Пенообразующие композиции и способы их получения - RU2432766C2

Чертежи

Описание

Настоящая заявка является продолжением заявки США 11/943758, поданной 21 ноября 2007 года, имеющей приоритет заявки США 60/882738 от 29 декабря 2006 года, описание которых включено сюда ссылкой в полном объеме.

Настоящее изобретение относится к пенообразующим («пенящимся») композициям, в частности к растворимым пенящимся композициям, включающим захваченную жидкость в сверхкритическом состоянии, и способы их получения.

При получении множества традиционных продуктов, например каппучино, молочных коктейлей и определенных супов, желательна пенная шапка или пенка. Чтобы соответствовать растущим требования потребителей к удобству производимых быстрорастворимых модификаций пищевых продуктов, производители совершенствуют различные быстрорастворимые пищевые продукты, позволяя получить потребителям те пищевые продукты, которые они хотят, в виде традиционных быстрорастворимых пищевых продуктов с такими же или аналогичными характеристиками, как у традиционно полученных продуктов. Одной из проблем для производителей является возможность получения быстрорастворимого пищевого продукта с заданной шапкой или текстурой пены.

Одной из используемых технологий для получения быстрорастворимого пищевого продукта с пеной является использование порошкообразных пенообразующих композиций, продуцирующих пенку при восстановлении в жидкости. Пенообразующие порошкообразные композиции используют для получения пенной шапки или пенной текстуры для множества различных пищевых продуктов и напитков. Например, пенообразующие композиции используют для получения пенной шапки или пенной текстуры для быстрорастворимого каппучино и других смесей кофе, смесей быстрорастворимого освежающего напитка, смесей быстрорастворимого супа, смесей быстрорастворимого молочного коктейля, быстрорастворимых десертных топпингов, быстрорастворимых соусов, горячих или холодных готовых завтраков из зерновых и тому подобного, при смешивании с водой, молоком или другой подходящей жидкостью.

Некоторые примеры пенящихся сухих сливок, вспененных газом, которые могут быть использованы для получения пенки или пенной шапки, описаны в патенте США 4438147 и в EP 0 458 310. Совсем недавно в патенте США 6129943 описывали пенообразующие сливки, полученные комбинированием газированного углевода с белком и липидом. Использование этой технологии позволяет избежать подачи газа в жидкую композицию сливок перед проведением распылительной сушки.

В ЕР0 813 815 B1 описывается композиция пенообразующих сливок, которая представляет собой как пенообразющие сливки, вспененные газом, так и сливки, содержащие химические газирующие ингредиенты, которые содержат более 20% белка по массе. Порошок, описанный здесь, содержит в качестве основных ингредиентов белок, липиды и материал-наполнитель, по существу наполнитель представляет собой водорастворимый углевод. Для получения взбитой кремоподобной, плотной пенки, которую можно зачерпывать ложкой, необходимо высокое содержание белка.

Другая пенообразующая композиция описана в патенте США 6713113, где порошкообразный растворимый пенообразующий ингредиент включает матрицу, содержащую углевод, белок и захваченный под давлением газ. Однако порошкообразные ингредиенты, содержащие и углеводы и белки, подвержены не окислительным реакциям покоричневения, которые могут оказать негативное воздействие на внешний вид, вкус и аромат и лежкоспособность расфасованных пищевых продуктов. Эти комплексные химические реакции происходят между белками и углеводами, в частности редуцирующими сахарами, с получением полимерных пигментов, которые могут очень сильно обесцветить и снизить качество вкуса и аромата пищевых продуктов. В патентной публикациях США 2006/0040033 и 2006/0040034 описываются не углеводные пенообразующие композиции и не белковые пенообразующие композиции, соответственно, которые обеспечивают устойчивость к нежелательному покоричневению и оказанию воздействия на вкус и аромат.

Недостатки существующих пенообразующих композиций и способов их получения включают относительно длительное технологическое время, требуемое для введения газа в структуру пенообразующей композиции и высокую стоимость исходного сырья, с получением в результате отработанных газов и других отходов. Следовательно, продолжает существовать необходимость в пенообразующих композициях для применения в быстрорастворимых пищевых продуктах и напитках, которые демонстрируют заданные пенообразующие характеристики при реконструкции и которые могут быть получены способами, которые снижают технологическое время и стоимость исходного сырья. Настоящее изобретение обеспечивает эти и другие положительные эффекты, как с очевидностью следует из описания вариантов изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном аспекте настоящее изобретение относится к способу получения пенообразующей композиции, включающему контактирование жидкости в сверхкритическом состоянии с критической температурой по меньшей мере около 10°С, с ингредиентом в форме частиц с температурой стеклования выше комнатной температуры, где ингредиент в форме частиц включает множество внутренних пустот, выдержку ингредиента в форме частиц при температуре, выше температуры стеклования ингредиента в форме частиц, в течение периода времени, эффективного для перехода жидкости в сверхкритическом состоянии в во множество внутренних пустот ингредиента в форме частиц; и снижение температуры до температуры ниже температуры стеклования ингредиента в форме частиц, захватывая, таким образом, по меньшей мере часть жидкости в сверхкритическом состоянии во множестве внутренних пустот ингредиента в форме частиц.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к пенообразующей композиции, включающей ингредиент в форме частиц с множеством внутренних пустот, содержащих захваченную жидкость в сверхкритическом состоянии с критической температурой по меньшей мере около 10°C.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к пенообразующей композиции, полученной способом, включающим контактирование жидкости в сверхкритическом состоянии с критической температурой по меньшей мере около 10°C с ингредиентом в форме частиц с температурой стеклования выше комнатной температуры при температуре выше температуры стеклования ингредиента в форме частиц, где ингредиент в форме частиц включает множество внутренних пустот, выдерживание ингредиента в форме частиц при температуре выше температуры стеклования ингредиента в форме частиц в течение периода времени, эффективного для перехода жидкости в сверхкритическом состоянии во множество внутренних пустот ингредиента в форме частиц; и снижение температуры до температуры ниже температуры стеклования ингредиента в форме частиц, захватывая таким образом по меньшей мере часть жидкости в сверхкритическом состоянии в ингредиенте в форме частиц.

