Способ получения обезвоженной пищевой композиции с молочно-кислыми бактериями - RU2185745C2

Чертежи

Описание

Объектом изобретения является новый способ получения обезвоженной пищевой композиции, содержащей живые молочно-кислые бактерии.

Для высушивания молочно-кислых бактерий в промышленности требуются такие способы, которые были бы просты в применении и экономны. Распылительная сушка обычно состоит в распылении суспензии молочно-кислых бактерий в емкость и при потоке горячего воздуха, для этого емкость содержит входное отверстие для горячего воздуха, выходное отверстие для выпуска воздуха и выходное отверстие для извлечения порошка высушенных молочно-кислых бактерий.

В патенте США 3897307 (Porubcan et al.) также описан способ получения содержащей обезвоженное молоко пищевой композиции, включающей живые молочно-кислые бактерии. Согласно этому способу молоко подвергают ферментации с помощью молочно-кислых бактерий, добавляют к нему аскорбиновую кислоту и глутамат натрия, а затем ферментированное молоко подвергают распылительной сушке в потоке горячего воздуха. Другие способы получения высушенных распылением композиций, содержащих ферментированное молоко, описаны также, например, в патенте США 3985901 (С. G. Barberan), патенте Ирландии IE 65390 (Charleville Research Ltd), А.С. СССР 724113 (Kiev Bacterial Prep.) и А.С. СССР 1097253 (Protsishin et al.).

В патенте Нидерландов 7413373 (DSO Pharmachim) описано получение пищевой композиции на основе сои, содержащей живые молочно-кислые бактерии, при этом указанная композиция подвергается распылительной сушке в потоке горячего воздуха.

В IR 73008830 (Tokyo Yakult Seizo) также описано получение пищевых композиций на основе томатов или сои, содержащих живые бактерии или дрожжи, при этом указанные композиции подвергаются распылительной сушке в потоке горячего воздуха.

Когда культура молочно-кислых бактерий подвергается распылительной сушке, распыленную культуру обычно обрабатывают потоком горячего воздуха, имеющим температуру от 100^oС до 180^oС, в зависимости от устройств. Температура сушки вызывает, тем не менее, несколько проблем. В патенте США 3985901 (С. G. Barberan) действительно показано, что температура сушки порядка от 180^oС до 300^oС способна убить все живые организмы. Эти наблюдения были также подтверждены в ЕР 298605 (Unilever: страница 2, строки 43-48) и в ЕР 63438 (Scottish Milk Marke: страница 1, строки 14-21).

Чтобы предотвратить разрушительное влияние температуры сушки, культуру молочно-кислых бактерий обычно смешивают с защитными агентами, такими как, например, витамины, аминокислоты, белки, сахара и/или жиры. К сожалению, влияние температуры до сих пор остается преобладающим. Только молочно-кислые бактерии, которые по своей природе устойчивы к высоким температурам, выживают при распылительной сушке в достаточной степени для того, чтобы сделать процесс экономически привлекательным.

Согласно всем предшествующим документам распылительной сушке подвергается один поток продукта. Существует, однако, другой способ, заключающийся в распылении двух потоков вместе; то есть, с одной стороны, потока пищевой композиции и, с другой стороны, потока пробиотических молочно-кислых бактерий. Это описано в следующих патентах: патенте Франции 712791, патенте Швейцарии 527568, патенте Великобритании 2127524. Согласно этим документам температура входящего воздуха никогда не превышает 100^oС, таким образом, не возникает проблем с выживанием данных бактерий. Задача изобретения состоит в устранении недостатков предшествующего уровня техники путем разработки способа сушки молочно-кислых бактерий, который особенно пригоден для сохранения жизнеспособности пробиотических молочно-кислых бактерий, которые, как известно, особенно чувствительны к кислороду и/или нагреванию.

