla等人的GB2,155,934B中公开了一种从溶液中结晶蔗糖或葡 萄糖的方法。Shukla等人使糖溶液经过蒸发产生过饱和糖溶液。然 后使过饱和溶液在一个连续螺杆挤出机中经受剪切作用引发成核。 糖浆的停留时间小于25秒(平均)，温度对于蔗糖为115-145℃(239- 293°F)，而对于葡萄糖为100-135℃(215-275°F)。在糖浆经过逐 渐的成核作用后，放到一个移动带上，使其在较高的温度下以一个渐 变的速度继续结晶。Shukla等人的方法要求使溶液的温度保持不低 于水的沸点温度。

另外，也已经开发出了与食品加工和食品成分有关的其它技术。 例如，在授于Thomas E.Chivers的一系列美国专利(USP3,762,846、 USP3,723,134和USP3,557,717)中描述了一种由煮过的浆料或糖浆 制备棉花糖的溶液过程。将各种成分混合在一起并在第一温度(如 200-205°F(93-96℃))下加热，形成浆料。在形成浆料后，在更高的 温度(如340°F(171.1℃))下加热物料或便其沸腾，随后通过一个雾 化喷嘴放出料。当放出时，熔融的糖中所含的大部分水分闪蒸脱除。 Chivers的发明依靠将各种成分，如糖和其它各种成分先溶解在水中， 然后进行广泛的加热从溶液中驱赶水分。在溶液放出后大部水分已 被脱除。因此，Chivers的技术具有种种缺点，这些缺点与持续高温 处理及在处理期间各种组分的溶解有关。

Stork的欧洲专利申请EPA0,387,950A1中公开了另一种处理材料 的方法。Stork的方法通过使含有干燥微粒物料的气体物流与液体 溶液的微滴喷射流碰撞制备泡沫喷雾干燥产品。含有最终产物中的 至少一种成分的液体溶液与气体混合并加热，然后以微滴喷射流形 成喷出与干燥的微粒碰撞。Stork的系统适于加工低密度的产品并 需要精密的设备配置，也是一个高能耗过程。

授予Shoaf的USP3,615,671中公开了一种生产食品的方法，其方法 为在棉花糖纤维(或棉花糖丝)外壳内包裹干燥的微粒食品颗粒。为 了强化1)纤维和颗粒的成型和2)在最小的压缩下纤维之间的相互粘 结性，Shoaf在待成丝的糖混合物中使用了润湿剂，并且在成丝时控 制所得丝周围气体的相对湿度。所述适用的润湿剂如下：转化糖浆 或玉米糖浆和多羟基醇类，如山梨醇、丙三醇和五羟基醇，如木糖醇。 为了使制造者能在食品颗粒的周围包装和挤压棉花糖的纤维来包裹 干燥的食品颗粒，Shoaf还涉及防止棉花糖结晶的问题。

最近，由Domino Sugar Corporation，Industrial Products提供 的名为＂Co-Crystallin zation＂(未注明日期)的商业手册中描述了 一种产品，其中微小的晶体组成聚集体，并在每一个聚集体的表面上 放有第二组分。生产这种新产品的方法要求所有的初始原料必须处 于液体状态。因此为了浓缩糖浆长出晶体，必须通过加热和/或抽真 空的方法去除溶剂。与其它的溶液过程一样，将糖转变成微小的晶 体需要能量。

对于上面所列的各种方法以及本技术领域熟知的其它方法，本质 上都有通过脱水促进结晶的技术原理。过饱和、盘式干燥和由搅动 或化学反应引发的成核过程都是依据消除水以形成晶体的原理。依 据这一技术基础进行的结晶过程，其通常的困难是无法控制晶体的 生长。

因此，提供一种区别于传统的脱水方法形成晶体的机理和提供一 种低能耗生产结晶糖产品的方法，这在结晶技术领域将是一个显著 的发展。

因此，本发明的一个目的就是使工艺技术人员能够不以高能耗过 程即生产出一种具有预期的晶体生长情况和均匀的结晶粒度的糖产 品。在说明书的另外部分将描述其它的目的以及令人惊奇的新的糖 晶体技术。