На чертежах:

Фиг.1 - блок-схема технологического процесса в соответствии с одним вариантом изобретения;

Фиг.2 - репрезентативный профиль время-температура-давление полученный из экспериментальных данных Примера 1; и

Фиг.3 - график, показывающий жидкое состояние и плотность жидкости диоксида углерода как функцию температуры при постоянном давлении 100 манометрических бар.

Настоящее изобретение относится к пенообразующим композициям, содержащим захваченную жидкость в сверхкритическом состоянии, и способам их получения для применения в пищевых продуктах и напитках, включая, например быстрорастворимый каппучино и другие смеси кофе, смеси быстрорастворимого освежающего напитка, смеси быстрорастворимого супа, смеси быстрорастворимого молочного коктейля, быстрорастворимые десертные топпинги, быстрорастворимые соусы, горячие или холодные готовые завтраки из зерновых и тому подобное. Пенообразующую композицию получают захватыванием жидкости в сверхкритическом состоянии в поры пористой структуры ингредиента в форме частиц. Используемый здесь термин «пористая структура» относится к множеству внутренних пустот ингредиента в форме частиц, и термин «внутренние поры» относится к закрытым внутренним порам, также известным как закрытые полости ингредиента в форме частиц, которые не открыты для окружающей атмосферы. Более детальное описание внутренних пустот, способов, используемых для измерения объема внутренних пустот и пределы объемов внутренних пустот, подходящие для применения в настоящем изобретении, приведены в патентных публикациях США 2006/0040033, 2006/0040034 и 2006/0040038, каждая из которых введена здесь ссылкой в полном объеме.

В одном аспекте настоящее изобретение относится к способу получения пенообразующей композиции, включающему контактирование жидкости в сверхкритическом состоянии с критической температурой по меньшей мере около 10°С, с ингредиентом в форме частиц с температурой стеклования выше комнатной температуры, где ингредиент в форме частиц включает множество внутренних пустот, выдержку ингредиента в форме частиц при температуре выше температуры стеклования ингредиента в форме частиц в течение периода времени, эффективного для перехода жидкости в сверхкритическом состоянии в во множество внутренних пустот ингредиента в форме частиц; и снижение температуры до температуры ниже температуры стеклования ингредиента в форме частиц, таким образом захватывая по меньшей мере часть жидкости в сверхкритическом состоянии во множестве внутренних пустот ингредиента в форме частиц.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к пенообразующей композиции, включающей ингредиент в форме частиц с множеством внутренних пустот, содержащих захваченную жидкость в сверхкритическом состоянии с критической температурой по меньшей мере около 10°C.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к пенообразующей композиции, полученной способом, включающим контактирование жидкости в сверхкритическом состоянии с критической температурой по меньшей мере около 10°C с ингредиентом в форме частиц с температурой стеклования выше комнатной температуры при температуре выше температуры стеклования ингредиента в форме частиц, где ингредиент в форме частиц включает множество внутренних пустот, выдерживание ингредиента в форме частиц при температуре выше температуры стеклования ингредиента в форме частиц в течение периода времени, эффективного для перехода жидкости в сверхкритическом состоянии в множество внутренних пустот ингредиента в форме частиц; и снижение температуры до температуры ниже температуры стеклования ингредиента в форме частиц, таким образом, захватывая по меньшей мере часть жидкости в сверхкритическом состоянии в ингредиенте в форме частиц.

Ингредиент в форме частиц должен быть пищевым и иметь температуру стеклования выше комнатной температуры (то есть 0°C или выше). Предпочтительно температура стеклования составляет от около 30°C до около 150°C и более предпочтительно от около 50°C до около 130°C. Предпочтительно содержание влаги в ингредиенте в форме частиц (как перед, так и после захватывания какой-либо жидкости в сверхкритическом состоянии в его внутренние поры) составляет от около 0 до 20 вес.%, более предпочтительно от около 1 до 10% и еще более предпочтительно от около 2 до 5%. Предпочтительно размер частиц ингредиента в форме частиц (как перед, так и после захватывания какой-либо жидкости в сверхкритическом состоянии в его внутренние поры) составляет от около 1 до 5000 микрон, предпочтительно от около 5 до 2000 микрон и более предпочтительно от около 10 до 1000 микрон. Ингредиент в форме частиц может иметь различный состав, включая углеводы, белки и/или их смеси. Возможно, ингредиент в форме частиц может включать диспергированный жир дополнительно к углеводам и/или белкам.

Подходящие углеводы включают, например, сахара (такие как глюкоза, фруктоза, сахароза, лактоза, манноза и мальтоза), многоатомные спирты (такие как глицерин, пропиленгликоль, полиглицерины и полиэтиленгликоли), сахарные спирты (такие как сорбит, манит, мальтит, лактит, эритрит и ксилит), олигосахариды, полисахариды, продукты гидролиза крахмала (такие как мальтодекстрины, глюкозные сиропы, кукурузные сиропы, высокомальтозные сиропы и высокофруктозные сиропы), камеди (такие как ксантан, алигинаты, каррагенаны, гуар, геллан, камеди рожкового дерева и гидролизованные камеди), растворимые волокна (такие как инулин, гидролизованная гуаровая камедь и полидекстроза), модифицированные крахмалы (такие как физически или химически модифицированные крахмалы, растворимые или диспергируемые в воде), модифицированные целлюлозы (такие как метилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза и гидроксипропилметил целлюлоза) и/или их смеси.

Подходящие белки включают, например, молочные белки, соевые белки, яичные белки, гелан, коллаген, пшеничные белки, гидролизованные белки (такие как гидролизованный желатин, гидролизованный коллаген, гидролизованный казеин, гидролизованный сывороточный белок, гидролизованный молочный белок, гидролизованный соевый белок, гидролизованный яичный белок, гидролизованный пшеничный белок и аминокислоты) и/или их смеси.