Таким образом, настоящее изобретение относится к способу сушки пищевой композиции, согласно которому пищевую композицию и культуру пробиотических молочно-кислых бактерий распыляют вместе в потоке горячего воздуха и выделяется обезвоженная пищевая композиция, содержащая живые пробиотические молочно-кислые бактерии, при этом культуру молочно-кислых бактерий и пищевую композицию распыляют в устройстве для распылительной сушки, содержащем, по меньшей мере, два отверстия, имеющие температуру нагретого воздуха на входе от 100 до 400^oС и температуру воздуха на выходе от 40 до 90^oС, время пребывания молочно-кислых бактерии в устройстве устанавливают таким образом, чтобы получить, по меньшей мере, 1%-ное выживание молочно-кислых бактерий после сушки.

Неожиданно было обнаружено, что выживание молочно-кислых бактерий существенно улучшается, если культуру молочно-кислых бактерий и пищевую композицию подвергают распылительной сушке одновременно и в одной и той же емкости.

Кроме того, было замечено, что приемлемое выживание молочно-кислых бактерий может быть достигнуто, когда культуру молочно-кислых бактерий и пищевую композицию сушат вместе в устройстве для распылительной сушки, имеющем температуру воздуха на входе более 200-300^oС. Действительно, наблюдалось, что, в зависимости от времени пребывания капель в устройстве для сушки, внутренняя температура капель может и не превысить примерно 40-70^oС, поскольку из-за испарения воды происходит охлаждение.

Для осуществления способа по изобретению приготавливают культуру одного или нескольких видов пробиотических молочно-кислых бактерий. Специалисты в данной области способны подобрать культуральную среду, которая наилучшим образом подходит для выращивания данных молочно-кислых бактерий.

Эти пробиотические молочно-кислые бактерии могут быть выбраны из видов Lactococcus lactis, в частности L. lackis subsp. cremoris и L. lactis subsp. lackis biovar diacetylactis: Skreptococcus thermophilus; группы ацидофильных бактерий, включающей Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus crispatus, Lactobacillus amylovorous, Lactobacillus qallinarum, Lactobacillus gasseri и Lactobacillus johnsonii; Lactobacillus brevis; Lachobacillus fermentun; Lactobacillus plantarum; Lackobacillus helveticus; Lactobacillus casei, в частности L. casei subsp. casei и L. casci subsp. rhamnosus; Lact-obacillus delbruckii, в частности L. delbruckii subsp. lactis и L. delbruckii subsp. bulgaricus; бифидобактерий, в частности Bifidobacterium infantis, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longun, и, наконец, Leuconostoc mesenteroides, в частности L. mesenteroides subsp. cremoris, например (Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, Vol. 2, 1986; Fujisawa et al., mt. Syst. Bact, 42, 487-491, 1992).

Однако эти пробиотические молочно-кислые бактерии должны обладать следующими свойствами, а именно способностью прилипать к клеткам кишечника человека, вытеснять патогенные бактерии на клетках кишечника человека и/или воздействовать на иммунную систему человека, позволяя ей реагировать более сильно на внешние раздражители (иммуномодулирующая способность), например, путем увеличения фагоцитарной способности гранулоцитов крови человека (J. of Dairy Science, 78, 491-197, 1995; иммуномодулирующая способность штамма La-1, депонированного согласно Будапештскому договору в коллекции Collection Nationale de Culture de Microorganisme (CNCM), 25 rue de docteur Roux, 75724 Paris, где ему был присвоен депозитарный номер CNCM 1-1225).

Например, может быть использован пробиотический штамм Lactobacillus acidophilus CNCM 1-1225, описанный в ЕР 577904. Этот штамм был недавно переклассифицирован из штамма Lactobacillus johnsonii, в соответствии с новой таксономической классификацией, предложенной Fujisawa et al., который является в настоящее время авторитетом в области таксономической классификации ацидофильных молочно-кислых бактерий (Int. J. Syst. Bact., 42, 487-791, 1992). Другие пробиотические бактерии также могут использоваться, например такие, как описаны в ЕР 199535 (Gorbach et al.), патенте США 5296221 (Mitsuoka et al. ), a. c. СССР 556785 (институт Пастера) или патенте США 5591428 (Probi AB).