本发明是一种新形式的结晶糖及其制备方法。新的结晶糖来自于 独特的结晶过程，该过程包括将无定型的切变糖(amorphous shearform sugar)团块转变成新的结晶糖。这一转变过程包括首先 由无定型切变团块的外层部分形成二维稳定的糖晶体骨架，随后使 该团块的剩余部分转变成为基本上完整的晶体结构，并保持糖晶体 骨架的横截面的尺寸。优选无定型切变糖团块(此后将进行更充分 的讨论)制成长针状形状(当放大时为棒状)。每一个棒都有一个线 性尺度和确定的横截面尺度，横截面在与线性尺度成直角交叉的平 面中。无定型团块在每个棒的整个长度和横截面上都是连续的。因 此每一棒都有一个外层部分形成棒的表面和剩余的部分，剩余的部 分是每个棒主体中的无定型团块。因此新的方法和产品由从外层部 分首先形成的结晶骨架和由无定型团块的剩余部分转变成为晶体形 式而在其骨架上建立的完整结晶结构所组成，因此最终结构的横截 面尺度基本上与初始形成的骨架尺度相同。本方法的关键是二维稳 定结构的形成和保持。

其中所述形成包括使所述切变无定型糖在非水流体环境中，与水接触， 以给出所述骨架，并且其中所述转变包括随后促进逐渐性结晶，形成所 述结构。在一个具体实施方案中，其中形成过程包括在非水气体环境中， 暴露于热和溶剂，以调整所述切变糖团块的玻璃转变点至环境温度。

通过初始确立晶体骨架和保证控制各种条件使该骨架在转变期间 保持稳定来达到二维稳定性。这可以通过以下过程来完成：使切变 无定型糖在基本非水的气体环境中以一定的速度和一定的量与水接 触，使无定型糖在团块的外层部分结晶，随后，使切变无定型糖以一 定的速度和一定的量继续有控制地与水接触，并保持形成的壳稳定， 同时使团块的剩余部分结晶，从而完成转变。

另一种方法包括在一个可控制相对湿度(r.h.)的基本非水的气体 环境中有控制的加热无定型切变糖团块，直到无定型糖在团块的外 层表面形成一个具有固定截面尺度的壳。继续以控制的量充分加热， 以保持所形成的壳并使无定型糖的剩余部分转变成为晶体结构。应 该注意到可以通过下述方法进行有控制地加热：1)提高转变过程发 生的环境的温度，2)保持温度稳定，或甚至3)使温度以一定的速度降 低，使热量转移到团块中。所述气体可为空气，并且其初始相对湿度不 小于50％。其中所述加热为在所述环境中，在恒定的湿度条件下，通过 将温度升高50～65℃完成。

优选稳定的二维结构有一个单分散且为微晶结构的截面，即不大 于约50μm，优选不大于约40μm，在一个最优选的实施方案中，不大 于约10μm。

与糖结晶领域的技术教导相反，根据本发明，新的糖产品通过向无 定型糖中加水制备。本发明所用的无定型糖是指具有高百分含量的 非结晶体的糖团块，即糖团块中非结晶体的含量大于50wt％，优选大 于70wt％。本发明独特的过程包括使无定型切变糖在基本非水的气 体环境中，以一定的速度和一定的量与控制量的水接触，一开始就稳 定糖的二维结构。

虽然本发明主要涉及本说明书中所定义的糖，但也旨在包括处理( 和由此而得的产品)无定型固体形式的溶剂可溶的能够形成晶体的 化合物。对本发明的方法和产品优选的溶剂是水。