Подходящие жиры включают, например, жиры, масла, гидрогенизированные масла, переэтерифицированные масла, фосфолипиды и жирные кислоты, полученные из растительных, молочных или животных источников и их фракции или смеси. Также жир может быть выбран из восков, стеролов, станолов, терпенов и их фракций или смесей.

Ингредиент в форме частиц может быть по существу свободным от углеводов («безуглеводным») и/или по существу свободным от белка («безбелковым»), т.е. например, таким как растворимый порошкообразный кофе. Предпочтительные по существу безуглеводные и/или по существу безбелковые ингредиенты в форме частиц включают описанные в патентных публикациях США 2006/0040033, 2006/0040034 и 2006/0040038. Примеры таких ингредиентов в форме частиц приведены ниже в Таблице 1 с соответствующими температурами стеклования. Для целей настоящего изобретения безуглеводные пенообразующие композиции по настоящему изобретению содержат менее чем около 1%, предпочтительно менее чем около 0,5% и более предпочтительно менее чем 0,1% углеводов. В частности, предпочтительные безуглеводные композиции по настоящему изобретению не содержат углеводы. Безбелковые пенообразующие композиции по настоящему изобретению содержат менее чем около 1%, предпочтительно менее чем около 0,5%, и более предпочтительно менее чем около 0,1% белка. В частности, предпочтительные безбелковые композиции по настоящему изобретению не содержат белок.

Предпочтительно ингредиент в форме частиц включает ингредиент или смесь ингредиентов, выбранных таким образом, что структура пенообрзующей композиции достаточно сильная для того, чтобы удерживать захваченную жидкость в сверхкритическом состоянии. Температура стеклования (Tg) показывает фазовое превращение второго порядка, характеризующееся трансформацией порошкообразной композиции из твердых стеклянных частиц в твердом состоянии в смягченные эластичные частицы в твердом состоянии. Эти смягченные эластичные частицы в твердом состоянии легко отличимы от ожиженного состояния плавления (в котором все нагретые частицы будут объединяться в гомогенную вязкую жидкость). Обычно соотношение растворимости газа и диффузии газа выше в материалах при Tg или выше Tg. Tg зависит от химической композиции и содержания влаги, и, обычно, при более низкой средней молекулярной массе и/или более высоком содержании влаги будет более низкая Tg. Tg может быть специально увеличена или уменьшена простым понижением или повышением, соответственно, содержания влаги в порошке, используя любой подходящий способ из предшествующего уровня техники, известный специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение. Tg может быть измерена с использованием технологий, основанных на дифференциальной сканирующей калориметрии или термомеханическом анализе.

Дополнительные необязательные ингредиенты включают, например, искусственные подсластители, эмульгаторы, стабилизаторы, загустители, агенты, улучшающие текучесть, красители, ароматизаторы, ароматические вещества и тому подобное. Подходящие искусственные подсластители включают сахарин, цикламаты, ацесульфам, подсластители на основе L-аспартила, такие как аспартам и их смеси. Подходящие эмульгаторы включают моноглицериды, диглицериды, лецитин, диацетиловые эфиры винной кислоты моно-, диглицеридов (DATEM), стеароиллактилаты, модифицированные пищевые крахмалы, полисорбаты, PGA, эфиры сахарозы и их смеси. Подходящие стабилизаторы включают дикальций фосфат и цитрат натрия. Подходящие агенты, улучшающие текучесть, включают, например, алюмосиликат натрия, диоксид кремния и трикальций фосфат.

Подходящие для использования в настоящем изобретении жидкости в сверхкритическом состоянии могут включать, например, диоксид углерода в сверхкритическом состоянии, оксид азота в сверхкритическом состоянии, инертные газы, такие как ксенон, в сверхкритическом состоянии, галогенизированные углеводороды в сверхкритическом состоянии, такие как фреоны и углеводороды в сверхкритическом состоянии, такие как этан, пропан, бутан, этилен и тому подобное. Предпочтительными являются диоксид углерода в сверхкритическом состоянии, оксид азота в сверхкритическом состоянии и благородные газы в сверхкритическом состоянии. Жидкость в сверхкритическом состоянии имеет критическую температуру по меньшей мере около 10°C, предпочтительно от около 10°C до около 175°C, более предпочтительно от около 25°C до около 150°C. Предпочтительно жидкость в сверхкритическом состоянии имеет критическое давление от около 20 атм до около 100 атм, более предпочтительно от около 30 атм до около 80 атм, и плотность от около 0,1 г/см³до около 1,6 г/см³, более предпочтительно от около 0,15 г/см³ до около 1,4 г/см³, и наиболее предпочтительно от около 0,2 г/см³ до около 1,2 г/см³. Жидкости в сверхкритическом состоянии, имеющие критическую температуру ниже 10°C (например, N₂ имеет критическую температуру около -147°C), не подходят для применения в настоящем изобретении.

Жидкость в сверхкритическом состоянии представляет собой вещество при температуре и давлении выше, чем его критическая температура и критическое давление. Комбинация критической температуры и критического давления определяет термодинамическую критическую точку жидкости, при которой жидкое состояние прекращает существовать. Для целей настоящего изобретения жидкость в сверхкритическом состоянии относится к газу, который достиг температуры и давления выше его термодинамической критической точкой. Захваченная жидкость относится к такой жидкости в сверхкритическом состоянии, которая присутствует во внутренних порах пористого ингредиента в форме частиц. Предполагается, что в зависимости от критической температуры и давления жидкости в сверхкритическом состоянии и температуры стеклования ингредиента в форме частиц, температура и давление требуемые для захватывания жидкости в сверхкритическом состоянии в пористую структуру ингредиента в форме частиц в результате может привести к тому, что жидкость в сверхкритическом состоянии не долго остается в сверхкритическом состоянии, когда она захвачена. Например, жидкость в сверхкритическом состоянии, захваченная во внутренние поры пористого ингредиента в форме частиц при температуре выше температуры стеклования ингредиента в форме частиц, затем может перейти в газ или смесь газа и жидкости, когда ингредиент в форме частиц охлаждают ниже температуры стеклования и захваченную жидкость в сверхкритическом состоянии охлаждают до температуры ниже ее критической температуры. Для целей настоящего изобретения жидкость в сверхкритическом состоянии входит в объем понятия таких веществ. В Таблице 2 приведены опубликованные данные по приблизительной критической температуре (°C), критическому давлению (бар), критической плотности (г/см³), и плотности жидкости (г/см³) для множества подходящих газов.