Культура молочно-кислых бактерий может содержать до или после ферментации, по меньшей мере, одну известную защитную химическую добавку, улучшающую выживание молочно-кислых бактерий в течение сушки и/или в процессе хранения порошка. Специалисту в данной области доступно много литературы по этим защитным добавкам. А именно, защитные добавки (описаны в патентах США 3897307 и 4332790, патентах Японии 73008830, 57047443, 02086766, 02086767, 02086768, 02086769, 02086770, а.с. СССР 724113, 1097253, 1227145, 1292706 и 1581257, которые включены здесь в качестве ссылки в описание данного изобретения. Как образец, этими защитными добавками могут быть, например, витамины, такие как аскорбиновая кислота, аминокислоты или их соли, такие как лизин, цистеин, глицин и глутамат натрия, белки или гидролизаты белков, которые могут быть получены из молока или сои, сахара, такие как лактоза, трегалоза, сахароза, декстрин и мальтодекстрин, жиры, в частности сливочный жир (сливочное масло), пальмовое масло, арахисовое масло, кокосовое масло, рапсовое масло или соевое масло. И, наконец, эти защитные агенты могут добавляться к культуре в количестве, например, от 0,1 до 80 мас.%.

По меньшей мере, 80 мас. % одной из пищевых композиций, описанных здесь далее, может быть добавлено к культуре молочно-кислых бактерий. Для простоты, будет считаться, что эта смесь всегда обозначает культуру молочно-кислых бактерий. Однако следует отметить, что наилучшее выживание, полученное после сушки, обычно связано с наличием высокого клеточного титра в культуре. Культура молочно-кислых бактерий, таким образом, предпочтительно содержит, по меньшей мере, 10⁷ колониеобразующих живых клеток на грамм (кое/г). Выбор может также быть сделан в пользу концентрата этой культуры, например, полученного путем центрифугирования таким образом, чтобы повысить титр его живых клеток, по меньшей мере, до 10⁸ кое/г, предпочтительно 10⁸-10¹¹ кое/г.

Предпочтительно, пищевая композиция, которую распыляют вместе с культурой молочно-кислых бактерий, является жидкой композицией, в которой, по меньшей мере, один из компонентов выбран из группы, включающей, например, молоко, мясо, рыбу, фрукты и овощи. Предпочтительно, пищевую композицию концентрируют перед распылением до содержания воды 70 мас.%.

Эта пищевая композиция может, следовательно, содержать тонко измельченную часть, обработанную или сырую, полученную из пищевых растительных продуктов, которыми являются, например, зерно, корень, клубень, стебель, листья, цветы или фрукты. Из предпочтительных овощей, например, могут быть указаны, более конкретно, листья, в частности лук порей, аспарагус, фенхель и капуста; стебли, в частности ревень и брокколи; зерна, такие как какао, горох, соя или полученные из хлебных злаков; некоторые корневые, в частности морковь, чеснок, редис, сельдерей и свекла; клубни, в частности маниока и картофель; и фрукты, в частности томаты, кабачки, баклажаны, банан, яблоко, абрикос, дыня, арбуз, груша, сливы, персик, вишня, киви, крушина, мушмула германская и слива мирабель. Могут быть также использованы, в качестве растений, съедобные высшие грибы, в частности Agaricus bisporus, Pleurotus ostreatus, Boletus edulis или Lentinus edodes.

Эта пищевая композиция может также содержать тонко измельченную часть, обработанную или сырую, полученную из животных продуктов, которыми являются, например, молоко, яйца, мясо, рыба и/или их фракция, в частности белковая фракция и/или гидролизат этих белков. Таким образом, эта пищевая композиция может быть гидролизованным или гипоаллергенным коровьим молоком, соответствующим, например, Европейскому стандарту 96/4/ЕС (Official Journal of the European Communities. No. OJ L49/12, 1996).