无定型糖可以通过切变处理含糖的原料来制备。根据本发明，切 变过程是一个为了得到闪流(flash flow)而同时对物料进行剪切和 加热的过程。切变过程包括使含糖的物料经受在离心头的高速旋转 而产生的剪切。当物料经历闪流时，离心头向外抛射物料。闪流是 同时采用加热和剪切而产生的结果。另一种切变过程包括充分加热 含有糖载体的非溶液化的物料，以提供内部流动(internalflow)。 当糖具有内部流动时，物料被喷出，然后经受破裂性的流体剪切力( disruptive fluid shear force)形成多个载体团块。也注意到其 它的方法，这些方法提供了相同的加热和剪切临界条件，其中含糖的 基本为固体的物料经过物理和/或化学变化从固体结构变化成实质 上是无定型的固体结构。

添加剂可以包括在无定型糖中且成为最终产品的一部分。在本发 明中将它称作共结晶。包括有那样添加剂时，糖的无定型性不降低， 最终的晶体结构也不受影响。本发明所考虑采用的各种添加剂包括 调味剂、生物作用剂、染料、香料、食品，食品成分以及其它的相容性助 剂。本发明中的调味剂包括各种类型的、天然的和合成的增甜剂。

在本发明的一个优选实施方案中，切变产物可以在至少约50℃的 温度下经受空气的作用。控制空气中的水含量，以便在切变糖产品 表面实现局部结晶。在一个实施方案中，这一过程在一个密闭的系 统中完成，在该系统中空气的初始相对湿度不大于50％，优选在5％- 30％之间。

本发明的另一方面包括使用结晶调节剂(crystallization modifier)，以促进晶体骨架的形成和剩余部分的转变。所述结晶调 节剂选自溶剂、自由体积空间剂(free-volume space agent)及它们的 混合物，它们以0.25重量％至3.0重量％加入所述切变无定型糖团块 中的糖熔剂。在本发明的方法中所利用促进作用主要是指过程的加速。 促进作用也包括对晶体结构的强度和对结果的可预期性的贡献。其 它的有利方面，如小粒度产品也可通过使用结晶调节剂来达到。

结晶调节剂用于影响结晶速度，优选在制成无定型切变团块之前 加入到糖中(或涂在糖上)。水本身就是一种结晶调节剂，优选以约0. 5％-2.0％的量包含在无定型切变糖团块中。非糖类的亲水性有机物 质(NSHM)也可以用作结晶调节剂。尽管有些NSHM是表面活性剂，但 也可以使用其它的各种物质。已发现的最有效的物质的亲水亲油平 衡值(HLB)为6或更大，即它们与以HLB为特征的表面活性剂相比，具 有相同程度的亲水性。这样的物质包括(但并不仅限于此)HLB大于 或等于6的阴离子、阳离子、两性离子表面活性剂以及天然物质。 优选的NSHM是具有聚氧乙烯链的亲水物质。同时，优选的NSHM的分 子量至少为200，优选至少为400。

在本发明中聚氧乙烯类和聚乙二醇类是优选的结晶调节剂。在一 个实施方案中，NSHM结晶调节剂包含在原料中的量为0.1-20wt％，优 选为0.1-5wt％。NSHM结晶调节剂也可涂在切变产品上。可用作结晶 调节剂的表面活性剂包括(但并不仅限于此)HLB大于6的司盘(Spans TM)系列、吐温(TweensTM)系列(可从ICI Americas Inc.购得)和卵 磷脂(Lecithins)系列。碳蜡(CarbowaxTM)也是本发明中非常有用 的另一种结晶调节剂。

使用上述结晶调节剂，无定型糖团块的转变过程被显著地促进。 气体(可以是空气)可保持在约40-70℃。这一宽的温度范围在适应 世界各地的环境方面尤其有用。而且，为达到实现本发明的转变过 程所要求的与水的接触，可使用相对湿度为5-90％的气体。这又是一 个相当宽的范围，这归功于在切变无定型团块中使用了结晶调节剂。

借助于NSHM结晶调节剂的使用，本发明的方法和产品可以以高度 的可预见性重复生产。鉴于促进本发明过程和产品的其它结晶调节 剂也已被确认，所以申请人打算将其它结晶调节剂包括在本发明权 利要求书范围内。