В одном варианте изобретения пенообразующую композицию получают захватыванием жидкости в сверхкритическом состоянии во внутренние поры ингредиента в форме частиц пропусканием непрерывного патока жидкости в сверхкритическом состоянии через слой частиц. Предпочтительно температуру ингредиента в форме в частиц поднимают выше температуры стеклования (Tg) ингредиента в форме частиц прямым контактированием с жидкостью в сверхкритическом состоянии в виде нагретой жидкости в сверхкритическом состоянии, проходящей через слой частиц. Дополнительно или в качестве альтернативы температура ингредиента в форме частиц может быть повышена выше температуры Tg с использованием различных способов прямого или непрямого нагревания, известных специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение (например, смеситель с нагревательной рубашкой, микроволновое нагревание, инфракрасное нагревание («IR») и тому подобное).

Когда температура ингредиента в форме частиц поднимается выше Tg, ингредиент в форме частиц выдерживают при температуре выше Tg в течение периода времени, эффективного для перехода по меньшей мере части жидкости в сверхкритическом состоянии во множество внутренних пустот ингредиента в форме частиц, предпочтительно от около 1 минуты до около 30 минут, более предпочтительно от около 5 минут до около 20 минут. Затем температуру ингредиента в форме частиц снижают ниже Tg ингредиента в форме частиц, предпочтительно по меньшей мере до около на 10°C ниже Tg, более предпочтительно по меньшей мере до около на 20°C ниже Tg и наиболее предпочтительно по меньшей мере до около на 30°C ниже Tg. Предпочтительно температуру ингредиента в форме частиц снижают ниже Tg ингредиента в форме частиц прямым контактированием с жидкостью в сверхкритическом состоянии или более предпочтительно с жидкостью в виде жидкости в сверхкритическом состоянии или жидкостью, пропускаемой через слой частиц при температуре ниже Tg. Дополнительно или в качестве альтернативы температура ингредиента в форме частиц может быть снижена ниже Tg с использованием различных способов, известных специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение. Предпочтительно ингредиент в форме частиц быстро охлаждают со скоростью выше чем около 2°C/мин, более предпочтительно со скоростью выше чем около 4°C/мин, еще более предпочтительно со скоростью выше чем около 8°C/мин и наиболее предпочтительно со скоростью выше чем около 12°C в минуту. Скорость охлаждения относится к средней скорости охлаждения ингредиента в форме частиц от температуры выше Tg до температуры по меньшей мере на около 10°C ниже, чем Tg. Считается, что охлаждение ингредиента в форме частиц меняется в процессе охлаждения как функция разности температур между ингредиентом в форме частиц и температурой жидкости, входящей в слой частиц. Предпочтительно давление поддерживают при или выше критического давления жидкости в сверхкритичеком состоянии в течение всего процесса.

Этот процесс в результате ведет к тому, что жидкость в сверхкритическом состоянии захватывается во внутренних порах ингредиента в форме частиц. Предпочтительно захваченная жидкость в сверхкритическом состоянии включает по меньшей мере около 0,5 вес.% от полученной в результате пенообразующей композиции. В случае, когда пенообразующая композиция включается как часть порошкообразного или гранулированного пищевого продукта или напитка, газ быстро выделяется при восстановлении горячей или холодной водой. Предпочтительно пенообразующая композиция выделяет по меньшей мере около 2 см³ и более предпочтительно по меньшей мере около 5 см³ газа на грамм композиции при растворении в комнатных условиях. При комнатной температуре давление жидкости в сверхкритическом состоянии, захваченной во внутренних порах пенообразующей композиции, составляет более чем атмосферное давление (1 бар), предпочтительно более чем 5 бар, более предпочтительно более чем 10 бар и наиболее предпочтительно более чем 20 бар. Быстрое выделение газа обеспечивает слой пенки, аналогичный по внешнему виду аутентичной пенке каппучино.

Было обнаружено, что пенообразующие композиции, полученные, как описано выше, обеспечивают множество неожиданных преимуществ по сравнению с традиционными пенообразующими композициями, полученными с использованием статических систем, в которых нет не прерывного потока жидкости, проходящей через емкость под давлением. А именно, авторы настоящего изобретения обнаружили, что прохождение не прерывного потока жидкости в сверхкритическом состоянии через слой частиц в результате ведет к меньшей нежелательной агломерации ингредиента в форме частиц по сравнению с таковой у традиционных пенообразующих композиций, полученных в статических системах. Не желая быть ограниченными какой-либо теорией, авторы настоящего изобретения считают, что прохождение непрерывного потока жидкости в сверхкритическом состоянии ингибирует агломерацию частиц за счет минимизации времени контакта между частицами и сушки ингредиента в форме частиц во время начального нагревания, в частности поверхностно абсорбируемой влаги. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что агломерация частиц в результате приводит к тому, что продукт имеет нежелательный более крупный средний размер частиц (то есть более чем около 500 мкм), более большой размер частиц и неожиданно относительно плохую растворимость. Следовательно, агломерированные частицы должны быть обычно удалены из готового продукта, что в результате ведет к увеличению технологического времени и отходам.