Например, для осуществления данного способа могут быть высушены вместе 1 часть культуры молочно-кислых бактерий и, по меньшей мере, 1 часть пищевой композиции, в частности 1-1000 частей, при этом указанные части рассчитаны по сухому состоянию.

Устройства для распылительной сушки, обычно используемые при промышленном производстве кофейного или молочного порошка, могут быть, в частности, хорошо подходить для нужд настоящего изобретения (смотри Jensen J.D., Food technology, June, 60-71, 1975). Например, могут быть легко приспособлены устройства для распылительной сушки, описанные в патенте Ирландии 65390 (Charleville Res. LTD) и патенте США 4702799 (Nestle).

Предпочтительно эти устройства имеют, в работе, зону очень высокой температуры (100-400^oС) у конца, по меньшей мере, одной распылительной насадки, и указанная зона может занимать до 50% объема емкости, предпочтительно от 0,1% до 20%, остальная же часть устройства будет иметь более низкую температуру, которая может достигать, например, температуры воздуха на выходном отверстии. В частности, этим требованиям отвечает устройство, описанное в патенте США 3065076 (Nestle).

Предпочтительно, если температура воздуха на входном отверстии превышает 200^oС, эти устройства также имеют при работе вспомогательное входное отверстие для воздуха. Температуру вспомогательного входного отверстия для воздуха выбирают таким образом, чтобы установить температуру воздуха на выходном отверстии устройства. Вспомогательное входное отверстие для воздуха может, например, находиться рядом с указанным выше входным отверстием для нагретого воздуха.

Для осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, одно распылительное отверстие должно подавать композицию. При работе расположение распылительного отверстия не является определяющим. Таким образом, например, возможно распылять культуру и пищевую композицию в зоне с очень высокой температурой. Также, например, возможно распылять пищевую композицию в зоне с очень высокой температурой и в это же время распылять культуру в зоне с пониженной температурой.

Изобретение, фактически, заключается в подборе времени пребывания молочно-кислых бактерий в устройстве для сушки. Предпочтительно, распыленные капли достигают выходного отверстия устройства, то есть точки, где температура выходного отверстия равна, например, 40-90^oС в сухом виде. Это время пребывания может быть установлено путем регулирования различных параметров устройства распылительной сушки, например, таких как давление распыления капель, давление потока горячего воздуха и/или расстояния, которое капли преодолевают в сушильной камере. Невозможно задать точное значение величины для каждого параметра, включенного в регулировку времени пребывания, поскольку эти параметры и отвязанные с ними величины зависят от типа используемого устройства для распылительной сушки. В качестве образца, давление на конце насадки, распыляющей культуру или пищевую композицию, может быть от 5 до 250 бар, и давление горячего воздуха во входном отверстии устройства может быть от 100 до 200 мбар. Таким образом, для простоты указания этого устанавливаемого времени пребывания культуры в соответствии с данным изобретением будет принято, что это время соответствует данному изобретению, если уровень выживания бактерий, которые только что высушены, составляет, по меньшей мере, 1%, специалисты в данной области действительно могут подобрать соответствующие рабочие параметры для достижения такого результата.

Предпочтительно, чтобы время пребывания культуры в устройстве для сушки устанавливалось таким образом, чтобы получить порошок с водной активностью (ВА) при 25^oС от 0,05 до 0,5.

Действительно, наилучшая выживаемость после сушки и длительность хранения получены для порошка, имеющего этот уровень водной активности.

Кроме того, наилучшая выживаемость после сушки и длительность хранения получены, когда устройство для сушки отвечает, по меньшей мере, одному из следующих условий, а именно температура на входном отверстии равна 250-400^oС, температура на выходном отверстии равна 50-75^oС, и время пребывания культуры в емкости установлено таким образом, что, по меньшей мере, 10% бактерий выживают после сушки.

Другие параметры могут также влиять на выживание молочно-кислых бактерий. Так, относительная влажность воздуха на выходном отверстии устройства для сушки может быть порядка 10-40%, предпочтительно 20-40%. Кроме того, в культуру молочно-кислых бактерий может быть введен, перед распылительной насадкой, инертный газ, который может быть использован в пищевых технологиях, в частности, например, СО₂, азот, аргон, гелий, сами по себе или в смеси.