在本发明的方法中，还可进一步在通过所述转变而在所述结晶糖产品 中产生的空间中加入非溶剂液体。例如，所述非溶液体可以是含油的液 体，选自各种植物油、各种动物油、各种调味剂油、各种含药物的油、 含油树脂及它们的混合物。

由于采用本发明，得到了一种新的晶体形式。已发现这种晶体形 式适用于需要均匀结晶糖的各种产品。例如，可以制备基本上由本 发明的结晶糖产品组成的一种新的软糖料。所得产品光滑可流动， 并且有一种新的微观组成，不同于任何已知的软糖产品。

本发明方法的特点使得工艺技术人员能够以高度的可预见性制备 特殊粒度和形状的结晶产品，也可以有效地生产小粒度的晶体而无 需高能耗的粉碎和筛分过程。这一点与以前的结晶产品和方法显著 不同。

由于本发明，也可以提供用于食品(如软糖，糖霜，烘制食品的馅料 --尤其是馅饼馅等)中的新的油脂和类似的成分。

另外，本发明可用于制片。各种活性剂可以与产品一起混合，或通 过结晶和成片而在产品本身中。制备片时可以使用赋型剂也可以不 用。或者，本发明的产品可以用作制片的赋型剂。      

本发明独特地利用了物质寻求和维持低能态的自然动力，创造出 了控制晶体生长的方法以及由此生产的新产品。具有天然结晶结构 的物质从其熵最低态转变到无定型的熵增加状态。在无定型状态中， 物质具有转变成低能态(即物质的结晶形式)的自然倾向。发明者在 此利用了物质的这一自然倾向以驱动可控制的结晶。这已通过提供 一个其中上非溶剂的体系来完成，在该体系中，溶剂的量可以控制， 使得进行可控制的结晶成为可能。利用物质寻求能量最低态的自然 倾向而得到的方法和产品的种类是无限的，而本发明的权利要求覆 盖了利用上述原理的任何方法。

无意于囿于任何理论，现认为所述独特的结晶过程通过一种全新 的处理方法来实现，这种全新的加工方法与糖的玻璃转变温度相关。 具体地说，在方法上，可以通过加热到温度接近于无定型糖/水/结晶 调节剂组合物的Tg来达到玻璃转变温度Tg。或者，可以通过湿度提 供水来降低糖/水/结晶调节剂组合物的Tg到环境温度，从而使局部 结晶发生，得到稳定的晶体骨架。理解这些原理显然可使工艺技术 人员能够变换各种参数实现这一独特的方法和其中的产品。

为了更好地理解本发明，参考下面附图、详细描述以及各非限制 性实施例。本发明的范围在详细描述后的权利要求书中进行描述。

图1A、1B和1C是本发明独特的结晶糖产品分别放大3000、2900和 2490时拍摄的显微图片。

图2A、2B、2C和2D是切变无定型糖团块在放大500倍(2A和2B)和 2000倍(2C和2D)时拍摄的显微图片。

图3是由本发明方法制备的添加植物油的结晶糖的显微图片，表示 结构中的晶体形式。

图4是二维稳定化和随后的结晶生长之前的切变无定型糖的工艺 简图。

图5是当晶体生长时二维稳定的切变产物的工艺简图。

图6是表示图1-3所示产品的沿线的截面的工艺简图。

图7描绘切变产品中结晶作用与时间和湿度的函数关系。

本发明是一种新的结晶糖，其生产方法为首先在两维稳定无定型 切变糖团块，优选在该两维平面中确立的截面的尺度是单分散的。 随后发生结晶生长，从而无定型团块的剩余部分在初始结晶形成的 骨架中结晶，因此产生的结构的横截面的尺度与骨架截面尺度相同。

图1A-1C和图3是本发明产品的显微图。表明二维稳定了、在随后 的结晶中保持了初始骨架的截面尺度的糖。图1A-1C表示由于无定 型糖团块在骨架上结晶，在每一个纤维的内部产生的空间。由于结 晶的糖分子与无定型的糖分子相比是有序的，因此结晶的糖占据更 小的空间。从而，晶体骨架一旦形成，则随后无定型糖在骨架上的结 晶将在棒的内部产生空隙或空间。