На Фиг.1 показана система, которая позволяет осуществить периодическое получение пенообразующей композиции по одному из аспектов настоящего изобретения. Как показано на фиг.1, ингредиент в форме частиц (такой как, пористый порошок, полученный распылительной сушкой) загружают в емкость под давлением. Диоксид углерода вводят на дно емкости при комнатной температуре до достижения заданного давления (предпочтительно более чем около 20 бар; более предпочтительно более чем около 50 бар). При достижении заданного давления непрерывный поток жидкости в сверхкритическом состоянии пропускают через ингредиент в форме частиц. Диоксид углерода нагревают до температуры выше температуры стеклования (Tg) ингредиента в форме частиц перед подачей в емкость, и давление в емкости поддерживают при или выше критического давления диоксида углерода в сверхкритическом состоянии.

Когда температура ингредиента в форме частиц в емкости превышает Tg, его выдерживают при или выше температуры и в течение периода времени, эффективных для перехода по меньшей мере части жидкости в сверхкритическом состоянии во внутренние поры ингредиента в форме частиц. После этого ингредиент в форме частиц быстро охлаждают введением в емкость жидкого диоксида углерода при температуре 30°C или более низкой температуре, или подачей диоксида углерода в сверхкритическом состоянии при температуре выше, чем критическая точка (31°C), но более низкой, чем температура стеклования ингредиента в форме частиц. Обычно при более низкой температуре диоксида углерода, введенного в емкость, и более высокой скорости введения диоксида углерода в емкость ингредиент в форме частиц имеет более высокую скорость охлаждения. Когда температура ингредиента в форме частиц составляет менее чем около 40°C, давление в емкости может быть сброшено и пенообразующая композиция выгружена.

Возможно, множество емкостей под давлением могут быть соединены в систему и/или изолированы на различных стадиях способов для обеспечения непрерывного или полу-непрерывного получения пенообразующей композиции по настоящему изобретению. Такое устройство может выгодно дополнительно снижать потерю газа, стоимость исходного сырья и технологическое время.

В другом варианте изобретения по меньшей мере часть захваченной жидкости в сверхкритическом состоянии включает сжиженный газ, который может контактировать с газом под давлением. Это может быть достигнуто быстрым снижением температуры жидкости в сверхкритическом состоянии до температуры ниже критической и поддержанием давления при или выше критического для захватывания конденсированного сжиженного газа во внутренних порах ингредиента в форме частиц. В таком случае захваченная жидкость в сверхкритическом состоянии может включать больший массовый процент полученной в результате пенообразующей композиции (предпочтительно по меньшей мере, около 1,0 вес.%), что позволяет получить большее количество высвобождаемого при восстановлении пенообразующей композиции газа, поскольку захваченный сжиженный газ быстро переходит в газ при восстановлении ингредиента в форме частиц.

В другом варианте изобретения в жидкость в сверхкритическом состоянии может быть добавлена одна или более растворимая добавка, включая, например, летучие вкусовые или ароматические ингредиенты, воду, пластификаторы, растительные экстракты, нутриенты и/или витамины. В результате по меньшей мере часть растворимой добавки(вок) также захватывается во внутренних порах ингредиента в форме частиц наряду с жидкостью в сверхкритическом состоянии. В другом варианте изобретения, например при восстановлении жидкостью, пенообразующая композиция может выделять заданный букет вкуса и/или аромата в дополнение к выделяемому газу и обеспечению слоя пенки.

В другом варианте изобретения ингредиент вкуса и/или аромата включает летучую жидкость или твердый компонент ингредиента вкуса или аромата, способный выделяться, растворяться или диспергироваться частично или полностью в жидкости в сверхкритическом состоянии. Ингредиент летучих веществ вкуса или аромата, растворимый в жидкости в сверхкритическом состоянии, может быть натуральным или синтетическим, предпочтительно он включает по меньшей мере один компонент активного ароматизирующего летучего химического вещества, растворимый в жидкости в сверхкритическом состоянии или способный смешиваться с жидкостью в сверхкритическом состоянии, который в своей чистой форме преимущественно находится в твердом или жидком состоянии при температуре 25°C и атмосферном давлении. Предпочтительно точка кипения составляет менее 300°C, более предпочтительно менее 200°C, и наиболее предпочтительно менее 150°C. Для целей настоящего изобретения точка кипения относится к температуре, при которой ингредиент летучего вещества вкуса или аромата, растворимый в жидкости в сверхкритическом состоянии, испаряется или термически разлагается при атмосферном давлении. Активное ароматизирующее вещество относится к компоненту любого летучего жидкого вещества или твердого летучего вещества ингредиента вкуса или аромата, который может восприниматься через чувство обоняния. Подходящие летучие, растворимые ингредиенты вкуса и аромата, растворимые жидкости в сверхкритическом состоянии, могут включать без ограничения ванилин, камфен, бензилбензоат, коричный альдегид, этил деканоат, деканал, 2-гептилфуран, нонил ацетат, этил октаноат, линалоол, 1-октанол, гептил ацетат, бензальдегид, d-лимонен, этил гексаноат, мирцен, гептанал, 2-гептанон, метил пентаноат, 2-этилфуран, 2,3-бутандион и их смеси.

ПРИМЕРЫ

Следующие примеры дополнительно иллюстрируют различные признаки настоящего изобретения без ограничения его объема, заявленного в приложенной формуле изобретения. Если не указанно иное, все проценты и соотношения приведены по массе. Все приведенные здесь публикации приведены ссылкой в полном объеме.

ПРИМЕР 1

Пример демонстрирует преимущества настоящего изобретения на быстрорастворимых смесях каппучино, восстановленных 150 мл горячей (88°C) воды в 250 мл лабораторном стакане с внутренним диаметром 65 мм.