Настоящий способ может, таким образом, обеспечивать получение пищевого порошка, который легко диспергируется, имеет плотность порядка 200-1000 г/л, имеет ВА при 25^oС порядка 0, 05-0,5, имеет от 1 до 10 кое/г и обладает, по меньшей мере, 10%-ной выживаемостью про биотических молочно-кислых бактерий в течение года при 20^oС и 40^oС несколько месяцев. Он может продаваться в виде пищевого продукта, который можно подвергнуть восстановлению влагосодержания и сразу употреблять. Также он может использоваться, например, в качестве компонента более сложной пищевой композиции.

Настоящее изобретение описано ниже более подробно с примерами сушки культур молочно-кислых бактерий и дрожжей. Процентное содержание дано по массе, кроме случаев, оговоренных отдельно. Однако, разумеется, эти примеры даны с целью иллюстрации изобретения и никоим образом его не ограничивают.

Сравнительный пример.

Этот пример предназначен для демонстрации того, что распыление пищевой композиции, содержащей, по меньшей мере, 25 мас.% культуры пробиотических молочно-кислых бактерий дает менее удовлетворительный уровень выживаемости, чем в случае примеров 1-3, когда культуру пробиотических бактерий и пищевую композицию распыляют вместе.

Для этого 3% свежеполученной прекультуры в среде MRS, штамма Lactobacillus johnsonii CNCM I-1225, смешивают со стерильной средой MSK, содержащей 10% порошкового обезжиренного молока с восстановленным влагосодержанием, 0,1% доступного в продаже экстракта дрожжей, 0,5% пептона и 0,1% Твин-80, затем все это подвергают ферментации в течение 8 часов при 40^oС без перемешивания.

Большое количество культуры этого штамма получают путем ферментации среды, содержащей 3% лактозы, 0,5% продажного экстракта дрожжей, 0,1% гидролизированной сыворотки, 0,5% пептона и 0,1% Твин-80 с 3% вышеуказанной ферментированной смесью при 40^o С до достижения рН 5,5, с перемешиванием при 30 об/мин в атмосфере СО₂. Ферментация смеси при рН 5,5 продолжается несколько часов путем регулируемых добавок щелочного основания. Культуру охлаждают до 15-20^oС, концентрируют путем центрифугирования, получая таким образом 10% сухого вещества и 10¹⁰ кое/г, затем добавляют 2 мас.% аскорбиновой кислоты, 1,25 мас.% глутамата натрия и 300 мас.% концентрированного молока, содержащего 50 мас.% сухого вещества.

Культуру подвергают распылительной сушке в рабочих условиях, описанных ниже в таблице 1, и в приспособленном для этого устройстве, из тех, которые представлены на фигуре 1. с по патенту США 3065076, причем никакое агломерирующее устройство не используют; порошок, поступающий в сборник, присоединенный к сушилке, вновь возвращают в емкость; дополнительный воздух, имеющий температуру 18-30^oС (в зависимости от температуры комнаты), подается рядом с входным отверстием для нагретого воздуха посредством простого открывания емкости во внешнюю среду, а С0₂ и/или азот вводят в культуру только перед ее распылением. После распыления порошок получают в псевдоожиженном слое, проходящем через 3 отсека, первые два отсека служат для дальнейшей сушки порошка при температуре 60-90^oС, а последний отсек служит для охлаждения порошка до около 30^oС. И, наконец, подсчитывают количество колоний молочно-кислых бактерий, выживших при сушке. Результаты представлены в таблице 1 ниже.

Примеры 1-3.