图3描绘了含有50％植物油的样品。包含的植物油用以在光学显微 镜下使结晶呈暗的区域。棒的暗区表明结晶已经发生的所在，如沿 着每个棒长度的外侧以及通过每个棒的内部。这一现象如何发生将 在下面进行详细描述。图3是本发明的糖结晶产品放大40倍的显微 图。

本发明涉及在没有使用常规的高能耗过程的情况下，糖从无定型 状态到结晶状态的转变。在本发明中，无定型糖首先由糖类形成。 糖类是指基于简单的结晶单糖和二糖(即基于C5和C6糖结构)的物质。 糖类包括蔗糖、果糖、甘露糖、戊糖、木糖、核糖、乳糖、阿拉伯 糖、麦芽糖、异麦芽糖(如Palatinit型PF，由Suβungsmittel GmbH， Mangheim Germany制)、糖醇(如山梨醇、木糖醇、甘露糖醇、麦 芽醇)等等。在本发明中选择的糖是蔗糖。

在本发明的技术中，使用切变糖产品来得到新的糖产品。切变糖 产品基本上是无定型糖，它通过在不用溶剂的条件下使糖进行充分 的加热和剪切而使结晶糖(通常为颗粒状)转变成为无定型糖而得。 因此在本发明中，切变糖产品的特征在于它是从非溶液化的糖得到 的产品。它是形成本发明独特结晶产品的起始物质。

在本发明的优选实施方案中，无定型切变糖团块是一些在放大时 为棒状的众多纤维。图2A-2D描绘了本发明优选的切变起始物质。 作为最优选的实施方案，无定型切变起始物质还包括结晶调节剂。 结晶调节剂，如碳蜡系列，吐温系列，卵磷脂系列等，可以包含在用于 制备切变物质的原料中，或在结晶之前涂在切变物质上。

本发明的方法是独特的，因为它使用了一种与传统的通过从溶液 中浓缩和/或过饱和糖来形成结晶的技术教导直接相反的过程。事 实上，本发明使用了一种需要使糖和溶剂(优选为水)进行有控制的 接触的过程。水被有控制的加到无定型糖中引发且传播本发明所请 求保护及公开的独特的结晶生长。

这一整体概念与以前的技术直接相反，以前的技术具体教导技术 人员用加热和/或抽真空的方法驱除溶剂而减少或脱除溶剂使糖结 晶。

具体地说，本发明使用例如在制备棉花糖的机器中存在的条件下 加工糖所产生的切变无定型糖。在这些机器中，糖被引进一个纺丝 头中，在此它经受热以及由纺丝头的离心力产生的剪切。有关纺丝 物质的公开文献包括：USP4,855,326、4,873,085、5,034,421、4, 997,856、5,028,632。

在上面所列美国专利中的实施例中描述了使原料在纺丝头内高速 旋转的同时，用加热元件加热处理原料的过程。温度的变化相当大， 据信，这由纺丝头高速且有效地将原料分散至围绕纺丝头的周围而 环形布置的加热元件上而引起。因此原料与加热元件之间有充分的 表面接触。在原料中也可以包括添加剂，这样按本发明进行处理时 将产生共结晶。

最近，题为“Process For making shearform Maxtrix”的美国 申请965,804(1992年8月23日提交)描述了另一种制备切变基体的方 法，该方法使非溶液化的原料充分加热引起内部流动，当具有内部流 动时喷射出原料物流，然后使它经受破裂性的流体剪切力作用，从而 使它分离成为具有转变的形态的分离的部分或团块。得到的产品是 无定型的。该物质中也可含有其它的成分，这样当它用于本发明的 过程时，将发生共结晶。