Пенообразующую композицию получают согласно следующим процедурам. Сначала 300 г пористого порошка, полученного распылительной сушкой (со средним размером частиц (D50) 130 мкм, как измерено лазерной дифракцией с 0%>500 мкм), содержащего множество внутренних пустот и содержащего 92% мальтодекстрина и 8% крахмала октенилсукцината натрия (по сухому веществу), загружали в 2 л емкость высокого давления из нержавеющей стали. Этот свободный от белка углеводный порошок имеет температуру стеклования (Tg) около 100°C и объем внутренних пустот около 70 объемных процентов. Газ диоксид углерода вводят на дно емкости при комнатной температуре (около 22°C) до достижения давления в емкости 57 манометрических бар. При достижении заданного давления не прерывный поток жидкости в сверхкритическом состоянии пропускают через ингредиент в форме частиц. Дополнительное количество газа диоксида углерода может быть постепенно нагрето до максимальной температуры около 129°C (около критической температуры) и подано на дно емкости до достижения давления в емкости 102 манометрических бар (выше критического давления 74 бар). При этих условиях нагревания и давления диоксид углерода переходит из газа в жидкость в сверхкритическом состоянии.

При достижении давления 102 манометрических бар не прерывный поток диоксида углерода в сверхкритическом состоянии пропускают через слой порошка со скоростью около 10 л/час, как измерено на выходном отверстии насоса высокого давления. Следует отметить, что диоксид углерода нагревают до температуры выше Tg порошка перед введением в емкость, и давление в емкости поддерживают при давлении выше около 102 манометрических бар (выше критического давления 74 бара).

При достижении температуры порошка в емкости, превышающей Tg, порошок выдерживают при такой температуре около 10 минут. В этом примере время воздействия давления на емкость и нагревания порошка, как измерено около дна емкости, составило 101°C в течение 30 минут.

Затем порошок быстро охлаждали до температуры ниже Tg при давлении 102 манометрических бар введением диоксида углерода в сверхкритическом состоянии при температуре около 40°C в емкость при скорости около 10 л/час. Согласно Фиг.2, в этом примере все охлаждение и сброс давления (до около 40°C и 0 манометрических бар) занимает 41 минуту; время охлаждения порошка, как измерено около дна емкости, составляет от 105°C до 71°C в течение 3 минут, и время охлаждения составляет 7 минут от 105°C до 45°C. Это приравнивается к средней скорости охлаждения более чем около 11°C/мин от температуры выше Tg до температуры на около 30°C ниже Tg и, следовательно, средняя скорость охлаждения составляет более чем около 11°C/мин от температуры выше Tg до температуры на около 10°C ниже Tg. Согласно Фиг.2, охлаждение порошка происходит гораздо быстрее по сравнению с нагреванием порошка, поскольку используется более низкая температура (около 40°C) диоксида углерода в сверхкритическом состоянии для охлаждения порошка, имеющего большую плотностью (около 0,65 г/см³) и теплоемкость, по сравнению с более высокой температурой (выше Tg порошка) диоксида углерода в сверхкритическом состоянии, использованного для нагревания порошка. Согласно Фиг.3, жидкости в сверхкритическом состоянии при обоих температурах и при промежуточных температурах, достигнутых во время нагревания и охлаждения, имели плотность и теплоемкость значительно выше, чем у газообразного диоксида углерода при комнатной температуре. При достижении порошком температуры около 40°C, в емкости сбрасывают давление и выгружают порошок.

Когда 3г этой пенообразующей композиции, содержащей захваченный диоксид углерода в сверхкритическом состоянии, добавляют в 11,5 г быстрорастворимой смеси каппучино, включающей растворимый кофе, традиционные пенообразующие порошкообразные сливки и сахар, и восстанавливают, как описано выше, высота пенки (измеренной между поверхностью жидкости и вершиной пенки) превышала 30 мм. В противоположность высота пенки, полученной без добавления порошка, прошедшего обработку под давлением, составила около 10 мм. Информация о плотности пенки и увеличивающийся объем пенки были использованы для оценки количества (с поправкой на комнатную температуру и давление) газа, выделившегося пенообразующей композицией, которое составило по меньшей мере около 15 см³ на грамм порошка при комнатной температуре (25°C) и давлении, что соответствует оцененному содержанию газа по меньшей мере около 2,7 массовых процента. Пенообразующая композиция имеет объем внутренних пустот около 18 объемных процентов, что соответствует измеренному объему внутренних пустот около 0,16 см³/г.

Эти данные указывают, что если весь захваченный диоксид углерода в сверхкритическом состоянии присутствует в виде газа во внутренних порах пенообразующей композиции, охлажденной до комнатной температуры, вычисленное давление газа (95 бар при 25°C; 93 бар при 20°C; 90 бар при 10°C; 87 бар при 0°C) во внутренних порах может значительно превышать известное давление насыщенного пара, лимитируя (64 бар при 25°C; 57 бар при 20°C; 45 бар при 10°C; 35 бар при 0°C) газ диоксид углерода, контактирующий с жидким диоксидом углерода. Этот вывод указывает, что значительная часть, достаточная для предотвращения образования давления газа, превышающее давление насыщенного пара, лимитирует захваченный диоксид углерода в сверхкритическом состоянии, конденсирующийся в жидкое состояние во внутренних порах пенообразующей композиции во время охлаждения. Следовательно, это указывает на то, что смесь газообразного и сжиженного диоксида углерода присутствует во внутренних порах охлажденной пенообразующей композиции, даже когда предусмотрена возможность, что небольшая часть диоксида углерода может быть растворена в твердой фазе пенообразующей композиции. Получают этот положительный результат, поскольку диоксид углерода в сверхкритическом состоянии специально захватывают во внутренние поры порошка при температуре (Tg; около 100°C) и давлении (около 102 бар), значительно превышающих критическую температуру (31°C) и критическое давление (74 бар), охлаждая порошок до температуры ниже Tg перед сбросом давления в емкости, и охлаждая порошок до температуры ниже критической (до комнатной температуры).