Молоко и культуру штамма Lactobacillus johntmsonii CNCM I-1225 вместе подвергают распылительной сушке. Для этого приготавливают бактериальную культуру, как описано в сравнительном примере, добавляют защитные агенты и 1 часть этой бактериальной культуры последовательно распыляют вместе с около 40-100 частями концентрированного молока, содержащего 50% сухого вещества, причем указанное распыление выполняют совместно в приспособленном для этого устройстве из описанных на фигуре 1.с из патента США 3065076.

После распыления порошок получают в псевдоожиженном слое, проходящем через 3 отсека, первые два отсека служат для дальнейшей сушки порошка при температуре 60-90^oС, а последний отсек служит для охлаждения порошка до примерно 30^oС. Затем подсчитывают количество выживших бактерий в обезвоженном пищевом порошке, принимая во внимание его разбавление молоком. Результаты представлены ниже в таблице 1. Различные порошки обладают, кроме того, очень хорошей стабильностью в течение времени, более 10% молочно-кислых бактерий действительно выживают после хранения при 20^oС в течение 1 года в атмосфере диоксида углерода. Можно также отметить, что водная активность (ВА) этих пищевых порошков при 25^oС всегда составляет 0,05-0,5.

В примере 1 два распыления осуществляют совместно в устройстве, представленном на фигуре 1.с из патента США 3065076 с тем единственным отличием, что никакое агломерирующее устройство не используют. Порошок, который поступает в сборник, присоединенный к сушилке, вновь возвращают в емкость. Дополнительный воздух, имеющий температуру 18-30^oС (в зависимости от температуры комнаты), подают рядом с входным отверстием для нагретого воздуха посредством простого открывания емкости во внешнюю среду. СO₂ вводят в культуру только перед распылением, и культуру и молоко распыляют вместе с помощью двух насадок, концы которых расположены в емкости на уровне входного отверстия для нагретого воздуха (те же положения, что и у насадки 14 на фигуре 1.с из патента США 3065076). Рабочие условия описаны ниже в таблице 1.

В примерах 2-3 два распыления проводят совместно в устройстве, представленном на фигуре 1.с из патента США 3065076, причем никакое агломерирующее устройство не используют; порошок, который поступает в сборник, присоединенный к сушке, вновь возвращают в емкость; дополнительный воздух, имеющий температуру 18-30^oС (в зависимости от температуры комнаты), подают возле входного отверстия для нагретого воздуха посредством простого открывания емкости во внешнюю среду; молоко распыляют с помощью насадки, конец которой располагается в емкости на уровне оси и конца входного отверстия для нагретого воздуха (те же положения, что и у насадки 14 на фигуре 1.с из патента США 3065076). В то же время, бактериальная культура распыляется с помощью насадки, конец которой расположен в емкости на уровне оси и конца входного отверстия для рециркулируемого порошка. Рабочие условия описаны ниже в таблице 1.

Пример 4.

Культуру молочно-кислых бактерий CNCM I-1225, содержащую 5% аскорбиновой кислоты и 5% трегалозы и тонко измельченный концентрированный томатный сок, содержащий 50% сухого вещества, распыляют совместно в условиях, описанных в примере 2.

Пример 5.

Культуру молочно-кислых бактерий CNCM I-1225, содержащую 5% аскорбиновой кислоты и 5% трегалозы и молоко на основе сои, содержащее 50% сухого вещества, распыляют совместно в условиях, описанных в примере 2.

Реферат

Изобретение относится к способам сушки пищевой композиции. Пищевую композицию и культуру пробиотических молочно-кислых бактерий, чувствительную к кислороду, распыляют вместе в потоке горячего воздуха. Выделяют обезвоженную пищевую композицию, содержащую живые пробиотические молочно-кислые бактерии. Пробиотические молочно-кислые бактерии являются бактериями, способными прилипать к клеткам кишечника человека, в значительной степени вытеснять патогенные бактерии на клетках кишечника человека и иммуномодулировать в человеческом теле. Изобретение обеспечивает получение легко диспергируемого пищевого порошка, обладающего, по меньшей мере, 10% выживаемостью пробиотических молочно-кислых бактерий. 4 з.п.ф-лы, 1 табл.

Формула