然后，上面所产出的含有或不含有添加剂的无定型切变产品与基 本非水的气体环境(如空气)以及控制量的溶剂(如水)接触。在基本 非水的环境中使切变糖产品与水接触的目的是使糖在不发生切变无 定型糖结构的崩解的情况下结晶。一旦外层的部分结晶形成结构的 壳或骨架，则无定型团块剩余的部分就可进行结晶(优选以较快的速 度)得到充分结晶的糖结构。

优选切变无定型糖的温度保持在接近或略低于它的玻璃转变温度。 据信随着水进入糖团块，玻璃转化温度降低，导致局部结晶发生以形 成外壳或骨架。骨架提供了结构的坚固性，从而在结构的剩余部分 结晶期间其截面尺度保持不变。如果溶剂(如水)对结晶位暴露得太 快，则结构本身降解并倾向于自行崩解，从而产生饱和糖晶体的微粒。

本发明者发现通过控制结晶发生的环境能够在两维尺度上稳定通 常为纤维形式(在放大时为棒)的切变产品。所谓两维是指产物结构 之内的两维。因此，参考图5，在非水气体环境中与湿气有控制的接 触能在X和Y方向上稳定切变产品。这种稳定化沿着棒R的整个长度 发生。

通过在基本非水的气体环境中连续有控制的结晶，无定型团块的 转变持续进行，直到它转变成基本上完全结晶的结构。转变了的棒 可以弯曲或有一个轻微的螺旋型构型，但是它保持了与晶体骨架相 同的截面尺度。

由于棒R的结构被二维稳定化，所以结晶导致糖团块中存在的分子 占据较小的空间。无定型糖含有的自由体积空间是无定型糖分子之 间的空间。结果，无定型糖表现为如图4的连续的团块。当糖结晶时， 自由体积空间被消除且固体糖结构占据更小的空间。

因此在棒R内的糖团块朝棒的外表面收缩。见图5。此时本发明典 型的结晶形成有点不连续的通道。图4描述了产品的纵向截面图。 在棒的有些部分，通道是中断的或不连续的。这些不连续部分表示 为内部截面D。

此外，本发明还包括提供高度可控制的结晶形成的概念。产生的 具有如此高度特殊性粒度的晶体在此称作＂单分散的＂。然而本发明 的单分散方面与二维稳定化有关。在图4、5和6中，尺度L指晶体直 径。它是通过晶体的截面平面P中最大的直线距离。在此所述“单 分散的”是指至少约60wt％，优选至少约80wt％，最优选至少约90wt％ 的晶体直径在平均晶体直径的60％之内。

在另一个进一步的实施方案中，晶体被二维单分散稳定化，其中至 少60％晶体的直径在平均晶体直径的50％之内，在最优选的实施方案 中，在平均晶体直径的40％之内。

当无定型糖含有结晶调节剂(如0.1-5％的聚氧乙烯、聚乙二醇或 碳蜡)时，为实现独特的结晶过程及由此而得的产品，在蔗糖的情况 下，在温度为约35℃到约60℃，优选为40℃到55℃时，提供相对湿度 至少为约5％，优选为约10％-70％的环境而得到水。

本发明高度优选的实施方案包括NSHM结晶调节剂的使用。结晶调 节剂可以在无定型切变产品的制备期间加入或在结晶之前涂在切变 产品上。发现通过添加NSHM结晶调节剂，骨架结晶所需要的时间可 以从几天(最多达约30天)减少到约3分钟。

结晶调节剂，如非糖类亲水有机物质(NSHM)，据信与无定型糖竞争 水。这一现象在切变团块的局部区域降低了糖的玻璃转变温度。结 果局部的结晶形成外层壳或骨架。该骨架提供了一个坚固的外部骨 架，依靠着它剩余的无定型糖团块发生转变。显然，结晶调节剂在无 定型糖的分子排列中产生自由体积空间，结果促进了结晶骨架形成 和结构上整体转化的本发明过程。

通过使用NSHM，本发明的结晶时间从几天减少到几个小时或几分 钟。这一促进本发明的独特结晶生长的能力，据信能显著促进本发 明的商业应用。本发明包括能够促进本发明的晶体生长的所有结晶 调节剂的使用。