Давление газа 95 бар во внутренних порах при температуре 25°C было высчитано делением содержания газа в пенообразующей композиции (15 см³/г) на объем внутренних пустот (0,16 см³/г) и затем переводом полученного 94 атмосфер давления газа в бары (1 атмосфера равна 1,01325 бар). Высчитанное давление газа фиксируют для более низкой температуры, полученной с использованием уравнения состояния идеального газа.

Однако отсутствуют необходимые методы оценки присутствия смеси газообразного и сжиженного диоксида углерода во внутренних порах охлажденной пенообразующей композиции, причем согласно существующей теории, поскольку захваченная жидкость в сверхкритическом состоянии охлаждена до температуры несколько ниже критической температуры, часть будет конденсироваться с получением жидкой фазы, находящейся в равновесном контакте с фазой насыщенного пара (газ) при давлении несколько ниже критического давления. Когда пенообразующую композицию дополнительно охлаждают до более низкой температуры, давление насыщенного пара во внутренних порах будет снижаться, поскольку увеличивается часть газовой фазы, конденсирующейся для увеличения пропорции жидкостной фазы в равновесной смеси. Этот процесс охлаждения, обычно, оставляет явный след раздела газо-жидкостной фазы на фазовой диаграмме диоксида углерода, когда давление на графике приведено как функция температуры. Обычно, более высокое давление захваченной жидкости в сверхкритическом состоянии во внутренних порах пенообразующей композиции перед охлаждением до температуры несколько ниже критической температуры позволяет большей части конденсироваться в жидкость в равновесии с насыщенным паром, и более высокая температура, дополнительно сниженная ниже критической температуры, позволяет большей части насыщенного пара конденсироваться в жидкость. Следовательно, применение жидкости в сверхкритическом состоянии при относительно высоком давлении, обычно, обеспечивает относительно большие пропорции захваченного сжиженного диоксида углерода в равновесии с газообразным диоксидом углерода во внутренних порах пенообразующей композиции, охлажденной при температуре ниже критической.

ПРИМЕР 2

Следующий пример демонстрирует преимущества системы непрерывной подачи потока в соответствии с настоящим изобретением по сравнению со статической системой в отношении ингибирования нежелательной агломерации частиц. Первую пенообразующую композицию (Образец 1) получали в соответствии с процедурами, описанными выше в Примере 1, в которых непрерывный поток диоксида углерода в сверхкритическом состоянии подают на дно емкости для нагревания и охлаждения порошка.

Три сравнительные пенообразующие композиции (Образцы 2-4) получали в закрытых или статических системах. В каждом сравнительном образце пористый порошок, полученный распылительной сушкой в Примере 1, и диоксид углерода в сверхкритическом состоянии загружали в емкость с нагревательной рубашкой. Начальное давление в каждой емкости было установлено от 36 до 64 бар заполнением емкости диоксидом углерода из цилиндра под давлением. Затем емкости укупоривают и нагревают до температуры выше температуры стеклования порошка. Максимальное давление в каждой емкости составило 101 бар для Образца; 2, 88 бар для Образца 3 и 50 бар для Образца 4.

Степень агломерации определяли для всех четырех образцов как процент продукта >500 мкм [размер частиц], как определено просеиванием. Результаты приведены в Таблице 3 ниже. Образец 1, полученный в системе с непрерывным потоком по настоящему изобретению, преимущественно имел по сути 0% продукта >500 мкм. Для сравнения Образцы 2-4, полученные в закрытых или статических системах, имели соответственно 40%, 50%, и 40% продукта >500 мкм. Следовательно, было установлено, что система с непрерывным потоком ингибирует агломерацию частиц.

ПРИМЕР 3

Пример демонстрирует преимущества настоящего изобретения на быстрорастворимом порошковом кофе и быстрорастворимой смеси каппучино, восстановленных 200 мл горячей (88°C) воды в 250 мл лабораторном стакане с внутренним диаметром 65 мм.

Пенообразующую композицию получают согласно следующим процедурам. Сначала 1200 г пористого порошкового кофе, полученного распылительной сушкой (со средним размером частиц (D50) 192 мкм, как измерено лазерной дифракцией с 0%>500 мкм), содержащего множество внутренних пустот и содержащего 92% мальтодекстрина и 8% крахмала октенилсукцината натрия (по сухому веществу), загружали в 8 л емкость высокого давления из нержавеющей стали. Этот быстрорастворимый порошкообразный кофе имеет температуру стеклования (Tg) около 60°C и объем внутренних пустот около 55 объемных процентов. Газ диоксид углерода вводят на дно емкости при комнатной температуре (около 22°C) до достижения давления в емкости 55 манометрических бар. Дополнительное количество газа диоксида углерода может быть постепенно нагрето до максимальной температуры около 88°C (около критической температуры) и подано на дно емкости до достижения давления в емкости 100 манометрических бар (выше критического давления 74 бар). При этих условиях нагревания и давления диоксид углерода переходит из газа в жидкость в сверхкритическом состоянии.

При достижении давления 100 манометрических бар непрерывный поток диоксида углерода в сверхкритическом состоянии пропускают через слой порошка со скоростью около 10 л/час, как измерено на выходном отверстии насоса высокого давления. Диоксид углерода нагревают до температуры выше Tg порошка перед введением в емкость, и давление в емкости поддерживают при давлении выше около 100 манометрических бар (выше критического давления 74 бара).

При достижении температуры порошка в емкости, превышающей Tg, порошок выдерживают при такой температуре около 10 минут. В этом примере время воздействия давления на емкость и нагревания порошка, как измерено около дна емкости, составило 60°C в течение 50 минут. Время, необходимое для нагревания порошка до температуры выше температуры стеклования, в этом Примере было более длительным по сравнению со временем, потребовавшимся в Примере 1, из-за большего количества присутствующего порошка и большего размера емкости под давлением по отношению к скорости потока диоксида углерода. Место, в котором была измерена температура, также отличается от места в Примере 1 по практическим соображениям. Время, необходимое для нагревания порошка выше температуры стеклования, легко может быть изменено специалистом в области техники, к которой относится настоящее изобретение, регулированием температуры и/или скорости потока диоксида углерода в сверхкритическом состоянии в емкости.