本发明的另一方面是共结晶。任何相容的添加剂都可以包含在本 发明的晶体结构之内，从而使最终产品含有这些添加剂。这些添加 剂可以选自调味剂、生物作用剂、染料、香料、食品、食品成分以 及其它的相容性助剂。相容意味着添加剂可以包含在无定型糖之中 而不破坏其无定型性，也可以包含在结晶产品中而不破坏其结构。

非限制性的生物作用剂可列举如下：止咳素类、抗组织胺类、止 充血剂类、生物碱类、矿物填充剂、轻泻剂类、维生素类、抗酸剂、 离子交换树脂类、抗胆固醇剂类、抗脂肪剂类、抗心律不剂药类、 退烧药类、止痛药、食欲抑制剂类、祛痰剂类、抗忧郁剂类、抗溃 疡剂类、消炎药类、扩冠药物、扩脑血管药类、周围血管扩张剂类 抗感染药类、physcho-tropics、抗狂躁病药类、兴奋剂类、胃肠 药类、镇静剂类、抗腹泻剂类、抗心绞痛药类、血管扩张剂类、抗 高血压药类、血管收缩剂类、周期性偏头痛药类、抗菌素类、止痛 药类、抗精神病药、抗肿瘤药类、抗凝剂类、抗血栓药类、催眠药 类、止吐药类、抗晕药类、抗痉挛药类、神经与肌肉药类、高、低 血糖药类、甲状腺剂和抗甲状腺制剂类、利尿利、抗痉挛剂类、子 官松弛剂、矿物和营养性添加剂类、减肥药类合成代谢药类、促红 细胞生成类药物、平喘药类、抑咳药、粘多糖类、抗尿毒症药物和 上述各药物的各种混合物。

本发明特别适用于为吸入剂提供一个新的输送系统。吸入剂必须 是由能被患者迅速吸收的微小颗粒形成。因此由于糖在体温下迅速 溶解，故而与本发明独特的微细的高度均匀的产品共结晶的吸入剂 可以以能被身体迅速吸收的微细颗粒的形式很容易送入。本发明的 另一个方面，切变糖可以被充分压紧形成多孔的压紧团块。然后该 基体经过有控制的加热和水的作用使糖二维稳定化形成结晶基体。 该基体然后可以用饱和的糖水溶液处理，在基体内的晶体结构上沉 积更多的糖，为该基体结构进一步增加牢固性。优选过饱和溶液为 酒精/水糖溶液，并且优选水含量小于5％。通过这一方法，可以制备 能迅速溶解的薄片产品。也可以在用饱和糖溶液处理步骤前或后将 各种生物作用剂、调味剂、味觉掩盖成分(taste masking ingredients)等沉积在基体内。

实施例

在下面的实施例中，切变无定型初始原料的制备是通过在一个类 似于制备棉花糖的设备中对颗粒状的蔗糖(或在实施例中指明的其 它物质)“纺丝”而得。

实施例1

首先进行实验以确定切变产品中的湿度对导致的结晶的影响。制 备两个样品，都由约100克颗粒状蔗糖和约10克自来水组成。物质静 置12小时，然后在类似制棉花糖的设备中纺丝。分析产生的无定型 基体确定该切变产品中水的百分含量。在样品A中，含水量为1.36％， 在样品B中，含水量为0.91％。    

样品A和B分别装入32oz的玻璃容器中并密封。每个容器中的环境 空气的相对湿度约为40％。密封的容器保持在63℃30天。在每一种 情况下，随着温度提高到63℃，含湿量保持不变。在每一个样品中， 其结晶过程为首先形成晶体骨架，随后将团块中剩余的部分转变成 为晶体，但骨架的截面尺度保持不变。各样品表现出如图3所示的结 晶。

结晶的结果如图5所示。因此，在结晶开始时含有1.36％水的切变 产品，25天后接近于全部结晶。而含有0.91％水的产品在25天后只有 50％的结晶。显然样品A含有足够的水，使其以较快的速度完成结晶。

然而，对两种情况下结晶产品的分析表明随着结晶在第三维上继 续进行，形成了高度均匀，单分散性的二维稳定的结晶产品。产品的 平均截面尺度为约10μm。依据这些实施例制备的产品在软糖料的 制备中是非常有用的。

表面活性剂实施例

在这些实施例中，进行各种实验以确定作为结晶调节剂的表面活 性剂对本发明的过程和产品的影响。在这些实施例中所用的切变产 品是在制棉花糖型机器上制备的，在此原料在约160℃于3600rpm的 转速下纺丝。

司盘80TM/吐温80TM--HLB8.0

第一个实施例，用99％的蔗糖和由65％司盘80TM和35％吐温80TM混合 而成的表面活性剂组成的组合物制备。表面活性剂的HLB为8.0。该 组合物被纺丝，得到的切变产品是紧密的并有一点蓬松。结晶在几 个小时内即开始发生，且在12-24小时之间完成。产品结晶具有本发 明的特殊的结构。

司盘80TM/吐温80TM--HLB10.0

第二个表面活性剂实施例用46.7％司盘80TM和53.3％吐温80TM的混 合物进行，表面活性剂混合物的HLB为10.0。原料由99％的蔗糖和1％ 的表面活性剂混合物组成。

该混合物被纺丝并经过与前面的表面活性剂实施例相同的条件。 得到的絮状物非常软且含有束状物。该产品暴露在温度约21℃、相 对湿度约40％的空气中。在几个小时内结晶开始发生，在24小时内结 晶很好地完成。再一次显示了使用上述比例表面活性剂对结晶的显 著的促进作用。

司盘80TM/吐温80TM--HLB12.0

第三个表面活性剂实施例中，原料包括99％的蔗糖和1％的表面活性 剂混合物，该表面活性剂混合剂由28％司盘80TM和72％吐温80TM组成。 其HLB为12.0。

该组合物用与前面的实施例同样的方法处理，得到非常软的絮状 物。

在24小时内完成了非常好的结晶。

吐温80TM--HLB15.0

第四个表面活性剂实施例用99％的颗粒蔗糖和1％的吐温80TM组成 的组合物制备。该组合物用与前面的实施例同样的方法处理，得到 非常好的絮状物。并且在几个小时内结晶。同前，在24小时内结晶 完成。

对比表面活性剂实施例

司盘80TM--HLB4.3

在对比表面活性剂实施例中，99％的颗粒蔗糖和1％的司盘80TM(HLB 为4.3)组成的组合物被纺丝。该组合物被混合直到混合得非常均匀， 然后在纺丝头中处理。

纺丝后的产品表现为非常软的、束状的絮状物，颜色很浅。暴露 到相对湿度40％的气体环境中几个小时后，絮装物开始瓦解。在24小 内整个团块事实上硬化成为圆盘形硬块。因此当表面活性剂的HLB 小于6.0，即为4.3时，将不能提供本发明的完美的结晶结构。

因此，概括起来可以看出，在本发明的方法中表面活性剂的使用能 够促进结晶。这能显著促进本本发明的商业应用。    

商业实施例

为了说明本发明的商业价值，用碳蜡(CarbowaxTM)作结晶调节剂 制备无定型切变物质样品。碳蜡包含在颗粒状的蔗糖中，提供纺制 切变物质原料。为了减少未纺制球形式的杂质，切变物质从纺丝过 程立即取出并引入滚轧机中。产品被立即送入热的湿空气中，以此 使结晶以本说明书所述的形式发生，即首先形成骨架，随后无定型团 块的剩余部分转化，且结晶的骨架无崩解。令人惊奇的是转变在仅3 分钟内发生。

这是本发明在商业中使用的一个卓越的结果。本发明独特的结晶 产品的工业化生产具有非常多的用途。

因此，在描述了据信是本发明的优选的实施方案后，本专业技术人 员会认识到在不违背本发明正确的精神实质的前提下可对本发明作 其它进一步的改进，所有这类其它实施方案都打算包括在本发明的 权利要求书范围内。