Затем в емкости сбрасывают давление, сепаратор опорожняют, следует отметить, что присутствует около 1,3 г высокоароматического окрашенного в коричневый цвет водного вещества. Не желая быть ограниченными какой-либо теорией, авторы настоящего изобретения считают, что вещество включает воду и ароматические компоненты, экстрагированные с поверхности растворимого порошкового кофе. Согласно Фиг.1, сепаратор включает танк под давлением, в котором проходит поток диоксида углерода из емкости, содержащей быстрорастворимый порошкообразный кофе. Поскольку давление и температуру в сепараторе поддерживают такими, при которых диоксид углерода может существовать в обоих состояниях и жидком и в газообразном, поступающий в сепаратор диоксид углерод таким образом разделяется на жидкую часть (которая собирается на дне сепаратора) и газообразную часть, которую берут из верхней части и далее конденсируют, нагревают и затем пропускают через емкость, содержащую быстрорастворимый порошкообразный кофе. Любые компоненты, присутствующие в потоке диоксида углерода, поступающем в сепаратор, которые растворимы в жидком диоксиде углерода, но не в газообразном диоксиде углерода, удерживаются в сепараторе.

Затем порошок быстро охлаждали до температуры ниже Tg при давлении 100 манометрических бар введением диоксида углерода в сверхкритическом состоянии при температуре около 30°C в емкость при скорости около 10 л/час. В этом примере диоксид углерода охлаждают до температуры ниже критической для диоксида углерода 31°C, таким образом трансформируя диоксид углерода из жидкости в сверхкритическом состоянии в жидкую форму. Согласно Фиг.3, это выгодно увеличивает скорость охлаждения порошка при использовании диоксида углерода в сверхкритическом состоянии при таком же давлении (но при температуре выше критической), из-за увеличенной разницы температур между жидкостью и порошком, и также поскольку жидкий диоксид углерода при таком же давлении и температуре 30°С имеет плотность (около 0,77 г/см³) и теплоемкость выше по сравнению с диоксидом углерода в сверхкритическом состоянии при таком же давлении (но при температуре выше критической). Согласно Фиг.3, диоксид углерода, используемый как для нагревания, так и для охлаждения, имеет плотность и теплоемкость значительно выше по сравнению с газообразным диоксидом углерода при комнатной температуре. При достижении порошком температуры около 35°C в емкости сбрасывают давление, и порошок выгружают. В этом примере время, необходимое для охлаждения порошка с температуры 60,7°C (выше Tg) до 49,8°C (ниже Tg) составило только 5 минут, и время, необходимое для охлаждения и сброса давления в емкости (до 0 манометрических бар) составило 26 минут.

Когда 3 г этой пенообразующей композиции, содержащей захваченный диоксид углерода в сверхкритическом состоянии, добавляют в 8,0 г быстрорастворимой смеси каппучино, включающей традиционные пенообразующие порошкообразные сливки и сахар, и восстанавливают, как описано выше, высота пенки (измеренной между поверхностью жидкости и вершиной пенки) превышала 18 мм. В противоположность высота пенки, полученной без добавления порошка, прошедшего обработку под давлением, составила около 8 мм. Аналогично, когда 3 г пенообразующей композиции, содержащей захваченный диоксид углерода в сверхкритическом состоянии, восстанавливали (без добавления каких-либо других ингредиентов) для получения быстрорастворимого кофейного напитка, высота пенки (измеренной между поверхностью жидкости и вершиной пенки) превышала 10 мм. В противоположность высота пенки, полученной при восстановлении растворимого порошкового кофе, не прошедшего обработку под давлением (без захваченного диоксида углерода в сверхкритическом состоянии), составила только 1,5 мм. Информация о плотности пенки и увеличивающийся объем пенки были использованы для оценки количества (с поправкой на комнатную температуру и давление) газа, выделившегося пенообразующей композицией, которое составило по меньшей мере около 7 см³ на грамм порошка при комнатной температуре (25°C) и давлении, что соответствует оцененному содержанию газа по меньшей мере около 1,2 массовых процента. Пенообразующая композиция имеет объем внутренних пустот около 9 объемных процентов, что соответствует измеренному объему внутренних пустот около 0,07 см³/г.

При проведении тех же расчетов, что и в Примере 1, для определения давления захваченной жидкости в сверхкритическом состоянии, присутствующей во внутренних порах охлажденной пенообразующей композиции, данные указывают, что смесь газообразного и жидкого диоксида углерода присутствует во внутренних порах порошка в этом примере с немного большей пропорцией сжиженного диоксида углерода, присутствующего во внутренних порах порошка, включающего пенообразующую композицию по Примеру 1.

Реферат

Пенообразующая композиция, включающая ингредиент в форме частиц с множеством внутренних пустот, содержащих захваченную жидкость в сверхкритическом состоянии с критической температурой, по меньшей мере, около 10°С. Дополнительно настоящее изобретение относится к способу получения такой пенообразующей композиции. Жидкость в сверхкритическом состоянии с критической температурой по меньшей мере около 10°С контактирует с ингредиентом в форме частиц с температурой стеклования выше комнатной температуры при температуре выше температуры стеклования ингредиента в форме частиц, где ингредиент в форме частиц включает множество внутренних пустот. Ингредиент в форме частиц выдерживают при температуре выше температуры стеклования ингредиента в форме частиц в течение периода времени, эффективного для перехода жидкости в сверхкритическом состоянии во множество внутренних пустот ингредиента в форме частиц. Далее температуру снижают до температуры ниже температуры стеклования ингредиента в форме частиц, захватывая, таким образом, по меньшей мере, часть жидкости в сверхкритическом состоянии в ингредиенте в форме частиц. Это позволяет снизить время пенообразования и стоимость исходного сырья. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.

Формула